特開 2024-31373 液体吐出ヘッド

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024031373

(43)【公開日】2024-03-07

(54)【発明の名称】液体吐出ヘッド

(51)【国際特許分類】

   B41J 2/14 20060101AFI20240229BHJP

   B41J 2/18 20060101ALI20240229BHJP

【ＦＩ】

B41J2/14 305

B41J2/18

B41J2/14 603

B41J2/14 605

B41J2/14 607

【審査請求】未請求

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022134889

(22)【出願日】2022-08-26

(71)【出願人】

【識別番号】000003562

【氏名又は名称】東芝テック株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110003708

【氏名又は名称】弁理士法人鈴榮特許綜合事務所

(74)【代理人】

【識別番号】100108855

【弁理士】

【氏名又は名称】蔵田 昌俊

(74)【代理人】

【識別番号】100179062

【弁理士】

【氏名又は名称】井上 正

(74)【代理人】

【識別番号】100075672

【弁理士】

【氏名又は名称】峰 隆司

(74)【代理人】

【識別番号】100153051

【弁理士】

【氏名又は名称】河野 直樹

(74)【代理人】

【識別番号】100162570

【弁理士】

【氏名又は名称】金子 早苗

(72)【発明者】

【氏名】後藤 大輝

(72)【発明者】

【氏名】下里 正志

(72)【発明者】

【氏名】仁田 昇

【テーマコード（参考）】

2C056

2C057

【Ｆターム（参考）】

2C056EC16

2C056EC32

2C056KB16

2C057AG29

2C057AG44

2C057AG68

2C057BA04

2C057BA14

(57)【要約】

【課題】ノズル負圧の制御が容易な液体吐出ヘッドを提供する。
【解決手段】一実施形態にかかる液体吐出ヘッドは、ノズル部と、振動板と、複数の圧力室と、供給側流路と、供給側流路と、アクチュエータ部と、を備える。ノズル部には、複数のノズルが形成される。振動板は前記ノズルに対向配置される。複数の圧力室は前記複数のノズルにそれぞれ連通する。供給側流路は複数の前記圧力室の一方向における一方側に設けられる。排出側流路は、前記圧力室の前記一方向の他方側に設けられるとともに、前記供給側流路と流路抵抗が等しい。アクチュエータ部は、電圧の印加により変形し、前記圧力室を駆動する複数の圧電素子を備える。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

複数のノズルが形成されるノズル部と、
前記ノズルに対向配置される振動板と、
前記複数のノズルにそれぞれ連通する複数の圧力室と、
複数の前記圧力室の一方向における一方側に設けられる供給側流路と、
前記圧力室の前記一方向の他方側に設けられるとともに、前記供給側流路と流路抵抗が等しい、排出側流路と、
電圧の印加により変形し、前記圧力室を駆動する複数の圧電素子を備えるアクチュエータ部と、
を備える、液体吐出ヘッド。

【請求項2】

前記供給側流路と、前記圧力室と、前記排出側流路とを含む循環流路において液体が循環される、請求項１に記載の液体吐出ヘッド。

【請求項3】

前記供給側流路及び前記排出側流路を形成する流路部材を備え、
前記供給側流路は、前記圧力室の一方側に延びる供給側個別流路と、複数の前記供給側個別流路の一方側に連通する供給側共通室と、を備え、
前記排出側流路は、前記圧力室の他方側に延びる排出側個別流路と、複数の前記排出側個別流路の他方側に連通する排出側共通室と、を備え、
流路部材は、前記ノズルを基準として前記供給側個別流路と前記排出側個別流路の構造が対称である、請求項１に記載の液体吐出ヘッド。

【請求項4】

前記供給側個別流路は前記圧力室の一方側に延びる供給側圧力流路と、前記供給側圧力流路の一方側に延びる供給側狭窄流路と、を有し、
前記排出側個別流路は前記圧力室の他方側に延びる排出側圧力流路と、前記排出側圧力流路の他方側に延びる排出側狭窄流路と、を有し、
前記供給側個別流路と、前記圧力室と、前記排出側個別流路と、は前記一方向に沿って順番に並び、
前記供給側圧力流路と前記排出側圧力流路とは流路長及び流路断面形状が等しく、
前記供給側狭窄流路と前記排出側狭窄流路とは流路長及び流路断面形状が等しい、請求項３に記載の液体吐出ヘッド。

【請求項5】

液体の循環流量は吐出する液体の最大流量の１／２～１／１０である請求項１に記載の液体吐出ヘッド。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明の実施形態は、液体吐出ヘッドに関する。

【背景技術】

【0002】

インクジェットヘッドの方式の一つとして積層型圧電体を用い、ノズル裏側のインク流路でインクを循環させる循環型のインクジェットヘッドがある。このようなインクジェットヘッドの流路構造は、ノズルに対してインクを供給する流路と排出する流路が非対称に構成されている。

【0003】

このようなインクジェットヘッドでは、供給側流路と排出側流路の形状の違いにより流路抵抗に偏りが生じるため、ノズル負圧の制御が難しい。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特許第６４２８７９１号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

本発明が解決しようとする課題は、ノズル負圧の制御が容易な液体吐出ヘッドを提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0006】

一実施形態にかかる液体吐出ヘッドは、ノズル部と、振動板と、複数の圧力室と、供給側流路と、供給側流路と、アクチュエータ部と、を備える。ノズル部には、複数のノズルが形成される。振動板は前記ノズルに対向配置される。複数の圧力室は前記複数のノズルにそれぞれ連通する。供給側流路は複数の前記圧力室の一方向における一方側に設けられる。
排出側流路は、前記圧力室の前記一方向の他方側に設けられるとともに、前記供給側流路と流路抵抗が等しい。アクチュエータ部は、電圧の印加により変形し、前記圧力室を駆動する複数の圧電素子を備える。

【図面の簡単な説明】

【0007】

【図1】第１実施形態に係るインクジェットヘッドの構成を示す断面図。

【図2】同インクジェットヘッドの構成を示す断面図。

【図3】同インクジェットヘッドを備えるインクジェット記録装置の概略構成を示す説明図。

【図4】同インクジェットヘッドを含む循環流路の説明図。

【図5】同循環流路における負圧制御の説明図。

【発明を実施するための形態】

【0008】

以下に、第１実施形態に係る液体吐出ヘッドであるインクジェットヘッド１及び液体吐出装置であるインクジェット記録装置１００について、図１乃至図５を参照して説明する。図１及び図２は、インクジェットヘッド１の概略構成を示す断面図である。図３はインクジェット記録装置の概略構成を示す説明図であり、図４はインクジェットヘッドを含む循環流路の説明図である。図５は、循環流路における負圧制御の説明図である。図中矢印Ｘ、Ｙ、Ｚは互いに直交する３方向をそれぞれ示す。本実施形態においてXはノズル５１や圧力室８１の並列方向、Yは延出方向、Zはノズルの軸方向に沿っている。各図において説明のため、適宜構成を拡大、縮小または省略して示す。

【0009】

図１及び図２に示すように、インクジェットヘッド１は、ベース１０と、アクチュエータ部２０と、振動板３０と、流路部材である流路基板４１とフレーム部４５とを有する流路部４０と、複数のノズル５１を有するノズル部としてのノズルプレート５０と、駆動回路７０と、を備える。一例として、インクジェットヘッド１は、本実施形態において、圧電体層２１１の積層方向、圧電素子２１の振動方向、振動板３０の振動方向、がそれぞれＺ方向に沿う例を示す。本実施形態において、ノズルプレート５０の裏側において、流路部４０は、振動板３０と、流路部４０とによって、ヘッド内にヘッド流路８０を形成する流路構造部８が構成される。

【0010】

アクチュエータ部２０は、例えば、圧電部材で構成され、列方向に沿って交互に配列されるアクチュエータとしての複数の駆動圧電素子２１、及び複数の非駆動圧電素子２２と、これら複数の圧電素子２１、２２を一体に連結する圧電構造部２６と、を備える。本実施形態においてアクチュエータ部２０の延出方向の中心に、ノズル５１が設けられており、アクチュエータ部２０はノズル５１を中心として一方側と他方側が対称な構造を有する。アクチュエータ部２０は、ベース１０の一方側に、接合される。アクチュエータ部２０は、例えばベース１０上に設けられる。

【0011】

アクチュエータ部２０において、複数の駆動圧電素子２１及び複数の非駆動圧電素子２２とは、一定の間隔で並列方向に並ぶ。一例として、複数の駆動圧電素子２１及び複数の非駆動圧電素子２２とは、いずれも外形が同形状の直方体の柱状に構成される。アクチュエータ部２０は、複数の溝２３により、複数に分割され、複数の駆動圧電素子２１、非駆動圧電素子２２は、全て、同じ幅の溝２３によって、同ピッチで列方向に並んでいる。

【0012】

例えば複数の駆動圧電素子２１及び複数の非駆動圧電素子２２とは、それぞれ、ノズルの軸方向であるＺ方向から見た平面視において、短手方向が素子列の列方向に沿うとともに、長手方向が列方向及びＺ方向に対して直交する延出方向に沿う、矩形状に構成される。

【0013】

駆動圧電素子２１は、Ｚ方向において、流路部４０に形成される複数の圧力室８１にそれぞれ対向する位置に配列される。一例として、駆動圧電素子２１の列方向及び延出方向の中心位置と、圧力室８１の列方向及び延出方向の中心位置とが、Ｚ方向に並んで配列される。

【0014】

非駆動圧電素子２２は、Ｚ方向において、流路部４０に形成される隔壁部４２にそれぞれ対向する位置に配列される。一例として、非駆動圧電素子２２の列方向及び延出方向の中心位置と、隔壁部４２の列方向及び延出方向の中心位置とが、Ｚ方向に並んで配列される。

【0015】

例えば、アクチュエータ部２０を構成する積層型圧電部材は、シート状の圧電材料を積層して焼結することで形成される。アクチュエータ部２０は、積層型圧電部材を、一方の端面からダイシング加工して溝２３を形成することで、矩形の柱状に形成された複数の圧電素子を所定の間隔で形成する。そして、形成された複数の柱状の素子に、電極等が設けられ、交互に配置された複数の駆動圧電素子２１及び複数の非駆動圧電素子２２が形成される。複数の駆動圧電素子２１及び複数の非駆動圧電素子２２は、列方向において、溝２３を挟んで交互に並列配置される。

【0016】

駆動圧電素子２１、非駆動圧電素子２２を構成する圧電部材は、例えば積層圧電体である。駆動圧電素子２１、非駆動圧電素子２２は、積層された複数の圧電体層２１１と、各圧電体層２１１の主面に形成される内部電極２２１、２２２と、を備える。なお、一例として、駆動圧電素子２１、非駆動圧電素子２２は同じ積層構造である。そして、駆動圧電素子２１及び非駆動圧電素子２２は、表面に形成された外部電極２２３、２２４を備える。

【0017】

圧電体層２１１は、例えばＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）系、または無鉛のＫＮＮ（ニオブ酸ナトリウムカリウム）系等の圧電材料から薄板状に構成される。複数の圧電体層２１１は厚さ方向が積層方向に沿って積層され、互いに接着されている。例えば本実施形態において圧電体層２１１の厚さ方向及び積層方向が、振動方向（Ｚ方向）に沿って配置される。

【0018】

内部電極２２１、２２２は、銀パラジウムなどの焼成可能な導電性材料で所定形状に構成される導電膜である。内部電極２２１、２２２は各圧電体層２１１の主面の所定領域に形成される。内部電極２２１、２２２は、互いに異なる極である。例えば、一方の内部電極２２１は、複数の駆動圧電素子２１及び複数の非駆動圧電素子２２の並び方向である列方向（Ｘ方向）、振動方向（Ｚ方向）の双方と直交する方向である延出方向（Ｙ方向）において、圧電体層２１１の一方の端部に至り、圧電体層２１１の他方の端部には至らない領域に形成される。他方の内部電極２２２は、延出方向において、圧電体層２１１の一方の端部には至らず、圧電体層２１１の他方の端部に至る領域に形成される。内部電極２２１、２２２は圧電素子２１、２２の側面に形成される外部電極２２３、２２４にそれぞれ接続される。

【0019】

また駆動圧電素子２１、非駆動圧電素子２２を構成する積層圧電部材は、ノズルプレート５０側または反対側の端部のいずれかまたは両方に、ダミー層をさらに備えていてもよい。例えばダミー層は圧電体層２１１と同材料で構成され、電極を片側にしか有さず、電界がかからないので変形しない。例えばダミー層は圧電体としては機能せず、アクチュエータ部２０をベース１０に固定するベースとなり、あるいは組立中や組立後の精度を出すために研磨する研磨代となる。

【0020】

外部電極２２３、２２４は、複数の駆動圧電素子２１及び複数の非駆動圧電素子２２の表面に形成され、内部電極２２１、２２２の端部を集めて構成される。例えば外部電極２２３、２２４は、圧電体層２１１の延出方向における一方の端面と他方の端面とに、それぞれ形成される。外部電極２２３、２２４はメッキ法やスパッタ法など既知の方法で、Ｎｉ、Ｃｒ、Ａｕなどにより成膜される。外部電極２２３と外部電極２２４は、異なる極である。外部電極２２３と外部電極２２４とは、複数の駆動圧電素子２１及び複数の非駆動圧電素子２２の異なる側面部にそれぞれ配置されている。なお、外部電極２２３と２２４とは、複数の駆動圧電素子２１及び複数の非駆動圧電素子２２の同じ側面部のうち、異なる領域に取り回されていてもよい。

【0021】

本実施形態において一例として外部電極２２３を個別電極、外部電極２２４を共通電極とする。複数の駆動圧電素子２１及び複数の非駆動圧電素子２２の個別電極となる外部電極２２３は、電極層が溝２３によって分割され、互いに独立して配置される。共通電極となる外部電極２２４は、電極層が例えば圧電構造部２６の側面において互いに連結され、例えば接地される。外部電極２２３、２２４は、例えば配線フィルムを介して駆動回路７０に接続される。例えば、個々の外部電極２２３、２２４は、駆動回路７０の駆動ＩＣ７２を介して、駆動部としての制御部１１６に接続され、制御回路１１６１による制御によって駆動制御可能に構成される。なお、共通電極と個別電極の配置は逆であってもよい。

【0022】

また、各圧電素子２１、２２の振動方向は積層方向に沿っており、電界を印加することで、ｄ３３方向に変位する。各圧電素子２１、２２は、圧電体層２１１及び内部電極２２１，２２２の積層数が３層以上である。一例として、各圧電素子２１、２２は、３層以上、５０層以下、各層の厚さを１０μｍ以上、４０μｍ以下とし、厚さと総積層数の積を１０００μｍ未満とする。

【0023】

インクジェットヘッド１において、駆動圧電素子２１は、外部電極２２３、２２４を介して内部電極２２１、２２２に電圧が印加されることで、振動する。本実施形態において、駆動圧電素子２１は、圧電体層２１１の積層方向に沿って縦振動する。ここで言う縦振動とは、例えば「圧電定数ｄ３３で定義される厚み方向の振動」である。駆動圧電素子２１は、縦振動により、振動板３０を変位させ、圧力室８１を変形させる。

【0024】

振動板３０は振動方向であるＺ方向と直交する面に沿って延び、複数の圧電素子２１、２２の圧電体層２１１の振動方向の一方側、即ち、ノズルプレート５０側の面に接合される。振動板３０は振動方向であるＺ方向において、圧力室８１を介して、複数のノズル５１に対向する。振動板３０は、例えば変形可能に構成される。振動板３０は、アクチュエータ部２０の駆動圧電素子２１及び非駆動圧電素子２２と、フレーム部４５と、に接合される。例えば振動板３０は、圧電素子２１、２２に対向する振動領域３１と、フレーム部４５に対向する支持領域３２と、を有する。振動板３０は振動方向において流路基板４１とアクチュエータ部２０との間に設けられる。

【0025】

振動領域３１は、例えば厚さ方向が圧電体層２１１の振動方向となるように配された平板状である。振動板３０は、複数の駆動圧電素子２１及び複数の非駆動圧電素子２２の並び方向に面方向が延びる。振動板３０は、例えば金属板である。振動板３０は、各圧力室８１に対向するとともに個別に変位可能な複数の振動部位を有する。振動板３０は、複数の振動部位が一体に連なって形成される。

【0026】

一例として、振動板３０はニッケルやＳＵＳ板で構成され、振動方向に沿う厚さ寸法は５μｍ～１５μｍ程度に構成される。なお、振動領域３１は、複数の振動部位が、変位しやすいように、振動部位と隣接する部位あるいは互いに隣接する振動部位間に、折り目や段差が形成されていてもよい。振動領域３１は、駆動圧電素子２１の伸長と圧縮によって、当該駆動圧電素子２１に対向配置された部位が変位することで、変形する。例えば、振動板３０は非常に薄く複雑な形状が必要なため、電鋳法等により、形成される。振動板３０アクチュエータ部２０の上端面に接着などで接合される。

【0027】

支持領域３２は、フレーム部４５と流路基板４１との間に配置される板状部材である。振動板３０は、ノズル５１を中心として、Ｙ方向の一方側と他方側が対称な構造を有している。

【0028】

流路部４０は、振動板３０とノズルプレート５０との間に設けられる流路基板４１と、アクチュエータ部２０の外周に設けられるフレーム部４５と、を備える。

【0029】

流路基板４１は、複数の個別流路間を隔てる複数の隔壁部４２、及び各個別流路を構成するガイド壁４３、を備える。

【0030】

例えば隔壁部４２は、並列方向に並ぶ複数の圧力室８１間を隔てるとともに、並列方向に並ぶ複数の個別流路間を隔てる壁部材である。隔壁部４２は振動板３０を介して、非駆動圧電素子２２に対向配置され、非駆動圧電素子２２によって支持される。

【0031】

ガイド壁４３は、供給側個別流路８２、排出側個別流路８４を構成する壁部材であり、例えば、所定箇所の流路断面積を狭め、狭窄流路８２２、８４２を形成する段差部を有する。

【0032】

流路基板４１は、ノズル５１を中心として、Ｙ方向の一方側と他方側が対称な構造を有している。具体的には、複数の隔壁部４２は、ノズル５１を中心としてＹ方向において、一方側と他方側とが対称な構造であり、例えば複数の隔壁部４２は、Ｙ方向に沿って延出し、Ｙ方向に直交する断面形状が一様に構成されている。また、複数のガイド壁４３は、ノズル５１を中心としてＹ方向において、一方側と他方側とが対称な構造である。例えば複数のガイド壁４３は、Ｙ方向に沿って延出し、Ｙ方向に直交する断面形状が、ノズルを中心として同位置で同形状に構成されている。

【0033】

フレーム部４５は圧電素子２１、２２とともに振動板３０に接合される構造体である。フレーム部４５は、本実施形態においてはアクチュエータ部２０に隣接して配置され、インクジェットヘッド１の外郭を構成する。

【0034】

本実施形態において、フレーム部４５は、振動板３０の裏側に接合される内フレーム４５１と、ノズルプレート５０の裏側に接合される外フレーム４５２と、を備える。振動板３０と流路基板４１とともに、ノズルプレート５０の裏側に、供給側共通室８３、排出側共通室８５を形成する。例えば、内フレーム４５１と、外フレーム４５２との間に、供給側共通室８３、排出側共通室８５の一部が形成される。フレーム部４５は、ノズル５１を中心として、Ｙ方向の一方側と他方側が対称な構造を有している。

【0035】

供給側共通室８３、排出側共通室８５は、フレーム部４５の内側に形成される。供給側共通室８３は、供給側個別流路８２を通じて、圧力室８１に連通する。排出側共通室８５は、排出側個別流路８４を通じて、圧力室８１に連通する。

【0036】

本実施形態において、振動板３０と、流路部４０とによって、インクジェットヘッド１内に、ヘッド流路８０が形成される。ヘッド流路８０は、複数の圧力室８１と、供給側流路と、排出側流路を備える。供給側流路は、圧力室８１の一方向に延びる複数の供給側個別流路８２と、複数の供給側個別流路８２の一方側に連通する供給側共通室８３と、を有する。排出側流路は、圧力室８１の他方側に延びる複数の排出側個別流路８４と、複数の排出側個別流路８４の他方側に連通する排出側共通室８５と、を有する。本実施形態において、Ｚ方向から見て、供給側個別流路８２と、圧力室８１と、排出側個別流路８４とは、流れ方向となる延出方向において並んで配置される。

【0037】

複数の圧力室８１は、振動板３０の振動領域３１の一方側に形成される空間であり、供給側及び排出側にそれぞれ形成される供給側個別流路８２、排出側個別流路８４を介して供給側共通室８３及び排出側共通室８５、にそれぞれ連通する。複数の圧力室８１は、隔壁部４２によって隔てられる。すなわち、圧力室８１の第３方向の両側は隔壁部４２によって構成される。また、各圧力室８１は、一方側に配されるノズルプレート５０に形成されたノズル５１に連通する。また、圧力室８１は、ノズルプレート５０の反対側が振動板３０によって塞がれる。圧力室８１は、圧力室８１の一部を形成する振動板３０の振動によって変形することで、ノズル５１から液体を吐出する。

【0038】

供給側個別流路８２は、各圧力室８１の供給側に連通し、流れ方向となるＹ方向に延びる。供給側個別流路８２は圧力室の一方側に延びる供給側圧力流路８２１と、供給側圧力流路８２１の一方側に延び、供給側共通室８３よりも流路断面が狭い供給側狭窄流路８２２と、を有する。

【0039】

供給側共通室８３は、複数の供給側個別流路８２の流れ方向における他方の端部に連通する流路である。供給側共通室８３は、例えば振動板３０とノズルプレート５０の間に形成され、Ｘ方向に長い流路部と、フレーム部４５と流路基板４１の延出方向の両端部との間において、Ｚ方向に延出し、ヘッド入口８３１に至る流路部と、を連続して有する。

【0040】

排出側個別流路８４は、各圧力室８１の二次側に連通し、Ｙ方向に延びる。排出側個別流路８４は、圧力室の他方側に延びる排出側圧力流路８４１と、排出側圧力流路８４１の他方側に延び、排出側共通室８５よりも流路断面が狭い排出側狭窄流路８４２と、を有する。ここで、流路基板４１は、ノズル５１を中心として、Ｙ方向の一方側と他方側が対称な構造を有しているため、供給側圧力流路８２１と排出側圧力流路８４１と、Y方向に沿う流路長及びY方向に直交する流路断面形状が等しく、供給側狭窄流路８２２と排出側狭窄流路８４２とはY方向に沿う流路長及びY方向に直交する流路断面形状が等しく構成される。

【0041】

排出側共通室８５は、複数の排出側個別流路８４のY方向における圧力室８１側とは反対側の端部に連通する流路である。排出側共通室８５は、例えば振動板３０とノズルプレート５０の間に形成され、Ｘ方向に長い流路部と、フレーム部４５と流路基板４１の延出方向の両端部との間において、Ｚ方向に延出し、ヘッド出口８５１に至る流路部と、を連続して有する。

【0042】

ヘッド流路８０を構成する流路構造部８は、ノズル５１を中心としてＹ方向一方側の供給側の構造と、Ｙ方向他方側の排出側の構造とが、対称に構成されている。すなわち、流路基板４１及びフレーム部４５は、ノズル５１を中心として、延出方向の一方側と他方側が対象に構成されている。したがって、ヘッド流路８０は、供給側流路抵抗ＲＩと排出側流路抵抗ＲＥが等しい。
一例として、ノズル５１から供給側圧力流路８２１を経て供給側狭窄流路８２２までの形状が、ノズル５１から排出側圧力流路８４１を経て排出側狭窄流路８４２までの形状と、対称に構成される。好ましくは、ヘッド入口８３１となる供給側共通室８３の入口までの構造と、ヘッド出口８５１を構成する排出側共通室８５の出口までの構造が、Ｙ方向に関して、ノズル５１を中心として対称に構成される。

【0043】

ノズルプレート５０は、例えばＳＵＳ・Ｎｉなどの金属やポリイミドなどの樹脂材料からなる厚さ１０μｍ～１００μｍ程度の方形の板状に構成される。ノズルプレート５０は圧力室８１の一方側の開口を覆うように、流路基板４１の一方側に配置されている。

【0044】

ノズル５１は圧力室８１の並び方向と同じ第１方向に複数並び、ノズル列が形成される。例えばノズル５１は、複数の圧力室８１に対応する位置にそれぞれ設けられている。本実施形態において、ノズル５１は、圧力室８１の、延出方向における中央置に、それぞれ設けられている。

【0045】

駆動回路７０は、一端が外部電極２２３、２２４に接続される配線フィルム７１と、配線フィルム７１に搭載された駆動ＩＣ７２と、配線フィルム７１の他端に実装されたプリント配線基板と、を備える。

【0046】

駆動回路７０は、駆動ＩＣ７２により駆動電圧を外部電極２２３、２２４に印加することで、駆動圧電素子２１を駆動し、圧力室８１の容積を増減させて、ノズル５１から液滴を吐出させる。

【0047】

配線フィルム７１は、複数の外部電極２２３、２２４に接続される。例えば、配線フィルム７１は、外部電極２２３、２２４の接続部に熱圧着等により固定されるＡＣＦ（異方導電性フィルム）である。配線フィルム７１は、例えば、電子部品として駆動ＩＣ７２が実装されたＣＯＦ（Ｃｈｉｐ ｏｎ Ｆｉｌｍ）である。

【0048】

駆動ＩＣ７２は、配線フィルム７１を介して外部電極２２３、２２４に接続される。駆動ＩＣ７２は、吐出制御に用いられる電子部品である。なお、駆動ＩＣ７２は、配線フィルム７１ではなく、ＡＣＰ（異方導電ペースト）、ＮＣＦ（非導電性フィルム）、及びＮＣＰ（非導電性ペースト）のような他の手段によって、外部電極２２３、２２４に接続されても良い。

【0049】

駆動ＩＣ７２は、各駆動圧電素子２１を動作させるための制御信号及び駆動信号を生成する。駆動ＩＣ７２は、インクジェットヘッド１が搭載されるインクジェット記録装置１００の制御部１１６から入力された画像信号に従い、インクを吐出させるタイミング及びインクを吐出させる駆動圧電素子２１を選択するなどの制御のための制御信号を生成する。また、駆動ＩＣ７２は、制御部１１６からの制御信号に従って駆動圧電素子２１に印加する電圧、すなわち駆動信号（電気信号）を生成する。駆動ＩＣ７２が駆動圧電素子２１に駆動信号を印加すると、駆動圧電素子２１は、振動板３０を変位させて圧力室８１の容積を変化させるように駆動する。これにより、圧力室８１に充填されたインクは、圧力振動を生じる。圧力振動により、圧力室８１に設けられたノズル５１からインクが吐出する。なお、インクジェットヘッド１は、１画素に着弾するインク滴の量を変更することで階調表現を実現できるようにしてもよい。また、インクジェットヘッド１は、インクの吐出回数を変えることで、１画素に着弾するインク滴の量を変更できるようにしてもよい。このように、駆動ＩＣ７２は、駆動信号を駆動圧電素子２１に印加する印加部の一例である。

【0050】

例えば、駆動ＩＣ７２は、データバッファ、デコーダ、ドライバを備えている。データバッファは、印字データを駆動圧電素子２１毎に時系列に保存する。デコーダは、駆動圧電素子２１毎に、データバッファに保存された印字データに基づいて、ドライバを制御する。ドライバは、デコーダの制御に基づき、各駆動圧電素子２１を動作させる駆動信号を出力する。駆動信号は、例えば各駆動圧電素子２１に印加する電圧である。

【0051】

プリント配線基板は、例えば各種電子部品やコネクタが搭載されたＰＷＡ（Ｐｒｉｎｔｉｎｇ Ｗｉｒｉｎｇ Ａｓｓｅｍｂｌｙ）であり、ヘッド制御回路７３１を有する。プリント配線基板は、インクジェット記録装置１００の制御部１１６に接続される。

【0052】

以上のように構成されたインクジェットヘッド１において、ノズルプレート５０と、フレーム部４５と、流路基板４１と、振動板３０とによって、ノズル５１に連通する複数の圧力室８１と、複数の圧力室８１にそれぞれ連通する複数の供給側個別流路８２と、複数の圧力室８１にそれぞれ連通する排出側個別流路８４と、複数の供給側個別流路８２に連通する供給側共通室８３と、複数の排出側個別流路８４に連通する排出側共通室８５と、を有するヘッド流路８０が形成される。ヘッド流路８０は、ノズル５１を中心として一方側から他方側に流れるサイドシュータ型のインク流路である。例えば、循環流路において循環するインクの循環流量は、ノズル５１から吐出されるインクの最大流量の１／１０以上、１／２以下とする。

【0053】

インクジェットヘッド１のインク流路であるヘッド流路８０は、ノズル５１の供給側の流路の流路抵抗ＲＩと、ノズル５１の排出側の流路の流路抵抗ＲＥとが、等しく構成されている。一例として、インクジェットヘッド１のヘッド入口８３１から、供給側共通室８３、供給側個別流路８２を経て圧力室８１からノズル５１に至るまでの供給側の流路抵抗RIと、ノズル５１から圧力室８１を通り、排出側個別流路８４、排出側共通室８５を経てヘッド出口８５１までの排出側の流路抵抗REが、等しい。本実施形態において、供給側個別流路８２の入口である供給側狭窄流路８２２の端部８２３から供給側圧力流路８２１を経てノズル５１に至るまでの流路形状と、ノズル５１から排出側圧力流路８４１を経て、排出側個別流路８４の出口である排出側狭窄流路８４２の端部８４３までの流路形状とが、ノズル５１を基準としてＹ方向に対称に構成されている。さらに好ましくは、インクジェットヘッド１のヘッド入口８３１から、供給側共通室８３、供給側個別流路８２を経て圧力室８１からノズル５１に至るまでの流路の構造と、ノズル５１から圧力室８１を通り、排出側個別流路８４、排出側共通室８５を経てヘッド出口８５１までの流路の構造が、流れ方向となるY方向において、ノズル５１を基準として対称に構成されている。

【0054】

例えば供給側共通室８３は、供給側のインク流路を介してカートリッジ等のインクタンクに連通し、インクが供給側共通室８３を通じて各圧力室８１へ供給される。また、排出側共通室８５は、回収側のインク流路に連通し、排出側共通室８５から排出されたインクは回収側のインク流路を通ってインクタンクに戻され、循環する。全ての駆動圧電素子２１は配線により電圧が印加可能に接続されている。インクジェットヘッド１は、例えばインクジェット記録装置１００の制御部１１６によって、駆動ＩＣ７２により電極２２１、２２２に駆動電圧が印加されることで、駆動対象の駆動圧電素子２１が例えば積層方向、すなわち各圧電体層２１１の厚さ方向に振動する。つまり、駆動圧電素子２１は縦振動する。

【0055】

インクジェットヘッド１において、駆動対象の駆動圧電素子２１の内部電極２２１、２２２に駆動電圧が印加されることで、駆動対象の駆動圧電素子２１が選択的に駆動する。そして、駆動対象の駆動圧電素子２１による、引張方向の変形と圧縮方向の変形を組み合わせて、振動板３０を変形させ、圧力室８１の容積を変化させることで、供給側共通室８３から液体を導き、ノズル５１から吐出させる。

【0056】

以下、インクジェットヘッド１を備えるインクジェット記録装置１００の一例について、図３乃至図５を参照して説明する。図３はインクジェットヘッドを備えるインクジェット記録装置の概略構成を示す説明図である。図４は、インクジェットヘッドを含む循環流路の説明図であり、図５は同循環流路における負圧制御の説明図である。

【0057】

図３に示すように、インクジェット記録装置１００は、筐体１１１と、媒体供給部１１２と、画像形成部１１３と、媒体排出部１１４と、搬送装置１１５と、制御部１１６と、を備える。

【0058】

インクジェット記録装置１００は、媒体供給部１１２から画像形成部１１３を通って媒体排出部１１４に至る所定の搬送路Ｒに沿って、吐出対象物である印刷媒体として例えば用紙Ｐを搬送しながらインク等の液体を吐出することで、用紙Ｐに画像形成処理を行う液体吐出装置である。

【0059】

筐体１１１は、インクジェット記録装置１００の外郭を構成する。筐体１１１の所定箇所に、用紙Ｐを外部に排出する排出口を備える。

【0060】

媒体供給部１１２は複数の給紙カセットを備え、各種サイズの用紙Ｐを複数枚積層して保持可能に構成される。

【0061】

媒体排出部１１４は、排出口から排出される用紙Ｐを保持可能に構成された排紙トレイを備える。

【0062】

画像形成部１１３は、用紙Ｐを支持する支持部１１７と、支持部１１７の上方に対向配置された複数のヘッドユニット１３０と、を備える。

【0063】

支持部１１７は、画像形成を行う所定領域にループ状に備えられる搬送ベルト１１８と、搬送ベルト１１８を裏側から支持する支持プレート１１９と、搬送ベルト１１８の裏側に備えられた複数のベルトローラ１２０と、を備える。

【0064】

支持部１１７は、画像形成の際に、搬送ベルト１１８の上面である保持面に用紙Ｐを支持するとともに、ベルトローラ１２０の回転によって所定のタイミングで搬送ベルト１１８を送ることにより、用紙Ｐを下流側へ搬送する。

【0065】

ヘッドユニット１３０は、複数（４色）のインクジェットヘッド１と、各インクジェットヘッド１上にそれぞれ搭載された液体タンクとしてのインクタンク１３２と、インクジェットヘッド１とインクタンク１３２とを接続する循環流路１３３と、供給ポンプ１３４と、負圧制御装置１３５と、を備える。

【0066】

本実施形態において、シアン、マゼンダ、イエロー、ブラックの４色のインクジェットヘッド１と、これらの各色のインクをそれぞれ収容するインクタンク１３２を備える。インクタンク１３２は循環流路１３３によってインクジェットヘッド１に接続される。例えば循環流路１３３は、供給流路１３３１と回収流路１３３２とを備え、循環流路１３３の途中に、インクタンク１３２，供給ポンプ１３４、負圧制御装置１３５、及びインクジェットヘッド1が設けられる。

【0067】

供給ポンプ１３４は、例えば圧電ポンプで構成される送液ポンプである。供給ポンプ１３４は、供給流路１３３１に設けられている。供給ポンプ１３４は、配線により制御部１１６の制御回路１１６１に接続され、制御部１１６により制御可能に構成される。供給ポンプ１３４は、インクジェットヘッド１に液体を供給する。

【0068】

例えば負圧制御装置１３５はインクタンク１３２に接続され、あるいは循環流路１３３に設けられる、ポンプや圧力調整装置であり、インクジェットヘッド１とインクタンク１３２との水頭値に対応して、インクタンク１３２内、あるいは循環流路１３３内を、負圧制御することで、インクジェットヘッド１の各ノズル５１に供給されたインクを所定形状のメニスカスに形成させている。図４は、インクジェットヘッドを通る循環流路１３３の構成を示す説明図である。

【0069】

例えば負圧制御装置１３５は、供給流路１３３１に設けられる上流側圧力源１３５１と、回収流路１３３２に設けられる下流側圧力源１３５２と、を備える。上流側圧力源１３５１及び下流側圧力源１３５２は、例えばポンプや圧力調整装置である。ここで、上述したように、インクジェットヘッド１は、供給側と排出側の流路形状が対称であり、ヘッド内における供給側流路抵抗ＲＩと排出側流路抵抗ＲＥが等しく構成される。また、図４に示すように、上流側圧力源１３５１からノズル５１までの供給側の流路抵抗Ｒａと、ノズル５１から下流側圧力源１３５２までの流路抵抗Ｒｂも、等しく構成されている。

【0070】

搬送装置１１５は、媒体供給部１１２から画像形成部１１３を通って媒体排出部１１４に至る搬送路Ｒに沿って、用紙Ｐを搬送する。搬送装置１１５は、搬送路Ｒに沿って配置される複数のガイドプレート対１２１と、複数の搬送用ローラ１２２と、を備えている。

【0071】

複数のガイドプレート対１２１は、それぞれ、搬送される用紙Ｐを挟んで対向配置される一対のプレート部材を備え、用紙Ｐを搬送路Ｒに沿って案内する。

【0072】

搬送用ローラ１２２は、制御部１１６の制御によって駆動されて回転することで、用紙Ｐを搬送路Ｒに沿って下流側に送る。なお、搬送路Ｒには用紙の搬送状況を検出するセンサが各所に配置される。

【0073】

制御部１１６は、コントローラであるＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）等の制御回路１１６１と、各種のプログラムなどを記憶するＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）と、各種の可変データや画像データなどを一時的に記憶するＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）と、外部からのデータの入力及び外部へのデータの出力をするインターフェイス部と、を備える。

【0074】

以上のように構成されたインクジェット記録装置１００において、制御部１１６は、例えばインターフェイスにおいてユーザが操作入力部の操作による印刷指示を検出すると、搬送装置１１５を駆動して用紙Ｐを搬送するとともに、所定のタイミングでヘッドユニット１３０に対して印字信号を出力することで、インクジェットヘッド１を駆動する。インクジェットヘッド１は吐出動作として、画像データに応じた画像信号により、駆動ＩＣ７２に駆動信号を送り、内部電極２２１、２２２に駆動電圧を印加して吐出対象の駆動圧電素子２１を選択的に駆動して例えば積層方向に縦振動させ、圧力室８１の容積を変化させることでノズル５１からインクを吐出し、搬送ベルト１１８上に保持された用紙Ｐに画像を形成する。また、液体吐出動作として、制御部１１６は、供給ポンプ１３４を駆動することで、インクタンク１３２からインクジェットヘッド１の供給側共通室８３にインクを供給する。

【0075】

ここで、インクジェットヘッド１を駆動する駆動動作について、説明する。本実施形態に係るインクジェットヘッド１は、圧力室８１に対向配置される駆動圧電素子２１を備え、これらの駆動圧電素子２１は配線により電圧が印加可能に接続されている。制御部１１６は、画像データに応じた画像信号により、駆動ＩＣ７２に駆動信号を送り、駆動対象の駆動圧電素子２１の内部電極２２１、２２２に駆動電圧を印加して、駆動対象の駆動圧電素子２１を選択的に変形させる。そして、振動板３０の引張方向の変形と圧縮方向の変形を組み合わせて、圧力室８１の容積を変化させることで、液体を吐出させる。

【0076】

例えば制御部１１６は、引っ張り動作と、圧縮動作とを交互に行う。インクジェットヘッド１において、対象の圧力室８１の内容積を増加させる引張時には、駆動対象の駆動圧電素子２１を収縮し、駆動対象外の駆動圧電素子２１は変形させない。また、インクジェットヘッド１において対象の圧力室８１の内容積を減少させる圧縮時には、対象の駆動圧電素子２１を伸長する。なお、非駆動圧電素子２２は変形させない。

【0077】

ここで、図４に示すように、上流側圧力源１３５１の単位体積あたりのエネルギをＰａとし、下流側圧力源１３５２の単位体積あたりのエネルギをＰｂとした場合、ノズル５１近傍の圧力である目標ノズル圧力Ｐｎは、流路抵抗によって決定され、ＰａとＰｂを流路抵抗で分圧した値となる。
吐出しない時、ノズル圧力Ｐｎは以下のように考える。
流路抵抗比Ｒａ：Ｒｂ＝１：ｒ としたとき、ＰａとＰｂを、
Ｐａ・ｒ／（１＋ｒ） ＋ Ｐｂ／（１＋ｒ） ＝ Ｐｎ …（式１） （適正ノズル圧力≒－１ｋＰａ）の関係に制御すれば良い。

【0078】

このため、計算式は流路抵抗の「比」だけに依存する為、周囲温度やインクの種類が変わって流路抵抗が変化しても、ノズル近傍圧力は変化しない。

【0079】

したがって、上式を維持したまま循環流量を増減すれば、ノズル近傍圧力を維持したまま循環流量を変えたり循環を止めたりすることができる。

【0080】

さらに、特に本実施形態のように、ヘッド内の構造が対称でありｒ＝１である時は、
（Ｐａ＋Ｐｂ）／２ ＝ Ｐｎ …（式２） とすれば良い。

【0081】

そして、供給側流路抵抗ＲＩと排出側流路抵抗ＲＥが等しい場合、（式２）のように上流側圧力Ｐａと下流側圧力Ｐｂからノズル圧力Ｐｎを容易に求めることができ、簡単な構成で制御可能となる。例えば、図５に示すように、ＰａとＰｂを加算したものと、Ｐｎ×２を比較し、（Ｐａ＋Ｐｂ）＞２Ｐｎ＋δであればＰａまたはＰｂを減らし、（Ｐａ＋Ｐｂ）＜２Ｐｎ－δである場合にはＰａまたはＰｂを増やすように制御すればよく、負圧制御が容易となる。なお、δは僅かな（±δ以下の）圧力変化で圧力調整が頻繁に動作しないように設けたヒステリシス（不感帯）である。±δは許容可能な圧力変化幅に設定する。

【0082】

上述した実施形態に係るインクジェットヘッド１及びインクジェット記録装置１００によればインクジェットヘッド１において、供給側流路抵抗ＲＩと排出側流路抵抗ＲＥを等しくすることで、（式２）のように上流側圧力と下流側圧力からノズル圧力を容易に求めることができ、簡単な構成でノズルの圧力制御が可能となる。

【0083】

また、上記実施形態においてヘッド流路を構成する供給側個別流路８２、排出側個別流路８４と圧力室８１とがインクの流れ方向となる所定の一方向に沿って並んでいるため、インクの淀みが少なく顔料の沈降が起き難い。また、供給側と排出側の圧力流路及び狭窄流路が対称構造のためインクの共振が鋭く、圧力振動を利用したインクの吐出を高効率で行うことができる。

【0084】

したがって、ノズル近傍のインクの変質によって吐出性能の低下を防ぎ、かつ狭窄流路の抵抗ばらつきと循環流量との関係に起因するノズル間の均一性の低下を防ぐ等の効果も得られる。

【0085】

例えば循環流量が吐出インクの最大流量を越えると供給側狭窄流路と排出側狭窄流路の形状の僅かな非対称によってノズル背圧に差異が生じ、その結果ノズル毎にメニスカス形状が異なる状態となるため印字の均一性が損なわれ印字品質が低下することがあるが、循環流量が吐出インクの最大流量の１／２以下にすることで、狭窄流路の非対象によるノズルの背圧の変化は吐出の有無によるノズルの背圧の変化より小さくすることができる。したがって、循環流量を吐出インクの最大流量の１／２以下とすることで、印字品質の低下も抑制できる。一方、循環流量が少なすぎると吐出性能の低下を防ぎきれないが、循環流量を吐出インクの最大流量の１/１０以上とすることで、吐出性能の低下を防ぐことができる。

【0086】

なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。

【0087】

上記実施形態の圧電素子２１、２２の具体的な材料や構成は上記に限られるものではない。また、電子部品の耐熱温度や上限電圧も材料や部品の性能に応じて、適宜変更されるものである。

【0088】

また、上記実施形態においては、複数層の圧電体層を積層し、積層方向の縦振動（ｄ３３）を用いて駆動圧電素子２１を駆動する構成としたが、これに限られるものではない。例えば駆動圧電素子２１が単層の圧電部材で構成される形態にも適用可能であるし、図４に示すように、ｄ３１方向に変位する横振動により駆動する形態にも適用可能である。

【0089】

ノズル５１や圧力室８１の配列も上記実施形態に限られるものではない。たとえばノズル５１を２列以上配列してもよい。また複数の圧力室８１の間に、ダミー室となる空気室を形成してもよい。

【0090】

この他、振動板３０、流路基板４１、ノズルプレート５０、フレーム部４５を含む各種部品の構成や位置関係は上述した例に限られるものではなく、適宜変更可能である。

【0091】

また、吐出する液体は印字用のインクに限られるものではなく、例えばプリント配線基板の配線パターンを形成するための導電性粒子を含む液体を吐出する装置等であっても良い。

【0092】

また、上記実施形態において、インクジェットヘッド１は、インクジェット記録装置等の液体吐出装置に用いられる例を示したが、これに限られるものではなく、例えば３Ｄプリンタ、産業用の製造機械、医療用途にも用いることが可能であり、小型軽量化及び低コスト化が可能である。

【0093】

以上説明した少なくともひとつの実施形態によれば、所望の流路形状を容易に設定できる。

【0094】

この他、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

【符号の説明】

【0095】

１…インクジェットヘッド、８…流路構造部、２０…アクチュエータ部、２１…駆動圧電素子、２２…非駆動圧電素子、２３…溝、２６…圧電構造部、３０…振動板、３１…振動領域、３２…支持領域、４０…流路部、４１…流路基板、４２…隔壁部、４３…ガイド壁、４５…フレーム部、５０…ノズルプレート、５１…ノズル、７０…駆動回路、７１…配線フィルム、７２…駆動ＩＣ、８０…ヘッド流路、８１…圧力室、８２…供給側個別流路、８３…供給側共通室、８４…排出側個別流路、８５…排出側共通室、１００…インクジェット記録装置、１１１…筐体、１１２…媒体供給部、１１３…画像形成部、１１４…媒体排出部、１１５…搬送装置、１１６…制御部、１１７…支持部、１１８…搬送ベルト、１１９…支持プレート、１２０…ベルトローラ、１２１…ガイドプレート対、１２２…搬送用ローラ、１３０…ヘッドユニット、１３２…インクタンク、１３３…循環流路、１３４…供給ポンプ、１３５…負圧制御装置、２１１…圧電体層、２２１…内部電極、２２２…内部電極、２２３…外部電極、２２４…外部電極、４５１…内フレーム、４５２…外フレーム、７３１…ヘッド制御回路、８２１…供給側圧力流路、８２２…供給側狭窄流路、８２３…端部、８３１…ヘッド入口、８４１…排出側圧力流路、８４２…排出側狭窄流路、８４３…端部、８５１…ヘッド出口、１１６１…制御回路、１３３１…供給流路、１３３２…回収流路、１３５１…上流側圧力源、１３５２…下流側圧力源。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】