JP7717602B2 - 液体吐出ヘッド - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、液体吐出ヘッドに関する。

所定量の液体を所定の位置に供給する液体吐出ヘッドが知られている。液体吐出ヘッドは、例えばインクジェットプリンタ、３Ｄプリンタ、分注装置などに搭載する。インクジェットプリンタは、インクの液滴をインクジェットヘッドから吐出して、記録媒体の表面に画像等を形成する。３Ｄプリンタは、造形材の液滴を造形材吐出ヘッドから吐出し、硬化させて、三次元造形物を形成する。分注装置は、試料の液滴を吐出して複数の容器等へ所定量供給する。

液体吐出ヘッドは、液体を吐出するチャネルを複数有している。各チャネルは、液体を吐出するノズル、ノズルに連通する圧力室、及び圧力室の容積を変えるアクチュエーターを備える。液体吐出ヘッドは、複数のチャネルの中から液体を吐出するチャネルを選択し、アクチュエーターに駆動信号を与えて駆動させる。アクチュエーターを駆動すると、液体で満たされている圧力室の容積が変わり、ノズルから液体を吐出する。このような構成の液体吐出ヘッドは、吐出直後にノズル内の液体のメニスカスが外方側に向かって盛り上がることがある。特に繰返し液体を吐出したときに、メニスカスの盛り上がりが発生し易い。メニスカスが盛り上がった状態で次の液体を吐出すると吐出速度が遅くなり、液体の吐出が安定しないことがある。

国際公開２０１８／４３０９０号公報 特開２０１９－５１６２４号公報 特開２０２０－２６０４６号公報

本発明が解決しようとする課題は、液体を吐出することにより吐出後に外方側に盛り上がったノズル内の液体のメニスカスを復帰させることのできる液体吐出ヘッドを提供することにある。

本発明の実施形態の液体吐出ヘッドは、ノズル部、圧力室、アクチュエーター、第１の液体室、及び第２の液体室を備える。ノズル部は、液体を吐出する複数のノズルを形成している。複数の圧力室は、前記各ノズルにそれぞれ連通する。アクチュエーターは、前記各圧力室の容積を変化させ、前記各圧力室に、前記圧力室内の長手方向の液柱共鳴による圧力変化を生じさせる。第１の液体室は、前記各圧力室の長手方向の一方の開放端に連通し、さらに液体供給路と連通する。第２の液体室は、前記各圧力室の長手方向の他方の開放端にそれぞれ連通し、前記圧力室ごとに分離した袋小路になっている。

実施形態に従うインクジェットヘッドを備えたインクジェットプリンタの全体構成図である。 上記インクジェットヘッドの斜視図である。 上記インクジェットヘッドのヘッド部を部分拡大した断面図である。 上記インクジェットヘッドのヘッド部を部分拡大した断面図である。 上記インクジェットヘッドのヘッド部を部分拡大した平面図である。 上記インクジェットヘッドの圧力室と空気室を拡大した断面図である。 上記インクジェットヘッドのアクチュエーターに与える駆動波形である。 上記駆動波形で駆動するアクチュエーターの動作説明図である。 上記インクジェットヘッドの圧力室内に生じる液柱共鳴の説明図である。 上記インクジェットヘッドのノズルと排出穴を拡大した断面図である。 上記インクジェットヘッドにインクを充填する様子を模式的に示した説明図である。

以下、実施形態に従う液体吐出ヘッドについて、添付図面を参照しながら詳述する。なお、各図において、同一構成は同一の符号を付している。

実施形態の液体吐出ヘッドを搭載した画像形成装置の一例として、記録媒体に画像を印刷するインクジェットプリンタ１０を説明する。図１は、インクジェットプリンタ１０の概略構成を示す。インクジェットプリンタ１０は、筐体１１の内部に、記録媒体の一例であるシートＳを収納するカセット１２、シートＳの上流搬送路１３、カセット１２内から取り出したシートＳを搬送する搬送ベルト１４、搬送ベルト１４上のシートＳに向けてインクの液滴を吐出する複数のインクジェットヘッド１００～１０３、シートＳの下流搬送路１５、排出トレイ１６、及び制御基板１７を配置する。ユーザーインターフェイスである操作部１８は、筐体１１の上部側に配置する。

シートＳに印刷する画像データは、例えば外部接続機器であるコンピュータ２００で生成する。コンピュータ２００で生成した画像データは、ケーブル２０１、コネクタ２０２，２０３を通してインクジェットプリンタ１０の制御基板１７に送る。

ピックアップローラ２０４は、カセット１２からシートＳを一枚ずつ上流搬送路１３へ供給する。上流搬送路１３は、送りローラ対１３１、１３２と、シート案内板１３３、１３４で構成する。シートＳは、上流搬送路１３を経由して、搬送ベルト１４の上面に送る。図中の矢印１０４は、カセット１２から搬送ベルト１４へのシートＳの搬送経路を示す。

搬送ベルト１４は、表面に多数の貫通孔を形成した網状の無端ベルトである。駆動ローラ１４１、従動ローラ１４２，１４３の３本のローラは、搬送ベルト１４を回転自在に支持する。モータ２０５は、駆動ローラ１４１を回転することによって搬送ベルト１４を回転させる。モータ２０５は、駆動装置の一例である。図中１０５は、搬送ベルト１４の回転方向を示す。搬送ベルト１４の裏面側に、負圧容器２０６を配置する。負圧容器２０６は、減圧用のファン２０７と連結する。ファン２０７は、形成する気流によって負圧容器２０６内を負圧にし、搬送ベルト１４の上面にシートＳを吸着保持させる。図中１０６は、気流の流れを示す。

液体吐出ヘッドの一例であるインクジェットヘッド１００～１０３は、搬送ベルト１４上に吸着保持したシートＳに対して、例えば１ｍｍの僅かな隙間を介して対向するように配置する。インクジェットヘッド１００～１０３は、シートＳに向けてインクの液滴を夫々吐出する。インクジェットヘッド１００～１０３は、下方をシートＳが通過する際に画像を印刷する。各インクジェットヘッド１００～１０３は、吐出するインクの色が異なることを除けば、同じ構造である。インクの色は、例えば、シアン，マゼンタ，イエロー，ブラックである。

インクジェットヘッド１００～１０３は、夫々、インク流路３１１～３１４を介してインクタンク３１５～３１８及びインク供給圧力調整装置３２１～３２４と連結する。各インクタンク３１５～３１８は、各インクジェットヘッド１００～１０３の上方に配置する。待機時に、インクジェットヘッド１００～１０３のノズル３（図２参照）からインクが漏れ出ないように、各インク供給圧力調整装置３２１～３２４は、各インクジェットヘッド１００～１０３内を大気圧に対して負圧、例えば－１．２ｋＰａに調整している。画像形成時、各インクタンク３１５～３１８のインクは、インク供給圧力調整装置３２１～３２４によって各インクジェットヘッド１００～１０３に供給する。

画像形成後、搬送ベルト１４から下流搬送路１５へシートＳを送る。下流搬送路１５は、送りローラ対１５１，１５２，１５３，１５４と、シートＳの搬送経路を規定するシート案内板１５５，１５６で構成する。シートＳは、下流搬送路１５を経由し、排出口１５７から排出トレイ１６へ送る。図中矢印１０７は、シートＳの搬送経路を示す。

続いて、インクジェットヘッド１００～１０３の構成について説明する。以下は、図２～図６を参照しながら、インクジェットヘッド１００について説明しているが、インクジェットヘッド１０１～１０３もインクジェットヘッド１００と同じ構造である。

図２に示すように、インクジェットヘッド１００は、液体吐出部の一例であるヘッド部２を備える。ヘッド部２は、フレキシブルプリント配線板２１と接続する。ヘッド部２は、ノズルプレート２２、アクチュエーター基板２３、液体供給部の一例であるインク供給部２４を備える。インク供給部２４は、インク流路３１１を介して図１のインク供給圧力調整装置３２１に接続する。

フレキシブルプリント配線板２１は、ドライバチップである駆動用のＩＣ（Integrated Circuit）２５を搭載している（以下、駆動ＩＣと称す）。制御部としての駆動ＩＣ２５は、インクジェットプリンタ１０の制御基板１７から送られてくるプリントデータを一時的に格納し、所定のタイミングでインクを吐出するよう各チャネルに駆動信号を与える。

ノズル部の一例であるノズルプレート２２は、例えばポリイミドなどの樹脂又はステンレスなどの金属で形成した矩形状のプレートである。インクを吐出する各チャネルのノズル３は、ノズルプレート２２の長手方向（Ｘ方向）に沿って配列する。ノズル密度は、例えば１５０～１２００ｄｐｉの範囲内に設定する。排出穴３１は、ノズルプレート２２に形成する。排出穴３１は、後述する個別負圧インク室５と連通し、例えばインクジェットヘッド１００にインクを充填する際に使用する。すなわち、排出穴３１は、印刷時にインクを吐出しない。排出穴３１は、ノズル３よりも小さい穴で形成し、一つのノズル３に対しＹ方向に沿って配列する。ノズル３、及び３個一組の排出穴３１は、ノズルプレート２２のＹ方向に複数列に形成してもよい。排出穴３１は、ノズル３と同じ面（図の例ではＸＹ方向の面）に形成する開口穴の一例である。

特に図３～図６に示すように、ノズル３を形成したノズルプレート２２は、例えば枠状部材２６を介在してアクチュエーター基板２３に取り付ける。アクチュエーター基板２３は、例えば絶縁性のセラミックスで形成した基板である。枠状部材２６は、例えば樹脂で形成する。各チャネルのインクの圧力室４は、ノズルプレート２２、枠状部材２６及びアクチュエーター基板２３によって囲われた空間内に、例えばノズルプレート２２の長手方向（Ｘ方向）に空気室４０と交互に配列する。インクを吐出する各チャネルの圧力室４は、各チャネルのノズル３と夫々連通する。

圧力室４は、アクチュエーター基板２３の表面に、例えば分極方向が相反する方向（一例として対向方向）に積層した２枚の圧電部材４１を、例えば矩形の溝状に切り欠くことによって形成する（図６参照）。すなわち、圧電部材４１は、その長手方向がアクチェーター基板２３の短手方向（Ｙ方向）に延びるように形成する。圧電部材４１は、ノズルプレート２２の表面と接する高さに形成する。従って圧力室４は、その短手方向の両側に立設する圧電部材４１の側壁を有し、その長手方向の両端が開口した、例えば細長い空間となっている。なお、圧電部材４１は、例えば側面視が台形となるように形成しているが、側面視の形状は台形に限らない。

空気室４０は、圧電部材４１を介在して圧力室４の両隣りに配置する。空気室４０は、圧力室４と同様に圧電部材４１を例えば矩形の溝状に切り欠き、さらに長手方向の両端の開口を、例えば枠状部材２６から内側に延びる凸状の壁部材２７で塞いで、インクを導入しない密閉空間とする。壁部材２７は、例えば樹脂壁である。

圧力室４の長手方向の両端の開口のうち一方は、インク待機室４２と連通する。液体待機室としてのインク待機室４２は、第１の液体室の一例である。各インク待機室４２は、例えば枠状部材２６から延びる凸状の壁部材２７によって隣のチャネルのインク待機室４２と仕切っている。すなわち、インク待機室４２は、インクを吐出するチャネル毎に分離している。インク待機室４２は、平面視において両側にある圧電部材４１の幅の分、圧力室４の開口の幅よりも横方向に空間を拡げている。さらに縦断面でみると、例えば圧電部材４１の傾斜面の延長線に沿って縦方向に空間を拡げている。このように、圧力室４の端部の開口に比してインク待機室４２の空間を大きくしたことで、圧力室４の一方の開口を、後述する液柱共鳴による圧力変化が小さい開放端とする。但し、インク待機室４２の空間を拡げるのは必ずしも横方向と縦方向の両方でなくともよく、いずれか一方でもよい。また、隣のチャネルのインク待機室４２と仕切る壁部材２７を、空気室４０の開口を塞ぐ壁部材２７と共用する構成を一例に挙げているが、別々に形成してもよい。さらに、壁部材２７は、例えばプレートなどの他の部材で形成してもよい。

各インク待機室４２は、狭窄部４３を介してインク供給マニホールド４４と夫々連通する。すなわち、狭窄部４３は、各チャネルのインク待機室４２毎に設ける。狭窄部４３は、例えば矩形状のインクの通路である。狭窄部４３は、一例として、インク待機室４２の外方側に凸状にした部分の底面からアクチュエーター基板２３を厚み方向に貫通するように形成する。インク供給マニホールド４４は、一例として、インク供給部２４の表面に、狭窄部４３の配列方向（Ｘ方向）に沿って溝状に形成する。インク供給マニホールド４４は、インク流路３１１と連通する（図２参照）。そしてアクチュエーター基板２３とインク供給部２４を積層することで、各チャネルの狭窄部４３がインク供給マニホールド４４と連通する。狭窄部４３の開口面積は少なくともインク待機室４２の断面積よりも小さくする。また通常は更に圧力室４の開口面積より小さくする。すなわち、狭窄部４３をインクが通過する断面積は、インク待機室４２をインクが通過する断面積よりも小さく、また圧力室４をインクが通過する断面積よりも小さいのが好ましい。狭窄部４３の長さはアクチュエーター基板２３の厚さである。狭窄部４３をインクが通過する際の抵抗は、狭窄部４３の開口面積と長さで決まり、開口面積が小さく長さが長い程、抵抗は大きい。インク供給マニホールド４４と狭窄部４３は、第１の液体室としてのインク待機室４２にインクを供給する液体供給路の一例である。

圧力室４の長手方向の両端の開口のうち他方は、個別負圧インク室５と連通する。個別負圧液体室としての個別負圧インク室５は、第２の液体室の一例である。各個別負圧インク室５は、例えば枠状部材２６から延びる凸状の壁部材５１によって隣のチャネルの個別負圧インク室５と仕切っている。すなわち、個別負圧インク室５は、インクを吐出するチャネル毎に分離している。個別負圧インク室５は、平面視において両側にある圧電部材４１の幅の分、圧力室４の開口の幅よりも横方向に空間を拡げている。さらに縦断面でみると、例えば圧電部材４１の傾斜面の延長線に沿って縦方向に空間を拡げている。このように、圧力室４の端部の開口に比して個別負圧インク室５の空間を大きくしたことで、圧力室４の長手方向の他方の開口を、後述する液柱共鳴による圧力変化が小さい開放端とする。但し、個別負圧インク室５の空間を拡げるのは必ずしも横方向と縦方向の両方でなくともよく、いずれか一方でもよい。また、隣のチャネルの個別負圧インク室５と仕切る壁部材５１を、空気室４０の開口を塞ぐ壁部材５１と共用する構成を一例に挙げているが、別々に形成してもよい。さらに、壁部材５１は、例えばプレートなどの他の部材で形成してもよい。

個別負圧インク室５は、圧力室４の開口以外にインクの出入りがない袋小路となっている。排出穴３１は、例えばインクジェットヘッド１００にインクを充填する際に使用するが、印刷時にこの排出穴３１からのインクの出入りはない。すなわち、個別負圧インク室５は、圧力室４の開放端に連通しているので、圧力室４内のようにインク圧が上昇せず、排出穴３１からインクは吐出しない。さらに個別負圧インク室５は、室内を負圧にすることを目的としているので、排出穴３１から空気を吸い込まないように、穴の大きさをノズル３よりも小さくしている。排出穴３１の形状は、寸胴であることが好ましい。排出穴３１は、個別負圧インク室５が負圧になったときに空気を吸い込まないよう穴の大きさを小さくした一方で、インクを充填する際に空気を排出し易いように穴の数を多くしている。勿論、一つの個別負圧インク室５に形成する排出穴３１の数は、３個に限らず、増減してもよい。また、圧力室４の長手方向（Ｙ方向）の延長線上に沿って配列するのが好ましいが、配列方向を変えてもよい。

各個別負圧インク室５は、例えば排出穴３１と対向する位置に凹状の空気溜まり部５２を形成している。図１に例示したようにノズル３が底面側に位置する姿勢でインクジェットヘッド１００を使用する場合、空気溜まり部５２は、排出穴３１の上部側に位置する。すなわち、空気溜まり部５２は、個別負圧インク室５の室内において、重力が作用する方向とは反対の方向の一面（この場合は天井面）に形成し、室内に残存した空気が溜まるようにしている。空気溜まり部５２の形状は、好ましい一例として、平面視で例えば楕円状にする。さらに断面で見ると、空気溜まり部５２の外周は、段差を設けず傾斜状が好ましい。

図３～図５では図示を省略しているが、図６に示すように、電極４５は、例えば圧力室４の底面及び両側面に一体的に形成する。各圧力室４の電極４５は、個別電極としての配線電極４６と夫々接続する。電極４７は、例えば空気室４０の底面及び両側面に一体的に形成する。各空気室４０の電極４７は、共通電極としての配線電極４８と接続する。圧電部材４１、及び圧電部材４１を挟む電極４５，４７は、シアモード変形によって圧力室４の容積を変えるアクチュエーター６を構成する。電極４５，４７及び配線電極４６，４８は、例えば無電解メッキなどによるニッケル薄膜などで形成する。特に圧力室４の電極４５は、インクと接液しないように保護膜（不図示）で被覆してもよい。圧力室４からの配線電極４６は、例えばアクチュエーター基板２３端部でフレキシブルプリント配線板２１と接続し、駆動ＩＣ２５の駆動ドライバ（すなわち、駆動回路）に接続する。各チャネルの駆動ドライバは、各チャネルのアクチュエーター６に対し、駆動信号として例えば駆動電圧を夫々与える。一方、空気室４０からの配線電極４８は、例えばグランド（ＧＮＤ）に接続する。かかる構成により、駆動電圧を与えたアクチュエーター６は、圧電部材４１の分極軸と交差（望ましくは、直交）する方向に電界が印加され、圧力室４の両側の側壁となっている圧電部材４１がシアモードで変形する。

図７は、アクチュエーター６を駆動する駆動波形の一例として、駆動波形（ＤＲＰ波形）を示す。図７には、駆動時における圧力室４内のインクの圧力及びインクの流速の変化を併せて示している。駆動波形は、期間ｔ１で負電位の電圧（－Ｖ）、期間ｔ２でグランド電位（ＧＮＤ）、期間ｔ３で正電位の電圧（＋Ｖ）をアクチュエーター６に順に与える。期間ｔ１は、例えばヘッド部２の圧力振動周期の１／２の時間に設定する。圧力振動周期が例えば４．８［μｓ］のとき、期間ｔ１は、２．４［μｓ］とする。期間ｔ２は、例えば３．２５［μｓ］、期間ｔ３は、期間ｔ２よりも短い０．７［μｓ］とする。このとき期間ｔ１と期間ｔ３の中心間隔は、ｔ１／２＋ｔ２＋ｔ３／２＝（圧力振動周期）である。

図８（ａ）は、隣接する圧力室４と空気室４０の電極４５，４７の電位がいずれもグランド電位（ＧＮＤ）である状態を示している。この状態では、圧力室４の両側にある圧電部材４１は何ら歪み作用を受けない。図８（ｂ）は、図７の駆動波形の期間ｔ１に、圧力室４の電極４５に負電位の電圧（－Ｖ）を印加した状態を示している。この状態では、圧力室４の両側にある圧電部材４１に、その分極方向と直交する方向に電界が作用し、圧電部材４１がそれぞれ外側にシアモードで変形することで、圧力室４の容積が拡張する。

続く期間ｔ２に、圧力室４の電極４５の電位をグランド電位（ＧＮＤ）にすることで、拡張していた圧力室４の容積が図８（ａ）の状態まで復帰する。このように圧力振動周期の１／２の時間に設定した期間ｔ１の終点で圧力室４の容積を復帰させることによって、図７に示したように圧力室４内のインクの圧力が高まって、インクの液滴がノズル３から吐出する。この圧力変化は、詳しくは後述する圧力室長手方向の液柱共鳴を利用している。

さらに続く期間ｔ３に、圧力室４の電極４５に正電位の電圧（＋Ｖ）を印加する。この状態では、図８（ｃ）に示すように、圧力室４の両側にある圧電部材４１に対し、図８（ｂ）のときとは逆の方向に電界が作用し、圧電部材４１がそれぞれ内側に変形することで、圧力室４の容積が収縮する。期間ｔ３の経過後、圧力室４の電極４５の電位をグランド電位（ＧＮＤ）にすることで、収縮していた圧力室４の容積が図８（ａ）の状態まで復帰する。この収縮と復帰によって残留振動を減衰させる。

このようにインクの吐出は、アクチュエーター６を駆動して圧力室４内の圧力を制御することによって行う。圧力室４の長手方向の端部が開放端になっている場合、アクチュエーター６を駆動させた際に生じる圧力室長手方向の液柱共鳴を、インクの吐出に利用している。すなわち、ヘルムホルツ共鳴を利用する構成のインクジェットヘッドとは異なる。液柱共鳴は、上述の圧力振動周期に圧力室４内のインクの音速を乗じた値が波長となる。圧力室４の長手方向の両端が開口している場合は、この波長の１／２波長共鳴管となる。

１／２波長共鳴管の場合、図９のように圧力振幅と流速振幅を定在波で表すと、圧力室長手方向の中央部が圧力振幅最大であって流速振幅最小となる。一方、定在波の解放端では圧力振幅最小であって流速振幅最大となる。そこで、ノズル３は、圧力振幅が最も大きくなる長手方向の中央部に配置している。厳密に圧力振幅が最も大きくなる位置に限らず、その付近であってもよい。その付近の一例は１／１０波長の範囲内である。ノズル３は、先端側に向かうにつれて径が小さくなるテーパー形状とするのが好ましい。ノズル３の基端側の直径は、例えば４０～５５μｍである。ノズル３の先端側の直径は、例えば例えば２０～３０μｍである。

ノズル３は、その開口付近にインクのメニスカスＭを形成し（図１０参照）、アクチュエーター６を駆動した際に生じる液柱共鳴による圧力変化をノズル３に導入して、インクを吐出する。テーパー形状としたノズル３は、先端側を狭い開口に絞ることでインクの流速を上げ、基端側の広い開口によって圧力室４に負荷を与えている。なお、インクを吐出しない静止時においては、圧力室４に負圧を与えてメニスカスＭを凹型に保つ。すなわち、既述したように、インク供給圧力調整装置３２１によってインクジェットヘッド１００内を大気圧に対して負圧に調整している。

液柱共鳴管の動作原理上、圧力室４の開放端位置では圧力変化が無いことが望ましい。そのためにインク待機室４２と個別負圧インク室５を設けて圧力室４の両端を開放端としているが、現実にはアクチュエーター６を駆動したときの圧力室４とインク待機室４２との間、圧力室４と個別負圧インク室５との間を出入りするインクの流れによって、圧力室４の両端にも圧力変化が生じることがある。この圧力変化に因る圧力振動が周囲のチャネルに伝搬するとクロストークの問題が起こり得るが、インク待機室４２及び個別負圧インク室５を圧力室４毎に分離したことで、周囲のチャネルへ圧力振動が伝搬するのを抑えている。各チャネルのインク待機室４２は、インク供給マニホールド４４で連通するので、インク待機室４２とインク供給マニホールド４４との間に狭窄部４３を設けて、インク供給マニホールド４４を介しての圧力振動の伝搬を抑えている。

上述のように、インクの吐出に液柱共鳴を利用した場合、その圧力振動の時間領域では、インク待機室４２と個別負圧インク室５は開放端として働く。しかしながら吐出動作を、もう少し長い時間スパンで見ると、繰返しインクを吐出しているチャネルでは、ノズル３に形成されるインクのメニスカスＭが図１０の破線のように次第に外側へ凸状に膨らんでいき、同時に圧力室４、インク待機室４２、及び個別負圧インク室５の平均圧力が低下していく。インク待機室４２は、室内が負圧になるとインク供給マニホールド４４からインクが補給されるので、これにより負圧でなくなる。これに対し、袋小路にした個別負圧インク室５は、インクが補給されない為、インク待機室４２よりも長い時間その負圧状態を保ち続ける。そしてその負圧によって、ノズル３のインクのメニスカスＭを引き戻すことができ、結果として吐出後のメニスカスＭの盛り上がりを抑えることができる。

排出穴３１の形状が、ノズル３よりも小さい穴であって、ノズル３のようにテーパー状にしない寸胴が好ましいのは、上述の個別負圧インク室５の負圧状態を保つのに適しているからである。すなわち、個別負圧インク室５が負圧になって、排出穴３１のメニスカスＭが図１０の破線のように後退しても、寸胴状であればメニスカス力は変わらず、空気を吸い込むのを防ぐことができる。

ノズル３のインクのメニスカスＭの盛り上がりは、インクを吐出していないチャネルには生じず、インクを吐出しているチャネルに生じる。特に、繰返しインクを吐出しているチャネルで生じ易い。そのため、個別負圧インク室５を圧力室４毎に分離して、メニスカスＭの盛り上がりを早く元に復帰させることと、上述のチャネル間のクロストークを抑えることの両方を可能にした。ノズル３内のインクのメニスカスＭの状態が安定すれば、安定した高品質の高速印字が可能となる。従って、例えば周波数５０ｋＨｚで高速連続吐出を行ってもインクの吐出状態が安定化する。

続いて、インクジェットヘッド１００へのインクの充填について説明する。
図１１は、図１に例示したようにノズル３が底面側に位置する姿勢でインクジェットヘッド１００を配置したときに、圧力室４、インク待機室４２及び個別負圧インク室５にインクが充填される様子を模式的に示す。インクの充填は、例えば図１のインク供給圧力調整装置３２１からインクを供給して行う。インク供給マニホールド４４からのインクは、図１１（ａ）に示すように、狭窄部４３を通じてインク待機室４２に流入し、インク待機室４２の室内を満たしていく。さらに、図１１（ｂ）に示すように、各圧力室４の室内を満たしていき、ノズル３内ではインクのメニスカスＭが形成する。さらに、図１１（ｃ）に示すように、インクは個別負圧インク室５内を満たしていくが、例えば排出穴３１がインクで濡れて室内に残存した空気は、その後、凹状の空気溜まり部５１に溜まる。

すなわち、インク充填時に空気が個別負圧インク室５内に残ったとしたとしても、空気溜まり部５２に溜めることができる。その結果、例えば圧力室４内に空気が侵入するなどしてインクの吐出動作に影響するのを抑えることができる。さらには個別負圧インク室５内の空気は、インクを吐出したときの残留振動を抑えるバッファとして機能することも期待できる。空気溜まり部５２は、圧力室４の開放端からできるだけ離れた位置に形成するのが好ましい。なお、例えば圧力室４、インク待機室４２、及び個別負圧インク室５を減圧状態にしてインクを充填するなど、空気の残留が無視できるほどに少ない場合は、空気溜まり部５２と排出穴３１を省略してもよい。

上述の実施形態によれば、吐出により外方側に盛り上がったノズル３内のインクのメニスカスＭを元に復帰させることが可能である。なお、インク待機室４２側は、必ずしもチャネルごとに分離しなくともよく、チャネル間で連通する共通インク室としてもよい。この場合、狭窄部４３とインク供給マニホールド４４も省略して、共通インク室とインク流路３１１を連通させてもよい。

インクジェットヘッド１００は、図１に例示したようにノズル３が底面側に位置する姿勢で使用する形態に限らない。インクジェットヘッド１００は、例えばノズル３が横方向を向く姿勢で使用してもよく、或いは横方向以外を向いていてもよい。ノズル３が鉛直下向きでは無い場合、充填後個別負圧インク室５内に残留する気体の体積を少なく抑えるために、排出穴３１の位置は圧力室４から遠くかつなるべく重力方向の反対側に高い位置に配置し、空気溜まり部５２は廃止するか又は排出穴３１より更に高い位置に配置することが望ましい。排出穴３１と空気溜まり部５２の位置と有無はインクジェットヘッド１００の使用時の姿勢と重力が作用する方向を考慮して決めることができる。

インクジェットヘッド１００は、圧力室４を複数配置したシアモード型のアクチュエーター６に限らない。ドロップオンデマンド・ピエゾ方式のアクチュエーターなどであってもよい。

上述の実施形態では、インクジェットプリンタ１０のインクジェットヘッド１００を液体吐出ヘッドの一例として説明したが、液体吐出ヘッドは、３Ｄプリンタの造形材吐出ヘッド、分注装置の試料吐出ヘッドであってもよい。

本発明の実施形態は、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。これらの新規な実施形態は、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。これらの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。

１０ インクジェットプリンタ
１００～１０３ インクジェットヘッド
２ ヘッド部
２２ ノズルプレート
２３ アクチュエーター基板
３ ノズル
３１ 排出穴
４ 圧力室
４１ 圧電部材
４２ インク待機室
４３ 狭窄部
４４ インク供給マニホールド
５ 個別負圧インク室
５２ 空気溜まり部
６ アクチュエーター

Claims (5)

1. 液体を吐出する複数のノズルを形成したノズル部と、
   前記各ノズルにそれぞれ連通する複数の圧力室と、
   前記各圧力室の容積を変化させ、前記各圧力室に、前記圧力室内の長手方向の液柱共鳴による圧力変化を生じさせるアクチュエーターと、
   前記各圧力室の長手方向の一方の開放端に連通し、さらに液体供給路と連通する第１の液体室と、
   前記各圧力室の長手方向の他方の開放端にそれぞれ連通し、前記圧力室ごとに分離した袋小路の第２の液体室と、を備えたことを特徴とする液体吐出ヘッド。
2. 前記第２の液体室は、前記ノズルと同じ面に、前記ノズルよりも小さい開口穴を形成したことを特徴とする請求項１に記載の液体吐出ヘッド。
3. 前記第２の液体室は、重力が作用する方向とは反対の方向にあたる位置に、凹状の空気溜まり部を形成したことを特徴とする請求項１又は２に記載の液体吐出ヘッド。
4. 前記凹状の空気溜まり部の外周は、傾斜状に形成したことを特徴とする請求項３に記載の液体吐出ヘッド。
5. 前記第１の液体室は、前記圧力室ごとに分離して形成し、液体供給マニホールドに狭窄部を介してそれぞれ連通していることを特徴とする請求項１～４のいずれかに記載の液体吐出ヘッド。