JP5590302B2 - 液体噴射ヘッド及び液体噴射ヘッドユニット並びに液体噴射装置 - Google Patents

Description

本発明は、ノズルから液体を噴射する液体噴射ヘッド及び液体噴射ヘッドユニット並びに液体噴射装置に関する。

従来から、電圧を印加することで変形する圧電素子で液体に圧力を付与することによりノズルから液滴を吐出する液体噴射ヘッドが知られており、その代表例として、ノズルからインク滴を吐出するインクジェット式記録ヘッドが知られている。

このようなインクジェット式記録ヘッドとしては、例えば、ノズルが複数穿設されたノズルプレートが一方面に接合され各ノズルにそれぞれ連通する複数の圧力発生室と、各圧力発生室の共通インク室（マニホールド）と、圧力発生室内の圧力を変化させてノズルにインク吐出力を付与する圧電振動子（圧電素子）と、共通インク室に対向する領域に設けられて共通インク室の液体の圧力変動を吸収するダンパ用凹部（空間部）とを具備するものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００５−２８９０７４号公報

上述したインクジェット式記録ヘッドでは、ダンパ用凹部内の圧力低下を防止するために、ダンパ用凹部は大気に開放される構造となっている。このため、ダンパ用凹部からインク中の水分が蒸発してインクの粘度が上昇することにより、吐出不良が生ずることがある。そこで、複数のダンパ用凹部と開放通路とを連通させるとともに、水蒸気拡散を抑制する流路抵抗が付与された制御通路を形成することにより、過剰な水蒸気拡散を抑制している。

しかしながら、インクの高粘度化や、長期間に亘って良好なインク吐出特性の維持することが要求されることに伴い、従来よりもさらに液体成分の蒸発を抑制したものが求められている。

このような問題は、インクジェット式記録ヘッドだけでなく、液体を吐出する液体噴射ヘッドにおいても同様に存在する。

本発明はこのような事情に鑑み、長期に亘って良好な吐出特性を維持することができる液体噴射ヘッド及び液体噴射ヘッドユニット並びに液体噴射装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決する本発明の態様は、ノズルに連通する圧力発生室であって、並設された複数の前記圧力発生室と、複数の前記圧力発生室が並設された方向である並設方向が長手方向となるマニホールドであって、複数の前記圧力発生室に液体を供給する前記マニホールドを複数有するマニホールド形成基板と、前記圧力発生室内の液体に圧力変化を生じさせる圧電素子と、前記マニホールドに対向する領域に設けられて前記マニホールドの液体の圧力変動を吸収する振動部を有する封止基板と、前記圧電素子を収容する圧電素子収容部を有するヘッドケースと、前記圧力発生室の前記並設方向が長手方向となる空間部であって、前記振動部上に設けられる複数の前記空間部と、大気開放口に連通する大気開放路と、を具備し、複数の前記空間部のうち、一の空間部と他の空間部とを連通する空間部連通路と、を具備し、前記一の空間部は、前記長手方向における一方の端部の側で前記大気開放路に連通し、前記長手方向における他方の端部の側で前記空間部連通路に連通し、前記他の空間部は、前記空間部連通路と前記一の空間部とを介して、前記大気開放路に連通していることを特徴とする液体噴射ヘッドにある。
かかる態様では、一の空間部は大気開放路に連通し、他の空間部は一の空間部を介して大気開放路に連通している。このように、他の空間部は大気開放路に間接的に連通しているため、他の空間部に対応するマニホールドの液体中の成分の蒸発が抑制され、また、一の空間部は他の空間部から流入する空気により比較的湿潤な状態に保たれるため、一の空間部に対応するマニホールドの液体成分の蒸発が抑制される。したがって、いずれの空間部においても対応する領域のマニホールドの液体成分の蒸発が抑制されて、長期に亘って良好な吐出特性を維持することができる。また、長手方向を有する空間部の長さを大気に開口される流路として確保することができ、大気に開放される流路において十分な湿潤状態を確保することができる。
ここで、前記空間部連通路は、前記空間部のそれぞれにおいて、前記長手方向の端部から前記圧力発生室の並設方向に沿って外側に延びる第１空間部連通路と、該第１空間部連通路に連通し前記一の空間部及び前記他の空間部の並設方向であって、前記空間部の短手方向である前記空間部の前記並設方向に延びる第２空間部連通路と、を有して構成されていることが好ましい。これによれば、大気開放される流路の長さとして十分に確保することができる。
また、前記空間部連通路は、前記ヘッドケースの前記マニホールド形成基板側の面又は前記封止基板の前記ヘッドケース側の面に形成されていることが好ましい。これによれば、ヘッドケースのマニホールド形成基板側の面又は封止部材のケース側の面に凹部を設けることで比較的容易に空間部連通路を作製することができ、製造上有利となる。
また、前記大気開放路は、前記ヘッドケースの前記マニホールド形成基板側の面又は前記封止部材の前記ヘッドケース側の面に形成されている大気連通路を介して前記一の空間部と連通していることが好ましい。これによれば、ヘッドケースのマニホールド形成基板側の面又は封止部材のケース側の面に凹部を設けることで比較的容易に大気開放路を作製することができ、製造上有利となる。
本発明の好適な実施態様としては、前記他の空間部を２以上備えており、各空間部が直列に連通しているものが挙げられる。
本発明の好適な実施態様としては、前記他の空間部を２以上備えており、各空間部が並列に連通しているものが挙げられる。
また、前記大気開放路の前記大気開放口から離れる空間部に対応するマニホールドほど、蒸発しやすい液体を貯留する液体源が接続されていることが好ましい。これによれば、蒸発しやすい液体成分の蒸発を効果的に抑制することができる。
本発明の他の態様は、上記の液体噴射ヘッドを複数具備することを特徴とする液体噴射ヘッドユニットにある。
かかる態様では、長期に亘って良好な吐出特性を維持した液体噴射ヘッドユニットを実現することができる。
本発明の他の態様は、上記の液体噴射ヘッド又は液体噴射ヘッドユニットを具備する液体噴射装置にある。
かかる態様では、長期に亘って良好な吐出特性を維持した液体噴射装置を実現することができる。
また、他の態様は、ノズルに連通する圧力発生室に液体を供給するマニホールドを複数有するマニホールド形成基板と、前記圧力発生室内の液体に圧力変化を生じさせる圧電素子と、前記マニホールドに対向する領域に設けられて前記マニホールドの液体の圧力変動を吸収する振動部を有する封止基板と、前記圧電素子を収容する圧電素子収容部を有するヘッドケースと、前記振動部上に設けられる空間部と、大気開放口に連通する大気開放路と、を具備し、一の空間部は前記大気開放路に連通し、他の空間部は前記一の空間部を介して前記大気開放路に連通していることを特徴とする液体噴射ヘッドにある。
かかる態様では、一の空間部は大気開放路に連通し、他の空間部は一の空間部を介して大気開放路に連通している。このように、他の空間部は大気開放路に間接的に連通しているため、他の空間部に対応するマニホールドの液体中の成分の蒸発が抑制され、また、一の空間部は他の空間部から流入する空気により比較的湿潤な状態に保たれるため、一の空間部に対応するマニホールドの液体成分の蒸発が抑制される。したがって、いずれの空間部においても対応する領域のマニホールドの液体成分の蒸発が抑制されて、長期に亘って良好な吐出特性を維持することができる。

ここで、前記他の空間部は、前記ヘッドケースの前記マニホールド形成基板側の面又は前記封止基板の前記ヘッドケース側の面に形成されている空間部連通路により、前記一の空間部に連通しているのが好ましい。また、前記大気開放路は、前記ヘッドケースの前記マニホールド形成基板側の面又は前記封止部材の前記ヘッドケース側の面に形成されているのが好ましい。このような構成では、例えば、ヘッドケースのマニホールド形成基板側の面又は封止部材のケース側の面に凹部を設けることで比較的容易に空間部連通路や大気開放路を作製することができ、製造上有利となる。

本発明の好適な実施態様としては、前記他の空間部を２以上備えており、各空間部が直列に連通しているものが挙げられる。

本発明の好適な実施態様としては、前記他の空間部を２以上備えており、各空間部が並列に連通しているものが挙げられる。

また、前記大気開放路上流側の空間部に対応するマニホールドほど、蒸発しやすい液体を貯留する液体源が接続されているのが好ましい。これによれば、蒸発しやすい液体成分の蒸発を効果的に抑制することができる。

本発明の他の態様は、上記の液体噴射ヘッドを複数具備することを特徴とする液体噴射ヘッドユニットにある。
かかる態様では、長期に亘って良好な吐出特性を維持した液体噴射ヘッドユニットを実現することができる。

本発明の他の態様は、上記の液体噴射ヘッド又は液体噴射ヘッドユニットを具備する液体噴射装置にある。
かかる態様では、長期に亘って良好な吐出特性を維持した液体噴射装置を実現することができる。

一実施形態に係るインクジェット式記録ヘッドの断面図である。 一実施形態に係るインクジェット式記録ヘッドケースの底面図である。 一実施形態に係るインクジェット式記録ヘッドの要部断面図である。 他の実施形態に係るインクジェット式記録ヘッドケースの底面図である。 他の実施形態に係るインクジェット式記録ヘッドケースの底面図である。 他の実施形態に係るインクジェット式記録ヘッドケースの底面図である。 一実施形態に係るインクジェット式記録装置の概略図である。

以下、本発明の一実施形態について図面を参照して詳細に説明する。図１は、インクジェット式記録ヘッドの断面図である。

図１〜３に示すように、本実施形態のインクジェット式記録ヘッド（以下、単に「記録ヘッド」という）１００は、圧力発生室１１を有する流路形成基板１０と、各圧力発生室１１に連通する複数のノズル２１が穿設されたノズルプレート２０と、流路形成基板１０のノズルプレート２０とは反対側の面に接合された振動部材（封止基板）１５とを具備する。また本実施形態の記録ヘッド１００は、振動部材１５上の各圧力発生室１１に対応する領域に設けられる圧電素子３５を複数有する圧電素子ユニット３０と、振動部材１５を介して流路形成基板１０の一方面に接合されたケース４０とを具備する。また、本実施形態では、流路形成基板１０に各圧力発生室１１の共通液室となるマニホールド１３が形成されており、流路形成基板１０がマニホールド形成基板にもなっている。

流路形成基板１０には、その一方面側の表層部分に、圧力発生室１１が隔壁によって区画されてその幅方向で複数並設されている。なお、本実施形態では並設された複数の圧力発生室１１からなる列が２列形成されている。また各圧力発生室１１の列の外側には、ケース４０の液体導入路であるインク導入路４１を介してインクが供給されるマニホールド１３が、流路形成基板１０を厚さ方向に貫通してそれぞれ１つずつ設けられている。

また、マニホールド１３と各圧力発生室１１とは、インク供給路１２を介して連通されており、各圧力発生室１１には、インク導入路４１、マニホールド１３及びインク供給路１２を介してインクが供給される。インク供給路１２は、本実施形態では、圧力発生室１１よりも狭い幅で形成されており、マニホールド１３から圧力発生室１１に流入するインクの流路抵抗を一定に保持する役割を果たしている。

さらに、圧力発生室１１のマニホールド１３とは反対の端部側には、流路形成基板１０を貫通するノズル連通孔１４が形成されている。すなわち、本実施形態では、流路形成基板１０に液体流路として、マニホールド１３、インク供給路１２、圧力発生室１１、及びノズル連通孔１４が設けられている。このような流路形成基板１０は、本実施形態では、シリコン単結晶基板からなり、流路形成基板１０に設けられる上記圧力発生室１１やマニホールド１３等は、流路形成基板１０をエッチングすることによって形成されている。

この流路形成基板１０の一方面にはインクを吐出するノズル２１が複数穿設されたノズルプレート２０が接合され、各ノズル２１は、流路形成基板１０に設けられたノズル連通孔１４を介して各圧力発生室１１と連通している。

また、流路形成基板１０の他方面、すなわち圧力発生室１１の開口面には、振動部材１５が接合されており、各圧力発生室１１はこの振動部材１５によって封止されている。なお、振動部材１５は、図示するように流路形成基板１０の他方面の面積と同程度の面積を備えており、流路形成基板１０の他方面全体を覆うように接合されている。

この振動部材１５は、例えば、樹脂フィルム等の弾性部材からなる弾性膜１５ａと、この弾性膜１５ａを支持する、例えば、金属材料等からなる支持板１５ｂとの複合板で形成されており、弾性膜１５ａ側が流路形成基板１０に接合されている。本実施形態では、弾性膜１５ａは、厚さが数μｍ程度のポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）フィルムからなり、支持板１５ｂは、厚さが数十μｍ程度のステンレス鋼板（ＳＵＳ）からなる。

また、この振動部材１５の各圧力発生室１１の周縁部に対向する領域は、支持板１５ｂが除去されて実質的に弾性膜１５ａのみで構成された薄肉部１５ｄとなっている。この薄肉部１５ｄは、圧力発生室１１の一方面を画成している。また、この薄肉部１５ｄの内側には、各圧電素子３５の先端が当接する支持板１５ｂの一部からなる島部１５ｃがそれぞれ設けられている。

また、振動部材１５のマニホールド１３に対向する領域は、支持板１５ｂが除去されて弾性膜１５ａのみで構成される振動部１６となっている。言い換えれば、振動部材１５のマニホールド１３に対向する領域は、支持板１５ｂが除去されて第１空間部１７が設けられている。この振動部１６は、マニホールド１３内の圧力変化が生じた時に、圧力変動を吸収し、マニホールド１３内の圧力を常に一定に保持する役割を果たす。

そして、かかる振動部材１５上に、ケース４０が接合されている。すなわち、本実施形態のケース４０は、振動部材１５を介して流路形成基板１０に接合されている。ケース４０には、図１に示すように、第１空間部１７に対向する領域に、第２空間部４２が設けられており、第２空間部４２は、振動部１６の変形を阻害しない程度の高さを備えている。このように、本実施形態では、マニホールド１３に対向する領域には、第１空間部１７及び第２空間部４２から構成される空間部６０が設けられている。空間部６０は、詳しくは後述するが、ケース４０の上面に設けられる大気開放口に連通して外部空間に開放されている。これにより、空間部６０（第１空間部１７及び第２空間部４２）内の圧力は常に外部空間と一定に保たれている。また、圧電素子収容部４３のインク導入路４１側には、段差部４５が設けられており、後述する圧電素子ユニット３０の固定基板３６がこの段差部４５に接合される。

また、ケース４０の流路形成基板１０側とは反対側の面には、後述するフレキシブルプリント基板５０の各配線層５１がそれぞれ接続される複数の導電パッド７１が設けられた配線基板７０が固定されている。配線基板７０には、ケース４０の圧電素子収容部４３に対向する領域にスリット状の開口部７２が形成されており、圧電素子収容部４３は、かかる開口部７２により外部空間に連通している。そして、かかる圧電素子収容部４３内に、圧電素子３５を備える圧電素子ユニット３０が収容されている。

圧電素子ユニット３０は、各圧力発生室１１に対向して設けられ、圧力発生室１１とマニホールド１３とを含む液体流路内の圧力を変動させる複数の圧電素子３５と、かかる圧電素子３５をケース４０に取り付ける固定基板３６とで構成されている。

各圧電素子３５は、本実施形態では一つの圧電素子ユニット３０において一体的に形成されている。すなわち、圧電材料３１と電極形成材料３２，３３とを縦に交互にサンドイッチ状に挟んで積層した圧電素子形成部材３４を形成し、この圧電素子形成部材３４を各圧力発生室１１に対応して櫛歯状に切り分けることによって各圧電素子３５が形成されている。つまり、本実施形態では、複数の圧電素子３５が一体的に形成されている。そして圧電素子３５は、先端部が振動部材１５の島部１５ｃに接着剤で接合されると共に、振動に寄与しない不活性領域となっている基端部側で固定基板３６に固着されている。このように圧電素子３５が固着された固定基板３６は、圧電素子収容部４３の段差部４５でケース４０に接合されている。これにより圧電素子ユニット３０は、ケース４０の圧電素子収容部４３に収容されて固定されている。

なお、固定基板３６は、上述のように圧電素子３５と一体的に設けられることで、圧電素子ユニット３０を構成し、圧電素子ユニット３０はケース４０に位置決め固定される。このとき、圧電素子３５の振動部材１５（島部１５ｃ）に対する位置合わせは、固定基板３６の外周面とケース４０の圧電素子収容部４３の内面とによって行われる。これにより、脆性材料である圧電素子３５を直接把持して位置合わせするのに比べて容易に且つ高精度に位置合わせを行うことができる。

固定基板３６を構成する材料は特に限定されるものではないが、例えば、アルミニウム、銅、鉄及びステンレス鋼などで好適に構成することができる。そして、かかる圧電素子ユニット３０の圧電素子３５の基端部近傍には、固定基板３６とは反対側の面に、各圧電素子３５を駆動するための信号を供給する配線層５１を有するフレキシブルプリント基板５０が接続されている。

フレキシブルプリント基板５０は、フレキシブルプリンティングサーキット（ＦＰＣ）や、テープキャリアパッケージ（ＴＣＰ）などからなる。詳しくは、フレキシブルプリント基板５０は、例えば、ポリイミド等のベースフィルム５２の表面に銅薄等で所定のパターンの配線層５１を形成し、配線層５１の圧電素子３５と接続される端子部などの他の配線と接続される領域以外の領域をレジスト等の絶縁材料で覆ったものである。

このような、フレキシブルプリント基板５０の配線層５１は、その基端部側で、例えば、半田、異方性導電材等によって圧電素子３５を構成する電極形成材料３２，３３に接続されている。

一方、先端部側では、各配線層５１はケース４０上に設けられた配線基板７０の導電パッド７１と電気的に接続されている。フレキシブルプリント基板５０はこの配線基板７０の開口部７２から圧電素子収容部４３の外側に引き出されて、引き出された領域が屈曲されて導電パッド７１と接続されている。

このような記録ヘッド１００では、圧電素子３５及び振動部材１５の変形によって各圧力発生室１１の容積を変化させることで、各ノズル２１からインク滴を吐出させている。具体的には、図示しない液体貯留手段から液体導入路であるインク導入路４１を介してマニホールド１３にインクが供給されると、インク供給路１２を介して各圧力発生室１１にインクが分配される。そして、図示しない駆動回路からの駆動信号によって所定の圧電素子３５に電圧を印加及び解除することによって、圧電素子３５を収縮及び伸張させて圧力発生室１１に圧力変化を生じさせ、ノズル２１からインクを吐出させる。

本実施形態の記録ヘッド１００は、マニホールド１３Ａ，１３Ｂに対応する領域にそれぞれ空間部６０Ａ，６０Ｂが設けられている。ここで、図２及び図３を用いて、空間部６０Ａ，６０Ｂと、大気開放口に連通する大気開放路４４との連通状態について説明する。図２は、ヘッドケースの底面図であり、図３は、インクジェット式記録ヘッドの要部断面図である。

図２に示すように、ヘッドケース４０には、マニホールド１３Ａ，１３Ｂに対応する領域にそれぞれ第２空間部４２Ａ，４２Ｂが設けられている。そして、第２空間部４２Ａと第２空間部４２Ｂは、空間部連通路４６により連通している。すなわち、本実施形態では、空間部連通路４６により、第２空間部４２Ａと第２空間部４２Ｂとが連通するようになっている。

空間部連通路４６は、各空間部を連通する通路であって、本実施形態では、ケース４０の流路形成基板１０側の面の一部を除去することでケース４０の底面に形成されている。

本実施形態の空間部連通路４６は、流路形成基板１０、振動部材１５及びケース４０の積層方向において、圧力発生室１１を含む流路と重ならない位置に設けられている。具体的には空間部連通路４６は、各圧力発生室１１の並設方向において、第２空間部４２及び圧電素子収容部４３の両端部よりも外側の領域に設けられている。

空間部連通路４６は、第２空間部４２に連続し各第２空間部４２の長手方向端部から圧力発生室１１の並設方向に沿って外側に延びる第１空間部連通路４６ａと、第１空間部連通路４６ａに連続し圧力発生室１１の長手方向に沿って延びる第２空間部連通路４６ｂと、から構成されている。このような空間部連通路４６により、各第２空間部４２は連通している。本実施形態では、空間部連通路４６はケース４０の流路形成基板１０側の面に形成されている。すなわち空間部連通路４６は、ケース４０の流路形成基板１０側の面に凹部として設けられている。

また、第２空間部４２Ｂは、振動部材１５に設けられた大気連通路１８（図２中、点線部）を介して大気開放路４４に連通している。具体的には、第２空間部４２Ｂは、空間部連通路４６と連通している側とは反対側の端部で大気連通路１８と接続することにより、大気開放路４４と連通している。このような構成により、空間部６０Ａ（第１空間部１７Ａ及び第２空間部４２Ａ）は、空間部６０Ｂ（第１空間部１７Ｂ及び第２空間部４２Ｂ）を介して、大気開放路４４に連通している状態となる。

大気連通路１８は、大気開放路４４を囲むように設けられた第１大気連通路１８ａと、第１大気連通部１８ａに連続し圧力発生室１１の長手方向に沿って延びる第２大気連通部１８ｂと、第２大気連通部１８ｂに連続し第１空間部１７に連続する第３大気連通部１８ｃと、から構成されている。本実施形態では、大気連通路１８は振動部材１５のケース４０側の面に形成されている。すなわち、大気連通路１８は、振動部材１５のケース４０側の面に凹部として設けられている。

また、大気開放路４４は、ケース４０を貫通するように設けられており、ケース４０上面の大気開放口に連通している。

上述したように、空間部６０Ｂ（第１空間部１７Ｂ及び第２空間部４２Ｂ）は、大気開放路４４に連通しており、空間部６０Ａ（第１空間部１７Ａ及び第２空間部４２Ａ）は、空間部６０Ｂを介して大気開放路４４に連通している。本実施形態では、空間部６０Ｂが「一の空間部」、空間部６０Ａが「他の空間部」に該当する。

本実施形態では、振動部１６は、厚さが数μｍ程度のポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）フィルムのみからなるものである。したがって、マニホールド１３に収容されているインク中の水等の成分（以下「インク成分」とする）が、振動部１６を透過して蒸発することがある。しかしながら、上述したような構成とすることにより、マニホールド１３Ａ及び１３Ｂ内のインク成分の蒸発が抑制される。

従来の構成では、振動部１６上の空間部がそれぞれ大気開放路４４に直接連通していたことにより、空間部は常に乾燥状態となっており、インク成分が透過して蒸発しやすかった。しかしながら、本実施形態の構成では、各空間部６０を従来の空間部よりも湿潤状態にすることができ、マニホールド１３内のインク成分の蒸発を抑制することができる。

本実施形態では、図３に示すように、マニホールド１３Ａ内のインク成分が空間部６０Ａへ蒸発すると、蒸発した成分の一部は、マニホールド１３Ａの圧力変動に伴い、空間部連通路４６を介して、空間部６０Ｂへと送られる。また、マニホールド１３Ｂ内のインク成分が空間部６０Ｂへ蒸発すると、蒸発した成分の一部は、マニホールド１３の圧力変動に伴い、大気連通路１８を介して、大気開放路４４へと送られる。

上述のように、空間部６０Ａは、大気連通路１８に直接連通していない、すなわち、間接的に連通しているので、外部空間と同様の乾燥状態となることが抑制される。これにより、インク成分が蒸発しにくくなっている。また、空間部６０Ｂは、空間部６０Ａからの空気が流入するようになっている。すなわち、比較的湿潤な空気が空間部６０Ｂに供給されるようになっている。これにより、大気開放路４４のみに接続している場合と比較して、乾燥が抑制されて、インク成分が蒸発しにくくなっている。

以上のように、本実施形態では、各空間部６０が比較的湿潤な状態となることにより、各空間部６０に対応するマニホールド１３内のインク成分の蒸発が抑制されて、インクの粘度の上昇を抑制することができる。したがって、本実施形態のインクジェット式記録ヘッド１００では、長期に亘って良好な吐出特性を維持することができ、良好な印刷を行うことができる。

また、本実施形態では、空間部６０Ａに対応するマニホールド１３Ａには、蒸発し易い液体を貯留する液体源９０Ａが接続されており、空間部６０Ｂに対応するマニホールド１３Ｂには、蒸発しにくい液体を貯留する液体源９０Ｂが接続されている。すなわち、大気開放路４４上流側の空間部６０Ａに対応するマニホールド１３Ａには、蒸発しやすい液体を貯留する液体源が接続されている。一の空間部である空間部６０Ｂと比較して、液体成分が蒸発しにくい他の空間部である空間部６０Ａに、蒸発し易い液体源９０Ａを接続することにより、蒸発し易い液体成分の蒸発を効果的に抑制することができる。

（実施形態２）
図４は、実施形態２に係る記録ヘッドのヘッドケースの底面図である。実施形態１と同一作用を示す部分には同一符号を付して重複する説明は省略する。

本実施形態の記録ヘッド１００は、図示しないが、４つのマニホールド１３を備えるものであり、それぞれ対応する領域に空間部６０１（６０１Ａ，６０１Ｂ，６０１Ｃ，６０１Ｄ）が設けられている。この空間部６０１は、それぞれ、第１空間部１７１（第１空間部１７１Ａ，１７１Ｂ，１７１Ｃ，１７１Ｄ）及び第２空間部４２１（第２空間部４２１Ａ，４２１Ｂ，４２１Ｃ，４２１Ｄ）から構成されている。

そして、ヘッドケース４０１の各第２空間部４２１は、空間部連通路４６１により連通している。すなわち、本実施形態では、１つの空間部連通路４６１により、４つの第２空間部４２１が連通するようになっている。

また、第２空間部４２１Ｄは、振動部材１５に設けられた大気連通路１８１（図４中、点線部）を介して大気開放路４４に連通している。

上述したように、空間部６０１Ｄ（第１空間部１７１Ｄ及び第２空間部４２１Ｄ）は、大気開放路４４に連通している。また、空間部６０１Ａ（第１空間部１７１Ａ及び第２空間部４２１Ａ）、空間部６０１Ｂ（第１空間部１７１Ｂ及び第２空間部４２１Ｂ）、空間部６０１Ｃ（第１空間部１７１Ｃ及び第２空間部４２１Ｃ）は、空間部６０１Ｄを介して大気開放路４４に連通している。本実施形態では、空間部６０１Ｄが「一の空間部」、空間部６０１Ａ，空間部６０１Ｂ，空間部６０１Ｃが「他の空間部」に該当し、各空間部は並列に連通している。

本実施形態の構成においても、実施形態１の構成と同様に、各空間部６０１を従来の空間部よりも湿潤状態にすることができ、マニホールド１３内のインク成分の蒸発を抑制することができる。

具体的には、空間部６０１Ａ、空間部６０１Ｂ、空間部６０１Ｃは、大気連通路１８１に直接連通していない、すなわち、間接的に連通しているので、外部空間と同様の乾燥状態となることが抑制される。これにより、インク成分が蒸発しにくくなっている。また、空間部６０１Ｄは、空間部６０１Ａ、空間部６０１Ｂ、空間部６０１Ｃからの空気が流入するようになっている。すなわち、比較的湿潤な空気が空間部６０１Ｄに供給されるようになっている。これにより、大気開放路４４のみに接続している場合と比較して、乾燥が抑制されて、インク成分が蒸発しにくくなっている。

以上のように、本実施形態では、各空間部６０１が比較的湿潤な状態となることにより、各空間部６０１に対応するマニホールド１３内のインク成分の蒸発が抑制されて、インクの粘度の上昇を抑制することができる。したがって、本実施形態のインクジェット式記録ヘッド１００では、長期に亘って良好な吐出特性を維持することができ、良好な印刷を行うことができる。

また、本実施形態のような構成では、一の空間部が大気開放路４４に連通していればよいため、複数のマニホールド１３及びそれに対応する空間部を有する場合に、大気開放路４４の数を減らすことができ、インクジェット式記録ヘッド１００を小型化することができる。

また、本実施形態では、空間部６０１Ａに対応するマニホールド１３１Ａ，空間部６０１Ｂに対応するマニホールド１３１Ｂ，空間部６０１Ｃに対応するマニホールド１３１Ｃ，空間部６０１Ｄに対応するマニホールド１３１Ｄには、最も蒸発しやすい液体を貯留する液体源９０１Ａ、２番目に蒸発し易い液体を貯留する液体源９０１Ｂ、３番目に蒸発し易い液体を貯留する液体源９０１Ｃ、最も蒸発しにくい液体を貯留する液体源９０１Ｄをそれぞれ接続した。すなわち、大気開放路４４上流側の空間部６０１に対応するマニホールド１３１には、蒸発しやすい液体を貯留する液体源９０１が接続されている。本実施形態では、液体源９０１Ａは黒、液体源９０１Ｂはマゼンダ、液体源９０１Ｃはイエロー、液体源９０１Ｄはブルーの各インクを貯留する。

大気開放路４４上流側の空間部６０１に対応するマニホールド１３１には、蒸発しやすい液体を貯留する液体源９０１が接続することにより、蒸発し易い液体成分の蒸発を効果的に抑制することができる。

（他の実施形態）
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は構造や材質などを含めて、上述した実施形態に限定されるものではない。

例えば、図５に示すように、マニホールド１３が３つ以上ある場合、すなわち、マニホールド１３に対応する領域に設けられる空間部が３つ以上ある場合は、空間部連通路を複数設けてもよい。なお、実施形態２と同一作用を示す部分には同一符号を付して重複する説明は省略する。図５に示すように、第２空間部４２１Ａと第２空間部４２１Ｂとは、空間部連通路４６２により連通している。また、第２空間部４２１Ｃと第２空間部４２１Ｄとは、空間部連通路４６３により連通している。そして、第２空間部４２１Ｂの空間部連通路４６２側とは反対側の端部と、第２空間部４２１Ｃの空間部連通路４６３側とは反対側の端部とが空間部連通路４６４により連通している。この場合も実施形態２と同様に、空間部６０１Ｄが「一の空間部」、空間部６０１Ａ，空間部６０１Ｂ，空間部６０１Ｃが「他の空間部」に該当する。図５では、各空間部６０１が直列に連通している。図５に示す構成においても、実施形態２の構成と同様に、各空間部６０１を従来の空間部よりも湿潤状態にすることができ、マニホールド１３内のインク成分の蒸発を抑制することができる。

また、実施形態２において、図６に示すように、第２空間部４２１Ａ及び第２空間部４２１Ｄが、それぞれ大気連通路１８２を介して大気開放路４４に連通するようにしてもよい。この場合は、空間部６０１Ａが「一の空間部」、空間部６０１Ｂ、空間部６０１Ｃが「他の空間部」に該当する。また、空間部６０１Ｄが「一の空間部」、空間部６０１Ｂ、空間部６０１Ｃが「他の空間部」に該当する。すなわち、空間部６０１Ｂ、空間部６０１Ｃは、空間部６０１Ａ又は空間部６０１Ｄを介して大気開放路４４に連通するようになっている。図６に示す構成においても、実施形態２の構成と同様に、各空間部６０１を従来の空間部よりも湿潤状態にすることができ、マニホールド１３内のインク成分の蒸発を抑制することができる。

また、大気連通路を蛇行するように設けて、マニホールドの液体成分の蒸発をさらに抑制するようにしてもよい。また、大気連通路を細く設けることにより、マニホールドの液体成分の蒸発をさらに抑制するようにしてもよい。

また、上記実施形態では、マニホールドには、異なる色のインクを貯留する液体源を接続するようにしたが、これに限定されるものではなく、例えば、すべて同じ色のインクを貯留するようにしてもよい。

また、上記実施形態では、空間部連通路４６，４６１がケース４０の流路形成基板１０側の面に設けられていたが、例えば、振動部材１５の支持板１５ｂのケース４０側の面に設けられていてもよい。すなわち、支持板１５ｂの一部を除去して、各第１空間部１７を連通させ、かかる凹部を空間部連通路としてもよい。

上記実施形態では、大気連通路１８，１８１が振動部材１５のケース４０側の面に設けられていたが、例えば、ケース４０の流路形成基板１０側の面に設けられていてもよい。すなわち、ケース４０の一部を除去して、各第２空間部４２を連通させ、かかる凹部を大気連通路としてもよい。

また、上述の実施形態では、ケース４０の第１空間部１７に対応する領域に第２空間部４２を設けていたが、ケース４０に対応する領域に第２空間部４２を設けなくてもよい。この場合は、振動部材１５に空間部連通路を設ければよい。

上記実施形態では、流路形成基板１０がマニホールド形成基板を兼ねていたが、流路形成基板１０とマニホールド形成基板とが別々の構成であってもよい。

上記実施形態では、振動部材１５の一部を構成する弾性膜１５ａがＰＰＳフィルムからなり、振動部１６がＰＰＳフィルムとしたが、ポリエチレンなど他の樹脂材料で構成されていてもよく、他のフィルム材料で構成されていてもよい。

また、上述した実施形態では、圧電材料と電極形成材料とを交互に積層させて軸方向に伸縮させる縦振動型の圧電素子を有する記録ヘッドを例示して説明した。しかしながら本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、厚膜型の圧電素子を有するインクジェット式記録ヘッド、或いはゾル−ゲル法、ＭＯＤ法、スパッタリング法等により形成される圧電材料を有する薄膜型の圧電素子を有する記録ヘッドであっても同様の効果を奏する。

これら各実施形態のインクジェット式記録ヘッドは、インクカートリッジ等と連通するインク流路を具備する記録ヘッドユニットの一部を構成して、インクジェット式記録装置に搭載される。図７は、そのインクジェット式記録装置の一例を示す概略図である。

図７に示すように、インクジェット式記録ヘッドを有する記録ヘッドユニット１Ａ及び１Ｂは、インク供給手段を構成するカートリッジ２Ａ及び２Ｂが着脱可能に設けられ、この記録ヘッドユニット１Ａ及び１Ｂを搭載したキャリッジ３は、装置本体４に取り付けられたキャリッジ軸５に軸方向移動自在に設けられている。この記録ヘッドユニット１Ａ及び１Ｂは、例えば、それぞれブラックインク組成物及びカラーインク組成物を吐出するものとしている。

そして、駆動モーター６の駆動力が図示しない複数の歯車およびタイミングベルト７を介してキャリッジ３に伝達されることで、記録ヘッドユニット１Ａ及び１Ｂを搭載したキャリッジ３はキャリッジ軸５に沿って移動される。一方、装置本体４にはキャリッジ軸５に沿ってプラテン８が設けられており、図示しない給紙ローラーなどにより給紙された紙等の記録媒体である記録シートＳがプラテン８に巻き掛けられて搬送されるようになっている。

図７に示す例では、インクジェット式記録ヘッドユニット１Ａ、１Ｂは、それぞれ１つのインクジェット式記録ヘッドを有するものとしたが、特にこれに限定されず、例えば、１つのインクジェット式記録ヘッドユニット１Ａ又は１Ｂが２以上のインクジェット式記録ヘッドを有するようにしてもよい。

また上述した実施形態では、液体噴射ヘッド及び液体噴射装置としてインクジェット式記録ヘッド及びインクジェット式記録装置を挙げて説明したが、本発明は広く液体噴射ヘッド及び液体噴射装置全般を対象としたものであり、インク以外の液体を噴射する液体噴射ヘッド及びそれを具備する液体噴射装置にも勿論適用することができる。その他の液体噴射ヘッドとしては、例えば、プリンター等の画像記録装置に用いられる各種の記録ヘッド、液晶ディスプレイ等のカラーフィルターの製造に用いられる色材噴射ヘッド、有機ＥＬディスプレイ、ＦＥＤ（電界放出ディスプレイ）等の電極形成に用いられる電極材料噴射ヘッド、バイオｃｈｉｐ製造に用いられる生体有機物噴射ヘッド等が挙げられる。

１０ 流路形成基板、 １１ 圧力発生室、 １２ インク供給路、 １３ マニホールド、 １４ ノズル連通孔、 １５ 振動部材、 １５ａ 弾性膜、 １５ｂ 支持板、 １５ｃ 島部、 １５ｄ 薄肉部、 １６ 振動部、 １７ 第１空間部、 １８ 大気連通路、 ２０ ノズルプレート、 ２１ ノズル、 ３０ 圧電素子ユニット、 ３１ 圧電材料、 ３２，３３ 電極形成材料、 ３４ 圧電素子形成部材、 ３５ 圧電素子、 ３６ 固定基板、 ４０ ケース、 ４１ インク導入路、 ４２ 第２空間部、 ４３ 圧電素子収容部、 ４４ 大気開放路、 ４５ 段差部、 ４６ 空間部連通路 ５０ フレキシブルプリント基板、 ５１ 配線層、 ５２ ベースフィルム、 ６０ 空間部 ７０ 配線基板、 ７１ 導電パッド、 ７２ 開口部、 １００ インクジェット式記録ヘッド

Claims (10)

1. ノズルに連通する圧力発生室であって、並設された複数の前記圧力発生室と、
   複数の前記圧力発生室が並設された方向である並設方向が長手方向となるマニホールドであって、複数の前記圧力発生室に液体を供給する前記マニホールドを複数有するマニホールド形成基板と、
   前記圧力発生室内の液体に圧力変化を生じさせる圧電素子と、
   前記マニホールドに対向する領域に設けられて前記マニホールドの液体の圧力変動を吸収する振動部を有する封止基板と、
   前記圧電素子を収容する圧電素子収容部を有するヘッドケースと、
   前記圧力発生室の前記並設方向が長手方向となる空間部であって、前記振動部上に設けられる複数の前記空間部と、
   大気開放口に連通する大気開放路と、を具備し、
   複数の前記空間部のうち、一の空間部と他の空間部とを連通する空間部連通路と、を具備し、
   前記一の空間部は、前記長手方向における一方の端部の側で前記大気開放路に連通し、前記長手方向における他方の端部の側で前記空間部連通路に連通し、
   前記他の空間部は、前記空間部連通路と前記一の空間部とを介して、前記大気開放路に連通していることを特徴とする液体噴射ヘッド。
2. 前記空間部連通路は、
   前記空間部のそれぞれにおいて、前記長手方向の端部から前記圧力発生室の並設方向に沿って外側に延びる第１空間部連通路と、
   該第１空間部連通路に連通し前記一の空間部及び前記他の空間部の並設方向であって、前記空間部の短手方向である前記空間部の前記並設方向に延びる第２空間部連通路と、を有して構成されていることを特徴とする請求項１記載の液体噴射ヘッド。
3. 前記空間部連通路は、前記ヘッドケースの前記マニホールド形成基板側の面又は前記封止基板の前記ヘッドケース側の面に形成されていることを特徴とする請求項１又は２記載の液体噴射ヘッド。
4. 前記大気開放路は、前記ヘッドケースの前記マニホールド形成基板側の面又は前記封止部材の前記ヘッドケース側の面に形成されている大気連通路を介して前記一の空間部と連通していることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の液体噴射ヘッド。
5. 前記他の空間部を２以上備えており、各空間部が直列に連通していることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の液体噴射ヘッド。
6. 前記他の空間部を２以上備えており、各空間部が並列に連通していることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の液体噴射ヘッド。
7. 前記大気開放路の前記大気開放口から離れる空間部に対応するマニホールドほど、蒸発しやすい液体を貯留する液体源が接続されていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の液体噴射ヘッド。
8. 請求項１〜７のいずれか一項に記載の液体噴射ヘッドを複数具備することを特徴とする液体噴射ヘッドユニット。
9. 請求項１〜７のいずれか一項に記載の液体噴射ヘッドを具備することを特徴とする液体噴射装置。
10. 請求項８に記載の液体噴射ヘッドユニットを具備することを特徴とする液体噴射装置。

Images