JP7010377B2 - 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
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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インクを吐出させて所望の位置に着弾させることで画像を形成するインクジェット記録装置がある。インクジェット記録装置のインクジェットヘッドは、複数のノズルの各々に対応して、インクを貯留するインク貯留部と、当該インク貯留部内のインクの圧力を変動させる圧力変動手段とが設けられており、インク貯留部内のインクの圧力の変動に応じて、インク貯留部に連通するノズルからインクを吐出させる。
インクジェットヘッドでは、インク貯留部に気泡や異物が混入すると、インクに対して正常に圧力が印加されなくなるため、ノズルからのインクの吐出不良が生じて画質が低下する。このため、従来、複数のノズルに対応する複数のインク貯留部の各々を、個別排出流路を介して共通排出流路に連通させて、各インク貯留部に供給されるインクの一部を気泡や異物とともに個別排出流路及び共通排出流路を介してインクジェットヘッドの外部に排出させる技術がある。この技術では、一のインク貯留部に複数の個別排出流路を連通させることで、気泡や異物をより排出させやすくすることができる（例えば、特許文献１）。
また、このような構成のインクジェットヘッドでは、インク貯留部内のインクの圧力の変動に応じた圧力波が共通排出流路を介して他のいずれかのインク吐出部に伝播すると、当該インク吐出部においてインクに対して所望の圧力を印加することができなくなってインクの吐出特性が変動し、画質の低下に繋がる。このため、個別排出流路に進入した圧力波が共通排出流路に伝播しにくくなるように、個別排出流路を長くしたり、断面積を小さくしたりすることで個別排出流路におけるインクの圧力損失を増大させている。
しかしながら、近年、インクジェットヘッドでは、小型化やノズル配置の高密度化が進んでおり、個別排出流路を配置できる領域には限りがあるため、特に一のインク貯留部に複数の個別排出流路を連通させたインクジェットヘッドでは、個別排出流路を長くできる余地が少ない。このため、個別排出流路を長くする方法では圧力損失を十分に増大させることができず、圧力波の伝播に起因する画質低下を効果的に抑制することが困難である。
一方で、個別排出流路の断面積を小さくすることで圧力損失を増大させると、排出可能な気泡や異物が小さくなるため、インク貯留部内の気泡や異物に起因する画質低下が顕著となってしまう。
このように、一のインク貯留部に複数の個別排出流路を連通させたインクジェットヘッドでは、画質低下を効果的に抑制するのが容易でないという課題がある。
一方で、個別排出流路の断面積を小さくすることで圧力損失を増大させると、排出可能な気泡や異物が小さくなるため、インク貯留部内の気泡や異物に起因する画質低下が顕著となってしまう。
このように、一のインク貯留部に複数の個別排出流路を連通させたインクジェットヘッドでは、画質低下を効果的に抑制するのが容易でないという課題がある。
この発明の目的は、より効果的に画質低下を抑制することが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にある。
上記目的を達成するため、請求項１に記載のインクジェットヘッドの発明は、
インクを貯留するインク貯留部と、
前記インク貯留部に貯留されたインクの圧力を変動させる圧力変動手段と、
前記インク貯留部に連通し、当該インク貯留部内におけるインクの圧力の変動に応じてインクを吐出するノズルと、
一の前記インク貯留部に連通し、当該インク貯留部から前記ノズルに供給されずに排出されるインクがそれぞれ通る複数の前段個別排出流路と、
前記複数の前段個別排出流路が合流した後段個別排出流路と、
を各々有する複数のインク吐出部と、
前記複数のインク吐出部が有する複数の前記後段個別排出流路に連通し、当該複数の後段個別排出流路を通ったインクが流入する共通排出流路と、
を備え、
前記後段個別排出流路におけるインクの圧力損失は、前記複数の前段個別排出流路におけるインクの圧力損失より大きい。
インクを貯留するインク貯留部と、
前記インク貯留部に貯留されたインクの圧力を変動させる圧力変動手段と、
前記インク貯留部に連通し、当該インク貯留部内におけるインクの圧力の変動に応じてインクを吐出するノズルと、
一の前記インク貯留部に連通し、当該インク貯留部から前記ノズルに供給されずに排出されるインクがそれぞれ通る複数の前段個別排出流路と、
前記複数の前段個別排出流路が合流した後段個別排出流路と、
を各々有する複数のインク吐出部と、
前記複数のインク吐出部が有する複数の前記後段個別排出流路に連通し、当該複数の後段個別排出流路を通ったインクが流入する共通排出流路と、
を備え、
前記後段個別排出流路におけるインクの圧力損失は、前記複数の前段個別排出流路におけるインクの圧力損失より大きい。
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、
前記後段個別排出流路におけるインクの排出方向に垂直な断面積の最小値は、前記複数の前段個別排出流路の各々におけるインクの排出方向に垂直な断面積の最小値以上である。
前記後段個別排出流路におけるインクの排出方向に垂直な断面積の最小値は、前記複数の前段個別排出流路の各々におけるインクの排出方向に垂直な断面積の最小値以上である。
請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載のインクジェットヘッドにおいて、
前記複数のインク吐出部の各々は、２つの前記前段個別排出流路を有し、前記２つの前段個別排出流路は、前記インク貯留部に対して互いに反対向きに接続されている。
前記複数のインク吐出部の各々は、２つの前記前段個別排出流路を有し、前記２つの前段個別排出流路は、前記インク貯留部に対して互いに反対向きに接続されている。
請求項４に記載の発明は、インクジェットヘッドであって、
インクを貯留するインク貯留部と、
前記インク貯留部に貯留されたインクの圧力を変動させる圧力変動手段と、
前記インク貯留部に連通し、当該インク貯留部内におけるインクの圧力の変動に応じてインクを吐出するノズルと、
一の前記インク貯留部に連通し、当該インク貯留部から前記ノズルに供給されずに排出されるインクがそれぞれ通る複数の前段個別排出流路と、
前記複数の前段個別排出流路が合流した後段個別排出流路と、
を各々有する複数のインク吐出部と、
前記複数のインク吐出部が有する複数の前記後段個別排出流路に連通し、当該複数の後段個別排出流路を通ったインクが流入する共通排出流路と、
を備え、
前記複数のインク吐出部の各々は、２つの前記前段個別排出流路を有し、
前記２つの前段個別排出流路は、前記インク貯留部に対して互いに反対向きに接続されている。
インクを貯留するインク貯留部と、
前記インク貯留部に貯留されたインクの圧力を変動させる圧力変動手段と、
前記インク貯留部に連通し、当該インク貯留部内におけるインクの圧力の変動に応じてインクを吐出するノズルと、
一の前記インク貯留部に連通し、当該インク貯留部から前記ノズルに供給されずに排出されるインクがそれぞれ通る複数の前段個別排出流路と、
前記複数の前段個別排出流路が合流した後段個別排出流路と、
を各々有する複数のインク吐出部と、
前記複数のインク吐出部が有する複数の前記後段個別排出流路に連通し、当該複数の後段個別排出流路を通ったインクが流入する共通排出流路と、
を備え、
前記複数のインク吐出部の各々は、２つの前記前段個別排出流路を有し、
前記２つの前段個別排出流路は、前記インク貯留部に対して互いに反対向きに接続されている。
請求項５に記載の発明は、請求項１から４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、
前記複数のインク吐出部の各々は、２つの前記前段個別排出流路を有し、
前記複数のインク吐出部が有する複数の前記ノズルは、所定方向に沿って配列されており、
前記複数のノズルのうち所定の一方の端にあるノズルを除いた各ノズルに連通している前記２つの前段個別排出流路は、一方の前段個別排出流路のみが、前記ノズルからのインクの吐出方向の側から見て、隣り合う前記ノズルの間を通る。
前記複数のインク吐出部の各々は、２つの前記前段個別排出流路を有し、
前記複数のインク吐出部が有する複数の前記ノズルは、所定方向に沿って配列されており、
前記複数のノズルのうち所定の一方の端にあるノズルを除いた各ノズルに連通している前記２つの前段個別排出流路は、一方の前段個別排出流路のみが、前記ノズルからのインクの吐出方向の側から見て、隣り合う前記ノズルの間を通る。
請求項６に記載の発明は、インクジェットヘッドであって、
インクを貯留するインク貯留部と、
前記インク貯留部に貯留されたインクの圧力を変動させる圧力変動手段と、
前記インク貯留部に連通し、当該インク貯留部内におけるインクの圧力の変動に応じてインクを吐出するノズルと、
一の前記インク貯留部に連通し、当該インク貯留部から前記ノズルに供給されずに排出されるインクがそれぞれ通る複数の前段個別排出流路と、
前記複数の前段個別排出流路が合流した後段個別排出流路と、
を各々有する複数のインク吐出部と、
前記複数のインク吐出部が有する複数の前記後段個別排出流路に連通し、当該複数の後段個別排出流路を通ったインクが流入する共通排出流路と、
を備え、
前記複数のインク吐出部の各々は、２つの前記前段個別排出流路を有し、
前記複数のインク吐出部が有する複数の前記ノズルは、所定方向に沿って配列されており、
前記複数のノズルのうち所定の一方の端にあるノズルを除いた各ノズルに連通している前記２つの前段個別排出流路は、一方の前段個別排出流路のみが、前記ノズルからのインクの吐出方向の側から見て、隣り合う前記ノズルの間を通る。
インクを貯留するインク貯留部と、
前記インク貯留部に貯留されたインクの圧力を変動させる圧力変動手段と、
前記インク貯留部に連通し、当該インク貯留部内におけるインクの圧力の変動に応じてインクを吐出するノズルと、
一の前記インク貯留部に連通し、当該インク貯留部から前記ノズルに供給されずに排出されるインクがそれぞれ通る複数の前段個別排出流路と、
前記複数の前段個別排出流路が合流した後段個別排出流路と、
を各々有する複数のインク吐出部と、
前記複数のインク吐出部が有する複数の前記後段個別排出流路に連通し、当該複数の後段個別排出流路を通ったインクが流入する共通排出流路と、
を備え、
前記複数のインク吐出部の各々は、２つの前記前段個別排出流路を有し、
前記複数のインク吐出部が有する複数の前記ノズルは、所定方向に沿って配列されており、
前記複数のノズルのうち所定の一方の端にあるノズルを除いた各ノズルに連通している前記２つの前段個別排出流路は、一方の前段個別排出流路のみが、前記ノズルからのインクの吐出方向の側から見て、隣り合う前記ノズルの間を通る。
請求項７に記載の発明は、請求項１から６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、
前記複数の前段個別排出流路の各々は、当該複数の前段個別排出流路のうち他のいずれかの前段個別排出流路とは長さが異なる。
前記複数の前段個別排出流路の各々は、当該複数の前段個別排出流路のうち他のいずれかの前段個別排出流路とは長さが異なる。
請求項８に記載の発明は、請求項７に記載のインクジェットヘッドにおいて、
前記複数の前段個別排出流路は、長い前段個別排出流路ほど、単位長さ当たりの圧力損失が小さい。
請求項９に記載の発明は、請求項１から８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、
前記複数の前段個別排出流路の各々におけるインクの圧力損失は、当該複数の前段個別排出流路のうち他のいずれかの前段個別排出流路におけるインクの圧力損失と異なる。
前記複数の前段個別排出流路は、長い前段個別排出流路ほど、単位長さ当たりの圧力損失が小さい。
請求項９に記載の発明は、請求項１から８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、
前記複数の前段個別排出流路の各々におけるインクの圧力損失は、当該複数の前段個別排出流路のうち他のいずれかの前段個別排出流路におけるインクの圧力損失と異なる。
また、上記目的を達成するため、請求項１０に記載のインクジェット記録装置の発明は、
請求項１から９のいずれか一項に記載のインクジェットヘッドを備える。
請求項１から９のいずれか一項に記載のインクジェットヘッドを備える。
本発明に従うと、より効果的に画質低下を抑制することができるという効果がある。
以下、本発明のインクジェットヘッド及びインクジェット記録装置に係る実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明の実施形態であるインクジェット記録装置１の概略構成を示す図である。
インクジェット記録装置１は、搬送部２と、ヘッドユニット３などを備える。
図１は、本発明の実施形態であるインクジェット記録装置１の概略構成を示す図である。
インクジェット記録装置１は、搬送部２と、ヘッドユニット３などを備える。
搬送部２は、図１のＸ方向に延びる回転軸を中心に回転する２本の搬送ローラー２ａ、２ｂにより内側が支持された輪状の搬送ベルト２ｃを備える。搬送部２は、搬送ベルト２ｃの搬送面上に記録媒体Ｍが載置された状態で搬送ローラー２ａが図示略の搬送モーターの動作に応じて回転して搬送ベルト２ｃが周回移動することで記録媒体Ｍを搬送ベルト２ｃの移動方向（搬送方向；図１のＹ方向）に搬送する。
記録媒体Ｍは、一定の寸法に裁断された枚葉紙とすることができる。記録媒体Ｍは、図示略の給紙装置により搬送ベルト２ｃ上に供給され、ヘッドユニット３からインクが吐出されて画像が記録された後に搬送ベルト２ｃから所定の排紙部に排出される。なお、記録媒体Ｍとしては、ロール紙が用いられてもよい。また、記録媒体Ｍとしては、普通紙や塗工紙といった紙のほか、布帛又はシート状の樹脂等、表面に着弾したインクを定着させることが可能な種々の媒体を用いることができる。
ヘッドユニット３は、搬送部２により搬送される記録媒体Ｍに対して画像データに基づいて適切なタイミングでインクを吐出して画像を記録する。本実施形態のインクジェット記録装置１では、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４つのヘッドユニット３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。なお、ヘッドユニット３の数は３つ以下又は５つ以上であってもよい。
図２は、ヘッドユニット３の構成を示す模式図であり、ヘッドユニット３を搬送ベルト２ｃの搬送面に相対する側から見た平面図である。ヘッドユニット３は、板状の基部３ａと、基部３ａに設けられた貫通孔に篏合した状態で基部３ａに固定された複数の（ここでは８つの）インクジェットヘッド１００とを有する。インクジェットヘッド１００は、ノズル１１１の開口部が設けられたノズル開口面１１ａが基部３ａの貫通孔から－Ｚ方向に向けて露出した状態で基部３ａに固定されている。
インクジェットヘッド１００では、複数のノズル１１１が記録媒体Ｍの搬送方向と交差する方向（本実施形態では搬送方向と直交する幅方向、すなわちＸ方向）に等間隔にそれぞれ配列されている。すなわち、各インクジェットヘッド１００は、Ｘ方向に等間隔に一次元配列されたノズル１１１の列（ノズル列）を有している。
なお、インクジェットヘッド１００は、ノズル列を複数有していても良い。この場合には、複数のノズル列は、ノズル１１１のＸ方向についての位置が重ならないようにＸ方向の位置が互いにずらされて配置される。
なお、インクジェットヘッド１００は、ノズル列を複数有していても良い。この場合には、複数のノズル列は、ノズル１１１のＸ方向についての位置が重ならないようにＸ方向の位置が互いにずらされて配置される。
ヘッドユニット３における８つのインクジェットヘッド１００は、ノズル１１１のＸ方向についての配置範囲が連続するように千鳥格子状に配置されている。ヘッドユニット３に含まれるノズル１１１のＸ方向についての配置範囲は、搬送ベルト２ｃにより搬送される記録媒体Ｍのうち画像が記録可能な領域のＸ方向の幅をカバーしている。ヘッドユニット３は、画像の記録時には位置が固定されて用いられ、記録媒体Ｍの搬送に応じて搬送方向についての所定間隔（搬送方向間隔）の各位置に対してノズル１１１からインクを吐出することで、シングルパス方式で画像を記録する。
図３は、インクジェットヘッド１００の斜視図である。
インクジェットヘッド１００は、筐体１０１と、筐体１０１の下端で筐体１０１と篏合する外装部材１０２とを備え、筐体１０１及び外装部材１０２の内部に主要な構成要素が収容されている。このうち外装部材１０２には、外部からインクが供給されるインレット１０３ａ、及びインクが外部に排出されるアウトレット１０３ｂ、１０３ｃが設けられている。また、外装部材１０２には、インクジェットヘッド１００をヘッドユニット３の基部３ａに取り付けるための複数の取付穴１０４が設けられている。
インクジェットヘッド１００は、筐体１０１と、筐体１０１の下端で筐体１０１と篏合する外装部材１０２とを備え、筐体１０１及び外装部材１０２の内部に主要な構成要素が収容されている。このうち外装部材１０２には、外部からインクが供給されるインレット１０３ａ、及びインクが外部に排出されるアウトレット１０３ｂ、１０３ｃが設けられている。また、外装部材１０２には、インクジェットヘッド１００をヘッドユニット３の基部３ａに取り付けるための複数の取付穴１０４が設けられている。
図４は、インクジェットヘッド１００の主要部の分解斜視図である。
図４では、インクジェットヘッド１００の構成部材のうち、外装部材１０２の内部に収容されている主要な構成部材が示されている。具体的には、図４では、ノズル基板１１、流路スペーサー基板１２及び圧力室基板１３を有するヘッドチップ１０と、ヘッドチップ１０に固着された配線基板１５と、配線基板１５に電気的に接続されたＦＰＣ２０（Flexible Printed Circuit）とが示されている。
図４では、インクジェットヘッド１００のノズル開口面１１ａが上方となるように、すなわち図３とは上下が反転されるように各部材が描かれている。以下では、各基板の－Ｚ方向側の面を上面、＋Ｚ方向側の面を下面とも記す。
図４では、インクジェットヘッド１００の構成部材のうち、外装部材１０２の内部に収容されている主要な構成部材が示されている。具体的には、図４では、ノズル基板１１、流路スペーサー基板１２及び圧力室基板１３を有するヘッドチップ１０と、ヘッドチップ１０に固着された配線基板１５と、配線基板１５に電気的に接続されたＦＰＣ２０（Flexible Printed Circuit）とが示されている。
図４では、インクジェットヘッド１００のノズル開口面１１ａが上方となるように、すなわち図３とは上下が反転されるように各部材が描かれている。以下では、各基板の－Ｚ方向側の面を上面、＋Ｚ方向側の面を下面とも記す。
ヘッドチップ１０は、ノズル１１１が設けられたノズル基板１１と、ノズル１１１に連通する貫通流路１２１等が設けられた流路スペーサー基板１２と、貫通流路１２１を介してノズル１１１に連通する圧力室１３１（インク貯留部）等が設けられた圧力室基板１３と、が積層された構造を有している。以下では、このうち流路スペーサー基板１２及び圧力室基板１３からなる基板を流路基板１４と記す。
ノズル基板１１、流路スペーサー基板１２及び圧力室基板１３と、配線基板１５とは、いずれもＸ方向に長尺な略四角柱状の板状部材である。
ノズル基板１１、流路スペーサー基板１２及び圧力室基板１３と、配線基板１５とは、いずれもＸ方向に長尺な略四角柱状の板状部材である。
ノズル基板１１は、厚さ方向（Ｚ方向）に貫通する孔であるノズル１１１がＸ方向に沿って列をなすように設けられているポリイミドの基板である。ノズル基板１１の上面は、インクジェットヘッド１００のノズル開口面１１ａをなす。ノズル基板１１の厚さ（したがって、ノズル１１１のインク吐出方向の長さ）は、例えば数十μｍから数百μｍ程度である。
なお、ノズル１１１の内壁面は、Ｚ方向に垂直な断面積が、インク吐出側の開口部に近いほど小さくなるようなテーパー形状を有していても良い。また、ノズル基板１１としては、ポリイミド以外の各種樹脂の基板や、シリコン基板、ＳＵＳなどの金属基板などを用いても良い。
なお、ノズル１１１の内壁面は、Ｚ方向に垂直な断面積が、インク吐出側の開口部に近いほど小さくなるようなテーパー形状を有していても良い。また、ノズル基板１１としては、ポリイミド以外の各種樹脂の基板や、シリコン基板、ＳＵＳなどの金属基板などを用いても良い。
また、ノズル基板１１のノズル開口面１１ａには、フッ素樹脂粒子等の撥液性物質を含む撥水膜が設けられている。撥水膜を設けることで、ノズル開口面１１ａに対するインクや異物の付着を抑えることができ、当該インクや異物等の付着に起因するインク吐出不良の発生を抑制することができる。
流路スペーサー基板１２には、ノズル１１１に連通する貫通流路１２１と、貫通流路１２１から分岐する第１前段個別排出流路１２２ａ及び第２前段個別排出流路１２２ｂと、第１前段個別排出流路１２２ａ及び第２前段個別排出流路１２２ｂが合流した後段個別排出流路１２３と、後段個別排出流路１２３に連通する帯状貫通流路１２５と、が設けられている。このうち貫通流路１２１、第１前段個別排出流路１２２ａ、第２前段個別排出流路１２２ｂ及び後段個別排出流路１２３は、複数のノズル１１１の各々に対応して設けられている。
また、圧力室基板には、貫通流路１２１に連通する圧力室１３１と、帯状貫通流路１２５に連通する溝状流路１３２と、溝状流路１３２から分岐する垂直排出流路１３３と、が設けられている。このうち圧力室１３１は、複数のノズル１１１の各々に対応して設けられている。
また、圧力室基板には、貫通流路１２１に連通する圧力室１３１と、帯状貫通流路１２５に連通する溝状流路１３２と、溝状流路１３２から分岐する垂直排出流路１３３と、が設けられている。このうち圧力室１３１は、複数のノズル１１１の各々に対応して設けられている。
流路スペーサー基板１２及び圧力室基板１３は、Ｚ方向から見た形状がノズル基板１１とほぼ同一である直方体形状の板状部材である。
本実施形態の流路スペーサー基板１２は、シリコン基板からなる。流路スペーサー基板１２の厚さは、特には限られないが、数百μｍ程度とされる。流路スペーサー基板１２の上面にはノズル基板１１が、また下面には圧力室基板１３が、それぞれ接着剤を介して接着（固着）されている。
圧力室基板１３の材質は、セラミックスの圧電体（電圧の印加に応じて変形する部材）である。このような圧電体の例としては、ＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）、ニオブ酸リチウム、チタン酸バリウム、チタン酸鉛、メタニオブ酸鉛などが挙げられる。本実施形態の圧力室基板１３では、ＰＺＴが用いられている。
本実施形態の流路スペーサー基板１２は、シリコン基板からなる。流路スペーサー基板１２の厚さは、特には限られないが、数百μｍ程度とされる。流路スペーサー基板１２の上面にはノズル基板１１が、また下面には圧力室基板１３が、それぞれ接着剤を介して接着（固着）されている。
圧力室基板１３の材質は、セラミックスの圧電体（電圧の印加に応じて変形する部材）である。このような圧電体の例としては、ＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）、ニオブ酸リチウム、チタン酸バリウム、チタン酸鉛、メタニオブ酸鉛などが挙げられる。本実施形態の圧力室基板１３では、ＰＺＴが用いられている。
流路スペーサー基板１２の貫通流路１２１は、流路スペーサー基板１２をＺ方向に貫通する貫通孔であり、Ｚ方向に垂直な断面がＹ方向に長い矩形をなしている。また、圧力室基板１３の圧力室１３１は、圧力室基板１３をＺ方向に貫通する貫通孔であり、Ｚ方向に垂直な断面の形状は、貫通流路１２１と同一である。流路スペーサー基板１２と圧力室基板１３とが接合された状態では、貫通流路１２１及び圧力室１３１が一繋がりとなって、チャネル１４１（インク貯留部）を構成する。チャネル１４１は、Ｚ方向から見てノズル１１１と重なる位置に設けられており、ノズル１１１に連通している。また、各チャネル１４１には、配線基板１５に設けられたインク供給口１５１を介してインクが供給されて貯留される。
図５は、圧力室基板１３の下面の拡大平面図である。
図５に示されるように、各圧力室１３１は、Ｘ方向に隣り合う圧力室１３１との間が圧電体の隔壁１３４により仕切られている。各圧力室１３１の隔壁１３４の内壁面には、金属の駆動電極１３６（圧力変動手段）が設けられている。また、圧力室基板１３の表面のうち圧力室１３１の開口部の＋Ｙ方向側の近傍領域には、駆動電極１３６に電気的に接続された金属の接続電極１３５が設けられている。接続電極１３５は、図４に示される配線基板１５の配線１５３、及びＦＰＣ２０の配線２１を介して外部の駆動回路に電気的に接続される。
図５に示されるように、各圧力室１３１は、Ｘ方向に隣り合う圧力室１３１との間が圧電体の隔壁１３４により仕切られている。各圧力室１３１の隔壁１３４の内壁面には、金属の駆動電極１３６（圧力変動手段）が設けられている。また、圧力室基板１３の表面のうち圧力室１３１の開口部の＋Ｙ方向側の近傍領域には、駆動電極１３６に電気的に接続された金属の接続電極１３５が設けられている。接続電極１３５は、図４に示される配線基板１５の配線１５３、及びＦＰＣ２０の配線２１を介して外部の駆動回路に電気的に接続される。
圧力室基板１３では、接続電極１３５を介して駆動電極１３６に印加された駆動信号に応じて隔壁１３４がシアモード型の変位を繰り返すことで、圧力室１３１内（したがって、チャネル１４１内の）のインクの圧力が変動する。この圧力の変動に応じて、チャネル１４１内のインクがノズル１１１から吐出される。すなわち、本実施形態のヘッドチップ１０は、シアモード型のインク吐出を行うヘッドチップである。
なお、図４及び図５におけるＸ方向について一つ置きのチャネル１４１の形成位置に、チャネル１４１に代えて、インクの流入経路を有しない空気室を設けても良い。このような構成とすることで、チャネル１４１に隣接する隔壁１３４が変形した際に、他のチャネル１４１に当該変形の影響が及ばないようにすることができる。
なお、図４及び図５におけるＸ方向について一つ置きのチャネル１４１の形成位置に、チャネル１４１に代えて、インクの流入経路を有しない空気室を設けても良い。このような構成とすることで、チャネル１４１に隣接する隔壁１３４が変形した際に、他のチャネル１４１に当該変形の影響が及ばないようにすることができる。
図４に示されるように、流路スペーサー基板１２には、チャネル１４１の配列方向（Ｘ方向）に沿って延び、流路スペーサー基板１２をＺ方向に貫通する帯状貫通流路１２５が設けられている。また、圧力室基板１３の流路スペーサー基板１２との接合面には、Ｚ方向から見て帯状貫通流路１２５と重なる位置に溝状流路１３２が設けられている。帯状貫通流路１２５及び溝状流路１３２は、流路スペーサー基板１２と圧力室基板１３とが接合された状態において、Ｘ方向に延びる共通排出流路１４２を構成する。このような構成の共通排出流路１４２は、流路スペーサー基板１２とノズル基板１１との接合面（したがって、流路基板１４とノズル基板１１との接合面）に沿って延び、側壁の一部がノズル基板１１によって構成されている。
また、共通排出流路１４２の＋Ｘ方向側の端部には、圧力室基板１３をＺ方向に貫通する垂直排出流路１３３が接続されている。
また、共通排出流路１４２の＋Ｘ方向側の端部には、圧力室基板１３をＺ方向に貫通する垂直排出流路１３３が接続されている。
また、上述のとおり、流路スペーサー基板１２には、複数の貫通流路１２１（チャネル１４１）の各々から分岐する第１前段個別排出流路１２２ａ及び第２前段個別排出流路１２２ｂと、第１前段個別排出流路１２２ａ及び第２前段個別排出流路１２２ｂが合流した後段個別排出流路１２３とが設けられており、後段個別排出流路１２３が帯状貫通流路１２５に接続されている。第１前段個別排出流路１２２ａ、第２前段個別排出流路１２２ｂ及び後段個別排出流路１２３は、流路スペーサー基板１２の上面側の表面に沿って設けられた溝状の流路であり、側壁の一部がノズル基板１１によって構成されている。以下では、第１前段個別排出流路１２２ａ、第２前段個別排出流路１２２ｂ及び後段個別排出流路１２３を合わせて個別排出流路１２４とも記す。個別排出流路１２４の詳細な構成については後述する。
このような構成の流路スペーサー基板１２及び圧力室基板１３からなる流路基板１４では、チャネル１４１に供給されたインクのうちノズル１１１から吐出されなかったインクの一部が、個別排出流路１２４及び共通排出流路１４２を介して外部に排出される。すなわち、個別排出流路１２４及び共通排出流路１４２を通ったインクは、垂直排出流路１３３、及び配線基板１５に設けられた排出孔１５２を通ってアウトレット１０３ｂ（又はアウトレット１０３ｃ）からインクジェットヘッド１００の外部に排出される。
インク供給口１５１からチャネル１４１に供給されるインクの流れや、チャネル１４１から個別排出流路１２４及び共通排出流路１４２を通って排出されるインクの流れは、インクジェット記録装置１が有するインク循環機構９（図８）により発生させることができる。インク循環機構９の構成については、後述する。
配線基板１５は、圧力室基板１３との接合領域を確保する観点から圧力室基板１３の面積よりも大きな面積を有する平板状の基板であることが好ましく、接着剤を介して圧力室基板１３の下面に接着されている。配線基板１５としては、例えばガラス、セラミックス、シリコン、プラスチックなどの基板を用いることができる。
配線基板１５には、Ｚ方向から見てチャネル１４１と重なる位置に複数のインク供給口１５１が設けられており、また、垂直排出流路１３３と重なる位置に排出孔１５２が設けられている。また、配線基板１５の圧力室基板１３との接着面には、複数のインク供給口１５１の各々の端部から配線基板１５の端部に向かって延びる複数の配線１５３が設けられている。
配線基板１５の下面には、図示しないインクマニホールド（共通インク室）が接続されており、当該インクマニホールドからインク供給口１５１にインクが供給される。
配線基板１５の下面には、図示しないインクマニホールド（共通インク室）が接続されており、当該インクマニホールドからインク供給口１５１にインクが供給される。
圧力室基板１３と配線基板１５とは、導電性粒子を含有させた導電性接着剤を介して接着される。これにより、圧力室基板１３の表面の接続電極１３５と、配線基板１５上の配線１５３とが、導電性粒子を介して電気的に接続される。
また、配線基板１５のうち配線１５３が設けられている端部には、ＦＰＣ２０が、例えばＡＣＦ（異方性導電フィルム）を介して接続される。この接続により、配線基板１５の複数の配線１５３と、ＦＰＣ２０上の複数の配線２１とが、一対一で対応するようにそれぞれ電気的に接続される。
次に、個別排出流路１２４の詳細な構成について説明する。
図６は、個別排出流路１２４の構成を示す平面図である。図６は、流路スペーサー基板１２の上面のうち個別排出流路１２４の形成領域を拡大して示した図である。この個別排出流路１２４と、ノズル１１１と、チャネル１４１と、上述の駆動電極１３６と、により、ノズル１１１からインクを吐出させるための機構であるインク吐出部１０ａが構成される。したがって、ヘッドチップ１０には、ノズル１１１の数と同一の数のインク吐出部１０ａが設けられている。
図６は、個別排出流路１２４の構成を示す平面図である。図６は、流路スペーサー基板１２の上面のうち個別排出流路１２４の形成領域を拡大して示した図である。この個別排出流路１２４と、ノズル１１１と、チャネル１４１と、上述の駆動電極１３６と、により、ノズル１１１からインクを吐出させるための機構であるインク吐出部１０ａが構成される。したがって、ヘッドチップ１０には、ノズル１１１の数と同一の数のインク吐出部１０ａが設けられている。
図６に示されるように、複数のチャネル１４１の各々からは、－Ｙ方向側に第１前段個別排出流路１２２ａが分岐し、＋Ｙ方向側に第２前段個別排出流路１２２ｂが分岐している。すなわち、第１前段個別排出流路１２２ａ及び第２前段個別排出流路１２２ｂは、チャネル１４１に対して互いに反対向きに接続されている。より詳しくは、第１前段個別排出流路１２２ａ及び第２前段個別排出流路１２２ｂは、平面視でチャネル１４１がなす長矩形において対向する両端（一対の短辺）からそれぞれ分岐している。ここで、チャネル１４１に対して反対向きに接続されている、とは、各流路におけるインクの排出方向が反対向きであることをいう。よって、２つの前段個別排出流路が一直線上にある構成に限られず、互いに異なる直線上にある構成であっても良い。
また、第１前段個別排出流路１２２ａ及び第２前段個別排出流路１２２ｂは、＋Ｙ方向に延びる一つの後段個別排出流路１２３に合流している。第２前段個別排出流路１２２ｂと、後段個別排出流路１２３とは、一直線状に繋がっており、第１前段個別排出流路１２２ａは、貫通流路１２１の側方（－Ｘ方向側）を回り込んだ後に後段個別排出流路１２３に対して垂直な方向から合流する。具体的には、第１前段個別排出流路１２２ａは、貫通流路１２１から－Ｙ方向側に分岐した後に－Ｘ方向、＋Ｙ方向に順に折れて貫通流路１２１の側方を通り、その後、＋Ｘ方向に折れて後段個別排出流路１２３に接続される。よって、－Ｘ方向側の端にあるノズル１１１を除いた各ノズル１１１に連通している第１前段個別排出流路１２２ａ及び第２前段個別排出流路１２２ｂのうち、第１前段個別排出流路１２２ａのみが、Ｚ方向（ノズル１１１からのインクの吐出方向の側）から見て、隣り合うノズル１１１の間を通るようになっている。
このような構成により、チャネル１４１に供給されたインクのうちノズル１１１から吐出されないインクの一部が、第１前段個別排出流路１２２ａ又は第２前段個別排出流路１２２ｂ、及び後段個別排出流路１２３を介して共通排出流路１４２に排出される。これにより、チャネル１４１に混入した気泡や異物が、インクとともに共通排出流路１４２に排出されるようになっている。
図７は、個別排出流路１２４の流路抵抗を説明する図である。
図７では、第１前段個別排出流路１２２ａの流路抵抗Ｒａ、第２前段個別排出流路１２２ｂの流路抵抗Ｒｂ、及び後段個別排出流路１２３の流路抵抗Ｒｃを用いて個別排出流路１２４の等価回路が示されている。流路抵抗Ｒａ及び流路抵抗Ｒｂは、チャネルに対して並列に接続されており、この並列接続された流路抵抗Ｒａ及び流路抵抗Ｒｂの下流側に、流路抵抗Ｒｃが直列に接続されて共通排出流路１４２に繋がっている。
このような構成の個別排出流路１２４における全体の合成流路抵抗Ｒは、以下の式（１）により表される。
Ｒ＝Ｒａ・Ｒｂ／（Ｒａ＋Ｒｂ）＋Ｒｃ …（１）
図７では、第１前段個別排出流路１２２ａの流路抵抗Ｒａ、第２前段個別排出流路１２２ｂの流路抵抗Ｒｂ、及び後段個別排出流路１２３の流路抵抗Ｒｃを用いて個別排出流路１２４の等価回路が示されている。流路抵抗Ｒａ及び流路抵抗Ｒｂは、チャネルに対して並列に接続されており、この並列接続された流路抵抗Ｒａ及び流路抵抗Ｒｂの下流側に、流路抵抗Ｒｃが直列に接続されて共通排出流路１４２に繋がっている。
このような構成の個別排出流路１２４における全体の合成流路抵抗Ｒは、以下の式（１）により表される。
Ｒ＝Ｒａ・Ｒｂ／（Ｒａ＋Ｒｂ）＋Ｒｃ …（１）
ここで、流路抵抗は、インクの流体が流路を流れるときに、壁面との摩擦や、乱流の発生などによって失われるエネルギーの大きさを表している。このエネルギー損失は、流路においてインクの圧力損失として現れる。よって、流路抵抗（合成流路抵抗）は、流路におけるインクの圧力損失（合成圧力損失）の大きさを表す。
チャネル１４１内のインクの圧力の変動に応じた圧力波が個別排出流路１２４及び共通排出流路１４２を通っていずれかのインク吐出部１０ａのチャネル１４１に伝播（反射）すると、当該チャネル１４１においてインクに対して所望の圧力を印加することができなくなり、インクの吐出特性の変動（クロストーク）が生じて画質の低下に繋がる。このため、圧力波が個別排出流路１２４を通って共通排出流路１４２に伝播しにくくなるように、個別排出流路１２４におけるインクの圧力損失（流路抵抗）は、必要なインクの排出量を確保できる範囲で大きいことが望ましい。
ただし、個別排出流路１２４を通過できる気泡や異物をできるだけ大きくする観点から、個別排出流路１２４の各位置での断面積（インクの排出方向に垂直な断面の面積をいう。以下同じ）を確保した上で、流路を長くすることで圧力損失を増大させることが望ましい。しかしながら、近年、インクジェットヘッドでは、小型化やノズル配置の高密度化が進んでおり、第１前段個別排出流路１２２ａ及び第２前段個別排出流路１２２ｂを配置できる領域には限りがあるため、第１前段個別排出流路１２２ａ及び第２前段個別排出流路１２２ｂを長くして直接共通排出流路１４２に接続させる方法では流路を十分に長くできず（すなわち、圧力損失を十分に増大させることができず）、圧力波の伝播に起因する画質低下を十分に抑制することが困難である。
ただし、個別排出流路１２４を通過できる気泡や異物をできるだけ大きくする観点から、個別排出流路１２４の各位置での断面積（インクの排出方向に垂直な断面の面積をいう。以下同じ）を確保した上で、流路を長くすることで圧力損失を増大させることが望ましい。しかしながら、近年、インクジェットヘッドでは、小型化やノズル配置の高密度化が進んでおり、第１前段個別排出流路１２２ａ及び第２前段個別排出流路１２２ｂを配置できる領域には限りがあるため、第１前段個別排出流路１２２ａ及び第２前段個別排出流路１２２ｂを長くして直接共通排出流路１４２に接続させる方法では流路を十分に長くできず（すなわち、圧力損失を十分に増大させることができず）、圧力波の伝播に起因する画質低下を十分に抑制することが困難である。
そこで、本実施形態のインクジェットヘッド１００では、第１前段個別排出流路１２２ａ及び第２前段個別排出流路１２２ｂの必要な断面積を確保しつつ、第１前段個別排出流路１２２ａ及び第２前段個別排出流路１２２ｂを後段個別排出流路１２３に合流させた上で後段個別排出流路１２３を長くすることで、個別排出流路１２４の全体の形成領域を小さく抑えながら、圧力損失を十分に増大させることができるようになっている。図６では、後段個別排出流路１２３が一直線状となっているが、使用できる領域の大きさや、必要な圧力損失の大きさによっては、蛇行させても良い。
このような構成により、後段個別排出流路１２３におけるインクの圧力損失は、第１前段個別排出流路１２２ａ及び第２前段個別排出流路１２２ｂにおけるインクの圧力損失（合成圧力損失）より大きくなっている。
また、後段個別排出流路１２３における断面積の最小値は、第１前段個別排出流路１２２ａ及び第２前段個別排出流路１２２ｂの各々における断面積の最小値以上とされている。これにより、第１前段個別排出流路１２２ａ及び第２前段個別排出流路１２２ｂを通過可能な気泡や異物を、後段個別排出流路１２３においても通過させることができるようになっている。換言すれば、後段個別排出流路１２３において気泡や異物の排出に必要な断面積を確保した上で、後段個別排出流路１２３の長さを調整することで、個別排出流路１２４の全体の圧力損失を増大させている。
また、後段個別排出流路１２３における断面積の最小値は、第１前段個別排出流路１２２ａ及び第２前段個別排出流路１２２ｂの各々における断面積の最小値以上とされている。これにより、第１前段個別排出流路１２２ａ及び第２前段個別排出流路１２２ｂを通過可能な気泡や異物を、後段個別排出流路１２３においても通過させることができるようになっている。換言すれば、後段個別排出流路１２３において気泡や異物の排出に必要な断面積を確保した上で、後段個別排出流路１２３の長さを調整することで、個別排出流路１２４の全体の圧力損失を増大させている。
また、第１前段個別排出流路１２２ａ及び第２前段個別排出流路１２２ｂのうち第１前段個別排出流路１２２ａのみがチャネル１４１の側方を回り込む構成のため、第１前段個別排出流路１２２ａの長さと、第２前段個別排出流路１２２ｂの長さとが異なっている。この結果、第１前段個別排出流路１２２ａにおけるインクの圧力損失と、第２前段個別排出流路１２２ｂにおけるインクの圧力損失とが異なっている。このように２つの前段個別排出流路の長さや圧力損失を異ならせることで、チャネル１４１から２つの前段個別排出流路に入った圧力波が後段個別排出流路１２３で合流したときに、圧力波同士が打ち消し合う（弱め合う）ための条件を満たしやすくなっている。
ただし、第１前段個別排出流路１２２ａ及び第２前段個別排出流路１２２ｂでインクの圧力損失の差が大きすぎると、チャネル１４１から第１前段個別排出流路１２２ａに流入するインク量と第２前段個別排出流路１２２ｂに流入するインク量との差が大きくなってしまい、一方の前段個別排出流路を介した気泡や異物の排出効果が得られにくくなってしまう。このため、第１前段個別排出流路１２２ａ及び第２前段個別排出流路１２２ｂのうち相対的に長い第１前段個別排出流路１２２ａにおける単位長さ当たりの圧力損失（流路全体における圧力損失を長さで除した値）を、第２前段個別排出流路１２２ｂにおける単位長さ当たりの圧力損失より小さくして、圧力損失の差を縮小することが望ましい。例えば、各前段個別排出流路における断面積が均一である場合には、相対的に長い第１前段個別排出流路１２２ａの断面積を、第２前段個別排出流路１２２ｂの断面積より大きくすることで、第１前段個別排出流路１２２ａにおける単位長さ当たりの圧力損失を相対的に小さくして、２つの前段個別排出流路における圧力損失の差を縮小することができる。
ただし、第１前段個別排出流路１２２ａ及び第２前段個別排出流路１２２ｂでインクの圧力損失の差が大きすぎると、チャネル１４１から第１前段個別排出流路１２２ａに流入するインク量と第２前段個別排出流路１２２ｂに流入するインク量との差が大きくなってしまい、一方の前段個別排出流路を介した気泡や異物の排出効果が得られにくくなってしまう。このため、第１前段個別排出流路１２２ａ及び第２前段個別排出流路１２２ｂのうち相対的に長い第１前段個別排出流路１２２ａにおける単位長さ当たりの圧力損失（流路全体における圧力損失を長さで除した値）を、第２前段個別排出流路１２２ｂにおける単位長さ当たりの圧力損失より小さくして、圧力損失の差を縮小することが望ましい。例えば、各前段個別排出流路における断面積が均一である場合には、相対的に長い第１前段個別排出流路１２２ａの断面積を、第２前段個別排出流路１２２ｂの断面積より大きくすることで、第１前段個別排出流路１２２ａにおける単位長さ当たりの圧力損失を相対的に小さくして、２つの前段個別排出流路における圧力損失の差を縮小することができる。
なお、１つのチャネル１４１から３つ以上の前段個別排出流路を分岐させ、これらの前段個別排出流路を後段個別排出流路１２３に合流させる構成としても良い。この場合も、複数の前段個別排出流路の各々の長さが、他のいずれかの前段個別排出流路の長さと異なるようにすることが望ましい。その上で、複数の前段個別排出流路のうち長い前段個別排出流路ほど単位長さ当たりの圧力損失が小さくなるようにすれば良い。また、複数の前段個別排出流路の各々におけるインクの圧力損失が、他のいずれかの前段個別排出流路におけるインクの圧力損失と異なるようにすることが好ましい。
次に、インクジェットヘッド１００内においてインクを還流させて排出させるためのインク循環機構９の構成について説明する。
図８は、インク循環機構９の構成を示す模式図である。
インク循環機構９は、供給用サブタンク９１、還流用サブタンク９２及びメインタンク９３などを備える。
供給用サブタンク９１は、インクジェットヘッド１００に設けられたインクマニホールドに供給されるインクを貯留する。供給用サブタンク９１は、インク流路９４によってインレット１０３ａに接続されている。
還流用サブタンク９２は、インク流路９５によってアウトレット１０３ｂ、１０３ｃに接続されており、個別排出流路１２４及び共通排出流路１４２を含む上述のインク排出流路を通ってアウトレット１０３ｂ又はアウトレット１０３ｃから排出されたインクを貯留する。
供給用サブタンク９１及び還流用サブタンク９２は、インク流路９６で接続されている。そして、インク流路９６に設けられたポンプ９８により、還流用サブタンク９２から供給用サブタンク９１にインクを戻すことができるようになっている。
メインタンク９３は、供給用サブタンク９１に供給されるインクを貯留する。メインタンク９３は、インク流路９７によって供給用サブタンク９１に接続されている。また、インク流路９７に設けられたポンプ９９により、メインタンク９３から供給用サブタンク９１にインクが供給される。
インク循環機構９は、供給用サブタンク９１、還流用サブタンク９２及びメインタンク９３などを備える。
供給用サブタンク９１は、インクジェットヘッド１００に設けられたインクマニホールドに供給されるインクを貯留する。供給用サブタンク９１は、インク流路９４によってインレット１０３ａに接続されている。
還流用サブタンク９２は、インク流路９５によってアウトレット１０３ｂ、１０３ｃに接続されており、個別排出流路１２４及び共通排出流路１４２を含む上述のインク排出流路を通ってアウトレット１０３ｂ又はアウトレット１０３ｃから排出されたインクを貯留する。
供給用サブタンク９１及び還流用サブタンク９２は、インク流路９６で接続されている。そして、インク流路９６に設けられたポンプ９８により、還流用サブタンク９２から供給用サブタンク９１にインクを戻すことができるようになっている。
メインタンク９３は、供給用サブタンク９１に供給されるインクを貯留する。メインタンク９３は、インク流路９７によって供給用サブタンク９１に接続されている。また、インク流路９７に設けられたポンプ９９により、メインタンク９３から供給用サブタンク９１にインクが供給される。
供給用サブタンク９１は、その液面が、ヘッドチップ１０のインク吐出面（以下、「位置基準面」とも記す）より高くなる位置に設けられ、還流用サブタンク９２の液面は、その液面が位置基準面より低くなる位置に設けられている。よって、位置基準面と供給用サブタンク９１との水頭差による圧力Ｐ１と、位置基準面と還流用サブタンク９２との水頭差による圧力Ｐ２が生じている。この結果、インレット１０３ａにおけるインクの圧力がアウトレット１０３ｂ、１０３ｃにおけるインクの圧力よりも高くなっている。この圧力差により、インレット１０３ａからインクマニホールド、インク供給口１５１、チャネル１４１、貫通流路１２１、個別排出流路１２４、共通排出流路１４２、垂直排出流路１３３、排出孔１５２を経てアウトレット１０３ｂ、１０３ｃに向かうインクの流れが生じ、チャネル１４１へのインク供給、及びチャネル１４１からのインクの排出（還流）がなされるようになっている。また、各サブタンク内のインク量や、各サブタンクの鉛直方向の位置を変更することで、圧力Ｐ１及び圧力Ｐ２を調整することができ、これによりインクの流速を調整することができる。
次に、本発明の実施形態の効果を確認するために行ったシミュレーションについて説明する。
図９は、シミュレーションの条件及び結果を示す図である。
このシミュレーションでは、従来の構成の比較例１～比較例３、及び本発明の実施形態である実施例１、実施例２の各々について、個別排出流路１２４におけるインクの圧力損失（比較例１に対する比率）と、排出可能な気泡や異物の大きさとを評価した。
図９は、シミュレーションの条件及び結果を示す図である。
このシミュレーションでは、従来の構成の比較例１～比較例３、及び本発明の実施形態である実施例１、実施例２の各々について、個別排出流路１２４におけるインクの圧力損失（比較例１に対する比率）と、排出可能な気泡や異物の大きさとを評価した。
比較例１～比較例３は、図１０Ａに示されるように、チャネル１４１から分岐した第１前段個別排出流路１２２ａ及び第２前段個別排出流路１２２ｂをそのまま共通排出流路１４２に接続させた構成であり、その等価回路は、図１０Ｂに示されているとおりである。比較例１～比較例３における個別排出流路１２４（第１前段個別排出流路１２２ａ及び第２前段個別排出流路１２２ｂ）の全体の流路抵抗Ｒは、以下の式（２）を満たす。
Ｒ＝Ｒａ・Ｒｂ／（Ｒａ＋Ｒｂ） …（２）
Ｒ＝Ｒａ・Ｒｂ／（Ｒａ＋Ｒｂ） …（２）
図１０Ａの構成において、流路の幅及び深さを０．０５ｍｍとし、第１前段個別排出流路１２２ａ及び第２前段個別排出流路１２２ｂの長さをそれぞれ１．５ｍｍとしたものを比較例１とした。
また、図１０Ａの構成において、流路の幅及び深さを０．０６ｍｍとし、第１前段個別排出流路１２２ａ及び第２前段個別排出流路１２２ｂの長さをそれぞれ１．５ｍｍとしたものを比較例２とした。
また、図１０Ａの構成において、流路の幅及び深さを０．０６ｍｍとし、第１前段個別排出流路１２２ａ及び第２前段個別排出流路１２２ｂの長さをそれぞれ１．７ｍｍとしたものを比較例３とした。
比較例１～比較例３の個別排出流路１２４の占有面積は、それぞれ０．１５ｍｍ2、０．１８ｍｍ2、０．２０ｍｍ2である。
また、図１０Ａの構成において、流路の幅及び深さを０．０６ｍｍとし、第１前段個別排出流路１２２ａ及び第２前段個別排出流路１２２ｂの長さをそれぞれ１．５ｍｍとしたものを比較例２とした。
また、図１０Ａの構成において、流路の幅及び深さを０．０６ｍｍとし、第１前段個別排出流路１２２ａ及び第２前段個別排出流路１２２ｂの長さをそれぞれ１．７ｍｍとしたものを比較例３とした。
比較例１～比較例３の個別排出流路１２４の占有面積は、それぞれ０．１５ｍｍ2、０．１８ｍｍ2、０．２０ｍｍ2である。
実施例１及び実施例２は、簡便のため、図１１に示されるように第１前段個別排出流路１２２ａ及び第２前段個別排出流路１２２ｂの長さ及び断面形状が等しく、圧力損失も等しい構成とした。
図１１の構成において、流路の幅及び深さを０．０６ｍｍとし、第１前段個別排出流路１２２ａ及び第２前段個別排出流路１２２ｂの長さをそれぞれ０．７ｍｍとし、後段個別排出流路１２３の長さを１．１ｍｍとしたものを実施例１とした。
また、図１１の構成において、流路の幅及び深さを０．０７ｍｍとし、第１前段個別排出流路１２２ａ及び第２前段個別排出流路１２２ｂの長さをそれぞれ０．７ｍｍとし、後段個別排出流路１２３の長さを１．１ｍｍとしたものを実施例２とした。
実施例１及び実施例２の個別排出流路１２４の占有面積は、それぞれ０．１５ｍｍ2、０．１８ｍｍ2である。
なお、比較例１～３、実施例１及び実施例２における各流路は、断面が正方形の角パイプ状のものとした。
図１１の構成において、流路の幅及び深さを０．０６ｍｍとし、第１前段個別排出流路１２２ａ及び第２前段個別排出流路１２２ｂの長さをそれぞれ０．７ｍｍとし、後段個別排出流路１２３の長さを１．１ｍｍとしたものを実施例１とした。
また、図１１の構成において、流路の幅及び深さを０．０７ｍｍとし、第１前段個別排出流路１２２ａ及び第２前段個別排出流路１２２ｂの長さをそれぞれ０．７ｍｍとし、後段個別排出流路１２３の長さを１．１ｍｍとしたものを実施例２とした。
実施例１及び実施例２の個別排出流路１２４の占有面積は、それぞれ０．１５ｍｍ2、０．１８ｍｍ2である。
なお、比較例１～３、実施例１及び実施例２における各流路は、断面が正方形の角パイプ状のものとした。
シミュレーションは、ヘッドチップ１０の設計上、個別排出流路１２４の占有面積を０．２０ｍｍ2未満に抑える必要があり、圧力波の伝播の抑制のために必要な圧力損失の下限値が、比較例１に対する比率で０．５０以上である、との想定の下で行った。
シミュレーションの結果、比較例１の構成に対して、比較例２のように各流路の幅及び深さを０．０６ｍｍに大きくすると、排出可能な気泡や異物が０．０５ｍｍから０．０６ｍｍに大きくなる一方で、圧力損失が低下して比較例１に対する比率で０．４８となり、上述の下限値を下回ってしまうことが確認された。
また比較例２の構成に対して、比較例３のように、第１前段個別排出流路１２２ａ及び第２前段個別排出流路１２２ｂを１．７ｍｍに長くすると、圧力損失の比率が０．５５に改善して下限値を上回るものの、占有面積が０．２０ｍｍ2に拡大して占有面積の条件を満たさなくなることが確認された。
また比較例２の構成に対して、比較例３のように、第１前段個別排出流路１２２ａ及び第２前段個別排出流路１２２ｂを１．７ｍｍに長くすると、圧力損失の比率が０．５５に改善して下限値を上回るものの、占有面積が０．２０ｍｍ2に拡大して占有面積の条件を満たさなくなることが確認された。
これに対し、実施例１のように、各流路の幅及び深さを０．０６ｍｍに拡大し、第１前段個別排出流路１２２ａ及び第２前段個別排出流路１２２ｂを０．７ｍｍに短くした上で後段個別排出流路１２３を設けることで、比較例１と同等の占有面積及び圧力損失を確保した上で、排出可能な気泡や異物を０．０６ｍｍに大きくできることが確認された。
また、実施例２のように、各流路の幅及び深さを０．０７ｍｍに拡大し、排出可能な気泡や異物を０．０７ｍｍまで大きくしても、占有面積及び圧力損失に関する上記の条件を満たすことが確認された。
また、実施例２のように、各流路の幅及び深さを０．０７ｍｍに拡大し、排出可能な気泡や異物を０．０７ｍｍまで大きくしても、占有面積及び圧力損失に関する上記の条件を満たすことが確認された。
このように、後段個別排出流路１２３を設けた本発明の実施例によれば、限られた個別排出流路１２４の配置スペースで、圧力波の伝播を抑制できる十分な圧力損失を確保した上で、より大きな気泡や異物を排出できることが確認された。また、図９には記載していないが、個別排出流路１２４の配置スペースや流路の断面積（排出可能な異物の大きさ）を比較例１の値に維持し、後段個別排出流路１２３を長くした本発明の実施例によれば、個別排出流路１２４の圧力損失を増大させることも可能である。
以上のように、本実施形態のインクジェットヘッド１００は、インクを貯留するインク貯留部としてのチャネル１４１と、チャネル１４１に貯留されたインクの圧力を変動させる圧力変動手段としての駆動電極１３６と、チャネル１４１に連通し、当該チャネル１４１内におけるインクの圧力の変動に応じてインクを吐出するノズル１１１と、一のチャネル１４１に連通し、当該チャネル１４１からノズル１１１に供給されずに排出されるインクがそれぞれ通る第１前段個別排出流路１２２ａ及び第２前段個別排出流路１２２ｂと、第１前段個別排出流路１２２ａ及び第２前段個別排出流路１２２ｂが合流した後段個別排出流路１２３と、を各々有する複数のインク吐出部１０ａと、複数のインク吐出部１０ａが有する複数の後段個別排出流路１２３に連通し、当該複数の後段個別排出流路１２３を通ったインクが流入する共通排出流路１４２と、を備える。
このような構成によれば、第１前段個別排出流路１２２ａ、第２前段個別排出流路１２２ｂ及び後段個別排出流路１２３からなる個別排出流路１２４のうち、後段個別排出流路１２３を長くすることで、個別排出流路１２４の占有領域の増大を抑えつつ、個別排出流路１２４におけるインクの圧力損失を効果的に増大させることができる。すなわち、第１前段個別排出流路１２２ａ及び第２前段個別排出流路１２２ｂを直接共通排出流路１４２に接続させた個別排出流路１２４を有する従来の構成において、第１前段個別排出流路１２２ａ及び第２前段個別排出流路１２２ｂを長くすることで圧力損失を増大させる場合と比較して、圧力損失を所定量増大させるために必要な個別排出流路１２４の占有領域の増大量を小さく抑えることができる。よって、流路の断面積を小さくすることなく（すなわち、排出可能な気泡や異物の大きさを維持しつつ）、個別排出流路１２４におけるインクの圧力損失を効果的に増大させて、チャネル１４１から共通排出流路１４２への圧力波の伝播を抑制することができる。あるいは、個別排出流路１２４の占有領域を小さく抑え、かつ圧力波の伝播を十分に抑制できる圧力損失を確保しながら、流路の断面積を大きくしてより大きな気泡や異物を排出させることができる。
よって、上記構成によれば、圧力波の伝播に起因する画質低下、及び気泡や異物に起因する画質低下をより効果的に抑制することができる。
このような構成によれば、第１前段個別排出流路１２２ａ、第２前段個別排出流路１２２ｂ及び後段個別排出流路１２３からなる個別排出流路１２４のうち、後段個別排出流路１２３を長くすることで、個別排出流路１２４の占有領域の増大を抑えつつ、個別排出流路１２４におけるインクの圧力損失を効果的に増大させることができる。すなわち、第１前段個別排出流路１２２ａ及び第２前段個別排出流路１２２ｂを直接共通排出流路１４２に接続させた個別排出流路１２４を有する従来の構成において、第１前段個別排出流路１２２ａ及び第２前段個別排出流路１２２ｂを長くすることで圧力損失を増大させる場合と比較して、圧力損失を所定量増大させるために必要な個別排出流路１２４の占有領域の増大量を小さく抑えることができる。よって、流路の断面積を小さくすることなく（すなわち、排出可能な気泡や異物の大きさを維持しつつ）、個別排出流路１２４におけるインクの圧力損失を効果的に増大させて、チャネル１４１から共通排出流路１４２への圧力波の伝播を抑制することができる。あるいは、個別排出流路１２４の占有領域を小さく抑え、かつ圧力波の伝播を十分に抑制できる圧力損失を確保しながら、流路の断面積を大きくしてより大きな気泡や異物を排出させることができる。
よって、上記構成によれば、圧力波の伝播に起因する画質低下、及び気泡や異物に起因する画質低下をより効果的に抑制することができる。
また、第１前段個別排出流路１２２ａ及び第２前段個別排出流路１２２ｂの長さを異ならせることで、チャネル１４１から２つの前段個別排出流路に入った圧力波が後段個別排出流路１２３で合流したときに、圧力波同士が打ち消し合う（弱め合う）ための条件を満たしやすくすることができる。よって、チャネル１４１から共通排出流路１４２への圧力波の伝播をより効果的に抑制することができる。
また、第１前段個別排出流路１２２ａ及び第２前段個別排出流路１２２ｂのうち、相対的に長い第１前段個別排出流路１２２ｂにおける単位長さ当たりの圧力損失を、第２前段個別排出流路１２２ｂにおける単位長さ当たりの圧力損失より小さくすることで、２つの前段個別排出流路の圧力損失の大きさを均等に近づけることができるため、一方の前段個別排出流路から気泡や異物が排出されにくくなる不具合の発生を抑制することができる。
また、第１前段個別排出流路１２２ａ及び第２前段個別排出流路１２２ｂの各々におけるインクの圧力損失を互いに異ならせることによっても、チャネル１４１から２つの前段個別排出流路に入った圧力波が後段個別排出流路１２３で合流したときに、圧力波同士が打ち消し合う（弱め合う）ための条件を満たしやすくすることができる。よって、チャネル１４１から共通排出流路１４２への圧力波の伝播をより効果的に抑制することができる。
また、後段個別排出流路１２３におけるインクの圧力損失が、第１前段個別排出流路１２２ａ及び第２前段個別排出流路１２２ｂにおけるインクの圧力損失（合成圧力損失）より大きくなるように後段個別排出流路１２３を長くすることで、効率良く、すなわちより小さなスペースで、個別排出流路１２４におけるインクの圧力損失を増大させることができる。
また、後段個別排出流路１２３におけるインクの排出方向に垂直な断面積の最小値は、第１前段個別排出流路１２２ａ及び第２前段個別排出流路１２２ｂの各々におけるインクの排出方向に垂直な断面積の最小値以上である。これにより、第１前段個別排出流路１２２ａ及び第２前段個別排出流路１２２ｂを通過可能な気泡や異物を、後段個別排出流路１２３においても通過させることができる。換言すれば、後段個別排出流路１２３において気泡や異物の排出に必要な断面積を確保した上で、後段個別排出流路１２３の長さを調整することで、気泡や異物の排出作用を低下させずに、個別排出流路１２４の全体の圧力損失を増大させることができる。
また、第１前段個別排出流路１２２ａ及び第２前段個別排出流路１２２ｂは、チャネル１４１に対して互いに反対向きに接続されている。これにより、チャネル１４１内の気泡や異物をより効果的に排出させることができる。
また、複数のインク吐出部１０ａが有する複数のノズル１１１は、所定方向に沿って配列されており、複数のノズル１１１のうち所定の一方の端にあるノズル１１１を除いた各ノズル１１１に連通している第１前段個別排出流路１２２ａ及び第２前段個別排出流路１２２ｂは、第１前段個別排出流路１２２ａのみが、ノズル１１１からのインクの吐出方向の側から見て、隣り合うノズル１１１の間を通る。このような構成とすることで、個別排出流路１２４のノズル配列方向についての幅を小さくすることができる。よって、ノズル１１１の配置密度の高いインクジェットヘッド１００においても、後段個別排出流路１２３を有する個別排出流路１２４を設けることができる。
また、本実施形態のインクジェット記録装置１は、上記のインクジェットヘッド１００を備えるので、圧力波の伝播に起因する画質低下、及び気泡や異物に起因する画質低下を効果的に抑制することができる。
なお、本発明は、上記実施形態及び変形例に限られるものではなく、様々な変更が可能である。
例えば、上記実施形態では、流路スペーサー基板１２に個別排出流路１２４を設ける例を挙げて説明したが、この構成に限定する趣旨ではない。例えば、個別排出流路１２４を圧力室基板１３やノズル基板１１に設けても良い。また、個別排出流路１２４は、流路スペーサー基板１２の板面に溝を設けることで形成されたものに限られず、流路スペーサー基板１２を厚さ方向に貫通する形状として、ノズル基板１１及び圧力室基板１３が接合されることで各流路が封止される構成としても良い。
例えば、上記実施形態では、流路スペーサー基板１２に個別排出流路１２４を設ける例を挙げて説明したが、この構成に限定する趣旨ではない。例えば、個別排出流路１２４を圧力室基板１３やノズル基板１１に設けても良い。また、個別排出流路１２４は、流路スペーサー基板１２の板面に溝を設けることで形成されたものに限られず、流路スペーサー基板１２を厚さ方向に貫通する形状として、ノズル基板１１及び圧力室基板１３が接合されることで各流路が封止される構成としても良い。
また、上記実施形態では、チャネル１４１の両端から互いに反対向きに第１前段個別排出流路１２２ａ及び第２前段個別排出流路１２２ｂを分岐させる例を用いて説明したが、これに限られず、チャネル１４１の形状やインクの流動態様に応じて、効果的に気泡や異物を排出可能な他の位置から分岐させても良い。
また、上記実施形態では、複数の後段個別排出流路１２３が直接共通排出流路１４２に接続されている構成を例に挙げて説明したが、これに限られない。すなわち、複数の後段個別排出流路１２３が、間に他の流路やインク室等を介して共通排出流路１４２に連通する構成としても良い。
また、上記実施形態では、共通排出流路１４２が、流路スペーサー基板１２の貫通流路１２１と、圧力室基板１３の溝状流路１３２とからなる例を挙げて説明したが、この構成に限られない。例えば、共通排出流路１４２は、流路スペーサー基板１２のノズル基板１１側の面に設けられた溝により構成されていても良い。
また、流路スペーサー基板１２を設けず、圧力室基板１３及びノズル基板１１からヘッドチップ１０を構成しても良い。この場合の個別排出流路は、例えば圧力室基板１３のノズル基板１１側の面に設けられた溝により形成することができる。
また、上記実施形態では、シアモードのヘッドチップ１０を有するインクジェットヘッド１００を例に挙げて説明したが、これに限定する趣旨ではない。例えば、インク貯留部としての圧力室の壁面に固着された圧電素子（圧力変動手段）を変形させることで圧力室内のインクの圧力を変動させてインクを吐出させる、ベントモードのヘッドチップを有するインクジェットヘッドに対して本発明を適用しても良い。
また、上記各実施形態及び各変形例では、搬送ベルト２ｃを備える搬送部２により記録媒体Ｍを搬送する例を用いて説明したが、これに限定する趣旨ではなく、搬送部２は、例えば回転する搬送ドラムの外周面上で記録媒体Ｍを保持して搬送するものであっても良い。
また、上記各実施形態及び各変形例では、シングルパス形式のインクジェット記録装置１を例に挙げて説明したが、インクジェットヘッド１００を走査させながら画像の記録を行うインクジェット記録装置に本発明を適用しても良い。
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、本発明の範囲は、上述の実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された発明の範囲とその均等の範囲を含む。
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利用することができる。
１ インクジェット記録装置
２ 搬送部
２ａ、２ｂ 搬送ローラー
２ｃ 搬送ベルト
３ ヘッドユニット
９ インク循環機構
１０ ヘッドチップ
１０ａ インク吐出部
１１ ノズル基板
１１ａ ノズル開口面
１１１ ノズル
１２ 流路スペーサー基板
１２１ 貫通流路
１２２ａ 第１前段個別排出流路
１２２ｂ 第２前段個別排出流路
１２３ 後段個別排出流路
１２４ 個別排出流路
１２５ 帯状貫通流路
１３ 圧力室基板
１３１ 圧力室
１３２ 溝状流路
１３３ 垂直排出流路
１３４ 隔壁
１３５ 接続電極
１３６ 駆動電極
１４ 流路基板
１４１ チャネル
１４２ 共通排出流路
１５ 配線基板
１５１ インク供給口
１５２ 排出孔
２０ ＦＰＣ
１００ インクジェットヘッド
Ｍ 記録媒体
２ 搬送部
２ａ、２ｂ 搬送ローラー
２ｃ 搬送ベルト
３ ヘッドユニット
９ インク循環機構
１０ ヘッドチップ
１０ａ インク吐出部
１１ ノズル基板
１１ａ ノズル開口面
１１１ ノズル
１２ 流路スペーサー基板
１２１ 貫通流路
１２２ａ 第１前段個別排出流路
１２２ｂ 第２前段個別排出流路
１２３ 後段個別排出流路
１２４ 個別排出流路
１２５ 帯状貫通流路
１３ 圧力室基板
１３１ 圧力室
１３２ 溝状流路
１３３ 垂直排出流路
１３４ 隔壁
１３５ 接続電極
１３６ 駆動電極
１４ 流路基板
１４１ チャネル
１４２ 共通排出流路
１５ 配線基板
１５１ インク供給口
１５２ 排出孔
２０ ＦＰＣ
１００ インクジェットヘッド
Ｍ 記録媒体
Claims (10)
- インクを貯留するインク貯留部と、
前記インク貯留部に貯留されたインクの圧力を変動させる圧力変動手段と、
前記インク貯留部に連通し、当該インク貯留部内におけるインクの圧力の変動に応じてインクを吐出するノズルと、
一の前記インク貯留部に連通し、当該インク貯留部から前記ノズルに供給されずに排出されるインクがそれぞれ通る複数の前段個別排出流路と、
前記複数の前段個別排出流路が合流した後段個別排出流路と、
を各々有する複数のインク吐出部と、
前記複数のインク吐出部が有する複数の前記後段個別排出流路に連通し、当該複数の後段個別排出流路を通ったインクが流入する共通排出流路と、
を備え、
前記後段個別排出流路におけるインクの圧力損失は、前記複数の前段個別排出流路におけるインクの圧力損失より大きいインクジェットヘッド。 - 前記後段個別排出流路におけるインクの排出方向に垂直な断面積の最小値は、前記複数の前段個別排出流路の各々におけるインクの排出方向に垂直な断面積の最小値以上である請求項１に記載のインクジェットヘッド。
- 前記複数のインク吐出部の各々は、２つの前記前段個別排出流路を有し、
前記２つの前段個別排出流路は、前記インク貯留部に対して互いに反対向きに接続されている請求項１又は２に記載のインクジェットヘッド。 - インクを貯留するインク貯留部と、
前記インク貯留部に貯留されたインクの圧力を変動させる圧力変動手段と、
前記インク貯留部に連通し、当該インク貯留部内におけるインクの圧力の変動に応じてインクを吐出するノズルと、
一の前記インク貯留部に連通し、当該インク貯留部から前記ノズルに供給されずに排出されるインクがそれぞれ通る複数の前段個別排出流路と、
前記複数の前段個別排出流路が合流した後段個別排出流路と、
を各々有する複数のインク吐出部と、
前記複数のインク吐出部が有する複数の前記後段個別排出流路に連通し、当該複数の後段個別排出流路を通ったインクが流入する共通排出流路と、
を備え、
前記複数のインク吐出部の各々は、２つの前記前段個別排出流路を有し、
前記２つの前段個別排出流路は、前記インク貯留部に対して互いに反対向きに接続されているインクジェットヘッド。 - 前記複数のインク吐出部の各々は、２つの前記前段個別排出流路を有し、
前記複数のインク吐出部が有する複数の前記ノズルは、所定方向に沿って配列されており、
前記複数のノズルのうち所定の一方の端にあるノズルを除いた各ノズルに連通している前記２つの前段個別排出流路は、一方の前段個別排出流路のみが、前記ノズルからのインクの吐出方向の側から見て、隣り合う前記ノズルの間を通る請求項１から４のいずれか一項に記載のインクジェットヘッド。 - インクを貯留するインク貯留部と、
前記インク貯留部に貯留されたインクの圧力を変動させる圧力変動手段と、
前記インク貯留部に連通し、当該インク貯留部内におけるインクの圧力の変動に応じてインクを吐出するノズルと、
一の前記インク貯留部に連通し、当該インク貯留部から前記ノズルに供給されずに排出されるインクがそれぞれ通る複数の前段個別排出流路と、
前記複数の前段個別排出流路が合流した後段個別排出流路と、
を各々有する複数のインク吐出部と、
前記複数のインク吐出部が有する複数の前記後段個別排出流路に連通し、当該複数の後段個別排出流路を通ったインクが流入する共通排出流路と、
を備え、
前記複数のインク吐出部の各々は、２つの前記前段個別排出流路を有し、
前記複数のインク吐出部が有する複数の前記ノズルは、所定方向に沿って配列されており、
前記複数のノズルのうち所定の一方の端にあるノズルを除いた各ノズルに連通している前記２つの前段個別排出流路は、一方の前段個別排出流路のみが、前記ノズルからのインクの吐出方向の側から見て、隣り合う前記ノズルの間を通るインクジェットヘッド。 - 前記複数の前段個別排出流路の各々は、当該複数の前段個別排出流路のうち他のいずれかの前段個別排出流路とは長さが異なる請求項１から６のいずれか一項に記載のインクジェットヘッド。
- 前記複数の前段個別排出流路は、長い前段個別排出流路ほど、単位長さ当たりの圧力損失が小さい請求項７に記載のインクジェットヘッド。
- 前記複数の前段個別排出流路の各々におけるインクの圧力損失は、当該複数の前段個別排出流路のうち他のいずれかの前段個別排出流路におけるインクの圧力損失と異なる請求項１から８のいずれか一項に記載のインクジェットヘッド。
- 請求項１から９のいずれか一項に記載の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。
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