特許 7374681 液体吐出ヘッド及び液体吐出装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-10-27

(45)【発行日】2023-11-07

(54)【発明の名称】液体吐出ヘッド及び液体吐出装置

(51)【国際特許分類】

   B41J 2/14 20060101AFI20231030BHJP

   B41J 2/18 20060101ALI20231030BHJP

【ＦＩ】

B41J2/14 603

B41J2/14 301

B41J2/14 605

B41J2/14 609

B41J2/18

B41J2/14 303

【請求項の数】 4

(21)【出願番号】P 2019166524

(22)【出願日】2019-09-12

(65)【公開番号】P2021041647

(43)【公開日】2021-03-18

【審査請求日】2022-07-15

(73)【特許権者】

【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】100103034

【弁理士】

【氏名又は名称】野河 信久

(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】西田 英明

【審査官】大関 朋子

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１６－１５０４９６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１３－０６７１７８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１８－０５１９８１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１８－１５３９２０（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１５／０１２４０１９（ＵＳ，Ａ１）

【文献】独国特許発明第６９８２４０１９（ＤＥ，Ｃ２）

【文献】特開２００６－１３０８５０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－１２４６１６（ＪＰ，Ａ）

【文献】中国特許出願公開第１０６９５６５１１（ＣＮ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ４１Ｊ ２／１４

Ｂ４１Ｊ ２／１８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

複数の圧力室を有する圧力室列を備える３以上のアクチュエータ部と、
並列方向における両端の前記アクチュエータ部の前記圧力室に連通する２つの固有流路と、
複数の前記アクチュエータ部の前記圧力室に連通する複数の共通流路と、を有する液体吐出部を備え、
前記３以上のアクチュエータ部は、所定の並列方向に並ぶ第１アクチュエータ部、第２アクチュエータ部、及び第３アクチュエータ部、を有し、
前記２つの固有流路は、並列方向における一方側の端部に配される前記第１アクチュエータ部の一方側に配される第１固有流路と、並列方向の他方側の端部に配される前記第３アクチュエータ部の他方側に配される第２固有流路と、を有し、
前記複数の共通流路は、前記第１アクチュエータ部と、並列方向における中央に配される前記第２アクチュエータ部との間に配される第１共通流路と、前記第２アクチュエータ部と、並列方向の他方側の端部に配される前記第３アクチュエータ部との間に配される第２共通流路と、を有し、
前記第１固有流路の一端部に第１の流入流路が配され、
前記第１共通流路の他端部に第１の流出流路が配され、
前記第２共通流路の一端部に第２の流入流路が配され、
前記第２固有流路の他端部に第２の流出流路が配される、
液体吐出ヘッド。

【請求項2】

前記共通流路の流路抵抗は前記固有流路の流路抵抗の４５％以上５５％以下であり、 前記固有流路及び前記共通流路の少なくともいずれかの一次側に連通する２以上の流入流路と、
前記固有流路及び前記共通流路の少なくともいずれかの二次側に接続する２以上の流出流路と、を有し、
前記流入流路に連通する前記固有流路及び前記共通流路の総流路抵抗と、前記流出流路に連通する前記固有流路及び前記共通流路の総流路抵抗が同等に構成された、請求項１に記載の液体吐出ヘッド。

【請求項3】

前記アクチュエータ部を備える複数のアクチュエータプレートと、
複数の前記アクチュエータプレートの間に配され前記共通流路を構成する１以上のフレームパーツと、
両端の前記アクチュエータプレートの外側に配され前記固有流路を構成する一対のカバープレートと、
前記アクチュエータプレート、前記フレームパーツ及び前記カバープレートが積層された一端面に対向配置され、複数の前記圧力室に対向する複数のノズルを有するノズルプレートと、
を備える請求項１または請求項２のいずれかに記載の液体吐出ヘッド。

【請求項4】

請求項１乃至請求項３のいずれか１に記載の液体吐出ヘッドと、
対象物を前記液体吐出ヘッドに相対移動可能に支持する支持装置と、
を備える液体吐出装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明の実施形態は、液体吐出ヘッド及び液体吐出装置に関する。

【背景技術】

【0002】

各種の液体吐出装置に用いられる液体吐出ヘッドは、例えば液体を吐出する液体吐出部と、液体吐出部の一次側に接続された流入路と、液体吐出部の二次側に接続された流出路と液体吐出部に接続される駆動ＩＣを搭載した回路基板と、を備える。液体吐出部は、例えば圧力室を構成する複数の溝を有するアクチュエータと、圧力室に連通する共通室を構成するフレームと、アクチュエータの各圧力室に連通するノズルを有するノズルプレートと、を備える。このような液体吐出ヘッドにおいて、ノズル及び圧力室を複数列備えるものが知られている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２００６－１３０８５０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

本発明が解決しようとする課題は、ノズルを高密度に配列できる液体吐出ヘッド及び液体吐出装置を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0005】

一実施形態にかかる液体吐出ヘッドは、複数の圧力室を有する圧力室列を備える３以上のアクチュエータ部と、並列方向における両端の前記アクチュエータ部の前記圧力室に連通する２つの固有流路と、複数の前記アクチュエータ部の前記圧力室に連通する複数の共通流路と、を有する液体吐出部を備え、前記３以上のアクチュエータ部は、所定の並列方向に並ぶ第１アクチュエータ部、第２アクチュエータ部、及び第３アクチュエータ部、を有し、前記２つの固有流路は、並列方向における一方側の端部に配される前記第１アクチュエータ部の一方側に配される第１固有流路と、並列方向の他方側の端部に配される前記第３アクチュエータ部の他方側に配される第２固有流路と、を有し、前記複数の共通流路は、前記第１アクチュエータ部と、並列方向における中央に配される前記第２アクチュエータ部との間に配される第１共通流路と、前記第２アクチュエータ部と、並列方向の他方側の端部に配される前記第３アクチュエータ部との間に配される第２共通流路と、を有し、前記第１固有流路の一端部に第１の流入流路が配され、前記第１共通流路の他端部に第１の流出流路が配され、前記第２共通流路の一端部に第２の流入流路が配され、前記第２固有流路の他端部に第２の流出流路が配される。

【図面の簡単な説明】

【0006】

【図1】第１実施形態にかかる液体吐出ヘッドの構成を示す正面図。

【図2】同液体吐出ヘッドの液体吐出部の構成を示す斜視図。

【図3】同液体吐出ヘッドの液体吐出部の構成を示す断面図。

【図4】同液体吐出ヘッドの液体吐出部の構成を示す断面図。

【図5】同液体吐出ヘッドの液体吐出部の構成を示す分解斜視図。

【図6】同液体吐出ヘッドを用いた液体吐出装置の構成を示す説明図。

【図7】第２実施形態にかかる液体吐出ヘッドの液体吐出部の構成を示す断面図。

【図8】第３実施形態にかかる液体吐出ヘッドの液体吐出部の構成を示す断面図。

【発明を実施するための形態】

【0007】

［第１実施形態］
以下に、第１実施形態に係る液体吐出ヘッド１について、図１乃至図５を参照して説明する。図１は、第１実施形態にかかる液体吐出ヘッド１の正面図であり、図２は液体吐出ヘッド１の液体吐出部１０の斜視図である。図３及び図４は液体吐出部１０の断面図であり、図５は液体吐出部１０の分解斜視図である。なお、図中矢印Ｘ、Ｙ、Ｚはそれぞれ互いに直交する３方向を示す。本実施形態においてＸは第１方向、Ｙは第２方向、Ｚは第３方向に沿っている。また、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している。

【0008】

図１に示すように、液体吐出ヘッド１は、液体吐出部１０と、ベース部２０と、を備える。液体吐出ヘッド１は、例えばシェアモードシェアードウォール方式のインクジェットヘッドであり、例えば図６に示されるインクジェット記録装置などの液体吐出装置１００に設けられる。液体吐出ヘッド１は、液体吐出装置１００に設けられた液体収容部としての供給タンク１３２に接続され、供給タンク１３２との間でインクを循環させる循環型のヘッドである。液体吐出ヘッド１は例えば液体吐出部１０のノズル１４ａが下方に向く姿勢で配置される。液体吐出ヘッド１は、例えば第１方向に複数のノズル１４ａが並ぶノズル列を、第１方向に直交する第２方向において３列並べて備える。

【0009】

図１乃至図５に示すように、液体吐出部１０は、複数のアクチュエータプレート１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃ（アクチュエータ部材）と、複数のフレームパーツ１２Ａ、１２Ｂ（フレーム部材）と、一対のカバープレート１３Ａ、１３Ｂ（カバー部材）と、ノズルプレート１４と、を備える。

【0010】

液体吐出部１０は、複数の圧力室１１ａを有する３枚のアクチュエータプレート１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃと、アクチュエータプレート１１Ａ、１１Ｂの間、及びアクチュエータプレート１１Ｂ、１１Ｃの間にそれぞれ配される２枚のフレームパーツ１２Ａ、１２Ｂと、アクチュエータプレート１１Ａ、１１Ｃの外側である片側に対向配置されるカバープレート１３Ａ、１３Ｂと、が第２方向に積層される。液体吐出部１０は、第１方向に並ぶ複数の圧力室１１ａを有する３列の圧力室列Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３と、第１方向に延びるとともに圧力室列Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３のうち２列の各圧力室１１ａに液体を供給する二本の共通流路Ｃ４、Ｃ５と、第１方向に延びるとともに圧力室列Ｃ１、Ｃ３のいずれか１列の各圧力室１１ａに液体を供給する二本の固有流路Ｃ６、Ｃ７と、を有する。

【0011】

共通流路Ｃ５及び固有流路Ｃ６との、第１方向一端部に、流入口１５Ａ、１５Ｂがそれぞれ形成され、共通流路Ｃ４及び固有流路Ｃ７の、第１方向他端部に、流出口１６Ａ、１６Ｂが、それぞれ形成され、共通流路Ｃ５、Ｃ４、及び固有流路Ｃ６、Ｃ７において、インクは、流入口１５Ａ、１５Ｂのある第１方向一端部から、流出口１６Ａ、１６Ｂのある他端部に向かって流れる。

【0012】

複数のアクチュエータプレート１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃは、第１方向及び第３方向に沿って延びる一対の主面部を有する板状に構成される。アクチュエータプレート１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃのノズルプレート１４に対向する端面に、アクチュエータ部となる積層圧電体１７を備える。

【0013】

積層圧電体１７は、例えば一対の分極された圧電部材が積層され、圧力室１１ａを構成する複数の溝１７ａと、複数の壁状の駆動素子部とが、交互に並んで配される櫛歯状に構成されている。圧電部材として例えばＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）が用いられる。アクチュエータプレート１１のノズルプレート１４側の端部に、複数の駆動素子部が形成され、隣接する駆動素子部の間にそれぞれ圧力室１１ａが形成されている。圧力室１１ａを構成する溝１７ａは、第１方向に複数配列される。各溝１７ａは、第２方向の全長にわたって延び、第２方向の両側に配される共通流路Ｃ４、Ｃ５または固有流路Ｃ６、Ｃ７のいずれか２つに連通する。また、各圧力室１１ａは、対向配置されるノズルプレート１４のノズル１４ａにそれぞれ連通する。

【0014】

具体的には、アクチュエータプレート１１Ａ（第１アクチュエータ部）は第１共通流路Ｃ４及び第１固有流路Ｃ６の間に配され、アクチュエータプレート１１Ａの複数の圧力室１１ａは、第１共通流路Ｃ４及び第１固有流路Ｃ６に連通する。アクチュエータプレート１１Ｂ（第２アクチュエータ部）は第１共通流路Ｃ４及び第２共通流路Ｃ５の間に配され、アクチュエータプレート１１Ｂの複数の圧力室１１ａは第１共通流路Ｃ４及び第２共通流路Ｃ５に連通する。アクチュエータプレート１１Ｃ（第３アクチュエータ部）は第２共通流路Ｃ５及び第２固有流路Ｃ７の間に配され、アクチュエータプレート１１Ｃの複数の圧力室１１ａは、第２共通流路Ｃ５及び第２固有流路Ｃ７に連通する。

【0015】

各溝１７ａの内壁、すなわち圧力室１１ａの内壁には、電極が形成されている。電極は、各アクチュエータプレート１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃの主面に形成された配線１１ｂを介して、回路基板２６上のドライブＩＣ２７に電気的に接続されている。

【0016】

一対のフレームパーツ１２Ａ、１２Ｂは、第１方向及び第２方向に延びる板状に構成される。一対のフレームパーツ１２Ａ、１２Ｂは、アクチュエータプレート１１Ａ、１１Ｂ間、及びアクチュエータプレート１１Ｂ、１１Ｃの間に、それぞれ配置される。

【0017】

各フレームパーツ１２Ａ、１２Ｂには、Ｘ方向に延び共通流路Ｃ４、Ｃ５を構成する凹部１２ａが形成されている。凹部１２ａは第１方向及び第２方向に沿って延びる底面部を有する。フレームパーツ１２Ａ、１２Ｂとアクチュエータプレート１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃとの間には複数の溝１７ａの一端側に連通する共通流路Ｃ４、Ｃ５が形成される。共通流路Ｃ４、Ｃ５はフレームパーツ１２Ａ、１２Ｂの凹部１２ａの底面部と、アクチュエータプレート１１Ａ、１１Ｃの主面部と、ノズルプレート１４と、によって構成されている。共通流路Ｃ４、Ｃ５はインクの流れ方向である第１方向に直交する流路断面の形状が矩形であり、複数の圧力室１１ａに隣接する領域において流路断面積が一定に構成されている。

【0018】

フレームパーツ１２Ａの凹部１２ａの第１方向他端側には第１流出流路を構成する流出管部１６ａが形成される。流出管部１６ａはベース部２０の第１流出ダクト部２３Ａに接続される。

【0019】

フレームパーツ１２Ｂの凹部１２ａの第１方向一端側には第２流入流路を構成する流入管部１５ａが形成される。流入管部１５ａはベース部２０の第２流入ダクト部２２Ｂに接続される。

【0020】

一対のカバープレート１３Ａ、１３Ｂは第１方向及び第２方向に延びる板状に構成される。一対のカバープレート１３Ａ、１３Ｂは、積層方向の両端に配される２つのアクチュエータプレート１１Ａ、１１Ｃの外側の主面にそれぞれ対向配置される。

【0021】

各カバープレート１３Ａ、１３Ｂの、アクチュエータプレート１１Ａ、１１Ｃに対向する対向面に凹部１３ａが形成されている。凹部１３ａは、第１方向及び第２方向に沿って延びる底面部と、第１方向及び第３方向に延びるとともにアクチュエータプレートの外側面に対向する側面部と、を有する。カバープレート１３とアクチュエータプレート１１との間には複数の溝１７ａの一端側に連通する固有流路Ｃ６、Ｃ７が形成される。固有流路Ｃ６、Ｃ７は、カバープレート１３Ａ、１３Ｂの凹部１３ａの底面部及び側面部と、アクチュエータプレート１１Ａ、１１Ｃの主面部と、ノズルプレート１４と、によって構成されている。すなわち、固有流路Ｃ６、Ｃ７は、インクの流れ方向である第１に直交する流路断面の形状が矩形であり、複数の圧力室１１ａに隣接する領域において流路断面積が一定に構成されている。

【0022】

一方のカバープレート１３Ａは、凹部１３ａの第１方向一端部に連通するとともに、ベース部２０の第１流入ダクト部２２Ａに連通する第１流入流路を構成する流入管部１５ａを備える。

【0023】

他方のカバープレート１３Ｂは、凹部１３ａの第１方向他端部に連通するとともに、ベース部２０の第２流出ダクト部２３Ｂに連通する第２流出流路を構成する流出管部１６ｂを備える。

【0024】

図２及び図４に示すように、ノズルプレート１４は、第１方向及び第２方向に沿う一対の主面を有する板状に構成される。ノズルプレート１４は複数のノズル１４ａが第１方向に並ぶノズル列を、３列有する。各ノズル１４ａは、ノズルプレート１４を第３方向に貫通する貫通孔である。

【0025】

図１に示すように、ベース部２０は、樹脂やアルミ合金などの材料で構成されるベースフレーム２１と、複数本の流入ダクト部２２Ａ、２２Ｂと、複数本の流出ダクト部２３Ａ、２３Ｂと、供給管２４と、回収管２５と、複数枚の回路基板２６と、を備える。

【0026】

流入ダクト部２２Ａ、２２Ｂは、ベース部２０の第１方向における一端側にそれぞれ設けられ、流入管部１５ａ、１５ｂにそれぞれ接続されるとともに第３方向に延びる管状部材である。流入ダクト部２２Ａ、２２Ｂは供給管２４に連通する流入流路２２ａを構成する。流入流路２２ａはインクの流れ方向に直交する流路断面の形状が矩形であり、流路断面積が一定に構成されている。

【0027】

流出ダクト部２３Ａ、２３Ｂは、ベース部２０の第１方向における他端側に設けられ、流出管部１６ａ、１６ｂにそれぞれ接続されるとともに第３方向に延びる管状部材である。流出ダクト部２３Ａ、２３Ｂは、回収管２５に連通する流出流路２３ａを構成する。流出流路２３ａはインクの流れ方向に直交する流路断面の形状が矩形であり、流路断面積が一定に構成されている。

【0028】

供給管２４はベース部２０の第１方向における一端側に設けられ、２本の流入ダクト部２２Ａ、２２Ｂの一次側に接続される管状部材である。供給管２４は、第３方向に延びるとともに流路断面が円形状に構成される供給路２４ａを構成する。供給路２４ａは、一端側が接続流路１３３を介して供給タンク１３２に接続され、他端側が２つに分岐して一対の流入流路２２ａに接続される。

【0029】

回収管２５は、ベース部２０の第１方向における他端側に設けられ、２本の流出ダクト部２３Ａ、２３Ｂの二次側に接続される管状部材である。回収管２５は、第３方向に延びるとともに流路断面が円形状に構成される回収路２５ａを構成する。回収路２５ａは、一端側が接続流路１３３を介して供給タンク１３２に接続され、他端側は一対の流出流路２３ａに接続される。

【0030】

回路基板２６は、ベースフレーム２１に保持される矩形の配線基板である。本実施形態において、３枚の回路基板２６が３列の各アクチュエータプレート１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃの上部に配される。各回路基板２６には複数のフレキシブル配線基板２８が並列配置され、それぞれのフレキシブル配線基板２８にドライブＩＣ２７が搭載されている。フレキシブル配線基板２８は、第２方向における一端側が回路基板２６に、他端側がアクチュエータプレート１１に、それぞれ接続されている。

【0031】

複数のドライブＩＣ２７は、回路基板２６上の配線に接続されるとともに、フレキシブル配線基板２８及び、アクチュエータプレート１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃ上の配線１１ｂを介して、圧力室１１ａの電極に、電気的に接続される。

【0032】

以上のように構成された液体吐出ヘッド１は、ドライブＩＣ２７により駆動電圧を印加することで、駆動する圧力室１１ａ内の電極と、両隣の電極に電位差を与える。すると、積層圧電体を構成する一対の圧電材料が互いに逆向きに変形し、駆動素子部１７ｂが屈曲変形する。そして、異なる方向の屈曲変形を交互に繰り返すことで、圧力室１１ａの容積を増減することで、圧力室１１ａに対向するノズル１４ａから液滴を吐出させる。

【0033】

液体吐出ヘッド１において、インクは、供給タンク１３２から、供給路２４ａから複数の流入ダクト部２２Ａ、２２Ｂを通って、第１固有流路Ｃ６及び第２共通流路Ｃ５に至る。そして、第１固有流路Ｃ６に流入したインクは、アクチュエータプレート１１Ａの圧力室列Ｃ１に流入し、圧力室列Ｃ１の各圧力室１１ａに対向配置されたノズル１４ａから吐出される。一方、吐出されなかったインクは、圧力室列Ｃ１から第１共通流路Ｃ４、流出管部１６ａ、流出ダクト部２３Ａ、回収路２５ａを通って、供給タンク１３２に回収され、循環する。

【0034】

第２共通流路Ｃ５に流入したインクは、アクチュエータプレート１１Ｂ、１１Ｃの圧力室列Ｃ２、Ｃ３に流入し、圧力室列Ｃ２、Ｃ３の各圧力室１１ａに対向配置されたノズル１４ａから吐出される。圧力室列Ｃ２から吐出されなかったインクは、第１共通流路Ｃ４を通って流出ダクト部２３Ａ、回収路２５ａを通って、供給タンク１３２に回収され、循環する。圧力室列Ｃ３から吐出されなかったインクは、圧力室列Ｃ３から第２固有流路Ｃ７、流出管部１６ｂ、流出ダクト部２３Ｂ、回収路２５ａを通って、供給タンク１３２に回収され、循環する。

【0035】

液体吐出部１０において、固有流路Ｃ６、Ｃ７は、それぞれ隣接する１つの圧力室列Ｃ１、Ｃ３の各圧力室１１ａに連通するのに対し、共通流路Ｃ４は両側の一対の圧力室列Ｃ１、Ｃ２の各圧力室１１ａに、共通流路Ｃ５は圧力室列Ｃ２、Ｃ３の各圧力室１１ａに、それぞれ連通する。ここで、複数の圧力室列Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３を通過する流量を等しくすることが、重要である。したがって、共通流路Ｃ４、Ｃ５には固有流路Ｃ６、Ｃ７の２倍の流量が流れることになるため、隣り合うアクチュエータ部における圧力の差を極力無くすことができる。すなわち、本実施形態においては、共通流路Ｃ４、Ｃ５の、圧力室列Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３の長さに沿う第１方向の流路抵抗を、固有流路Ｃ６、Ｃ７の流路抵抗の４５％～５５％の範囲、好ましくは、５０％となるように構成する。

【0036】

ここで、一般的に、管路を流体が流れるとき、ρ：密度、λ：管摩擦係数、Ｌ：管の長さ、ｄ：管の直径、Ｖ：管内の平均流速とすると、摩擦による圧力損失は以下のダルシー・ワイスバッハの式により与えられる。

【0037】

【数1】

例えば流路が円管の場合には、

【0038】

【数2】

【0039】

【数3】

【0040】

【数4】

【0041】

【数5】

【0042】

【数6】

【0043】

【数7】

【0044】

【数8】

【0045】

【数9】

【0046】

【数10】

となる。

【0047】

ここで、１列の圧力室をＣ１、Ｃ２、Ｃ３通過する流量が同じであるとすれば、共通流路（直径：Ｄ１）の流量が固有流路（直径：Ｄ２）の流量の２倍となる。長さと粘度は同じである場合、圧力損失を等しくするには、

【0048】

【数11】

【0049】

【数12】

の関係を保てばよいことになる。

【0050】

そして、流路が円管でない場合には、水力直径を用いればよく、非円形断面の面積をＡ、周長をＣとすると水力直径Ｄｈは、

【0051】

【数13】

である。ここで、図４に示すように、共通流路Ｃ４、Ｃ５及び固有流路Ｃ６、Ｃ７は、第１方向の長さが等しく構成されるとともに、第２方向の長さはそれぞれａ１、ａ２であり、第３方向の長さはいずれもｂである矩形状の流路断面を有している。このように流路断面が矩形の場合には

【0052】

【数14】

【0053】

【数15】

となる。したがって、図４に示すように、固有流路Ｃ６、Ｃ７と共通流路Ｃ４、Ｃ５の関係は式１５の関係を満たすように構成すればよい。例えば共通流路Ｃ４、Ｃ５の流路抵抗が固有流路Ｃ６、Ｃ７の１／２程度となるように、式１５の関係に近い条件としてもよい。なお、流路の長さが異なる場合や分岐または合流がある場合は、条件に応じた補正を行えばよい。

【0054】

また、液体吐出ヘッド１は、一対の流入管部１５ａ、１５ｂに連通する固有流路及び共通流路の総流路抵抗と、一対の流出管部１６ａ、１６ｂに連通する固有流路及び共通流路の総流路抵抗は同等に構成されている。例えば、流入管部１５ａに連通する第１固有流路Ｃ６と流入管部１５ｂに連通する第２共通流路Ｃ５の流路抵抗の総和である総流路抵抗は、例えば、流出管部１６ａに連通する第２共通流路Ｃ４と流出管部１６ｂに連通する第２固有流路Ｃ７の流路抵抗の総和である総流路抵抗とが、同等となるように構成されている。すなわち流入側の抵抗の総和が流出側の抵抗の総和と等しく、あるいは同程度の範囲内となるように、構成される。

【0055】

以下、液体吐出ヘッド１を有する液体吐出装置１００について、図６を参照して説明する。図６は液体吐出装置１００としてインクジェットプリンタの構成を示す説明図である。図６に示すように、液体吐出装置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、支持装置である搬送装置１１５と、制御部１１６と、を備える。

【0056】

液体吐出装置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Ａ１に沿って、吐出対象物である記録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インクジェットプリンタである。

【0057】

媒体供給部１１２は複数の給紙カセット１１２ａを備える。媒体排出部１１４は、排紙トレイ１１４ａを備える。画像形成部１１３は、用紙を支持する支持部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。

【0058】

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。

【0059】

ヘッドユニット１３０は、複数の液体吐出ヘッドである液体吐出ヘッド１と、各液体吐出ヘッド１上にそれぞれ搭載された液体タンクとしての複数の供給タンク１３２と、液体吐出ヘッド１と供給タンク１３２とを接続する接続流路１３３と、循環部である循環ポンプ１３４と、を備える。ヘッドユニット１３０は、液体を循環させる循環型のヘッドユニットである。

【0060】

本実施形態において、液体吐出ヘッド１としてシアン、マゼンダ、イエロー、ブラックの４色の液体吐出ヘッド１Ｃ、１Ｍ、１Ｙ、１Ｋと、これらの各色のインクをそれぞれ収容する供給タンク１３２として、供給タンク１３２Ｃ、１３２Ｍ、１３２Ｙ、１３２Ｋを備える。供給タンク１３２は接続流路１３３によって液体吐出ヘッド１に接続される。接続流路１３３は、液体吐出ヘッド１の供給路２４ａに接続される供給流路１３３ａと、液体吐出ヘッド１の回収路２５ａに接続される回収流路１３３ｂと、を備える。

【0061】

また、供給タンク１３２には、図示しないポンプなどの負圧制御装置が連結されている。そして、液体吐出ヘッド１と供給タンク１３２との水頭値に対応して、負圧制御装置により供給タンク１３２内を負圧制御することで、液体吐出ヘッド１の各ノズル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。

【0062】

循環ポンプ１３４は、例えば圧電ポンプで構成される送液ポンプである。循環ポンプ１３４は、供給流路１３３ａに設けられている。循環ポンプ１３４は、配線により制御部１１６に接続され、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）１１６ａの制御によって制御可能に構成されている。循環ポンプ１３４は、液体吐出ヘッド１と供給タンク１３２を含む循環流路で液体を循環させる。

【0063】

搬送装置１１５は、媒体供給部１１２の給紙カセット１１２ａから画像形成部１１３を通って媒体排出部１１４の排紙トレイ１１４ａに至る搬送路Ａ１に沿って、用紙Ｐを搬送する。搬送装置１１５は、搬送路Ａ１に沿って配置される複数のガイドプレート対１２１ａ～１２１ｈと、複数の搬送用ローラ１２２ａ～１２２ｈと、を備えている。搬送装置１１５は、用紙Ｐを液体吐出ヘッド１に相対移動可能に支持する。

【0064】

制御部１１６は、プロセッサの一例としてのＣＰＵ（中央制御装置）１１６ａ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。

【0065】

液体吐出ヘッド１及び液体吐出装置１００において、ノズル１４ａから液体を吐出する駆動時には、制御部１１６は、ドライブＩＣ２７により、駆動素子部１７ｂに駆動電圧を印加する。電圧の印加により駆動する圧力室１１ａ内の電極と、両隣の空気室の電極に電位差を与えると、駆動素子部１７ｂにおいて一対の圧電部材は互いに逆向きに変形し、両圧電部材の変形により、駆動素子部１７ｂが屈曲変形する。例えば、まず駆動する圧力室１１ａを開く方向に変形させ圧力室１１ａ内を負圧にすることで、インクを圧力室１１ａ内に導く。続いて、圧力室１１ａを閉じる方向に変形させ、圧力室１１ａ内を加圧することで、ノズル１４ａからインク滴を吐出させる。

【0066】

本実施形態にかかる液体吐出ヘッド１及び液体吐出装置１００によれば、ノズルを高密度に配列できる。すなわち、本実施形態にかかる液体吐出ヘッド１及び液体吐出装置１００は、液体吐出部１０において、いずれか１つの圧力室列Ｃ１、Ｃ３の各圧力室１１ａに連通する固有流路Ｃ６、Ｃ７と、圧力室列Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３のうちの２列と連通する共通流路Ｃ４、Ｃ５の圧力損失が等しくなるように、流路形状が設定され、一例として、共通流路の流路抵抗が固有流路の流路抵抗の約１／２に構成されている。このため、吐出圧力を均一としながら高密度に３列のノズルを配することができ、高精度の印刷が可能となる。また、複数列の圧力室列Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３の各圧力室１１ａに連通する共通流路Ｃ４、Ｃ５を備える構成としたことで、流路を共通化させることができるため、小型化が可能となる。

【0067】

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。

【0068】

上記実施形態においては、３列の圧力室列Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３を備える例を示したがこれに限られるものではなく、圧力室列を４列以上備える構成としてもよい。例えば図７は第２実施形態にかかる液体吐出ヘッド１Ａの説明図である。液体吐出ヘッド１Ａは、４列の圧力室列Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ８と、３列の共通流路Ｃ４、Ｃ５、Ｃ９と、一対の固有流路Ｃ６、Ｃ７を備える。液体吐出部１０Ａにおいて、一対の固有流路Ｃ６、Ｃ７及び中央の共通流路Ｃ５の一端部に流入管部１５ａ、１５ｂ、１５ｃが設けられ、共通流路Ｃ４、Ｃ９の他端部に、流出管部１６ａ、１６ｃが設けられている。

【0069】

図８は第３の実施形態にかかる液体吐出ヘッド１Ｂの説明図である。液体吐出ヘッド１Ｂは、５列の圧力室列Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ１０、Ｃ１１と、４列の共通流路Ｃ４、Ｃ５、Ｃ１２、Ｃ１３と、一対の固有流路Ｃ６、Ｃ７を備える。液体吐出部１０Ｂにおいて、固有流路Ｃ６と２つの共通流路Ｃ５、Ｃ１３の一端部に流入管部１５ａ、１５ｂ、１５ｄが設けられ、共通流路Ｃ４、Ｃ１２及び固有流路Ｃ７の他端部に、流出管部１６ａ、１６ｄ、１６ｂが設けられている。これらの実施形態にかかる液体吐出ヘッド１Ａ、１Ｂにおいても、共通流路の流路抵抗を固有流路の流路抵抗の約１／２とすることで圧力損失を等しくすることができ、複数列の圧力室に均一にインクを供給できる。

【0070】

また、上記実施形態においては共通流路Ｃ４、Ｃ５、及び固有流路Ｃ６、Ｃ７が矩形の流路断面を有し、式１５の関係に近い条件とした例を示したが、これに限られるものではない。例えば矩形以外の異形管にも適用可能である。矩形以外の異形管の場合にも、水力直径を用いて、（式１１）、（式１２）、（式１３）の関係を保つ条件、あるいはこれらの式に近い条件とすればよい。

【0071】

また、複数の溝１７ａを全て圧力室１１ａとしてもよいし、一部にダミーとなる空気室を構成してもよい。すなわち、複数の圧力室列Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３において、隣接する一対の圧力室１１ａの間に１以上の空気室が配される構成としてもよい。

【0072】

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。

【0073】

液体吐出ヘッドは、上記の他、例えば静電気で振動板を変形してインク滴を吐出する構造、あるいはヒータ等の熱エネルギーを利用してノズルからインク滴を吐出する構造等でもよい。

【0074】

また、上記実施形態において、液体吐出ヘッドは、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。

【0075】

以上説明した少なくともひとつの実施形態によれば、ノズルを高密度に配列できる液体吐出ヘッド及び液体吐出装置を提供できる。

【0076】

なお、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。
以下に、本願の出願当初の特許請求の範囲に記載された発明と同等の記載を付記する。
（１）
複数の圧力室を有する圧力室列を備える３以上のアクチュエータ部と、
並列方向における両端の前記アクチュエータ部の前記圧力室に連通する２つの固有流路と、
複数の前記アクチュエータ部の前記圧力室に連通する複数の共通流路と、を有する液体吐出部を備える、液体吐出ヘッド。
（２）
前記共通流路の流路抵抗は前記固有流路の流路抵抗の４５％以上５５％以下であり、 前記固有流路及び前記共通流路の少なくともいずれかの一次側に連通する２以上の流入流路と、
前記固有流路及び前記共通流路の少なくともいずれかの二次側に接続する２以上の流出流路と、を有し、
前記流入流路に連通する前記固有流路及び前記共通流路の総流路抵抗と、前記流出流路に連通する前記固有流路及び前記共通流路の総流路抵抗が同等に構成された、（１）に記載の液体吐出ヘッド。
（３）
所定の方向に並ぶ第１アクチュエータ部、第２アクチュエータ部及び第３アクチュエータ部と、
並列方向における一方側の端部に配される前記第１アクチュエータ部の一方側に配される第１固有流路と、
前記第１アクチュエータ部と、並列方向における中央に配される前記第２アクチュエータ部との間に配される第１共通流路と、
前記第２アクチュエータ部と、並列方向の他方側の端部に配される第３アクチュエータ部との間に配される第２共通流路と、
前記第３アクチュエータ部の他方側に配される第２固有流路と、を備え、
前記第１固有流路の一端部に第１の流入流路が配され、
前記第１共通流路の他端部に第１の流出流路が配され、
前記第２共通流路の一端部に第２の流入流路が配され、
前記第２固有流路の他端部に第２の流出流路が配される、
（１）または（２）に記載の液体吐出ヘッド。
（４）
前記アクチュエータ部を備える複数のアクチュエータプレートと、
複数の前記アクチュエータプレートの間に配され前記共通流路を構成する１以上のフレームパーツと、
両端の前記アクチュエータプレートの外側に配され前記固有流路を構成する一対のカバープレートと、
前記アクチュエータプレート、前記フレームパーツ及び前記カバープレートが積層された一端面に対向配置され、複数の前記圧力室に対向する複数のノズルを有するノズルプレートと、
を備える（１）乃至（３）のいずれかに記載の液体吐出ヘッド。
（５）
請求項１乃至請求項４のいずれか１に記載の液体吐出ヘッドと、
対象物を前記液体吐出ヘッドに相対移動可能に支持する支持装置と、
を備える液体吐出装置。

【符号の説明】

【0077】

１…液体吐出ヘッド、１０…液体吐出部、１１、１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃ…アクチュエータプレート、１１ａ…圧力室、１１ｂ…配線、１２Ａ、１２Ｂ…フレームパーツ、１２ａ…凹部、１３、１３Ａ、１３Ｂ…カバープレート、１３ａ…凹部、１４…ノズルプレート、１４ａ…ノズル、１５Ａ、１５Ｂ…流入口、１５ａ、１５ｂ…流入管部、１６Ａ、１６Ｂ…流出口、１６ａ、１６ｂ…流出管部、１７…積層圧電体、１７ａ…溝、１７ｂ…駆動素子部、２０…ベース部、２１…ベースフレーム、２２Ａ、２２Ｂ…流入ダクト部、２２ａ…流入流路、２３Ａ、２３Ｂ…流出ダクト部、２３ａ…流出流路、２４…供給管、２４ａ…供給路、２５…回収管、２５ａ…回収路、２６…回路基板、２７…ドライブＩＣ、２８…フレキシブル配線基板、１００…液体吐出装置、１１１…筐体、１１２…媒体供給部、１１２ａ…給紙カセット、１１３…画像形成部、１１４…媒体排出部、１１４ａ…排紙トレイ、１１５…搬送装置、１１６…制御部、１１６ａ…ＣＰＵ、１１７…支持部、１１８…搬送ベルト、１１９…支持プレート、１２０…ベルトローラ、１２１ａ～１２１ｈ…ガイドプレート対、１２２ａ～１２２ｈ…搬送用ローラ、１３０…ヘッドユニット、１３２…供給タンク、１３３…接続流路、１３３ａ…供給流路、１３３ｂ…回収流路、１３４…循環ポンプ、Ａ１…搬送路、Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３…圧力室列、Ｃ４、Ｃ５…共通流路、Ｃ６、Ｃ７…固有流路。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】