JP7019973B2 - インクジェットヘッド及びインクジェット記録装置 - Google Patents

Description

本発明は、インクジェットヘッド及びインクジェット記録装置に関する。

従来、インクジェットヘッドに設けられた複数のノズルから、圧力室内に貯留するインクを射出して記録媒体に画像を形成するインクジェット記録装置が知られている。
このようなインクジェット記録装置では、インクジェットヘッド内に発生した気泡や混入した異物等によって、ノズルが詰まり、射出不良等の問題が生じる場合がある。また、インクの種類によっては、長時間使用しないままにしておくと、インク粒子の沈降等によってノズル付近のインク粘度が高まり、安定したインクの射出性能が得難い場合がある。

そこで、ヘッド内に、圧力室のインクを循環可能な流路を備え、ヘッド内の気泡や異物等をインクとともにヘッドの外部に排出できるインクジェットヘッドが知られている（例えば、特許文献１参照。）。
例えば、特許文献１には、ヘッド内部に、各圧力室からのインクを排出可能な個別インク排出路と、複数の個別インク排出路が合流する共通インク排出路と、を備えたインクジェットヘッドが開示されている。

特許第５３８５９７５号公報

このようなインクジェットヘッドにおいて、気泡や異物等を排出しやすくするためには、個別インク排出路の断面積を大きくするなどして流路抵抗を小さくし、当該個別インク排出路にインクを流れやすくする必要がある。
しかし、個別インク排出路の断面積を大きくすると、インクを射出させる際の圧力波（射出エネルギー）が個別インク排出路に逃げやすくなり、これにより、インクの射出安定性が低下するという問題があった。

また、近年、インクジェットヘッドの小型化や画像の高解像度化のため多数のノズルを高密度に設けることが求められている。多数のノズルが設けられたインクジェットヘッドでは、多数の個別インク排出路も高密度に設けることが必要となるため、個別インク排出路同士の間隔が狭くなる。また、このようなインクジェットヘッドでは、圧力室から一の個別インク排出路に逃げた圧力波が共通インク排出路に伝わった後、当該共通インク排出路から他の個別インク排出路に圧力波が伝わることがある。そして、これにより、個別インク排出路で圧力ムラが発生し、インクの射出安定性が低下するという問題があった。

本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであり、本発明の課題は、インクの射出安定性に優れ、かつインクとともにヘッドチップ内の気泡や異物等を効果的に除去できるインクジェットヘッド及びインクジェット記録装置を提供することである。

上記課題の解決のために、請求項１に記載の発明は、インクジェットヘッドであって、
インクを射出する複数のノズルと、
前記複数のノズルの各々に連通し、インクが貯留された複数の圧力室と、
前記複数の圧力室の各々に対応して設けられ、前記圧力室内のインクに圧力を加える複数の圧力発生手段と、
前記複数の圧力室の各々から分岐して設けられ、当該複数の圧力室内のインクを排出可能な複数の個別インク排出路と、
前記複数の個別インク排出路が連結された共通インク排出路と、を備え、
前記個別インク排出路は、所定の圧力を加えた際の断面積の変化量が異なる第１個別インク排出路と、第２個別インク排出路とが連結されて構成されており、
前記第１個別インク排出路の方が前記第２個別インク排出路よりも前記断面積の変化量が大きく、
前記第１個別インク排出路が、前記第２個別インク排出路よりも前記圧力室側に設けられており、
前記複数のノズルが設けられたノズル基板と、
前記複数の個別インク排出路が設けられた流路スペーサー基板と、
前記複数の圧力室が設けられた圧力室基板と、
が順に積層されており、
前記流路スペーサー基板に前記第１個別インク排出路及び前記第２個別インク排出路が設けられており、
前記第１個別インク排出路のインク射出方向と逆方向の流路壁よりも前記圧力室基板側の前記流路スペーサー基板に空気室を設けることを特徴とする。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のインクジェットヘッドにおいて、
前記第１個別インク排出路のインクが流れる方向とは異なる方向に、前記第２個別インク排出路が設けられていることを特徴とする。

請求項３に記載の発明は、請求項１または請求項２に記載のインクジェットヘッドにおいて、
前記第１個別インク排出路を構成する流路壁のうち一つが、当該第１個別インク排出路を構成する他の流路壁よりも薄いことを特徴とする。

請求項４に記載の発明は、請求項１から請求項３までのいずれか一項に記載のインクジェットヘッドにおいて、
前記第１個別インク排出路は、前記複数の圧力室の各々に少なくとも二つ設けられていることを特徴とする。

請求項５に記載の発明は、請求項１から請求項４までのいずれか一項に記載のインクジェットヘッドにおいて、
前記第１個別インク排出路を構成する流路壁のうち一つが、前記ノズル基板であることを特徴とする。

請求項６に記載の発明は、請求項１から請求項５までのいずれか一項に記載のインクジェットヘッドにおいて、
前記圧力室、前記個別インク排出路及び前記共通インク排出路の流路表面に、耐インク性を有する保護膜が設けられていることを特徴とする。

請求項７に記載の発明は、請求項１から請求項６までのいずれか一項に記載のインクジェットヘッドにおいて、
前記複数の圧力室は、電圧の印加によってシェアモード型の変位をする隔壁で隔てられていることを特徴とする。

請求項８に記載の発明は、請求項１から請求項５までのいずれか一項に記載のインクジェットヘッドにおいて、
前記ノズル基板が、ポリイミド樹脂、ポリエチレンテレフタラート樹脂、ポリアミド樹脂、又はポリサルフォン樹脂からなる基板であることを特徴とする。

請求項９に記載の発明は、請求項１から請求項５までのいずれか一項に記載のインクジェットヘッドにおいて、
前記流路スペーサー基板が、シリコン、ステンレス鋼又は４２アロイからなる基板であることを特徴とする。

請求項１０に記載の発明は、インクジェット記録装置であって、
請求項１から請求項９までのいずれか一項に記載のインクジェットヘッドと、
前記圧力室から前記個別インク排出路への循環流を発生させるためのインクの供給手段と、
を備えることを特徴とする。

本発明によれば、インクの射出安定性に優れ、かつインクとともにヘッドチップ内の気泡や異物等を効果的に除去できるインクジェットヘッド及びインクジェット記録装置を提供することができる。

インクジェット記録装置を示す概略図 ヘッドユニットの底面図 インクジェットヘッドの斜視図 インクジェットヘッドの断面図 インクジェットヘッドの分解斜視図 ヘッドチップの分解斜視図 圧力室基板の平面図 圧力室基板の底面図 流路スペーサー基板の平面図 流路スペーサー基板の底面図 ノズル基板の平面図 IXA-IXAで切断したときのヘッドチップの断面図 IXB-IXBで切断したときのヘッドチップの断面図 XA-XBで切断したときのヘッドチップの断面図 XA-XBで切断したときのヘッドチップの断面図 第１個別インク排出路の図７Ｂに示したXI-XI部分の位置に相当する断面を含むヘッドチップの断面図 インク循環系を示す模式図 変形例のヘッドチップの断面図

以下、図面を参照しながら、本発明の好ましい実施形態について説明する。ただし、発明の範囲は図示例に限定されない。なお、本明細書では、説明の便宜上、インクジェットヘッド１００のノズル１１１の配列方向である印字幅方向を左右方向とし、ノズル１１１の下側で記録媒体の搬送される方向を前後方向とし、左右方向と前後方向の直交する方向を上下方向として説明する。また、図面の流路中の矢印は、インクの流れる方向を指す。

［インクジェット記録装置］
インクジェット記録装置２００は、図１に示すように、給紙部２１０と、画像記録部２２０と、排紙部２３０と、インクの供給手段としてのインク循環系８（図１２参照）等を備える。インクジェット記録装置２００は、給紙部２１０に格納された記録媒体Ｍを画像記録部２２０に搬送し、画像記録部２２０で記録媒体Ｍに画像を形成し、画像が形成された記録媒体Ｍを排紙部２３０に搬送する。

給紙部２１０は、記録媒体Ｍを格納する給紙トレー２１１と、給紙トレー２１１から画像記録部２２０に記録媒体Ｍを搬送して供給する媒体供給部２１２とを有する。媒体供給部２１２は、内側が２本のローラーにより支持された輪状のベルトを備え、このベルト上に記録媒体Ｍを載置した状態でローラーを回転させることで記録媒体Ｍを給紙トレー２１１から画像記録部２２０へ搬送する。

画像記録部２２０は、搬送ドラム２２１と、受け渡しユニット２２２と、加熱部２２３と、ヘッドユニット２２４と、定着部２２５と、デリバリー部２２６等を有する。

搬送ドラム２２１は、円柱面をなしており、その外周面が記録媒体Ｍを載置させる搬送面となっている。搬送ドラム２２１は、その搬送面上に記録媒体Ｍを保持した状態で図１中の矢印の向きに回転することによって、記録媒体Ｍを搬送面に沿って搬送する。また、搬送ドラム２２１は、爪部及び吸気部（図示省略）を備え、爪部により記録媒体Ｍの端部を押さえ、かつ吸気部により記録媒体Ｍを搬送面に吸い寄せることで、搬送面上に記録媒体Ｍを保持している。

受け渡しユニット２２２は、給紙部２１０の媒体供給部２１２と搬送ドラム２２１との間の位置に設けられ、媒体供給部２１２から搬送された記録媒体Ｍの一端をスイングアーム部２２２ａで保持して取り上げ、受け渡しドラム２２２ｂを介して搬送ドラム２２１に引き渡す。

加熱部２２３は、受け渡しドラム２２２ｂの配置位置とヘッドユニット２２４の配置位置との間に設けられ、搬送ドラム２２１により搬送される記録媒体Ｍが所定の温度範囲内の温度となるように当該記録媒体Ｍを加熱する。加熱部２２３は、例えば、赤外線ヒーター等を有し、制御部（図示省略）から供給される制御信号に基づいて赤外線ヒーターに通電してヒーターを発熱させる。

ヘッドユニット２２４は、画像データに基づいて、記録媒体Ｍが保持された搬送ドラム２２１の回転に応じた適切なタイミングで記録媒体Ｍに対してインクを射出して画像を形成する。ヘッドユニット２２４は、インク射出面が搬送ドラム２２１に対向して所定の距離を置いて配置される。本実施形態のインクジェット記録装置２００では、例えば、イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（Ｋ）の４色のインクにそれぞれ対応する四つのヘッドユニット２２４が、記録媒体Ｍの搬送方向上流側からＹ，Ｍ，Ｃ，Ｋの色の順に所定の間隔で並ぶように配列されている。

ヘッドユニット２２４は、例えば、図２に示すように、前後方向に隣接する一対のインクジェットヘッド１００の組が、前後方向について異なる位置に千鳥状に配置されている。また、ヘッドユニット２２４は、画像の記録時には搬送ドラム２２１の回転軸に対する位置が固定されて用いられる。即ち、インクジェット記録装置２００は、ラインヘッドを用いた１パス描画方式の画像記録を行うインクジェット記録装置２００である。

定着部２２５は、搬送ドラム２２１のＸ方向の幅に亘って配置された発光部を有し、搬送ドラム２２１に載置された記録媒体Ｍに対して当該発光部から紫外線等のエネルギー線を照射して記録媒体Ｍ上に射出されたインクを硬化させて定着させる。定着部２２５の発光部は、搬送方向についてヘッドユニット２２４の配置位置の下流側かつデリバリー部２２６の受け渡しドラム２２６ａの配置位置の上流側に搬送面と対向して配置される。

デリバリー部２２６は、内側が２本のローラーにより支持された輪状のベルトを有するベルトループ２２６ｂと、記録媒体Ｍを搬送ドラム２２１からベルトループ２２６ｂに受け渡す円筒状の受け渡しドラム２２６ａとを有し、受け渡しドラム２２６ａにより搬送ドラム２２１からベルトループ２２６ｂ上に受け渡された記録媒体Ｍをベルトループ２２６ｂにより搬送して排紙部２３０に送出する。

排紙部２３０は、デリバリー部２２６により画像記録部２２０から送り出された記録媒体Ｐが載置される板状の排紙トレー２３１を有する。

［インクジェットヘッド］
本実施形態のインクジェットヘッド１００は、図３Ａ、図３Ｂ及び図４等に示すように、ヘッドチップ１と、ヘッドチップ１が配設された配線基板２と、配線基板２とフレキシブル基板３を介して接続された駆動回路基板４と、ヘッドチップ１内の圧力室１３１に供給するインクを貯留するマニホールド５と、内側にマニホールド５が収納された筐体６と、筐体６の底面開口を塞ぐように取り付けられたキャップ受板７と、筐体６に取り付けられたカバー部材９等を備えている。
なお、図３Ａでは、マニホールド５の図示を省略しており、図３Ｂ及び図４では、カバー部材９の図示を省略している。
また、本実施形態では、ヘッドチップ１のノズル１１１の列数が４列である例について説明するが、ノズル１１１の列数や配置は適宜変更可能であり、例えば、１列から３列までのいずれかであってもよく、５列以上であってもよい。

ヘッドチップ１は、左右方向に長尺な略四角柱状の部材であり、圧力室基板１３と、流路スペーサー基板１２と、ノズル基板１１とが順に積層されて構成されている（図５～１１）。

圧力室基板１３には、圧力室１３１、空気室１３２及び共通インク排出路１３３等が設けられている（図５、図６Ａ及び図６Ｂ等参照）。
圧力室１３１と空気室１３２は左右方向に交互に配置されるように多数設けられ、前後方向に４列で設けられている。
圧力室１３１は、略矩形状の断面を有し上下方向に沿って形成されており、圧力室基板１３の上面に入口を有し、下面に出口を有している。また、圧力室１３１は、上方向の端部でインク貯留部５１に連通しており、圧力室１３１には当該インク貯留部５１からインクが供給され、圧力室１３１内部にはノズル１１１から射出するためのインクを貯留する。また、圧力室１３１は、圧力室基板１３と流路スペーサー基板１２とにまたがって、同一面積の略矩形状の断面を有するように上下方向に沿って形成されており、下方向の端部でノズル１１１に連通している（図９Ａ、図９Ｂ等参照）。

空気室１３２は、圧力室１３１よりもやや大きい略矩形状の断面を有し上下方向に沿って圧力室１３１と平行になるように形成されている。また、空気室１３２は、圧力室１３１とは異なり、インク貯留部５１には連通されておらず、空気室１３２内にインクが流れ込まないようになっている。また、空気室１３２は、ノズル１１１にも連通されていない（図９Ａ、図９Ｂ等参照）。

圧力室１３１と空気室１３２とは、圧電材料によって形成された圧力発生手段としての隔壁１３６により隔てられて形成されている（図１０Ａ参照）。隔壁１３６には図示しない駆動電極が設けられており、当該駆動電極に電圧が印加されると、隣接する圧力室１３１間の隔壁１３６部分がシェアモード型の変位を繰り返すことで、圧力室１３１内のインクに圧力が加えられる。なお、図５～１０等に示す圧力室１３１では、片側にしか隔壁１３６を有しない左右方向の端部に位置する圧力室１３１は使用しておらず、それ以外の両側に隔壁１３６を有する圧力室１３１を使用している。

なお、空気室１３２を設けずに圧力室１３１のみで形成してもよいが、上述したとおり、圧力室１３１と空気室１３２とを交互に設けることが好ましい。これにより、圧力室１３１同士が隣接しないようできるため、一の圧力室１３１に隣接する隔壁１３６が変形した際に、他の圧力室１３１に影響しないようにできる。

共通インク排出路１３３は、第１共通インク排出路１３４と第２共通インク排出路１３５とが連結して構成されている（図５及び図６Ｂ等参照）。
第１共通インク排出路１３４は、圧力室基板１３の下面側に、圧力室１３１及び空気室１３２が設けられた部分を避けるようにして、ヘッドチップ１の前側、後側、及びそれらの中央部に、３列並んで左右方向に沿って設けられている。また、第１共通インク排出路１３４の下面側には、流路スペーサー基板１２に設けられた個別インク排出路１２１が複数連結しており、それら個別インク排出路１２１（第２個別インク排出路１２３）から流れてくるインクが第１共通インク排出路１３４で合流できるようになっている（図６Ｂ、図７Ａ及び図９Ａ）。また、第１共通インク排出路１３４は、右端部付近で、ヘッドチップ１外にインクを排出可能な第２共通インク排出路１３５に連結している。したがって、第１共通インク排出路１３４は、個別インク排出路１２１（第２個別インク排出路１２３）から流れてきたインクが、当該第２共通インク排出路１３５に向かって流れる流路となっている。

第２共通インク排出路１３５は、圧力室１３１と同様に、上下方向に沿って形成されている。また、第２共通インク排出路１３５は、圧力室基板１３の下面側は第１共通インク排出路１３４に連通し、上面側は排出用液室５７に連通しており、第１共通インク排出路１３４から流れてきたインクを上側（ノズル基板１１側とは反対側）に向かって、ヘッドチップ１の外部に排出するための流路となっている。また、第２共通インク排出路１３５は、ヘッドチップ１の右端部付近に設けられ、第１共通インク排出路１３４に連通している。また、第２共通インク排出路１３５は、個々の圧力室１３１よりも大きな容積を有するように設けることによって、インクの排出効率を高めることができる。

流路スペーサー基板１２には、圧力室１３１と、当該圧力室１３１から分岐して設けられている個別インク排出路１２１とが形成されている（図９Ａ及び図９Ｂ等参照）。
圧力室１３１は、流路スペーサー基板１２と圧力室基板１３とをまたがって、同一面積の略矩形状の断面を有するように上下方向に沿って形成されている。

個別インク排出路１２１は、一端部が圧力室１３１と連結し、他端部が第１共通インク排出路１３４に連結しており、圧力室１３１のインクを第１共通インク排出路１３４に排出する流路となっている。
個別インク排出路１２１は、気泡や異物等をインクとともに排出しやすくする観点から、圧力室１３１の各々に少なくとも二つ設けられていることが好ましい。また、個別インク排出路１２１は、例えば、図９Ａ及び図９Ｂに示すように、圧力室１３１の前方向と後方向にそれぞれ一つずつ、計二つ設けることが、気泡や異物等をインクとともに排出しやすくする効果を得ることができ、かつ製造効率も高いため好ましい。

また、本発明に係る個別インク排出路１２１は、所定の圧力を加えた際の断面積の変化量が異なる第１個別インク排出路１２２と、第２個別インク排出路１２３とが連結されて構成されており、当該第１個別インク排出路１２２の方が当該第２個別インク排出路１２３よりも所定の圧力を加えた際の断面積の変化量が大きい。このような個別インク排出路１２１では、インクを射出させる際の圧力波（射出エネルギー）が個別インク排出路１２１に伝わってきた場合でも、第１個別インク排出路１２２で圧力波を吸収し、ヘッドチップ１内の各第１個別インク排出路１２２で圧力ムラが発生しにくくなるので、インクの射出安定性が向上しやすくなる。また、第２個別インク排出路１２３は変形しにくい構成になっており、圧力損失が安定しているので、複数の圧力室１３１毎の圧力ばらつきが抑制され、射出安定性が向上しやすくなる。さらに、本発明に係る個別インク排出路１２１では、流路の一部を所定の圧力を加えた際の断面積の変化量が大きくなるように設ければよいため、流路幅を狭くする必要はなく、インクとともに気泡や異物等を効果的に除去することが可能である。

上述したとおり、第１個別インク排出路１２２の方が、第２個別インク排出路１２３よりも所定の圧力を加えた際の断面積の変化量が大きい。
ここで、本発明の「所定の圧力を加えた際の断面積の変化量」の大小の比較は、第１個別インク排出路１２２内及び第２個別インク排出路１２３内にそれぞれ任意の同一の圧力を加えた際の断面積の変化量を実測して実測値によって比較してもよいが、下記のように、流路を構成する各流路壁の弾性の和を算出して比較することもできる。

流路壁の曲げ剛性（曲げ剛性＝ヤング率×断面二次モーメント）が低いほど、変形しやすい流路壁（弾性の大きい流路壁）であるといえるため、流路壁の弾性を、以下の式によって算出することができる。
式：流路壁の弾性＝１／ＥＩ
式中、Ｅはヤング率（Ｐａ）を表し、Ｉは断面二次モーメント（ｍ^４）を表す。
また、断面二次モーメントＩは、流路の厚さの三乗に比例するので、流路の厚さをｈとしたとき、流路壁の弾性は「１／Ｅｈ^３」に比例する。なお、流路の長さや幅は各流路間で差が小さく、その影響は無視できるほど小さいため計算には含めていない。
また、「所定の圧力を加えた際の断面積の変化量」は流路を構成する各流路壁の弾性の和に比例すると考えることができるため、第１個別インク排出路１２２と第２個別インク排出路１２３とについて、それぞれの各流路壁の「１／Ｅｈ^３」の和を計算して比較することで、「所定の圧力を加えた際の断面積の変化量」の比較をすることができる。

以下、第１個別インク排出路１２２について、上述した流路壁の弾性の和を算出した例について、具体例を挙げて説明するが、これに限定されるものではない。
図１１には、図７Ｂに示したXI-XI部分の位置に相当する、第１個別インク排出路１２２の断面を含む代表的な断面図を示す。第１個別インク排出路１２２を構成する流路壁を、下側の流路壁１２２ａ、左側の流路壁１２２ｂ、右側の流路壁１２２ｃ、上側の流路壁１２２ｄとする。

下側の流路壁１２２ａはノズル基板１１によって形成されており、当該ノズル基板１１の厚さが、流路壁１２２ａの厚さとなる。
左側の流路壁１２２ｂ及び右側の流路壁１２２ｃは、流路スペーサー基板１２内に形成されており、個別インク排出路１２１と、当該個別インク排出路１２１の左右方向に隣接する他の個別インク排出路１２１との間の距離が、それぞれ、流路壁１２２ｂ及び流路壁１２２ｃの厚さとなる。
上側の流路壁１２２ｄは、流路スペーサー基板１２内に形成されており、個別インク排出路１２１と第１共通インク排出路１３４との間の距離が、流路壁１２２ｄの厚さとなる。
また、以下の計算では、ノズル基板１１はポリイミド樹脂基板（ヤング率：３ＧＰａ）、流路スペーサー基板１２はシリコン基板（ヤング率：１３０ＧＰａ）であるとする。
そして、これらの流路壁１２２ａ，１２２ｂ，１２２ｃ，１２２ｄの「１／Ｅｈ^３」をそれぞれ算出した結果を下記表Ｉに示す。

上記表Ｉの例では、流路壁１２２ａ，１２２ｂ，１２２ｃ，１２２ｄの「１／Ｅｈ^３」の和は約２．７×１０^３（１／Ｐａ・ｍ^３）である。なお、上記表Ｉの例では、流路壁１２２ａの「１／Ｅｈ^３」が他よりも１００倍以上大きいため、その他の流路壁１２２ｂ，１２２ｃ，１２２ｄの「１／Ｅｈ^３」については無視できるほど小さい。
また、上述したとおり、「１／Ｅｈ^３」の和が、流路を構成する各流路壁１２２ａ，１２２ｂ，１２２ｃ，１２２ｄの弾性の和に比例すると考えることができる。したがって、第２個別インク排出路１２３についても同様の方法で各流路壁の「１／Ｅｈ^３」の和を算出することで、第１個別インク排出路１２２と第２個別インク排出路１２３との「所定の圧力を加えた際の断面積の変化量」の比較をすることができる。

また、第１個別インク排出路１２２の方が、第２個別インク排出路１２３よりも所定の圧力を加えた際の断面積の変化量が大きいこととしたが、本発明の効果を有効に得る観点から、具体的には、上述した流路を構成する各流路壁の「１／Ｅｈ^３」の和が１０倍以上大きいことが好ましい。

また、本実施形態に係る個別インク排出路１２１では、ノズル基板１１による流路壁部分が高弾性となっているので、個別インク排出路１２１のうち第１個別インク排出路１２２が圧力室１３１側に設けられている。このように、第１個別インク排出路１２２が、第２個別インク排出路１２３よりも圧力室１３１側に設けられていることが好ましい。これにより、圧力室１３１から伝わってきた圧力波を、個別インク排出路１２１の入口近くで吸収することができるので、各個別インク排出路１２１での圧力ムラの発生を効果的に抑制することができる。

また、第１個別インク排出路１２２のインクの流れる方向とは異なる方向に、第２個別インク排出路１２３が設けられていることが好ましい。このような構成とすることで、例えば、一の個別インク排出路１２１に、当該一の個別インク排出路１２１に隣接する他の個別インク排出路１２１から、第１共通インク排出路１３４を介して圧力波が漏れて伝わってきた場合に、第１個別インク排出路１２２の流路壁に当たりやすくなるので、第１個別インク排出路１２２で圧力波を効率的に吸収することができる。
また、図９Ａ及び図９Ｂに示すように、第１個別インク排出路１２２と第２個別インク排出路１２３とは、９０°に交わるように形成することが、上述した圧力波を効率的に吸収する効果を有効に得ることと、製造効率の観点から好ましい。

第１個別インク排出路１２２を構成する流路壁のうち一つが、当該第１個別インク排出路１２２を構成する他の流路壁よりも薄いことが好ましい。流路壁を薄くすれば、上述した流路壁の厚さｈの値が小さくなり「１／Ｅｈ^３」の値を大きくすることができ、つまり所定の圧力を加えた際の断面積の変化量を大きくすることができるため、本発明の効果を有効に得ることができる。

流路スペーサー基板１２は、個別インク排出路１２１の加工がし易い（精度が高い）という観点や、熱伝導度が高いためインク温度を均一に保ちやすくすることができるという観点から、シリコン、ステンレス鋼（ＳＵＳ）又は４２アロイからなる基板であることが好ましい。また、これらのうち、圧力室基板１３を形成する材料と熱膨張係数の近い材料の基板を使用することが好ましい。

ノズル基板１１には、厚さ方向（上下方向）に貫通する孔であるノズル１１１が設けられている（図８）。ノズル１１１は、圧力室１３１に連通しており、圧力室１３１内のインクに圧力が加えられた際に、圧力室１３１内に貯留されたインクを射出する射出口となっている。また、本実施形態におけるノズル１１１は、左右方向に配列されるとともに、前後方向に四つの列をなしている。

また、ノズル基板１１は、図９Ａ及び図９Ｂ等に示すように、第１個別インク排出路１２２の流路壁のうち一つを構成していることが好ましい。また、ノズル基板１１は厚さが薄いため、圧力によりわずかに弾性変形して流路の容積を変更可能なダンパーとして機能することができる。

ノズル基板１１は、ポリイミド樹脂、ポリエチレンテレフタラート樹脂、ポリアミド樹脂、ポリサルフォン樹脂等からなる基板を用いることが好ましい。これにより、樹脂基板をレーザー加工により高精度に加工してノズル基板１１を製造することができ、優れたインク耐性も有することとなるため好ましい。また、これらの樹脂基板は高弾性であるので、第１個別インク供給路の流路壁として好適に用いることができる。
また、ノズル基板１１は、シリコン基板に対してエッチング加工することよって製造することもできる。

また、ヘッドチップ１内でインクの流路となる圧力室１３１、個別インク排出路１２１及び共通インク排出路１３３の流路表面には、流路保護の観点から、耐インク性を有する保護膜が設けられていることが好ましい。
保護膜は、端インク性を有するものであれば特に限られないが、例えば、ポリパラキシリレン又はその誘導体を含有する膜（以下、パリレン膜ともいう。）を用いることが好ましい。パリレン膜は、パラキシリレン樹脂又はその誘導体樹脂からなる樹脂被膜であり、例えば、固体のジパラキシリレンダイマー又はその誘導体を蒸着源とする気相合成法（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｅｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：ＣＶＤ法）により形成することができる。すなわち、ジパラキシリレンダイマーが気化、熱分解して発生したパラキシリレンラジカルが、流路部材や金属層の表面に吸着して重合反応し、被膜を形成する。

パリレン膜には、種々の性能を有するパリレン膜があるが、必要な性能等に応じて、各種のパリレン膜やそれら種々のパリレン膜を複数積層した多層構成のパリレン膜等を所望のパリレン膜として適用することもできる。パリレン膜の層厚は、優れた絶縁性及び耐インク性の効果を得る観点から、５～２０μｍの範囲内とすることが好ましい。

ポリパラキシリレンは分子量が５０万にも及ぶ結晶性ポリマーであり、原料のパラキシリレン二量体を昇華し熱分解してパラキシリレンラジカルを発生させる。パラキシリレンラジカルはスペーサー基板４０に付着すると同時に重合してポリパラキシリレンを生成し、保護膜を形成する。

ポリパラキシリレンとしては、パリレンＮ（日本パリレン株式会社製の商品名）が挙げられる。
ポリパラキシリレン誘導体としては、ベンゼン環に塩素原子が一つ置換したパリレンＣ（日本パリレン株式会社製の商品名）、ベンゼン環の２位と５位に塩素原子が置換したパリレンＤ（日本パリレン株式会社製の商品名）、ベンゼン環を結ぶメチレン基の水素原子をフッ素原子で置換したパリレンＨＴ（日本パリレン株式会社製の商品名）が挙げられる。
本実施形態のポリパラキシリレン及びポリパラキシリレンの誘導体としては、これらの中でも、上述した層厚で優れた絶縁性及び耐インク性の効果を得る観点から、パリレンＮ又はパリレンＣを用いることが好ましい。

なお、本実施形態の第１個別インク排出路１２２は、流路スペーサー基板１２の下面側部分に設けられていることとしたが、これに限られない。例えば、第１個別インク排出路１２２を、ノズル基板１１と流路スペーサー基板１２の両方に跨るように設けてもよいし、ノズル基板１１にのみ設けてもよいし、流路スペーサー基板１２の底面よりも少し上側に設けてノズル基板１１に隣接しないように設けてもよい。

ヘッドチップ１の上面には、図４に示すように、配線基板２が配設され、配線基板２の前後方向に沿った両縁部に、駆動回路基板４と接続された二つのフレキシブル基板３が配設されている。

配線基板２は、左右方向に長尺な略矩形板状に形成されており、その略中央部に開口部２２を有している。配線基板２の左右方向及び前後方向の各幅は、ヘッドチップ１よりもそれぞれ大きく形成されている。

開口部２２は、左右方向に長尺な略矩形状に形成されており、配線基板２にヘッドチップ１が取り付けられた状態においては、ヘッドチップ１における各圧力室１３１の入口と、第２共通インク排出路１３５の出口とを上側に露出させるようになっている。

フレキシブル基板３は、駆動回路基板４と配線基板２の電極部とを電気的に接続させており、駆動回路基板４からの信号をフレキシブル基板３を介してヘッドチップ１内の隔壁１３６に設けられた駆動電極に印加できるようになっている。

また、配線基板２の外縁部には、マニホールド５の下端部が接着により取り付け固定されている。すなわち、マニホールド５は、ヘッドチップ１の圧力室１３１の入口側（上側）に配置され、配線基板２を介してヘッドチップ１と連結されている。

マニホールド５は、樹脂により成形されてなる部材であり、ヘッドチップ１の圧力室１３１の上部に設けられ、圧力室１３１に導入されるインクを貯留するものである。具体的には、図３Ｂ等に示すように、マニホールド５は、左右方向に長尺に形成されており、インク貯留部５１を構成する中空状の本体部５２と、インク流路を構成する第１～第４インクポート５３～５６とを備えている。また、インク貯留部５１は、インク中のゴミを除去するためのフィルターＦによって、上側の第１液室５１ａと下側の第２液室５１ｂの二つ区画されている。

第１インクポート５３は、第１液室５１ａの右側上端部に連通されており、インク貯留部５１へのインクの導入に用いられる。また、第１インクポート５３の先端部には、第１ジョイント８１ａが外挿されている。
第２インクポート５４は、第１液室５１ａの左側上端部に連通されており、第１液室５１ａ内の気泡を除去するために用いられる。また、第２インクポート５４の先端部には、第２ジョイント８１ｂが外挿されている。
第３インクポート５５は、第２液室５１ｂの左側上端部に連通されており、第２液室５１ｂ内の気泡を除去するために用いられる。また、第３インクポート５５の先端部には、第３ジョイント８２ａが外挿されている。
第４インクポート５６は、ヘッドチップ１の第２共通インク排出路１３５に連通する排出用液室５７に連通されており、ヘッドチップ１から排出されたインクが、第４インクポート５６を通して、インクジェットヘッド１００の外部に排出される。

筐体６は、例えば、アルミニウムを材料としてダイキャスト法により成形されてなる部材であり、左右方向に長尺に形成されている。また、筐体６は、その内側にヘッドチップ１、配線基板２及びフレキシブル基板３が取り付けられたマニホールド５を収納可能に形成されてなり、当該筐体６の底面が開放されている。また、筐体６の左右方向の両端部には、当該筐体６をプリンタ本体側に取り付けるための取付用孔６８がそれぞれ形成されている。

キャップ受板７は、その略中央部に左右方向に長尺なノズル用開口部７１が形成されており、ノズル基板１１がノズル用開口部７１を介して露出するようにして、筐体６の底面開口を塞ぐように取り付けられている。

［インク循環系］
インク循環系８は、インクジェットヘッド１００内の圧力室１３１から個別インク排出路１２１へのインクの循環流を発生させるためのインクの供給手段である。インク循環系８は、供給用サブタンク８１、循環用サブタンク８２及びメインタンク８３等によって構成されている（図１２）。

供給用サブタンク８１は、マニホールド５のインク貯留部５１に供給するためのインクが充填されており、インク流路８４によって第１インクポート５３に接続されている。
循環用サブタンク８２は、マニホールド５の排出用液室５７から排出されたインクが充填されており、インク流路８５によって第４インクポート５６に接続されている。
また、供給用サブタンク８１と循環用サブタンク８２は、ヘッドチップ１のノズル面（以下、「位置基準面」ともいう。）に対して、上下方向（重力方向）に異なる位置に設けられている。これによって、当該位置基準面と供給用サブタンク８１の水頭差による圧力Ｐ１と、当該位置基準面と循環用サブタンク８２との水頭差による圧力Ｐ２が生じている。
また、供給用サブタンク８１と循環用サブタンク８２は、インク流路８６で接続されている。そして、ポンプ８８によって加えられた圧力によって、循環用サブタンク８２から供給用サブタンク８１にインクを戻すことができる。

メインタンク８３は、供給用サブタンク８１に供給するためのインクが充填されており、インク流路８７によって供給用サブタンク８１に接続されている。そして、ポンプ８９によって加えられた圧力によって、メインタンク８３から供給用サブタンク８１にインクを供給することができる。

また、各サブタンク内のインク充填量と、各サブタンクの上下方向（重力方向）の位置とを適宜変更することによって、圧力Ｐ１及び圧力Ｐ２を調整することができる。そして、圧力Ｐ１及び圧力Ｐ２の圧力差によって、適宜の循環流速で、インクジェットヘッド１００内のインクを循環できる。これにより、ヘッドチップ１内に発生した気泡や異物等を除去し、ノズル１１１の詰まりや、射出不良等を抑制することができる。

なお、インク循環系８の一例として、水頭差によってインクの循環を制御する方法を説明したが、インクの循環流を発生できる構成であれば、当然適宜変更可能である。

［本発明の技術的効果］
以上説明したように、本発明のインクジェット記録装置２００は、インクを射出する複数のノズル１１１と、複数のノズル１１１の各々に連通し、インクが貯留された複数の圧力室１３１と、複数の圧力室１３１の各々に対応して設けられ、圧力室１３１内のインクに圧力を加える複数の圧力発生手段（隔壁１３６）と、圧力室１３１から分岐して設けられ、複数の圧力室１３１内のインクを排出可能な複数の個別インク排出路１２１と、複数の個別インク排出路１２１が連結された共通インク排出路１３３と、を備える。また、個別インク排出路１２１は、所定の圧力を加えた際の断面積の変化量が異なる第１個別インク排出路１２２と、第２個別インク排出路１２３とが連結されて構成されており、第１個別インク排出路１２２の方が第２個別インク排出路１２３よりも所定の圧力を加えた際の断面積の変化量が大きくなるように構成されている。これにより、本発明に係る個別インク排出路１２１では、インクを射出させる際の圧力波（射出エネルギー）が個別インク排出路１２１に伝わってきた場合でも、第１個別インク排出路１２２で圧力波を吸収し、ヘッドチップ１内の各第１個別インク排出路１２２で圧力ムラが発生しにくくなるので、インクの射出安定性が向上しやすくなる。また、第２個別インク排出路１２３は変形しにくい構成になっており、圧力損失が安定しているので、複数の圧力室１３１毎の圧力ばらつきが抑制され、射出安定性が向上しやすくなる。
さらに、本発明に係る個別インク排出路１２１では、流路の一部を所定の圧力を加えた際の断面積の変化量が大きくなるように設ければよいため、流路幅を狭くする必要はなく、インクとともに気泡や異物等を効果的に除去することが可能である。

また、本実施形態のインクジェットヘッド１００は、第１個別インク排出路１２２が、第２個別インク排出路１２３よりも圧力室１３１側に設けられていることが好ましい。これにより、圧力室１３１から伝わってきた圧力波を、個別インク排出路１２１の入口近くの第１個別インク排出路１２２を構成する流路壁で吸収することができるので、各個別インク排出路１２１での圧力ムラの発生を効果的に抑制することができる。

また、本実施形態のインクジェットヘッド１００は、第１個別インク排出路１２２におけるインクの流れる方向と異なる方向に、第２個別インク排出路１２３が設けられていることが好ましい。このような構成とすることで、例えば、隣の個別インク排出路１２１から伝わってきた圧力波が、第１個別インク排出路１２２の流路壁に当たりやすくなるので、第１個別インク排出路１２２で圧力波を効率的に吸収することができる。

また、本実施形態のインクジェットヘッド１００は、第１個別インク排出路１２２を構成する流路壁のうち一つが、当該第１個別インク排出路１２２を構成する他の流路壁よりも薄いことが好ましい。流路壁を薄くすれば、所定の圧力を加えた際の断面積の変化量を大きくすることができるため、本発明の効果を有効に得ることができる。

また、本実施形態のインクジェットヘッド１００は、気泡や異物等をインクとともに排出しやすくする観点から、第１個別インク排出路は、複数の圧力室の各々に少なくとも二つ設けられていることが好ましい。

また、本実施形態のインクジェットヘッド１００は、複数のノズルが設けられたノズル基板１１と、複数の個別インク排出路１２１が設けられた流路スペーサー基板１２と、複数の圧力室が設けられた圧力室基板１３と、が順に積層されていることが好ましい。個別インク排出路１２１を形成する基板を別に設けることで、本発明の個別インク排出路の１２１を形成しやすくすることができる。

また、本実施形態のインクジェットヘッド１００は、第１個別インク排出路１２２を構成する流路壁のうち一つが、ノズル基板１１であることが、本発明の効果を有効に得る観点から好ましい。

また、本実施形態のインクジェットヘッド１００は、圧力室１３１、個別インク排出路１２１及び共通インク排出路１３３の流路表面は、流路保護の観点から、耐インク性を有する保護膜が設けられていることが好ましい。

また、本実施形態のインクジェットヘッド１００は、電圧の印加によってシェアモード型の変位をする隔壁１３６で隔てられた圧力室１３１を備えたシェアモード型のインクジェットヘッド１００に、好適に適用することができる。シェアモード型のインクジェットヘッド１００では、隔壁１３６が駆動して個別インク排出路１２１に圧力ムラが発生しやすくなるので、本発明の効果を有効に得ることができる。

また、本実施形態のインクジェットヘッド１００は、ノズル基板が、ポリイミド樹脂、ポリエチレンテレフタラート樹脂、ポリアミド樹脂、又はポリサルフォン樹脂からなる基板であることが好ましい。これにより、樹脂基板をレーザー加工により高精度に加工してノズル基板１１を製造することができ、優れたインク耐性も有することとなるため好ましい。また、これらの樹脂基板は高弾性であるので、第１個別インク供給路の流路壁として好適に用いることができる。

また、本実施形態のインクジェットヘッド１００は、流路スペーサー基板１２は、個別インク排出路１２１の加工がし易い（精度が高い）という観点や、熱伝導度が高いためインク温度を均一に保ちやすくすることができるという観点から、シリコン、ステンレス鋼（ＳＵＳ）又は４２アロイからなる基板であることが好ましい。

また、本実施形態のインクジェットヘッド１００は、圧力室１３１から個別インク排出路１２１への循環流を発生させるためのインクの供給手段としてのインク循環系８を備えるインクジェット記録装置２００に搭載して好適に利用することができる。

［その他］
以上で説明した本発明の実施形態は、全ての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。すなわち、本発明の範囲は、上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。

例えば、本実施形態の第１個別インク排出路１２２として、流路壁の一つをノズル基板１１によって形成した例を示したが、第１個別インク排出路１２２の方が第２個別インク排出路１２３よりも所定の圧力を加えた際の断面積の変化量が大きくなるように構成されていれば、これに限られない。例えば、第１個別インク排出路１２２の上面に空気室１２４を設けることで（図１３参照）、当該上面側の流路壁の厚さが薄くなるように形成して、所定の圧力を加えた際の断面積の変化量が大きくなるようにすればよい。

また、本実施形態のヘッドチップ１として、ノズル基板１１、流路スペーサー基板１２及び圧力室基板１３が順に積層された例を示したが、これに限られず、ノズル基板１１及び圧力室基板１３の二層構成であってもよい。この場合は、ノズル基板１１及び圧力室基板１３の少なくとも一方に、個別インク排出路１２１を設けることとすればよい。

また、本実施形態の第１共通インク排出路１３４として、圧力室基板１３の下面側に、ヘッドチップ１の左右方向に沿って３列並んで設けられた例を示したが、個別インク排出路１２１のインクが合流でき、かつインクをヘッドチップ１の外部に排出することができれば流路構成は適宜変更可能である。

また、本実施形態の個別インク排出路１２１として、第１個別インク排出路１２２におけるインクの流れる方向と異なる方向に、第２個別インク排出路１２３を設けた例を示したが、これに限られない。例えば、第１個別インク排出路１２２を直方体の流路とし、インクの流れが一方向のみとなるような流路としてもよい。この場合は、第１個別インク排出路１２２の流路の一部の壁を薄くすることや、第１個別インク排出路１２２の流路壁の一部をヤング率の高い材料で形成することによって、個別インク排出路１２１を形成することができる。

また、本実施形態のインクジェットヘッド１００として、シェアモード型の例を示したが、圧力室１３１内のインクに圧力が加えられる手段が設けられていればよく、これに限られない。

また、本実施形態のインクジェット記録装置２００の描画方式として、ラインヘッドを用いた１パス描画方式の例を示したが、これに限られず、例えば、スキャン方式であってもよい。

また、本実施形態のインク循環系８として、ヘッドチップ１内部のインクを循環させる例を示したが、第２共通インク排出路１３５のインクを循環させずに吐き捨てる構成としてもよく、循環又は吐き捨てかを選択できる構成としてもよい。

また、本実施形態のヘッドチップ１として、圧力室１３１及び第２共通インク排出路１３５がヘッドチップ１の上下面で開口するストレートタイプである例を示したが、これに限られない。例えば、ヘッドチップ１の前後左右方向のいずれかの側面で開口する構成でもよく、流路の途中でインクの流れる方向が変わる屈曲部を有する構成でもよい。

１ ヘッドチップ
８ インク循環系（インクの供給手段）
１１ ノズル基板
１１１ ノズル
１２ 流路スペーサー基板
１２１ 個別インク排出路
１２２ 第１個別インク排出路
１２３ 第２個別インク排出路
１３ 圧力室基板
１３１ 圧力室
１３２ 空気室
１３３ 共通インク排出路
１３４ 第１共通インク排出路
１３５ 第２共通インク排出路
１３６ 隔壁（圧力発生手段）
１００ インクジェットヘッド
２００ インクジェット記録装置

Claims (10)

1. インクを射出する複数のノズルと、
   前記複数のノズルの各々に連通し、インクが貯留された複数の圧力室と、
   前記複数の圧力室の各々に対応して設けられ、前記圧力室内のインクに圧力を加える複数の圧力発生手段と、
   前記複数の圧力室の各々から分岐して設けられ、当該複数の圧力室内のインクを排出可能な複数の個別インク排出路と、
   前記複数の個別インク排出路が連結された共通インク排出路と、を備え、
   前記個別インク排出路は、所定の圧力を加えた際の断面積の変化量が異なる第１個別インク排出路と、第２個別インク排出路とが連結されて構成されており、
   前記第１個別インク排出路の方が前記第２個別インク排出路よりも前記断面積の変化量が大きく、
   前記第１個別インク排出路が、前記第２個別インク排出路よりも前記圧力室側に設けられており、
   前記複数のノズルが設けられたノズル基板と、
   前記複数の個別インク排出路が設けられた流路スペーサー基板と、
   前記複数の圧力室が設けられた圧力室基板と、
   が順に積層されており、
   前記流路スペーサー基板に前記第１個別インク排出路及び前記第２個別インク排出路が設けられており、
   前記第１個別インク排出路のインク射出方向と逆方向の流路壁よりも前記圧力室基板側の前記流路スペーサー基板に空気室を設けることを特徴とするインクジェットヘッド。
2. 前記第１個別インク排出路のインクが流れる方向とは異なる方向に、前記第２個別インク排出路が設けられていることを特徴とする請求項１に記載のインクジェットヘッド。
3. 前記第１個別インク排出路を構成する流路壁のうち一つが、当該第１個別インク排出路を構成する他の流路壁よりも薄いことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のインクジェットヘッド。
4. 前記第１個別インク排出路は、前記複数の圧力室の各々に少なくとも二つ設けられていることを特徴とする請求項１から請求項３までのいずれか一項に記載のインクジェットヘッド。
5. 前記第１個別インク排出路を構成する流路壁のうち一つが、前記ノズル基板であることを特徴とする請求項１から請求項４までのいずれか一項に記載のインクジェットヘッド。
6. 前記圧力室、前記個別インク排出路及び前記共通インク排出路の流路表面に、耐インク性を有する保護膜が設けられていることを特徴とする請求項１から請求項５までのいずれか一項に記載のインクジェットヘッド。
7. 前記複数の圧力室は、電圧の印加によってシェアモード型の変位をする隔壁で隔てられていることを特徴とする請求項１から請求項６までのいずれか一項に記載のインクジェットヘッド。
8. 前記ノズル基板が、ポリイミド樹脂、ポリエチレンテレフタラート樹脂、ポリアミド樹脂、又はポリサルフォン樹脂からなる基板であることを特徴とする請求項１から請求項５までのいずれか一項に記載のインクジェットヘッド。
9. 前記流路スペーサー基板が、シリコン、ステンレス鋼又は４２アロイからなる基板であることを特徴とする請求項１から請求項５までのいずれか一項に記載のインクジェットヘッド。
10. 請求項１から請求項９までのいずれか一項に記載のインクジェットヘッドと、
    前記圧力室から前記個別インク排出路への循環流を発生させるためのインクの供給手段と、
    を備えることを特徴とするインクジェット記録装置。

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