JP6169925B2 - 液体吐出ヘッドおよびそれを用いた記録装置 - Google Patents

Description

本発明は、液滴を吐出させる液体吐出ヘッドおよびそれを用いた記録装置に関するものである。

従来、液体吐出ヘッドとして、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、マニホールド（共通流路）およびマニホールドから複数の加圧室それぞれ介して繋がる吐出孔を有した平板状の流路部材と、加圧室をそれぞれ覆うように設けられた複数の変位素子を有するアクチュエータ基板とを積層して構成される（例えば、特許文献１を参照。）。

この液体吐出ヘッドでは、吐出孔は、流路部材の下面に設けられており、加圧室は、流路部材の上面に設けられており、加圧室と吐出孔とはディセンダ（部分流路）で繋がっている。マニホールドは、流路部材の厚さ方向の中央に配置されている。そのため、液体は、マニホールドから上に向かって流れて加圧室に入り、その後、ディセンダを下に向かって流れて吐出孔に到達する。流路部材には、さらに、ディセンダの途中に繋がっている排出流路が設けられている。そして、外部から入った液体は、マニホールドから、加圧室およびディセンダの一部を通り、排出流路に至り、さらに外部へ排出されるようになっている。つまり、この液体吐出ヘッドは液体が通り抜けられる構造になっており、外部と合わせて液体が循環可能な構造となっている。

特開２００８−２９０２９２号公報

しかしながら、特許文献１に記載の液体吐出ヘッドでは、加圧室が流路部材の上側に配置されているので、加圧室に気泡が入ってしまうと、気泡は加圧室から抜け出し難くなってしまう。加圧室に気泡が入ってしまうと、加圧室内の液体の挙動が変わり、液体の吐出量や、吐出速度などの吐出特性が変わってしまうという問題がある。

したがって、本発明の目的は、加圧室からの気泡が排出され易い液体吐出ヘッドおよびそれを用いた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は、複数の吐出孔、該複数の吐出孔とそれぞれ繋がっている複数の部分流路、該部分流路とそれぞれ繋がっている複数の加圧室、外部から液体が供給され、前記複数の加圧室に液体を供給する共通供給流路、液体を外部に排出する共通排出流路、前記共通路供給路と前記共通排出流路を繋いでいる接続流路、前記複数の加圧室と前記共通排出流路とを繋いでいる複数のしぼり、および前記複数の加圧室内の液体をそれぞれ加圧する複数の加圧部とを有する液体吐出ヘッドであって、前記接続流路は、前記部分流路と交差して繋がっており、前記複数の吐出孔は、前記液体吐出ヘッドが有する吐出孔面に開口しており、前記加圧室は、前記吐出孔面と直交する方向に長い形状をしており、前記部分流路は、前記加圧室の前記吐出孔面側の端部で繋がっており、前記しぼりは、前記加圧室の前記吐出孔面と反対側の端部で繋がっており、前記しぼりは、前記加圧室から前記共通排出流路に向かって、前記吐出孔面からの距離が長くなる形状であること特徴と
する。

また、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。

本発明によれば、液体吐出ヘッドに液体を充填する際に加圧室に気泡が残り難く、液体吐出ヘッドを使用中に加圧室に気泡が入り込んでも、気泡が排出され易いので、加圧室に入った気泡の影響による記録精度の低下を起き難くできる。

（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斜視図であり、（ｂ）は、ヘッド本体の一部である吐出ユニットの斜視図である。 （ａ）は、図２（ａ）の部分縦断面であり、（ｂ）は、（ａ）のＸ−Ｘ方向から見た部分縦断面図である。

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の幅方向に隙間なく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色のインクで印刷ができる。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）を高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、搬送ローラ８２ｂの間を通り、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、７５ｍ／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には、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で、プリンタ１各部の状態に応じた制御をしてもよい。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で、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、液体吐出ヘッド２の下端に位置する、液体を吐出する機能の所要部を含むヘッド本体２ａの斜視図であり、図２（ｂ）は、ヘッド本体２ａの一部である吐出ユニット３の斜視図である。図３（ａ）は、図２（ａ）のヘッド本体２ａの部分縦断面であり、図３（ｂ）は、（ａ）のＸ−Ｘ方向から見た部分縦断面図である。図３（ｂ）においては、図を分かり分かり易くするため、透視して見ていて、鎖線で表すべき加圧室１０、しぼり１４などを実線で描いている。また、詳細な構造を描いてあるのは、共通排出流路５の手前側の構造（流路
や電極）だけであり、共通排出流路５の奥側の構造については、加圧室１０だけを鎖線で描いて、位置関係が分かるようにした。

液体吐出ヘッド２の下端には、液体を吐出するヘッド本体２ａを有している。ヘッド本体２ａの下面は、液体を吐出する多数の吐出孔８が開口している吐出孔面６−１となっている。液体吐出ヘッド２には、ヘッド本体２ａ以外に、液体を吐出させる駆動信号を生成するドライバＩＣを含む電装部材や、電装部材および吐出孔面６−１以外の部分を覆う筐体を含んでいる。

ヘッド本体２ａは、吐出孔８が開口している、平板状のノズルモジュール６と、ノズルモジュール６上に配置されている、吐出ユニット３およびリザーバユニット４０とを含んでいる。ヘッド本体２ａには、４つの吐出ユニット３と、５つのリザーバユニット４０とを含んでおり、これらは交互に配置されている。

リザーバユニット４０には、共通供給流路（省略して供給流路と呼ぶことがある）の開口４２ａが開口しており、吐出ユニット３には、共通排出流路（省略して排出流路と呼ぶことがある）の開口５ｂが開口している。詳細は後述するが、吐出される液体は、外部から供給流路の開口５ａを通じて供給され、一部の液体が吐出孔８から吐出され、残りの液体は、排出流路の開口４２ｂから外部に排出される。液体の供給および排出は、ポンプなどによって外部から加圧、減圧、もしくはその両方を行なうことで行なわれる。外部に排出された液体はフィルタなどを通した後。再度使用することもできる。つまり、液体吐出ヘッド２は、吐出する液体が通り抜け可能な構造になっており、プリンタ１内で液体を循環させるができる。

ヘッド本体２ａが、液体が通り抜けることができる構造になっているので、ヘッド本体２ａには、吐出される量以上の液体を流すことができる。このようにすることで、ヘッド本体２ａ内の液体の流速が速くなり、沈降しやすい含有物を含む液体を使用する際にも、沈降により問題が生じ難い。また、調温した液体を流すことで、ヘッド本体２ａの温度調節もできる。

まず、液体の循環構造について説明する。リザーバユニット４０は、ヘッド本体２ａの長手方向に長い直方体形状をしており、ほぼヘッド本体２ａと同じ長さを有する。リザーバユニット４０の一面は、ノズルモジュール６に接合されている。リザーバユニット４０は、例えば、樹脂を成形して作製することができる。リザーバユニット４０内には、長手方向の一端部から他端部まで伸びている細長い（共通）供給流路４２が設けられている。リザーバユニット４０の供給流路４２は、ノズルモジュール６側で開口しており、ノズルモジュール６と接合されることで封函され、供給流路４２が構成される。ノズルモジュール６の供給流路４２と接合される部分には接続流路１６の端が開口しており、接続流路１６と供給流路４２は繋がるようになっている。リザーバユニット４０の長手方向の端部の、ノズルモジュール６と接合されるのとは反対側で、供給流路４２と繋がっている供給流路の開口４２ａが開口している。このような構造を有していることにより、外部から供給される液体は、供給流路の開口４２ａから入り、供給流路４２を通って、ノズルモジュール６の接続流路１６に流れていく。

なお、リザーバユニット４０に、供給流路４２の体積を可変できるダンパを設ければ、液体の供給を安定させることができる。また、供給流路４２内にフィルタを設けて、異物やノズルモジュール６に行き難いようにするのが好ましい。

吐出ユニット３は、ヘッド本体２ａの長手方向に長い直方体形状をしており、ほぼヘッド本体２ａと同じ長さを有する。吐出ユニット３の一面はノズルモジュール６に接合され
ている。吐出ユニット３は、（吐出ユニットの）流路部材４とアクチュエータユニット２１を含んでいる。流路部材４は、ヘッド本体２ａの長手方向に長い直方体形状をしており、形状としては、吐出ユニット３の大部分を占める。流路部材４の長手方向に沿った面で、ノズルモジュール６とほぼ直交している２つの面には、平面形状が長方形状のアクチュエータユニット２１が、それぞれ１つずつ接合されている。液体の吐出は、アクチュエータユニット２１内に作り込まれている変位素子３０を駆動することで行なわれる。

流路部材４は、（吐出ユニットの流路部材の）プレート４ａ〜ｄを積層して構成されている。プレート４ｄの厚さ（図３ａの左右方向の厚さ）は１〜１０ｍｍ程度であり、プレート４ａ〜ｃの厚さ１０〜５００μｍ程度である。プレート４ｄは、例えば樹脂を成形して作製することがでる。ノズルモジュールプレート６ａ〜ｄは、例えば、金属製であり、流路となる孔や溝が、エッチングや打ち抜きなどで形成されている。

流路部材４に配置されている流路には、加圧室１０、ディセンダ１２、しぼり１４、および（共通）排出流路５がある。加圧室１０、ディセンダ１２、およびしぼり１４については後で詳述する。排出流路５は、吐出ユニット３内に、長手方向に沿って設けられている。プレート４ｄに開口している孔の左右をそれぞれプレート４ｃで封函することで、吐出ユニット３の長手方向の一端部から他端部まで伸びている細長い形状の排出流路５が構成される。左右のプレート４ｃには、さらにプレート４ｂ、プレート４ａがそれぞれ、この順で積層されている。プレート４ｃにはしぼり１２の一部である孔が開口しており、しぼり１２と排出流路５とは繋がっている。排出流路５がノズルモジュール６側で開口しており、ノズルモジュール６に配置されている接続流路１６と繋がっている。吐出ユニット３の長手方向の端部の、ノズルモジュール６と接合されるのとは反対側で、排出流路５と繋がっている開口５ｂが開口している。このような構造を有していることにより、ノズルモジュール６の接続流路１６から流れてきた液体は、排出流路５を通って外部に排出される。

なお、供給流路の開口４２ａは、ヘッド本体の長手方向の一方の端部に配置されており、排出流路の開口５ｂは、供給流路の開口４２ａとは反対側の他方の端部に配置されている。このようにすることで、供給流路の開口４２ａから排出流路の開口５ｂまでの流路抵抗が、後述の複数ある接続流路１６のうちで、どの接続流路１６を通ったかによる差をつき難くできる。

ノズルモジュール６は、平板状のノズルモジュールプレート６ａ〜ｄを積層して構成されている。ノズルモジュールプレート６ａ〜ｄには孔や溝が設けられており、これらが繋がって流路を構成している。ノズルモジュールプレート６ａ〜ｄは、厚さ１０〜５００μｍ程度であり、ノズルモジュール６の厚さは２００μｍ〜２ｍｍ程度である。ノズルモジュールプレート６ａ〜ｄは、例えば、金属製であり、前述の孔や溝は、エッチングや打ち抜きなどで加工できる。

ノズルモジュール６の下面である吐出孔面６−１には、多数の吐出孔８が開口しており、ノズルモジュール６の内部には、吐出孔８とそれぞれ繋がっている多数のディセンダ（部分流路）１２が配置されている。なお、ディセンダ１２全体は、ノズルモジュール６に形成されている部分と吐出ユニット３に形成されている部分とが合わさって構成されているため、正確には、ノズルモジュール６に配置されているのは、ディセンダ１２の一部である。ディセンダ１２は、ノズルモジュール６を上下に貫通する形状をしている。吐出孔８およびディセンダ１２については、後で詳述する。

ノズルモジュール６には、供給流路４２と排出流路５とを繋いでいる接続流路１６が配置されている。接続流路１６はヘッド本体２ａの長手方向と交差する方向（ほぼ直交する
方向であるのが好ましい）で、ノズルモジュール６の平面方向に伸びているほぼ直線状の流路である。接続流路１６は、リザーバユニット４０と吐出ユニット３との間に配置されている吐出孔８と同じ個数設けられている。また、接続流路１６は、ディセンダ１４と交差部Ｃで交差して繋がっている。

以上のような構成により、ヘッド本体２ａを通り抜ける液体の主要な流れは、外部から、供給流路の開口４２ａ、供給流路４２、接続流路１６、排出流路５、排出流路の開口５ｂを順に通って、外部に出る流れとなっている。なお、複数ある供給流路の開口４２ａ、排出流路の開口５ｂを、それぞれまとめるような流路を設ければ、外部との接続を容易にできるので、好ましい。

接続流路１６とディセンダ１２とが交差部Ｃで交差して繋がっているとは、接続流路１６およびディセンダ１２の双方について、液体が交差部Ｃに向かう流れと、液体が交差部Ｃから離れていく流れの双方が同時に存在できるようになっているということである。上述したように、直線状の接続流路１６と直線状のディセンダ１２とが交差する以外に、接続流路１６を幅の広い平面的な流路にして、ディセンダ１２がその平面的な流路を上下に貫通するようにしてもよい。

続いて、液体を吐出させる構造について説明する。吐出ユニット３の流路部材４の左右方向の両面には、それぞれ複数の加圧室１０が開口している。両面に開口している加圧室１０は、それぞれの面にアクチュエータユニット２１が接合されることで封函される。加圧室１０はそれぞれの面において、例えば５０ｄｐｉに相当する等間隔で、吐出ユニット３の長手方向のほぼ全体にわたって配置されている。ノズルプレート６における、加圧室１０のほぼ直下の部分には吐出孔８が設けられており、吐出ユニット３の片側の面の加圧室１０で５０ｄｐｉの印刷が可能になる。吐出ユニット３の両側の加圧室１０は、長手方向に交互に配置されている。例えば、両面の加圧室１０を、長手方向に１００ｄｐｉに相当する距離ずらして配置すれば、両面の加圧室１０で１００ｄｐｉの印刷が可能になる。さらに、そのような吐出ユニット３を、長手方向に４００ｄｐｉに相当する距離ずらして配置すれば、液体吐出ヘッド全体で４００ｄｐｉの印刷が可能になる。

なお、吐出ユニット３の長手方向の端部に位置する加圧室１０からの吐出特性と、他の加圧室１０の吐出特性との差が小さくなるように、さらに外側にダミーの加圧室を設けて、周囲の剛性の差が小さくなるようにしてもよい。

加圧室１０は、吐出ユニット３の積層方向に直交する方向に広がっている形状をしている。すなわち、吐出孔面６−１と略直交する方向および吐出ユニット３の長手方向に広がっている形状をしている。このような形状をしていることで、ヘッド本体２ａの短手方向（図２（ａ）の左右方向）の大きさを小さくできる。また、加圧室１０は、吐出孔面６−１に直交する方向に長くなっている。これは、加圧室１０の吐出孔面６−１と直交する方向の大きさが、その方向と直交する平面（すなわち吐出孔面６−１と平行な平面）における大きさよりも大きいということである。具体的な加圧室１０の平面形状は、例えば、角部にアールが施されている長方形状である。

加圧室１０と排出流路５とは、しぼり１４を介して繋がっている。しぼり１４は、加圧室１０や排出流路５と比較して、流路抵抗が高くなっている。しぼり１４は、加圧室１０の長手方向の端部のうちで吐出孔面６−１から遠い方の端部で繋がっている。

加圧室１０から、吐出ユニット３とノズルモジュール６とが接合される部分に向かってディセンダ１２（正確にはディセンダ１２の一部）が伸びている。ディセンダ１２は、加圧室１０の長手方向の端部のうちで吐出孔面６−１に近い側の端部で繋がっている。ディ
センダ１２は、吐出孔面６−１と略直交する方向に伸びている。吐出ユニット３に配置されているディセンダ１２と、ノズルモジュール６に配置されているディセンダ１２とは繋がって、加圧室１０と吐出孔８とを繋いでいるディセンダ１２となっている。

加圧室１０と重なる位置のアクチュエータ基板２１に設けられている変位素子３０を変位させると、加圧室１０の体積が変わり、その中の液体に圧力が加わる。この圧力は、ディセンダ１２を伝わり、吐出孔８に到達して、液体が吐出される。具体的な駆動方法については、後で詳述する。

アクチュエータ基板２１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。アクチュエータ基板２１の圧電セラミック層２１ａの上面から圧電セラミック層２１ｂの下面までの厚さは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、必ずしもの圧電体である必要はなく、代わりに、他のセラミック層や金属板を用いてもよい。

アクチュエータ基板２１は、Ａｇ−Ｐｄ系などの金属材料からなる共通電極２４およびとＡｕ系などの金属材料からなる個別電極２５を有している。個別電極２５はアクチュエータ基板２１の上面における加圧室１０と対向する位置にそれぞれ配置されている。個別電極２５は、加圧室１０と重なっている個別電極本体と、そこから引き出された引出電極とを含んでいる。引出電極には、駆動信号を供給される配線が接続されている。個別電極２５には、制御部８８から送られる駆動信号が供給される。駆動信号は、制御部８８から送られる制御信号に基づき、液体吐出ヘッド２内に設けられたドライバＩＣなどが生成したものを個別電極２５に送ってもよい。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２４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２４は、アクチュエータ基板２１に対向する領域内の全ての加圧室１０を覆うように延在している。共通電極２４の厚さは２μｍ程度である。共通電極２４は、圧電セラミック層２１ａ上に個別電極２５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２５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２５と共通電極２４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２５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３０となっている。より具体的には、個別電極２５を共通電極２４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２５を共通電極２４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２５に供給される駆動信号により、変位素子３０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２５を共通電極２４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２５を共通電極２４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２５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２５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１２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２５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。

また、階調印刷においては、吐出孔８から連続して吐出される液滴の数、つまり液滴吐出回数で調整される液滴量（体積）で階調表現が行なわれる。このため、指定された階調表現に対応する回数の液滴吐出を、指定されたドット領域に対応する吐出孔８から連続して行なう。一般に、液体吐出を連続して行なう場合は、液滴を吐出させるために供給するパルスとパルスとの間隔をＡＬとすることが好ましい。これにより、先に吐出された液滴を吐出させるときに発生した圧力の残余圧力波と、後に吐出させる液滴を吐出させるときに発生する圧力の圧力波との周期が一致し、これらが重畳して液滴を吐出するための圧力を増幅させることができる。なお、この場合後から吐出される液滴の速度が速くなると考えられるが、その方が複数の液滴の着弾点が近くなり、好ましい。

上述したように、本実施形態の液体吐出ヘッド２では、ヘッド本体２ａを通り抜ける液体の主要な流れは、外部から、供給流路の開口４２ａ、供給流路４２、接続流路１６、排出流路５、排出流路の開口５ｂを順に通って、外部に出る流れとなっている。また、接続流路１６は、ディセンダ１２と交差して繋がっており、吐出孔８から液体が吐出されたことにより減ったディセンダ１２内の液体は、主に接続流路１６から供給される。

そして、加圧室１０は、吐出孔面６−１と直交する方向に長い形状をしており、ディセンダ１２は、加圧室１０の吐出孔面６−１側の端部で繋がっており、しぼり１４は、加圧室１０の吐出孔面６−１と反対側の端部で繋がっているので、加圧室内１０に気泡が入っても、気泡は上方に上っていくので、気泡は加圧室１０の長手方向を上側に向かい、次い
でしぼり１４を通って、排出流路５に出ていく。そのため、加圧室１０内に気泡が残り難く、残った気泡の影響で吐出特性が変わることが起き難い。

また、循環する液体が通る接続流路１６と、ディセンダ１２とが交差して繋がっていることにより、含有物が沈降しやすい液体を使用しても、液体の循環を吐出孔８に近い部分で行なえるので、吐出孔８付近での沈降による不吐出などを生じ難くできる。

沈降を抑制するためには、液体の流速を速くするのが効果的であるが、加圧室１０を通るような速い液体の流れがあると、吐出に影響を与えたり、吐出できなくなるおそれがある。接続流路１６における、交差部Ｃから供給流路４２までの部分を供給側接続流路１６ａ、交差部Ｃから排出流路５までの部分を排出側接続流路１６ｂとし、ディセンダ１２における、交差部Ｃから加圧室１０までの部分を加圧室側ディセンダ１２ａ、交差部Ｃから吐出孔８までの部分を吐出孔側ディセンダ１２ｂとする。交差部Ｃから、加圧室側ディセンダ１２ａ、加圧室１０およびしぼり１４を介して、排出流路５まで繋がっている流路の流路抵抗を、排出側接続流路１６ｂの流路抵抗より大きくすれば、液体の循環の主な流れは、加圧室１０を通る流路より、排出側接続流路１６ｂを通る流れになるので上述の影響を小さくできる。なお、流路抵抗は、流路の各部の寸法を測定して算出できる。流路の形状が複雑であればシミュレーションを用いてもよいし、液体を流してその挙動から実測してもよい。流路抵抗は、流す液体によって変わるが、基本的に粘度に比例するので、流す液体によって流路抵抗の大小関係は変わらない。

また、しぼり１４の流路抵抗が、加圧室側ディセンダ１６ｂの流路抵抗より大きいことにより、加圧室１０に供給される液体の流れはディセンダ１６側からの流れが主になり、しぼり１４を加圧室１０に向かう液体の流れは生じないか、あるいは相対的に小さくなるで、しぼり１４から気泡が抜けやすくできる。また、しぼり１６は流路抵抗が高いため、供給流路４２から排出流路５に向かって液体を循環させても、排出流路５に向かう速い流れは生じ難く、吐出を行なった後の加圧室１０に液体が充填される際にも、液体は主にディセンダ１２から供給されるので、加圧室１０に向かう液体の流れは生じないか、ごく一時的な流れしか生じない。

気泡としては、外部から気泡のかたちで入ってくるものもあるが、温度変化などにより液体に溶け込んでいた気体が気泡として現れることもある。流路の継ぎ目などにはそのような気泡が付着し易く、その後大きくなった気泡がその場所を離れて液体中を漂うことがある。吐出孔側ディセンダ１２ｂは、そのような気泡が生じやすい部分の一つである。また、吐出孔面６−１をワイピングする際に、吐出孔８から空気を押し込んでしまったり、使用条件が適切でないなどの理由で、吐出孔８から空気が入ってしまうことがある。

吐出孔側ディセンダ１２ｂに存在する気泡は、上方に向かっていき、加圧室側ディセンダ１２ａを通じて、加圧室１０に入る可能性がある。気泡が抜けやすくなっているとしても、気泡が加圧室１０を抜ける間は吐出特性が変わるおそれがあるので、気泡を加圧室１０に入れないようにするのが好ましい。

接続流路１６では、交差部Ｃにおいて、供給流路４２から排出流路５に向かって液体が流れているので、気泡は、交差部Ｃで排出側接続流路１６ｂに流れていく可能性があるので、接続流路１６とディセンダ１２とが交差していることにより、気泡が吐出孔側ディセンダ１２ｂから加圧室側ディセンダ１２ａに向かうことを抑制できる。接続流路１６との交差部Ｃにおいて、吐出孔側ディセンダ１２ｂを、加圧室側ディセンダ１２ａ部分流路よりも排出流路５側に配置すれば、気泡は排出側接続流路１６ｂに流れや易くなり、気泡が、加圧室側ディセンダ１２ａに向かうことをより抑制できる。

また、液体吐出ヘッド２に最初に液体を供給する際には、最初に入っている空気を排出する必要があり、空気が残ると吐出特性に影響を与えるおそれがある。本実施形態の液体吐出ヘッド２であれば、供給流路４２側から液体を供給することで加圧室側ディセンダ１２ａ、加圧室１０、およびしぼり１４に液体が入っていく流れが、下から上に向かう流れになるので、気泡が排出され易くなり、それらの流路内に気泡が残り難くできる。

１・・・（カラーインクジェット）プリンタ
２・・・液体吐出ヘッド
２ａ・・・ヘッド本体
３・・・吐出ユニット
４・・・（吐出ユニットの）流路部材
４ａ〜ｄ・・・（吐出ユニットの流路部材の）プレート
５・・・（共通）排出流路
５ｂ・・・（共通排出流路の）開口
６・・・ノズルモジュール
６ａ〜ｄ・・・ノズルモジュールプレート
８・・・吐出孔
１０・・・加圧室
１２・・・ディセンダ（部分流路）
１２ａ・・・加圧部側ディセンダ（部分流路）
１２ｂ・・・吐出孔側ディセンダ（部分流路）
１４・・・しぼり
１６・・・接続流路
１６ａ・・・・供給側接続流路
１６ｂ・・・・排出側接続流路
２１・・・（圧電）アクチュエータ基板
２１ａ・・・圧電セラミック層
２１ｂ・・・圧電セラミック層（振動板）
２４・・・共通電極
２５・・・個別電極
２５ａ・・・個別電極本体
２５ｂ・・・引出電極
３０・・・変位素子（加圧部）
４０・・・リザーバユニット
４２・・・（共通）供給流路
４２ａ・・・（共通供給流路の）開口
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
Ｃ・・・（ディセンダと接続流路との）交差部
Ｐ・・・印刷用紙

Claims (5)

1. 複数の吐出孔、該複数の吐出孔とそれぞれ繋がっている複数の部分流路、該部分流路とそれぞれ繋がっている複数の加圧室、外部から液体が供給され、前記複数の加圧室に液体を供給する共通供給流路、液体を外部に排出する共通排出流路、前記共通供給流路と前記共通排出流路を繋いでいる接続流路、前記複数の加圧室と前記共通排出流路とを繋いでいる複数のしぼり、および前記複数の加圧室内の液体をそれぞれ加圧する複数の加圧部とを有する液体吐出ヘッドであって、
   前記接続流路は、前記部分流路と交差して繋がっており、
   前記複数の吐出孔は、前記液体吐出ヘッドが有する吐出孔面に開口しており、
   前記加圧室は、前記吐出孔面と直交する方向に長い形状をしており、前記部分流路は、前記加圧室の前記吐出孔面側の端部で繋がっており、前記しぼりは、前記加圧室の前記吐出孔面と反対側の端部で繋がっており、
   前記しぼりは、前記加圧室から前記共通排出流路に向かって、前記吐出孔面からの距離が長くなる形状であること特徴とする液体吐出ヘッド。
2. 前記接続流路と前記部分流路とが繋がっている部分から、前記部分流路の一部、前記加圧室および前記しぼりを介して、前記共通排出流路まで繋がっている流路の流路抵抗が、前記接続流路と前記部分流路とが繋がっている部分から、前記接続流路の一部を介して、前記共通排出流路まで繋がっている流路の流路抵抗より大きいことを特徴とする請求項１に記載の液体吐出ヘッド。
3. 前記部分流路における、前記接続流路と繋がっている部分より前記加圧室側の部分を加圧室側部分流路、前記接続流路と繋がっている部分より前記吐出孔側の部分を吐出孔側部分流路としたとき、
   前記吐出孔側部分流路は、前記加圧室側部分流路よりも前記共通排出流路側に配置されていることを特徴とする請求項１または２に記載の液体吐出ヘッド。
4. 前記しぼりの流路抵抗が、前記吐出孔側部分流路の流路抵抗より大きいことを特徴とする請求項３に記載の液体吐出ヘッド。
5. 請求項１〜４のいずれか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、前記複数の加圧部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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