JP7404811B2

JP7404811B2 - 液体噴射ヘッド

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Publication number: JP7404811B2
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Inventors: 鋭王
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Filing date: 2019-11-26
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Description

本発明は、インク等の液体を吐出する液体吐出装置が備える液体噴射ヘッドに関する。

従来、インク等の液体を吐出する液体吐出装置として、例えば、インクジェット式プリンタが利用されている。液体吐出装置は、液体吐出ヘッドからインクを被記録シートなどの媒体に向けて吐出し、媒体に画像を形成することができる。このような液体吐出ヘッドとしては、例えば、特許文献１に開示された液体噴射ユニット（液体噴出ヘッド）のように、液体吐出流路に液体を供給する供給路（マニホールド）において当該液体を循環させる構成が知られている。

特許文献１に開示された液体噴射ユニットは、インクを一時的に貯留する鉛直空間を有しており、この鉛直空間は流出口を介して共通液室（マニホールド）の天井面の流入口に連通している。共通液室には開口部が設けられ、この開口部は複数の圧力室に連通し、各圧力室はそれぞれノズルに連通する。また、共通液室の天井面には流入口とは別に排出口も設けられている。排出口は排出経路に連通しており、排出経路は鉛直空間に連通している。

インクは、鉛直空間から共通液室に供給され、共通液室から開口部を介して各圧力室にインクが充填され、圧電素子による圧力変動によりノズルからインクが噴射される。また、共通液室に供給されたインクは排出口から排出経路を介して鉛直空間に循環する。ここで、共通液室の天井面は、流入口側から排出口側に高くなる傾斜面となっている。そのため、インクに気泡が混入していると、浮力による上昇で共通液室の排出口に誘導される。排出経路には、気泡を除去するための気体透過膜および脱泡空間にも連通しているので、共通液室内の気泡は、傾斜した天井面により効率的に排出される。

特開２０１７－２０２６７７号公報

液体噴射ヘッドにおいては、インク等の液体の温度（液温）にばらつきが生じると、液体の噴射性能の低下あるいは噴射不良等が生じるおそれがある。そのため、特にノズル近傍での液温をできる限り均等化（均温化）させることが望ましい。

特許文献１のように供給路（マニホールド）でインクを循環させる構成では、供給路においてインク温度（液温）を均等化させることは可能であるが、ノズル近傍のインク温度を十分に均温化させることができない。特に、圧電素子は駆動時に発熱するため、この圧電素子の駆動熱によるインク温度の上昇も速やかに均温化する必要がある。

本発明はこのような課題を解決するためになされたものであって、液体を循環させながらノズルから噴射する構成において、ノズル近傍でも液体の温度を良好に均温化することが可能な液体噴射ヘッドを提供することを目的とする。

本発明に係る液体噴射ヘッドは、前記の課題を解決するために、内部の液体を循環させる第一循環流路が形成される供給マニホールドと、前記供給マニホールドに連通し、第一方向に沿って配列された複数のノズルのそれぞれに前記供給マニホールドから液体を導く複数のディセンダと、前記ノズルから吐出されなかった前記液体を前記供給マニホールドに導く第二循環流路と、を備え、前記第二循環流路は、前記第一方向に沿って延伸し、複数の前記ディセンダに連通する帰還マニホールドと、前記帰還マニホールドの一端に連通し、帰還ポートを介して前記供給マニホールドに連通する帰還路と、を有し、前記第一循環流路における前記第一方向の一端が、前記供給マニホールドから前記液体が流出する流出ポートであり、前記第一循環流路における前記第一方向の他端が、前記供給マニホールドに前記液体が流入する流入ポートであり、前記帰還ポートは、前記供給マニホールドにおいて前記流出ポートよりも前記流入ポートに近接する構成である。

前記構成によれば、供給マニホールドの液体を循環させる第一循環流路とともに、ノズル近傍の液体を供給マニホールドに循環させる第二循環流路とを備えており、第二循環流路から供給マニホールドに液体が合流する位置（帰還ポート）は、供給マニホールドから第一循環流路に液体が流出する位置（流出ポート）よりもインクカートリッジ（またはインクタンク）等から供給マニホールドに液体が合流する位置（流入ポート）に近くなっている。これにより、供給マニホールドにおける液体の循環方向（第一循環流路の液体の流通方向）とノズル近傍からの液体の循環方向（第二循環流路の液体の流通方向）とが互いに逆になるように液体が循環する。

ここで、液体噴射ヘッド全体で見れば、第一循環流路の循環方向と第二循環流路の循環方向とは逆方向となるが、供給マニホールド内で見れば、第一循環流路からの合流方向と第二循環流路からの合流方向とは順方向（正方向）になる。第一循環流路により供給マニホールドに循環（合流）する液体は相対的に低温であり、第二循環流路によりノズル近傍から供給マニホールドに循環（合流）する液体は、圧電素子の駆動熱により相対的に高温である。そのため、供給マニホールド内では、低温の循環流と高温の循環流とが相対的に長い経路で混合されるので、液体の温度をより均質化（均温化）することができる。

前記構成の液体噴射ヘッドにおいては、前記流出ポートを介して前記供給マニホールドから前記第一循環流路に流出する前記液体の流出方向と、前記帰還ポートを介して前記第二循環流路から前記供給マニホールドに流入する前記液体の流入方向とが同一方向である構成であってもよい。

前記構成によれば、第二循環流路の帰還ポートからの液体流出方向と、帰還ポートから離れている第一循環流路の流出ポートからの液体流出方向とが同方向である。そのため、供給マニホールド内において、第一循環流路からの合流方向と第二循環流路からの合流方向とを、順方向（正方向）に整流しやすくすることができる。

また、前記構成の液体噴射ヘッドにおいては、前記第一循環流路の前記流出ポートおよび前記流入ポートは、それぞれ前記供給マニホールドにおける前記第一方向の両端側に位置し、前記第二循環流路の前記帰還ポートは、前記流入ポートに対向する位置に配置されている構成であってもよい。

前記構成によれば、供給マニホールドの両端に連通するように第一循環流路が設けられ、第二循環流路の帰還ポートは、第一循環流路の流入ポートに対向しているため、供給マニホールド内で循環される液体の流れの経路をより長くすることができる。それゆえ、液体の温度をより均質化することができる。

また、前記構成の液体噴射ヘッドにおいては、複数の前記ノズルの配列により構成されるノズル列は、互いに平行となるように２列形成され、前記帰還マニホールドは、各ノズル列を構成する前記ノズルに連通する前記ディセンダに連通している構成であってもよい。

前記構成によれば、２列のノズル列のそれぞれに１本の帰還マニホールドが連通することになるので、それぞれのノズル列ごとに帰還マニホールドを設ける必要がなくなり、構成の複雑化を回避することができる。

また、前記構成の液体噴射ヘッドにおいては、前記第一方向に直交する方向を第二方向としたときに、前記帰還マニホールドは、前記液体噴射ヘッドにおける前記第二方向の中央部となる位置で前記第一方向に沿って延伸する構成であってもよい。

前記構成によれば、第一方向を長手方向としたときに幅方向の中央部に沿って帰還マニホールドが位置するので、安定した位置に帰還マニホールドを設けることができる。特に、ノズル列が２列形成される構成では、２列のノズル列の間に１本の帰還マニホールドを配置することができるため、簡素な構成の第二循環流路を実現することができる。

また、前記構成の液体噴射ヘッドにおいては、前記ノズルからの液体吐出方向を下側としたときに、前記帰還路は、前記帰還マニホールドの一端から上側に延伸して前記供給マニホールドに合流する上昇路を含む構成であってもよい。

前記構成によれば、第二循環流路の帰還路の一部を上昇路として供給マニホールドに連通させることで、帰還マニホールドの上側に位置する各種構成要素を回避する位置に帰還路を設けることができる。これにより第二循環流路のレイアウトの自由度を向上することができる。

また、前記構成の液体噴射ヘッドにおいては、前記供給マニホールドの下側かつ前記帰還マニホールドの上側に位置し、液体を前記ノズルから噴射させるための圧電素子を保護するとともに配線が実装されている保護基板を備え、前記第一方向に直交する方向を第二方向としたときに、前記保護基板は、前記液体噴射ヘッドにおける前記第二方向の中央部に位置し、前記上昇路は、前記保護基板から見て第二方向の外側に形成されている構成であってもよい。

前記構成によれば、保護基板が存在しない位置に帰還路を配置することができるため、保護基板のレイアウトを変更することなく第二循環流路を設けることができる。

本発明では、以上の構成により、液体を循環させながらノズルから噴射する構成において、ノズル近傍でも液体の温度を良好に均温化することが可能な液体噴射ヘッドを提供することができる、という効果を奏する。

本発明の実施の形態に係る液体噴射ヘッドの構成の一例を示す模式的な分解斜視図である。図１に示す液体噴射ヘッドにおけるＩ－Ｉ線の矢視方向の模式的断面図である。図１に示す液体噴射ヘッドにおけるＩＩ－ＩＩ線の矢視方向の模式的断面図である。図１に示す液体噴射ヘッドにおけるＩＩＩ－ＩＩＩ線の矢視方向の模式的断面図である。図１に示す液体噴射ヘッドにおけるＩＶ－ＩＶ線の矢視方向の模式的断面図である。図１に示す液体噴射ヘッドにおける供給マニホールド内の液体循環の状況の一例を示す模式的斜視図である。図１に示す液体噴射ヘッドにおける帰還マニホールド内の液体循環の状況の一例を模式的分解斜視図である。

以下、本発明の代表的な実施の形態を、図面を参照しながら説明する。なお、以下では全ての図を通じて同一又は相当する要素には同一の参照符号を付して、その重複する説明を省略する。

［液体噴射ヘッドの基本構成例］
まず、本実施の形態に係る液体噴射ヘッドの基本構成の一例について、図１および図２を参照して具体的に説明する。なお、図１は、本実施の形態に係る液体噴射ヘッドの代表的な構成を示す模式的な分解斜視図であり、図２は、図１におけるＩ－Ｉ線の矢視方向の模式的断面図である。なお、図１は、液体噴射ヘッドの構成を説明する便宜のために分解斜視図として図示しているが、図２は分解図ではない断面図として図示している。

図１の分解斜視図、並びに、図２の断面図に示すように、本実施の形態に係る液体噴射ヘッドは、流路部材１１、供給路部材１２、アクチュエータ基板１３、保護基板１４、ノズル基板１５、吐出側ダンパー部材２１、弾性膜２２、供給側ダンパー部材２３、駆動ＩＣ２４、圧電素子２５、引出配線２６等を備えている。また、供給路部材１２の内部には供給マニホールド３１が形成されている。なお、図１では、供給マニホールド３１は点線で図示している。

流路部材（流路基板）１１は長手方向を有する平板状であり、液体の流路となる空間または開口等が形成されている。本実施の形態では、図１に示すように、流路部材１１には、後述する帰還マニホールド４１が形成されている。この流路部材１１は、図２に示すように供給路部材１２の下面に固定されている。流路部材１１の上面には、供給路部材１２との間に、アクチュエータ基板１３、保護基板１４等が固定されているとともに、流路部材１１の下面には、ノズル基板１５、吐出側ダンパー部材２１等が固定されている。また、供給路部材１２の上面には、供給側ダンパー部材２３が固定されている。

ここで、図２の断面図は、図１の分解斜視図に示す液体噴射ヘッドの長手方向に直交する幅方向のうちＩ－Ｉ線の矢視方向の断面に対応する。本実施の形態では、液体噴射ヘッドの長手方向を「縦方向」として長手方向に直交する方向を「横方向」とすると、図２は、液体噴射ヘッドの横方向の断面となる。また、図１および図２では、液体噴射ヘッドを構成する流路部材１１が「下」側に位置し供給路部材１２が「上」側に位置するように図示しているので、以下の説明では、液体噴射ヘッドの構造を説明する際に、この上下の位置関係を利用する。

また、液体噴射ヘッドの位置関係を説明する上で、「長手方向」すなわち「縦方向」を基準方向と見なして「第一方向」と称することができる。また、「幅方向」すなわち「横方向」のうち左右方向を「第二方向」とし、上下方向を「第三方向」と規定することができる。図１では、第一方向を図中ｄ１の双方向矢印で示し、図１および図２では、第二方向を図中ｄ２の双方向矢印で示し、図１および図２では、第三方向を図中ｄ３の双方向矢印で示している。これら方向を示す双方向矢印は、図３～図８においても同様である。

以下の説明では、方向を説明するときに、基本的には「長手方向」を用い、長手方向に直交する方向については、上下左右の区別をつける必要がない場合には「幅方向」を用い、「幅方向」のうち上下左右の区別をつける必要がある場合には「上下方向」または「左右方向」を用いる。

また、本実施の形態では、液体噴射ヘッドにおいてノズル２０が設けられている部位では、例えば図２に示すように、幅方向（横方向、第二方向、矢印ｄ２）において基本的に左右対称の構造を有している。それゆえ、図２を参照して液体噴射ヘッドの構造を説明する際には、左右のうち一方の構造のみ説明して他方の説明は省略する。

このような位置関係に基づけば、図１および図２に示す液体噴射ヘッドでは、流路部材１１を基準とすると、当該流路部材１１の下面にノズル基板１５および吐出側ダンパー部材２１が取り付けられている。また、流路部材１１の上面には、供給路部材１２とともにアクチュエータ基板１３および保護基板１４が取り付けられている。さらに、供給路部材１２の上面には供給側ダンパー部材２３が取り付けられている。

また、図１および図２に示すように、液体噴射ヘッドの下面にはノズル基板１５が位置しており、このノズル基板１５には、縦方向（長手方向、第一方向、矢印ｄ１）に沿って複数のノズル２０が配列している。本実施の形態では、ノズル基板１５に形成されるノズル２０の列（ノズル列）は２列であるが、本開示は特にこれに限定されない。ノズル列を構成するノズル２０の間隔（ピッチ）は特に限定されず、液体噴射ヘッドによる液体噴射（印刷）時に形成されるドットの密度に対応した間隔であればよい。

ノズル基板１５は、図１に示すように、液体噴射ヘッドの下面において左右方向（幅方向、横方向、第二方向）の中央に位置しており、ノズル基板１５の左右方向（幅方向）の両縁には吐出側ダンパー部材２１がそれぞれ位置している。流路部材１１には、図２に示すように、ノズル２０にインク（液体）を導く液体吐出流路３２となる開口部（または空間部）が形成されている。流路部材１１の下面において、液体吐出流路３２となる開口部を封止するように、吐出側ダンパー部材２１が取り付けられているため、これにより、液体吐出流路３２が構成される。

液体吐出流路３２は、図２に示すように、吐出側ダンパー部材２１により封止されることで、流路部材１１において幅方向（横方向、第二方向）に延伸する流路として形成される。液体吐出流路３２の一端は、流路部材１１において幅方向の外側の上面に形成される液体流入口３２ａであり、液体吐出流路３２の他端は、流路部材１１において幅方向の内側（中央側）の上面に形成される液体流出口３２ｂ（あるいは供給絞り）である。液体吐出流路３２は、液体流入口３２ａを介して供給マニホールド３１に連通しているとともに、液体流出口３２ｂを介して圧力室３３に連通している。

流路部材１１において幅方向の左右の外側には、図２に示すように液体吐出流路３２が形成されているが、流路部材１１の幅方向の中央部には、図２に示すように、ディセンダ３４と帰還マニホールド４１とが形成されている。図１に示すように、帰還マニホールド４１は、流路部材１１の上面において長手方向（縦方向、第一方向）に沿って延伸するように形成される。帰還マニホールド４１の幅方向の左右外側には、それぞれ複数のディセンダ３４が長手方向に沿って配列している。ディセンダ３４は、ノズル２０に連通する貫通孔（ノズル連通路）である。後述するように、それぞれのディセンダ３４は、帰還導入路４２を介して帰還マニホールド４１に連通している。

流路部材１１の上面には、左右方向の中央部にアクチュエータ基板１３が積層されている。アクチュエータ基板１３の上面には弾性膜２２が積層され、弾性膜２２の上面には保護基板（支持基板）１４が積層される。保護基板１４は、圧電素子２５を保護するとともに各種配線（後述する図示しない電極配線、並びに、引出配線２６等）が実装されている。保護基板１４には、下面側に開口する凹部が形成されており、保護基板１４の下面に弾性膜２２が位置することにより凹部が閉止され、この凹部内に圧電素子２５が配置される。

言い換えれば、保護基板１４には、圧電素子２５に対応する部位に当該圧電素子２５の駆動を阻害しない程度の大きさの凹部である「素子空間部」が形成されている。この「素子空間部」が圧電素子２５を保護するための領域（空間）として機能する。圧電素子２５は、弾性膜２２の上面に設けられるので、圧電素子２５は閉止された凹部（素子空間部）の下側に位置する。

アクチュエータ基板１３において、圧電素子２５の直下となる位置には、貫通孔である圧力室３３が形成される。圧力室３３の上面は弾性膜２２で閉止されており、圧力室３３の下面は流路部材１１の上面で閉止される。流路部材１１の液体吐出流路３２は、前記の通り、液体流出口３２ｂを介して圧力室３３に連通しており、また、流路部材１１のディセンダ（ノズル連通路）３４も、圧力室３３に連通する。図２に示すように、圧力室３３の下面における幅方向の一方が液体吐出流路３２に連通し、幅方向の他方がディセンダ３４に連通する。

アクチュエータ基板１３に形成される複数の圧力室３３は、ノズル基板１５に形成される複数のノズル２０に対応している。本実施の形態では、ノズル基板１５に形成される複数のノズル２０は、図１に示すように、長手方向（縦方向、第一方向）に沿って配列され、本実施の形態では２条のノズル列を構成している。それゆえ、アクチュエータ基板１３に形成される複数の圧力室３３も、図１に示すように、ノズル列に対応するように長手方向に沿って２条の列を構成している。圧電素子２５は圧力室３３に対応するように弾性膜２２上に設けられるので、図１に示すように、圧電素子２５も、ノズル列および圧力室３３に対応するように長手方向に沿って２条の列を構成している。

また、前記の通り、ディセンダ３４はノズル２０に液体を供給するように当該ノズル２０に連通するため、図１に示すように、流路部材１１には、複数のディセンダ３４が長手方向に沿って２条の列を構成している。同様に、液体吐出流路３２は圧力室３３を介してディセンダ３４に連通するため、図１に示すように、液体吐出流路３２の液体流出口３２ｂは、ディセンダ３４の配列の外側に並行して長手方向に沿って２条の列を構成しており、液体流入口３２ａは、液体流出口３２ｂの配列の外側に並行して、長手方向に沿って２条の列を構成している。

したがって、図１に示す例では、流路部材１１の上面には、幅方向（横方向、第二方向）の両外側に、長手方向（縦方向、第一方向）に沿って液体流入口３２ａの列それぞれが形成されており、液体流入口３２ａの列のそれぞれの内側に、長手方向に沿って液体流出口３２ｂの列が形成されており、液体流出口３２ｂの列のそれぞれの内側に、長手方向に沿ってディセンダ３４の列が形成されている。さらに、２条のディセンダ３４の列の間には、長手方向に沿って延伸する帰還マニホールド４１が形成されている。この帰還マニホールド４１は、後述するように供給マニホールド３１に連通している。

図１に示すように、保護基板１４における長手方向（縦方向、第一方向）の一端には、引出配線２６が接続され、この引出配線２６は駆動ＩＣ２４に接続される。駆動ＩＣ２４からそれぞれの圧電素子２５に対して、図示しない電極配線が延出している。これにより、長手方向に沿って列を形成する複数の圧電素子２５は、それぞれ駆動ＩＣ２４によって駆動可能に構成されている。

後述するように、駆動ＩＣ２４により圧電素子２５が駆動されると、弾性膜２２が圧力室３３内に向かって湾曲する（凹む）。これにより、圧力室３３内のインク（液体）がディセンダ３４を介してノズル２０から外部に噴射（吐出）する。したがって、流路部材１１、アクチュエータ基板１３、弾性膜２２、および圧電素子２５等によりアクチュエータユニットが形成される。

供給路部材１２は、図１および図２に示すように、流路部材１１と、この流路部材１１の上面に位置するアクチュエータ基板１３および保護基板１４と、を覆うように配置される。供給路部材１２には、前記の通り、流路部材１１の液体吐出流路３２にインク（液体）を供給する供給マニホールド（供給路）３１が形成されており、その上面は供給側ダンパー部材２３で閉止されている。

本実施の形態では、供給マニホールド３１は、図２に示すように、供給路部材１２の上部で長手方向（縦方向、第一方向）および幅方向（横方向、第二方向）に広がる第一領域と、供給路部材１２の幅方向（第二方向）の外側で長手方向および上下方向（第三方向、矢印ｄ３）に広がる第二領域とで構成されている。したがって、図２の横断面図に示すように、供給マニホールド３１は、上側で幅方向に延伸する第一領域と、この第一領域の下外側から下側に延伸する第二領域とによって、Ｌ字状の横断面を有している。そして、供給マニホールド３１の第二領域の下部は、液体流入口３２ａを介して液体吐出流路３２に連通している。

液体吐出流路３２は、前記の通り、圧力室３３を介してディセンダ３４に連通しており、ディセンダ３４はノズル２０に連通している。それゆえ、供給マニホールド３１から供給されるインク（液体）は、液体吐出流路３２、圧力室３３、およびディセンダ３４を介してノズル２０に導かれる。

ここで、この供給マニホールド３１は、図示しないインクカートリッジ（またはインクタンク）に接続され、このインクカートリッジからインク（液体）が供給される。インクカートリッジから供給されるインクは、供給マニホールド３１を介して流路部材１１に供給されるだけでなく、供給マニホールド３１内からインクカートリッジに循環する。したがって、供給マニホールド３１内には、内部の液体（インク）を循環させる第一循環流路が形成される。第一循環流路の具体的な構成については後述する。なお、供給マニホールド３１とインクカートリッジ（またはインクタンクあるいはインク供給部）とは、公知の供給経路等を介して直接的に連通（接続）してもよいし、公知の部材等を介して間接的に連通してもよい。

また、流路部材１１には、前記の通り、帰還マニホールド４１が形成されているが、この帰還マニホールド４１は、複数のディセンダ３４に連通している。そのため、ディセンダ３４から供給された液体（インク）のうちノズル２０から吐出されなかったものは、帰還マニホールド４１に導入される。帰還マニホールド４１は供給マニホールド３１に連通しているので、ノズル２０から吐出されなかった液体（インク）は、供給マニホールド３１に循環する。したがって、帰還マニホールド４１は、第一循環流路とは別に液体（インク）を循環される第二循環流路を構成する。第二循環流路の具体的な構成については後述する。

本開示に係る液体噴射ヘッドにおいては、流路部材１１、供給路部材１２、アクチュエータ基板１３、保護基板１４、ノズル基板１５、吐出側ダンパー部材２１、弾性膜２２、供給側ダンパー部材２３、駆動ＩＣ２４、圧電素子２５、引出配線２６等の具体的な構成は特に限定されず、液体噴射ヘッドで公知の構成を好適に用いることができる。また、本開示に係る液体噴射ヘッドの具体的構成は、本実施の形態で例示した図１および図２に示す構成に限定されず、本開示が実施可能な範囲で一部の構成要素がなくてもよいし、液体噴射ヘッドの分野で公知の他の構成要素を備えてもよい。

液体噴射ヘッドの製造方法は特に限定されず、流路部材１１、供給路部材１２、アクチュエータ基板１３、保護基板１４、ノズル基板１５、吐出側ダンパー部材２１、弾性膜２２、供給側ダンパー部材２３、駆動ＩＣ２４、圧電素子２５、引出配線２６等の各構成要素（部材等）を公知の方法で固定したり取り付けたりすることにより、液体噴射ヘッドを製造すればよい。各構成要素の固定または取付順序等は特に限定されないが、例えば、流路部材１１、吐出側ダンパー部材２１、ノズル基板１５等により流路ユニットを予め形成し、アクチュエータ基板１３、弾性膜２２、圧電素子２５、保護基板１４等によりアクチュエータユニットを予め形成し、これらユニットを固定することで液体噴射ヘッドを製造する方法を挙げることができる。

また、各構成要素の固定方法または取付方法、あるいは、ユニット同士の固定方法、ユニットと構成要素（部材）等との固定方法または取付方法等は特に限定されないが、一般的には、公知の接着剤を用いる方法を挙げることができる。構成要素（部材）の種類または材質等によっては接着剤を用いない接合方法を用いてもよい。

なお、本実施の形態では、後述する流入ポート３１ａ、流出ポート３１ｂは、図３または図５に示すように、供給側ダンパー部材２３に別部材として取り付けられる構成であるが、流入ポート３１ａ、流出ポート３１ｂの構成はこれに限定されない。例えば、供給側ダンパー部材２３を備えておらず、供給路部材１２が筐体として内部空間として供給マニホールド３１を有する構成であれば、流入ポート３１ａおよび流出ポート３１ｂの少なくとも一方が供給路部材１２に一体的に形成されてもよい。

［帰還マニホールドおよび帰還路］
次に、帰還マニホールド４１およびこれに連通する帰還路４３の具体的な構成について、図１および図２に加えて、図３～図５を参照して説明する。なお、図３は、図１におけるＩＩ－ＩＩ線の矢視方向の模式的断面図であり、図４は、図１におけるＩＩＩ－ＩＩＩ線の矢視方向の模式的断面図であり、図５は、図１におけるＩＶ－ＩＶ線の矢視方向の模式的断面図である。また、図１は、液体噴射ヘッドの構成を説明する便宜のために分解斜視図として図示しているが、図３～図５は、図２と同様に分解図ではない断面図として図示している。

図２に対応する図１のＩ－Ｉ線横断面図は、前記の通り、液体噴射ヘッドにおいてノズル２０が設けられている部位に相当する。これに対して、図３に対応する図１のＩＩ－ＩＩ線横断面図は、液体噴射ヘッドの長手方向の一方の端部近傍に相当し、図５に対応する図１のＩＶ－ＩＶ線横断面図は、液体噴射ヘッドの長手方向の他方の端部近傍に相当する。図３および図５のいずれも、帰還マニホールド４１のそれぞれの端部が、供給マニホールド３１に連通する部位の具体的な構成を図示している。図４は、図３に対応する横断面と図２に対応する横断面との間を図示している。

図１に示すように、帰還マニホールド４１は、流路部材１１の上面において長手方向（縦方向、第一方向）に沿って延伸する溝状であり、図２に示すように、複数のディセンダ３４に連通する。それぞれのディセンダ３４には、ノズル基板１５の側（下側）に、幅方向（横方向、第二方向）に沿って帰還マニホールド４１に連通する帰還導入路４２（あるいは帰還絞り）が形成されている。帰還導入路４２の一端はディセンダ３４に連通し、帰還導入路４２の他端は、帰還マニホールド４１の底面に連通する帰還導入開口４２ａとして形成される。そのため、図１に示すように、複数の帰還導入開口４２ａは、帰還マニホールド４１の底面（下面）においてディセンダ３４の列に沿って（長手方向に沿って）２条の列として形成されている。

本実施の形態では、複数のノズル２０の配列により構成されるノズル列は、図１に示すように、ノズル基板１５において互いに平行となるように２列形成されている。そして、帰還マニホールド４１は、各ノズル列を構成するノズル２０に連通するディセンダ３４にそれぞれ連通している。そのため、２列のノズル列のそれぞれに１本の帰還マニホールド４１を連通させることになる。これにより、１本のノズル列に１本の帰還マニホールド４１を設ける必要がなくなり、構成の複雑化を回避することができる。

なお、ノズル列は２列に限定されず３列以上でもよい。そのため、帰還マニホールド４１は、３列以上のノズル列に対して１本が設けられてもよい。あるいは、帰還マニホールド４１を複数本設け、１本の帰還マニホールド４１が複数列のノズル列に対応し、１本の帰還マニホールド４１が１列のノズル列のみに対応してもよい。もちろん、図１に示す構成例において、１列のノズル列に１本の帰還マニホールド４１が対応するように設けられてもよい。

また、図２に示すように、互いに対向する帰還導入路４２の間には壁部４２ｂが設けられている。前述したように、ディセンダ３４にはノズル２０が連通するとともに帰還導入路４２が連通しているが、対向する帰還導入路４２の間に壁部４２ｂを設けることにより、互いに対向配置されるノズル２０の間のクロストークを防止することができる。

また、本実施の形態では、帰還マニホールド４１は、流路部材１１において幅方向（横方向、第二方向）の中央部となる位置で長手方向（縦方向、第一方向）に沿って延伸している構成を例示している。しかしながら、帰還マニホールド４１の構成はこれに限定されず、中央部以外の位置でもよいし、延伸方向も長手方向に沿っていない方向であってもよい。帰還マニホールド４１が幅方向の中央部で縦方向に沿って位置することで、液体噴射ヘッドの構造上、相対的に安定した位置に帰還マニホールド４１を設けることができる。特に、ノズル列が２列形成される構成では、２列のノズル列の間に１本の帰還マニホールド４１を配置することができるため、後述する第二循環流路を簡素な構成とすることができる。

本実施の形態では、帰還マニホールド４１の大部分は、幅方向の中央部となる位置で長手方向に沿って延伸しているが、その両端部は、長手方向から幅方向に直角に折れ曲がっている。帰還マニホールド４１の折れ曲がった先端は、図３または図５に示すように、それぞれ帰還路４３に連通している。帰還路４３は、流路部材１１の長手方向の両端に形成された開口部（または空間部）であり、液体吐出流路３２と同様に吐出側ダンパー部材２１により封止されることで、幅方向に延伸する流路として形成される。

帰還路４３の一端は、流路部材１１において幅方向の内側（中央側）の上面に形成される帰還連通開口４３ａであり、液体吐出流路３２の他端は、流路部材１１において幅方向の外側の上面に形成される帰還ポート４３ｂである。帰還連通開口４３ａは、帰還導入開口４２ａと同様に、溝状の帰還マニホールド４１の底面（下面）に形成されている。帰還ポート４３ｂは、図３または図５に示すように、供給マニホールド３１の下端に連通している。それゆえ、帰還ポート４３ｂは、流路部材１１に形成される帰還路４３の「流出口」であるとともに、供給マニホールド３１に形成される「流入口」（または帰還口）に対応する。

さらに、図１並びに図３または図５に示すように、供給マニホールド３１には、図示しないインクカートリッジ（またはインクタンク）からインク（液体）が流入する流入ポート３１ａと、供給マニホールド３１からインク（液体）が流出する流出ポート３１ｂが設けられている。インクカートリッジは供給路部材１２の上側に設けられるので、流入ポート３１ａおよび流出ポート３１ｂは、供給マニホールド３１の上面（本実施の形態では、供給マニホールド３１を封止する供給側ダンパー部材２３）に設けられている。一方、帰還ポート４３ｂは、供給路部材１２の下面に位置する帰還路４３の「流出口」であるので、帰還ポート４３ｂは、供給マニホールド３１の下面に設けられている。

ここで、帰還路４３の具体的な構成は特に限定されず、帰還マニホールド４１の一端に連通し、帰還ポート４３ｂを介して供給マニホールド３１に連通する構成であればよい。本実施の形態では、帰還路４３の大部分は幅方向（横方向、第二方向）に延伸する流路であるが、その一端である帰還ポート４３ｂは、流路部材１１の上面に位置している。そのため、帰還路４３は、帰還マニホールド４１の一端から上側に延伸して供給マニホールド３１に合流する「上昇路」（帰還ポート４３ｂ近傍の上下方向の貫通孔）を含むことになる。

このように、帰還路４３の一部を上昇路として供給マニホールド３１に連通させることにより、帰還マニホールド４１の上側に位置する各種構成要素、例えば、図３または図５に示すように、アクチュエータ基板１３、弾性膜２２、保護基板１４、駆動ＩＣ２４等を回避するように帰還路４３を設けることができる。これにより、後述する第二循環流路のレイアウトの自由度を向上することができる。

特に、図１並びに図３または図５に示す構成例では、保護基板１４が供給マニホールド３１の下側かつ帰還マニホールド４１の上側に位置している。この保護基板１４は、幅方向（横方向、第二方向）の中央部において長手方向（縦方向、第一方向）に沿って延伸するように位置している。そして、帰還路４３の上昇路部分は、図３または図５に示すように、保護基板１４から見て幅方向の外側に形成されている。このような構成であれば、液体噴射ヘッドにおいて保護基板１４が存在しない位置に帰還路４３を配置することができるため、保護基板１４のレイアウトを変更することなく第二循環流路を設けることができる。

なお、図３および図５は、いずれも液体噴射ヘッドの長手方向の両端部近傍であるため、保護基板１４には凹部（素子空間部）が形成されておらず、アクチュエータ基板１３には圧力室３３は形成されていない。また、流路部材１１には、幅方向の一方（図３では向かって左側、図５では向かって右側）に帰還マニホールド４１および帰還路４３が形成されるが、ディセンダ３４は形成されず、ノズル基板１５にもノズル２０は形成されていない。つまり、図３または図５に示す液体噴射ヘッドの長手方向の両端部近傍には、アクチュエータユニットの要部は設けられていない。

また、図４は、図３に示す液体噴射ヘッドの長手方向の端部近傍と、図２に例示する液体噴射ヘッドにおけるノズル列が設けられる部位との間を示す横断面図である。そのため、流路部材１１の幅方向の中央上面に帰還マニホールド４１が位置するのみで、帰還路４３等は形成されず、アクチュエータユニットの要部（圧電素子２５、圧力室３３、ディセンダ３４、ノズル２０）等も設けられていない。なお、図４と同様の横断面は、もちろん図５に示す端部近傍と図２に例示するノズル列が設けられる部位との間にも存在する。

［第一循環流路および第二循環流路］
次に、供給マニホールド３１内に形成される第一循環流路、並びに、帰還マニホールド４１および帰還路４３を含む第二循環流路の具体的な一例について、図１～図５に加えて、図６および図７を参照して説明する。

図６の模式的斜視図では、第一循環流路を説明するために、供給マニホールド３１を破線で示し、供給マニホールド３１に液体（インク）が流入または流出する状況をブロック矢印、あるいは立体状図形等で模式的に示している。また、図７の模式的分解斜視図では、第二循環流路を説明するために、帰還マニホールド４１を除いて流路部材１１を点線で図示するとともに、供給路部材１２および流路部材１１の間に介在する各種構成要素（アクチュエータ基板１３、弾性膜２２、保護基板１４等）を省略している。また、図７では、図１と同様に、供給路部材１２内の供給マニホールド３１を点線で図示している。

第一循環流路は、液体噴射ヘッドの供給マニホールド３１内で形成される液体の循環流路である。インクカートリッジに連通する流入ポート３１ａおよび流出ポート３１ｂが供給マニホールド３１にも連通することで、図６において、白抜きブロック矢印Ｆ１で示すように、内部の液体（インク）を長手方向（縦方向、第一方向）に沿って循環させる流路として形成される。

第一循環流路における長手方向の一端が、供給マニホールド３１から液体が流出する流出ポート３１ｂであり、第一循環流路における長手方向の他端が、図示しないインクカートリッジから供給マニホールド３１に液体が流入する流入ポート３１ａである。本実施の形態では、図１～図５に示すように、供給マニホールド３１は、幅方向（横方向、第二方向）に対称となるように供給路部材１２に設けられている。そのため、２つの供給マニホールド３１にそれぞれ流入ポート３１ａおよび流出ポート３１ｂが設けられている。図１では、供給路部材１２の奥側では、向かって右奥側に流出ポート３１ｂが位置し、向かって左手前側に流入ポート３１ａが位置する。供給路部材１２の手前側では、向かって右奥側に流出ポート３１ｂが位置し、向かって左手前側に流入ポート３１ａが位置する。

図１のＩＩ－ＩＩ線矢視断面図である図３では、向かって右側の供給マニホールド３１の上面左に流出ポート３１ｂが設けられ、向かって左側の供給マニホールド３１の上面左に流入ポート３１ａが設けられている。図１のＩＶ－ＩＶ線矢視断面図である図５では、向かって右側の供給マニホールド３１の上面右に流入ポート３１ａが設けられ、向かって左側の供給マニホールド３１の上面右に流出ポート３１ｂが設けられている。

図６は、図１に示す構成の液体噴射ヘッドを、当該図１において向かって左側から長手方向（縦方向、第一方向）斜めに沿って（図１における４つの矢視方向と同じ方向に沿って）見た状態を示している。図６において向かって右側の供給マニホールド３１では、長手方向の下端右側に流出ポート３１ｂが位置し、長手方向の上端左側に流入ポート３１ａが位置する。図６において向かって左側の供給マニホールド３１では、長手方向の上端左側に流出ポート３１ｂが位置し、長手方向の下端右側に流入ポート３１ａが位置する。

したがって、本実施の形態では、第一循環流路を構成する流入ポート３１ａおよび流出ポート３１ｂは、供給マニホールド３１の上面角部で対角線上に対向して位置している。それゆえ、図６において白抜きブロック矢印Ｆ１で示すように、第一循環流路では、図示しないインクカートリッジより流入ポート３１ａから流入した液体（インク）は、供給マニホールド３１の上部（第一領域）を対角線上に流れていき、流出ポート３１ｂからインクカートリッジに流出する。

ここで、供給マニホールド３１は、ノズル２０に液体（インク）を供給するための供給路としても機能する。そのため、図６において、図中平板ブロック状の立体状図形および網掛けブロック矢印Ｆ０で示すように、供給マニホールド３１の下部（第二領域）の大部分から液体流入口３２ａを介して液体吐出流路３２に液体（インク）が供給され、圧力室３３およびディセンダ３４を介してノズル２０に供給される（図２参照）。なお、図１および図７では、液体吐出流路３２ａからの液体の流れは一点鎖線で模式的に図示しており、さらに図７では、液体吐出流路３２ａからの液体の流れ方向を、図６と同様に網掛けブロック矢印Ｆ０で図示している。

第二循環流路は、ノズル２０から吐出されなかった液体を供給マニホールド３１に帰還させる循環流路である。第二循環流路は、前記の通り、帰還マニホールド４１および帰還路４３を有し、帰還マニホールド４１は、前記の通り、複数のディセンダ３４に連通しており、それぞれのディセンダ３４はノズル２０に連通しており、帰還路４３は帰還ポート４３ｂを介して供給マニホールド３１に連通している。そのため、ノズル２０から吐出されなかったインク（液体）は、帰還マニホールド４１および帰還路４３を介して供給マニホールド３１に導かれる。

具体的には、図７において黒いブロック矢印Ｆ２に示すように、ディセンダ３４から帰還マニホールド４１に導入された液体（インク）は、帰還マニホールド４１の両端に流れていく。帰還マニホールド４１の端部には帰還路４３およびその「流出口」である帰還ポート４３ｂが連通しているので、帰還マニホールド４１からの液体は、帰還路４３に流入する。

さらに、帰還路４３に流入した液体は、図７において破線で模式的に示すように、帰還ポート４３ｂからの液体の流れとして、供給マニホールド３１の長手方向の端部下側から当該供給マニホールド３１に流入（帰還）する。なお、図６では、帰還ポート４３ｂからの液体の流れは、黒いブロック矢印Ｆ２とともに円筒状図形として模式的に示している。また、図１では、帰還ポート４３ｂからの液体の流れは、図７と同様に破線で模式的に図示している。

このような第一循環流路および第二循環流路において、帰還ポート４３ｂは、供給マニホールド３１において流出ポート３１ｂよりも流入ポート３１ａに近接するように位置している。例えば、図６において向かって左側に示すように（図３および図５も参照）、供給マニホールド３１の長手方向の下側端部に位置する帰還ポート４３ｂは、供給マニホールド３１の長手方向の上側端部に位置する流出ポート３１ｂではなく、長手方向の下側端部で幅方向の中央よりに位置する流入ポート３１ａに近接している。図６において向かって右側では、供給マニホールド３１の長手方向の上側端部に位置する帰還ポート４３ｂは、供給マニホールド３１の長手方向の下側端部に位置する流出ポート３１ｂではなく、長手方向の上側端部で幅方向の中央よりに位置する流入ポート３１ａに近接している。

このように、本開示に係る液体噴射ヘッドは、供給マニホールド３１の液体を循環させる第一循環流路とともに、ノズル２０近傍の液体を供給マニホールド３１に循環させる第二循環流路とを備えており、第二循環流路から供給マニホールド３１に液体が合流する位置（帰還ポート４３ｂ）は、供給マニホールド３１から第一循環流路に液体が流出する位置（流出ポート３１ｂ）よりも供給マニホールド３１に液体が合流する位置（流入ポート３１ａ）に近くなっている。これにより、供給マニホールド３１における液体の循環方向（第一循環流路の液体の流通方向）とノズル２０近傍からの液体の循環方向（第二循環流路の液体の流通方向）とが互いに逆になるように液体が循環する。

ここで、液体噴射ヘッド全体で見れば、第一循環流路の循環方向（ブロック矢印Ｆ１）と第二循環流路の循環方向（ブロック矢印Ｆ２）とは逆方向となるが、供給マニホールド３１内で見れば、第一循環流路からの合流方向と第二循環流路からの合流方向とは順方向（正方向）になる。第一循環流路により供給マニホールド３１に循環（合流）する液体は相対的に低温であり、第二循環流路によりノズル２０近傍から供給マニホールド３１に循環（合流）する液体は、圧電素子２５の駆動熱により相対的に高温である。そのため、供給マニホールド３１内では、低温の循環流と高温の循環流とが相対的に長い経路で混合されるので、液体の温度をより均質化（均温化）することができる。

また、本実施の形態では、図６に示すように、流出ポート３１ｂを介して供給マニホールド３１から第一循環流路に流出する液体の流出方向（ブロック矢印Ｆ１参照）と、帰還ポート４３ｂを介して第二循環流路から供給マニホールド３１に流入する液体の流入方向とが同一方向であることが好ましい。このように、第二循環流路の帰還ポート４３ｂからの液体流出方向と、帰還ポート４３ｂから離れている第一循環流路の流出ポート３１ｂからの液体流出方向とが同方向であれば、供給マニホールド３１内において、第一循環流路からの液体の合流方向と第二循環流路からの液体の合流方向とを、順方向（正方向）に整流しやすくすることができる。

また、本実施の形態では、前記の通り、図１、図６および図７に示すように、第一循環流路の流出ポート３１ｂおよび流入ポート３１ａは、それぞれ供給マニホールド３１における長手方向（縦方向、第一方向）の両端側に位置し、第二循環流路の帰還ポート４３ｂは、流入ポート３１ａに対向する位置に配置されている。このように、供給マニホールド３１の両端に連通するように第一循環流路が設けられ、第二循環流路の帰還ポート４３ｂが、第一循環流路の流入ポート３１ａに対向していれば、供給マニホールド３１内で循環される液体の流れの経路をより長くすることができる。それゆえ、液体の温度をより均質化することができる。

以上のように、本開示に係る液体噴射ヘッドは、内部の液体を循環させる第一循環流路が形成される供給マニホールドと、供給マニホールドに連通し、第一方向に沿って配列された複数のノズルのそれぞれに供給マニホールドから液体を導く複数のディセンダと、ノズルから吐出されなかった液体を供給マニホールドに導く第二循環流路と、を備える構成である。そして、第二循環流路は、第一方向に沿って延伸し、複数のディセンダに連通する帰還マニホールドと、当該帰還マニホールドの一端に連通し、帰還ポートを介して供給マニホールドに連通する帰還路と、を有している。また、第一循環流路における前記第一方向の一端が、供給マニホールドから液体が流出する流出ポートであり、第一循環流路における第一方向の他端が、供給マニホールドに液体が流入する流入ポートである。そして、帰還ポートは、供給マニホールドにおいて流出ポートよりも流入ポートに近接している。

液体噴射ヘッドがこのような構成であれば、供給マニホールドの液体を循環させる第一循環流路とともに、ノズル近傍の液体を供給マニホールドに循環させる第二循環流路とを備えており、第二循環流路から供給マニホールドに液体が合流する位置（帰還ポート）は、供給マニホールドから第一循環流路に液体が流出する位置（流出ポート）よりもインクカートリッジ（またはインクタンク）等から供給マニホールドに液体が合流する位置（流入ポート）に近くなっている。これにより、供給マニホールドにおける液体の循環方向（第一循環流路の液体の流通方向）とノズル近傍からの液体の循環方向（第二循環流路の液体の流通方向）とが互いに逆になるように液体が循環する。

なお、本発明は前記実施の形態の記載に限定されるものではなく、特許請求の範囲に示した範囲内で種々の変更が可能であり、異なる実施の形態や複数の変形例にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施の形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。

本発明は、インク等の液体を吐出する液体吐出装置が備える液体噴射ヘッドの分野に広く好適に用いることができる。

１１：流路部材
１２：供給路部材
１３：アクチュエータ基板
１４：保護基板
１５：ノズル基板
２０：ノズル
２１：吐出側ダンパー部材
２２：弾性膜
２３：供給側ダンパー部材
２４：駆動ＩＣ
２５：圧電素子
２６：引出配線
３１：供給マニホールド
３１ａ：流入ポート
３１ｂ：流出ポート
３２：液体吐出流路
３２ａ：液体流入口
３２ｂ：液体流出口
３３：圧力室
３４：ディセンダ
４１：帰還マニホールド
４２：帰還導入路
４２ａ：帰還導入開口
４２ｂ：壁部
４３：帰還路
４３ａ：帰還連通開口
４３ｂ：帰還ポート

Claims

内部の液体を循環させる第一循環流路が形成される供給マニホールドと、
前記供給マニホールドに連通し、第一方向に沿って配列された複数のノズルのそれぞれに前記供給マニホールドから液体を導く複数のディセンダと、
前記ノズルから吐出されなかった前記液体を前記供給マニホールドに導く第二循環流路と、
を備え、
前記第二循環流路は、
前記第一方向に沿って延伸し、複数の前記ディセンダに連通する帰還マニホールドと、
前記帰還マニホールドの一端に連通し、帰還ポートを介して前記供給マニホールドに連通する帰還路と、を有し、
前記帰還ポートは、前記供給マニホールドにおける前記第一方向の一端に位置し、
前記第一循環流路における前記第一方向の一端が、前記供給マニホールドから前記液体が流出する流出ポートであり、前記第一循環流路における前記第一方向の他端が、前記供給マニホールドに前記液体が流入する流入ポートであり、
前記帰還ポートは、前記供給マニホールドにおいて前記流出ポートよりも前記流入ポートに近接することを特徴とする、
液体噴射ヘッド。
前記供給マニホールドから前記流出ポートに向けて前記液体が流出する前記液体の流出方向と、前記帰還ポートを介して前記第二循環流路から前記供給マニホールドに流入する前記液体の流入方向とが同一方向であることを特徴とする、
請求項１に記載の液体噴射ヘッド。
前記第一循環流路の前記流出ポートおよび前記流入ポートは、それぞれ前記供給マニホールドにおける前記第一方向の両端側に位置し、
前記第二循環流路の前記帰還ポートは、前記流入ポートに対向する位置に配置されていることを特徴とする、
請求項１または２に記載の液体噴射ヘッド。
複数の前記ノズルの配列により構成されるノズル列は、互いに平行となるように２列形成され、
前記帰還マニホールドは、各ノズル列を構成する前記ノズルに連通する前記ディセンダに連通していることを特徴とする、
請求項１から３のいずれか１項に記載の液体噴射ヘッド。
前記第一方向に直交する方向を第二方向としたときに、前記帰還マニホールドは、前記液体噴射ヘッドにおける前記第二方向の中央部となる位置で前記第一方向に沿って延伸することを特徴とする、
請求項１から４のいずれか１項に記載の液体噴射ヘッド。
前記ノズルからの液体吐出方向を下側としたときに、前記帰還路は、前記帰還マニホールドの一端から上側に延伸して前記供給マニホールドに合流する上昇路を含むことを特徴とする、
請求項１から５のいずれか１項に記載の液体噴射ヘッド。
前記供給マニホールドの下側かつ前記帰還マニホールドの上側に位置し、液体を前記ノズルから噴射させるための圧電素子を保護するとともに配線が実装されている保護基板を備え、
前記第一方向に直交する方向を第二方向としたときに、前記保護基板は、前記液体噴射ヘッドにおける前記第二方向の中央部に位置し、
前記上昇路は、前記保護基板から見て第二方向の外側に形成されていることを特徴とする、
請求項６に記載の液体噴射ヘッド。