JP2018103557A - 液体噴射ヘッド、及び、液体噴射記録装置 - Google Patents

Abstract

【課題】噴射孔の周囲での異物や気泡の滞留をより少なくでき、液体を噴射孔から安定して噴射させることができる液体噴射ヘッド、及び、液体噴射記録装置を提供する。【解決手段】液体噴射ヘッドは、圧力変動室と帰還路６５と循環路４０と噴射孔７６とを備えている。圧力変動室は、内部に収容されている液体に圧力変動を付与する。帰還路６５は、上流側が圧力変動室の流出部に接続され、流出部からの液体の流出方向と交差する方向に延在する。循環路４０は、帰還路６５の下流側に接続され、帰還路６５と交差する方向に延在して、液体を圧力変動室の上流側に戻す。噴射孔７６は、圧力変動室から流出した液体を外部に噴射する。噴射孔７６は、帰還路６５のうちの、圧力変動室の流出部に接続される上流側接続領域３５と、循環路４０に接続される下流側接続領域３６を除く領域に配置されている。【選択図】図３

Description

この発明は、液体噴射ヘッド、及び、液体噴射記録装置に関するものである。

被記録媒体（例えば、記録紙等）に液滴状のインク（液体）を吐出して、被記録媒体に情報（例えば、画像や文字等）を記録する装置として、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がある。

ここで用いられるインクジェットヘッドは、通常、ポンプによって送出されたインクに圧力変動を付与する液圧変動室と、液圧変動室で発生した圧力波を受けてインクを外部に噴射する噴射孔と、を備えている。そして、噴射孔は、液圧変動室のインクの流出部の軸線上に設けられている（例えば、特許文献１参照）。

特許第５０４７９５８号公報

しかしながら、上記のインクジェットヘッドにおいては、液圧変動室の流出部の軸線上に噴射孔が設けられているため、インク中に混入している異物や気泡が噴射孔の周囲に滞留し、その滞留した異物や気泡がインクのスムーズな噴射を妨げることが懸念される。

この問題に対処するインクジェットヘッドとして、噴射孔から噴射されなかったインクを帰還路と循環路を通して液圧変動室側に戻す循環式のものが開発されている。
この循環式のインクジェットヘッドは、液圧変動室の流出部に連通する帰還路が流出部と略直交するように接続され、帰還路の下流側にその帰還路と略直交するように循環路が接続されている。この循環式のインクジェットヘッドの場合、液圧変動室の流出部の下流側にインクの循環流れが生じるために、噴射孔の周囲に異物や気泡が滞留しにくくなる。

現在、このような循環式のインクジェットヘッドにおいても、噴射孔の周囲での異物や気泡の滞留をさらに少なくしてインクを安定して噴射孔から噴射させられる構造の案出が望まれている。

そこでこの発明は、噴射孔の周囲での異物や気泡の滞留をより少なくでき、液体を噴射孔から安定して噴射させることができる液体噴射ヘッド、及び、液体噴射記録装置を提供しようとするものである。

上記課題を解決するために本発明の一態様に係る液体噴射ヘッドでは、内部に収容されている液体に圧力変動を付与する圧力変動室と、上流側が前記圧力変動室の流出部に連通し、前記流出部からの液体の流出方向と交差する方向に延在する帰還路と、前記帰還路の下流側に連通し、前記帰還路と交差する方向に延在して、液体を前記圧力変動室の上流側に戻す循環路と、前記圧力変動室から流出した液体を外部に噴射する噴射孔と、を備え、前記噴射孔は、前記帰還路のうちの、前記圧力変動室の前記流出部に接続される上流側接続領域と、前記循環路に接続される下流側接続領域を除く領域に配置されている。

この構成によれば、帰還路上の上流側接続領域と下流側接続領域を除く領域では、還流する液体がスムーズに流れるため、この部分に設けられている噴射孔の周囲には異物や気泡がより滞留しにくくなる。したがって、この構成を採用した場合には、滞留した異物や気泡による噴射孔からの液体の噴射の妨げが少なり、液体が噴射孔から安定して噴射されるようになる。

前記噴射孔は、前記帰還路のうちの、前記上流側接続領域と前記下流側接続領域の間の中央領域に配置されるようにしても良い。
この場合、還流する液体の流れがよりスムーズになる領域に噴射孔が配置されているため、噴射孔の周囲に異物や気泡がより滞留しにくくなる。
また、圧力変動室での単位変動時間（電圧パルスで駆動する場合のパルス幅に相当。）は、噴射孔での液体の流速（「吐出速度」と呼ぶ。）が最大になるように設定することが望ましい。帰還路の流路面積が延在方向でほぼ等しい場合、吐出速度が最大になる圧力変動室での単位変動時間（「ピーク単位変動時間」と呼ぶ。）は、噴射孔が帰還路の中央位置にあるときに最大となる。そして、噴射孔の位置が中央位置から前後どちらかにずれると、ピーク単位変動時間は、中央位置からのずれ量の増大に応じて漸減する。このため、噴射孔を帰還路の中央領域（上流側接続領域と下流側接続領域の間の中央領域）に配置し、その配置位置に応じたピーク単位変動時間で圧力変動室を変動させるようにした場合、製造誤差等によって噴射孔の位置が設計位置から微妙にずれることがあっても、その位置ずれに伴う吐出速度の上限誤差と下限誤差の幅を狭めることができる。したがって、この構成を採用した場合には、製品毎の吐出速度のバラつきを少なくすることができる。

前記噴射孔は、前記帰還路のうちの、前記上流側接続領域から前記噴射孔までの流路圧力損失と前記下流側接続領域から前記噴射孔までの流路圧力損失とがほぼ等しい領域に配置することが望ましい。
この場合、還流する液体の流れがよりスムーズになる領域に噴射孔が配置されているため、噴射孔の周囲に異物や気泡がより滞留しにくくなる。
また、圧力変動室での単位変動時間は、噴射孔での吐出速度が最大になるように設定することが望ましい。吐出速度が最大になるピーク単位変動時間は、循環路上の位置によって異なり、帰還路上の上流側接続領域からの流路圧力損失と下流側接続領域からの流路圧力損失とが等しい位置（「圧力損失中間位置」と呼ぶ。）に噴射孔があるときに最大となる。そして、噴射孔が圧力損失中間位置から前後どちらかにずれると、ピーク単位変動時間は、圧力損失中間位置からのずれ量の増大に応じて漸減する。このため、噴射孔を帰還路上の圧力損失中間位置の近傍（上流側接続領域から噴射孔までの流路圧力損失と下流側接続領域から噴射孔までの流路圧力損失とがほぼ等しい領域）に配置し、その配置位置に応じたピーク単位変動時間で圧力変動室を変動させるようにした場合、製造誤差等によって噴射孔の位置が設計位置から微妙にずれることがあっても、その位置ずれに伴う吐出速度の上限誤差と下限誤差の幅を狭めることができる。したがって、この構成を採用した場合には、製品毎の吐出速度のバラつきを少なくすることができる。

前記噴射孔を有する噴射孔プレートを備え、前記帰還路は、前記圧力変動室から前記帰還路への液体の流入方向と、前記帰還路から前記循環路への流出方向と、に対して略直角な方向に延在し、かつ、前記噴射孔プレートと平行に延在するようにしても良い。
この場合、帰還路が圧力変動室からの液体の流入方向と、循環路への流出方向に対し
略直角な方向に延在しているため、帰還路上の上流側接続領域と下流側接続領域には異物や気泡が滞留し易くなる。しかし、本発明の一態様に係る液体噴射ヘッドでは、帰還路上の上流側接続領域と下流側接続領域を除く領域に噴射孔が配置されているため、滞留した異物や気泡が液体の噴射の妨げになるのを特に有効に防止することができる。

本発明の一態様に係る液体噴射記録装置は、上記いずれかの態様の液体噴射ヘッドを備えている。
この態様の液体噴射記録装置によれば、上記いずれかの態様の液体噴射ヘッドを備えているため、被記録媒体に対して液体を品質良く噴射することができる。

本発明の一態様によれば、噴射孔の周囲での異物や気泡の滞留をより少なくでき、液体を噴射孔から安定して噴射させることができる。

一実施形態に係る液体噴射記録装置（インクジェットプリンタ）の概略構成図である。 一実施形態に係る液体噴射ヘッド（インクジェットヘッド）の模式的な斜視図である。 一実施形態に係る液体噴射ヘッド（インクジェットヘッド）の図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿う断面図である。 一実施形態に係る液体噴射ヘッド（インクジェットヘッド）のヘッドチップの部分断面斜視図である。 噴射孔の位置とピークパルス幅の関係を調べた実験を模式的に示した図である。 噴射孔の位置とピークパルス幅の関係を示したグラフである。 噴射孔を帰還路の中央位置に配置したときと、中央位置から離間した位置に配置したときの電圧パルスのパルス幅と吐出速度の関係を示すグラフである。 帰還路内での圧力波の干渉と噴射孔の位置の関係を説明する模式図である。 帰還路内での圧力波の干渉と噴射孔の位置の関係を説明する模式図である。

以下、本発明に係る実施形態について図面を参照して説明する。以下の実施形態では、インク（液体）を利用して被記録媒体に記録を行う流体噴射記録装置であるインクジェットプリンタ１（以下、単にプリンタという）を例に挙げて説明する。なお、以下の説明に用いる図面では、各部材を認識可能な大きさとするため、各部材の縮尺を適宜変更している。

［プリンタ］
図１は、実施形態に係るプリンタ１の概略構成図である。
図１に示すように、本実施形態のプリンタ１は、紙等の被記録媒体Ｐを搬送する一対の搬送機構２，３と、インクが収容されたインクタンク３０と、被記録媒体Ｐにインクを噴射する液体噴射ヘッドであるインクジェットヘッド５と、インクタンク３０とインクジェットヘッド５との間でインクを循環させるインク循環手段６と、インクジェットヘッド５を走査する走査機構４と、を備え、これらが筐体８内に搭載されている。
なお、以下の説明では、必要に応じてＸ，Ｙ，Ｚの直交座標系を用いて説明する。この場合、Ｘ方向は被記録媒体Ｐ（例えば、紙等）の搬送方向に一致している。Ｙ方向は走査機構４の走査方向に一致している。Ｚ方向は、Ｘ方向及びＹ方向に直交する方向である。以下の説明では、Ｘ方向、Ｙ方向及びＺ方向のうち、図中矢印方向をプラス（＋）方向とし、矢印とは反対の方向をマイナス（−）方向として説明する。

搬送機構２，３は、被記録媒体ＰをＸ方向に搬送する。具体的には、搬送機構２は、Ｙ方向に延設されたグリットローラ１１と、グリットローラ１１に平行に延設されたピンチローラ１２と、グリットローラ１１を軸回転させるモータ等の駆動機構（不図示）と、を備えている。搬送機構３は、Ｙ方向に延設されたグリットローラ１３と、グリットローラ１３に平行に延設されたピンチローラ１４と、グリットローラ１３を軸回転させる駆動機構（不図示）と、を備えている。

走査機構４は、インクジェットヘッド５をＹ方向に往復走査させる。具体的には、走査機構４は、Ｙ方向に延設された一対のガイドレール２１，２２と、一対のガイドレール２１，２２に移動可能に支持されたキャリッジ２３と、キャリッジ２３をＹ方向に移動させる駆動機構２４と、を備えている。

駆動機構２４は、Ｘ方向におけるガイドレール２１，２２の間に配設されている。駆動機構２４は、Ｙ方向に間隔をあけて配設された一対のプーリ２５，２６と、一対のプーリ２５，２６間に巻回された無端ベルト２７と、一方のプーリ２５を回転駆動させる駆動モータ２８と、を備えている。

キャリッジ２３は、無端ベルト２７に連結されている。キャリッジ２３には、複数のインクジェットヘッド５がＹ方向に並んだ状態で搭載されている。
各インクジェットヘッド５は、例えばイエロー、マゼンタ、シアン、ブラック等の異なる色のインクをそれぞれ吐出可能に構成されている。

インクタンク３０は、筐体８内において、インクジェットヘッド５（キャリッジ２３）とは別に設けられている。インクタンク３０は、筐体８内において、Ｘ方向に複数並んで設けられている。各インクタンク３０内には、上述したインクジェットヘッド５に対応して、異なる色のインクがそれぞれ収容されている。

インク循環手段６は、循環流路３１と、加圧ポンプ１７と、吸引ポンプ１８と、を備えている。
循環流路３１は、インクジェットヘッド５にインクを供給するインク供給管３１ａと、インクジェットヘッド５からインクを排出するインク排出管３１ｂと、を有している。インク供給管３１ａとインク排出管３１ｂは、キャリッジ２３の移動に追従し得るようにフレキシブルホース等により構成されている。

［インクジェットヘッド］
図２は、インクジェットヘッド５の概略構成を示す模式的な斜視図である。また、図３は、図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿う断面図である。なお、各インクジェットヘッド５は、供給されるインクの色以外は何れも同一の構成からなる。そのため、以下の説明では一のインクジェットヘッド５を例にして説明し、他のインクジェットヘッド５の説明を省略する。
インクジェットヘッド５は、後述する吐出チャネル５５の延在方向の端部（−Ｚ方向端部）からインクを吐出する、いわゆるエッジシュートタイプのものである。さらに、このインクジェットヘッド５は、インクタンク３０との間でインクを循環させる循環式（縦循環式）のインクジェットヘッドを採用している。

インクジェットヘッド５は、ベース部材４１と、チップモジュール６０と、ノズルプレート４４と、を備えている。チップモジュール６０は、ヘッドチップ４２と、入口流路部材７０と、出口流路部材７１と、を有している。

チップモジュール６０のヘッドチップ４２は、アクチュエータプレート５１と、入口カバープレート５２Ａと、出口カバープレート５２Ｂと、帰還プレート５３と、を有している。

図４は、ヘッドチップ３２の一部（アクチュエータプレート５１）の部分断面斜視図である。
アクチュエータプレート５１における＋Ｙ方向端面には、複数の吐出チャネル５５と非吐出チャネル５６とがＸ方向に間隔をあけて交互に形成されている。吐出チャネル５５と非吐出チャネル５６は、それぞれＺ方向に沿って直線状に形成されている。隣接する吐出チャネル５５と非吐出チャネル５６の間は駆動壁５７によってＸ方向で仕切られている。アクチュエータプレート５１は、分極方向が厚さ方向に沿って一方向に設定された、いわゆるモノポール基板である。吐出チャネル５５と非吐出チャネル５６の内面（駆動壁５７）には、蒸着等により駆動用の電極４７が設けられている。

アクチュエータプレート５１の吐出チャネル５５は、駆動壁５７を間に挟む電極４７間に矩形状の電圧が印加されると、相互に対向する駆動壁５７が変形することによって容積を増減変化させる。このとき、吐出チャネル５５は、所定量のインクの充填と押し出しを行う。本実施形態においては、アクチュエータプレート５１の吐出チャネル５５が液圧変動室を構成している。なお、各吐出チャネル５５は、制御部からの駆動信号を受けて個別に作動制御される。

一方、アクチュエータプレート５１における−Ｙ方向端面には、循環路４０が形成されている。循環路４０は、アクチュエータプレート５１における−Ｙ方向端面から＋Ｙ方向に窪むとともに、アクチュエータプレート５１の−Ｚ方向端面から＋Ｚ方向の中途部まで延在している。循環路４０は、アクチュエータプレート５１上における各吐出チャネル５５の−Ｙ方向で隣接する位置に形成されている。

また、図３に示すように、入口カバープレート５２Ａは、アクチュエータプレート５１の＋Ｙ方向端面に接合されている。入口カバープレート５２Ａは、上述した吐出チャネル５５と非吐出チャネル５６を＋Ｙ方向から閉塞している。入口カバープレート５２Ａのうち、Ｙ方向から見て上述した各吐出チャネル５５の＋Ｚ方向端部と重なる位置には、入口流路部材７０からインクを吐出チャネル５５に導入するインク導入口６４がそれぞれ形成されている。入口流路部材７０には、前述した循環流路３１のインク供給管３１ａを通してインクタンク３０からインクが供給される

出口カバープレート５２Ｂは、アクチュエータプレート５１の−Ｙ方向端面に接合されている。出口カバープレート５２Ｂは、循環路４０を−Ｙ方向から閉塞している。出口カバープレート５２Ｂのうち、Ｙ方向から見て循環路４０の＋Ｚ方向端部と重なる位置には、循環路４０から出口流路部材７１側にインクを流出されるインク排出口６６が形成されている。出口流路部材７１に流出したインクは、前述した循環流路３１のインク排出管３１ｂを通してインクタンク３０に戻される。

帰還プレート５３は、アクチュエータプレート５１と入口カバープレート５２Ａと出口カバープレート５２Ｂの−Ｚ方向端面にまとめて接合されている。帰還プレート５３のうち、Ｚ方向から見て各吐出チャネル５５とそれに隣接する循環路４０とに重なる位置には長孔状の帰還路６５がそれぞれ形成されている。帰還路６５は、帰還プレート５３をＺ方向に貫通して形成されている。各帰還路６５は、各吐出チャネル５５とそれに隣接する循環路４０とをそれぞれ連通させている。

なお、各帰還路６５は、ノズルプレート４４と平行にＹ方向に沿って延在しており、吐出チャネル５５のインクの流出部からのインクの流出方向（Ｚ方向）と略直角に交差し、かつ、循環路４０の延在方向とも略直角に交差している。各帰還路６５は、ノズルプレート４４と平行に延在している。また、各帰還路６５の吐出チャネル５５と接続される上流側接続領域３５は、帰還路６５の＋Ｙ方向端部に設けられ、各帰還路６５の循環路４０と接続される下流側接続領域３６は、帰還路６５の−Ｙ方向端部に設けられている。なお、本明細書において、上流側接続領域３５とは、吐出チャネル５５の長手方向の延長部分と帰還路６５との重複する領域を意味し、下流側接続領域３６とは、循環路４０の長手方向の延長部分と帰還路６５との重複する領域を意味するものとする。

また、ノズルプレート４４は、ポリイミド樹脂等の樹脂材料によって平板状に形成され、帰還プレート５３とベース部材４１の−Ｚ端面にまとめて接合されている。ノズルプレート４４には、アクチュエータプレート５１の各吐出チャネル５５から流出したインクを外部に噴射させるための噴射孔７６が形成されている。噴射孔７６は、ノズルプレート４４をＺ方向に貫通して形成されている。

本実施形態に係るインクジェットヘッド５では、帰還路６５の流路断面積が延在方向に亘って一定となるように形成されており、ノズルプレート４４に形成される噴射孔７６は、帰還路６５上の上流側接続領域３５と下流側接続領域３６を除く領域、好ましくは、帰還路６５上の延在方向の中央領域（上流側接続領域３５と下流側接続領域３６の間の中央領域）に配置されている。噴射孔７６は、帰還路６５上の延在方向の中央位置に配置されることがより望ましい。

ところで、アクチュエータプレート５１の吐出チャネル５５の駆動壁５７の電極４７には、制御部が指定するパルス幅の矩形の電圧パルスが印加され、それによって吐出チャネル５５の容積が増減変化する。このとき、例えば、電圧パルスの立ち上がりによって吐出チャネル５５が拡張し、帰還路６５に向かうインクに第１の圧力波が生じる。また、その後の電圧パルスの立ち下がりによって吐出チャネル５５の拡張が停止し、帰還路６５に向かうインクに第２の圧力波が生じる。噴射孔７６では、第１の圧力波と第２の圧力波の合成波によってインクの噴射が行われる。
被記録媒体Ｐに対するインクの着弾を安定させるためには、第１の圧力波と第２の圧力波の共振点でインクの噴射を行うことが望ましい。つまり、同一電圧において、噴射孔７６でのインクの吐出速度が最大になるパルス幅でインクの噴射を行うことが望ましい。このため、吐出チャネル５５の電極には、上記の第１の圧力波と第２の圧力波の合成波が最大になるパルス幅の電圧パルスが印加されるようになっている。すなわち、吐出チャネル５５は、ピークパルス幅（吐出速度が最大になるパルス幅）の電圧パルスによって駆動される。

また、本出願人による実験の結果、帰還路６５上における噴射孔７６の位置と、ピークパルス幅との間には、以下の関係があることが判明した。
すなわち、帰還路６５の流路断面積が延在方向に亘って一定の場合、ピークパルス幅は、噴射孔７６が帰還路６５の延在方向の中央位置（帰還路６５のうちの、上流側接続領域３５と下流側接続領域３６の間の中間位置）にあるときに最大となり、噴射孔７６の位置が中央位置から前後どちらかにずれると、中央位置からのずれ量の増大に応じて漸減する。

図５は、噴射孔７６の位置とピークパルス幅の関係を調べた上記の実験を模式的に示した図である。
実験では、Ｘ方向に沿って吐出チャネル５５と非吐出チャネル５６が交互に並んで形成され、吐出チャネル５５のＹ方向で隣接する位置に循環路４０が形成されたヘッドチップ４２と、ヘッドチップ４２の各吐出チャネル５５に対応する噴射孔７６がＹ方向の中央に形成されたノズルプレート４４とを用いた。図５では省略されているが、ヘッドチップ４２の−Ｚ方向端面には、各吐出チャネル５５とそれに隣接する循環路４０を接続する帰還プレート５３が接合されている。図５においては、帰還プレート５３の帰還路６５のみが示されている。したがって、各吐出チャネル５５とそれに隣接する循環路４０とは、帰還プレート５３の各帰還路６５によって接続されている。

本実験においては、ノズルプレート４４をヘッドチップ４２に対してＸ−Ｙ平面内で傾斜させ、それによって各帰還路６５上の噴射孔７６の位置が−Ｘ側から＋Ｘ側に向かって次第にずれるように設定した。そして、ノズルプレート４４をこのようにずらした状態において、各噴射孔７６でのピークパルス幅を調べた。

図６は、上記の実験結果を示したグラフである。図６のグラフにおいて、横軸は噴射孔７６の位置を示し、縦軸は各位置でのピークパルス幅を示している。
上記の実験の結果、図６に示すように、噴射孔７６が帰還路６５の延在方向のほぼ中央位置Ｃにあるときに、ピークパルス幅が最大になり、噴射孔７６の位置が帰還路６５の中央位置Ｃから−Ｙ側（循環路４０側）と＋Ｙ側（吐出チャネル５５側）のどちらにずれても、ピークパルス幅がそのずれ量に応じて漸減することが判明した。

図７は、吐出チャネル５５の駆動壁５７の電極４７に印加する電圧のパルス幅と吐出速度の関係を示すグラフである。図７において、Ａは、噴射孔７６を帰還路６５の中央位置Ｃに配置したときの電圧のパルス幅と吐出速度の関係を示し、Ｂは、噴射孔７６を帰還路６５の中央位置Ｃから大きく離間した位置に配置したときの電圧のパルス幅と吐出速度の関係を示している。
図７におけるＰ１は、噴射孔７６を帰還路６５の中央位置Ｃに配置したときのピークパルス幅とそのときの吐出速度を示し、Ｐ２は、噴射孔７６を帰還路６５の中央位置Ｃから離間させて配置したときのピークパルス幅とそのときの吐出速度を示している。図６のグラフのデータ取得においては、図７に示すように、噴射孔７６の各位置において、電圧パルスのパルス幅とそのときの吐出速度を調べ、吐出速度が最大となるパルス幅をピークパルス幅として求めている。

本実施形態に係るインクジェットヘッド５の場合、噴射孔７６が帰還路６５の延在方向の中央領域に配置されているため、噴射孔７６の配置位置に応じたピークパルス幅で吐出チャネル５５を駆動すると、噴射孔７６から被記録媒体Ｐに対して安定してインクを着弾させることができる。

ただし、インクジェットヘッド５の実際の製造に際して噴射孔７６の位置等には誤差があるため、設計上の噴射孔７６の孔位置に対してある程度の誤差が生じる。しかし、本実施形態に係るインクジェットヘッド５においては、噴射孔７６が帰還路６５の延在方向の中央領域に配置されていることから、製造誤差等によって噴射孔７６の位置が設計位置から微妙にずれることがあっても、その位置ずれに伴う吐出速度の上限誤差と下限誤差の幅を狭めることができる。すなわち、本実施形態に係るインクジェットヘッド５では、図６のグラフのピークパルス幅の山の頂部付近となる位置を噴射孔位置としているため、図６のグラフのピークパルス幅の山の上り勾配部や下り勾配部の中途部となる位置を噴射孔位置とした場合に比較して、位置ずれに伴う吐出速度の上限誤差と下限誤差の幅を半分程度に抑えることができる。したがって、このインクジェトヘッドにおいては、製品毎の吐出速度のバラつきを少なくすることができる。

以上のように、本実施形態に係るインクジェットヘッド５においては、ノズルプレート４４の噴射孔７６が、帰還路６５のうちの、吐出チャネル５５（圧力変動室）と接続される上流側接続領域３５と、循環路４０と接続される下流側接続領域３６を除く領域に配置されている。帰還路６５上の上流側接続領域３５と下流側接続領域３６を除く領域では、還流するインクの流れがスムーズであるため、この部分に設けられている噴射孔７６の周囲には異物や気泡が滞留しにくい。したがって、本実施形態に係るインクジェットヘッド５においては、噴射孔７６の周囲での異物や気泡の滞留をより少なくでき、インクを噴射孔７６から安定して噴射させることができる。

本実施形態のように、帰還路６５が、吐出チャネル５５からのインクの流出方向と循環路４０の延在方向に対して略直角になり、かつ、ノズルプレート４４と平行になるよう構成されている場合には、帰還路６５上の上流側接続領域３５と下流側接続領域３６には異物や気泡が滞留し易くなる。しかし、本実施形態に係るインクジェットヘッド５においては、帰還路６５上の上流側接続領域３５と下流側接続領域３６を除く領域に噴射孔７６が配置されているため、滞留した異物や気泡がインクの噴射の妨げになるのを特に有効に防止することができる。

また、本実施形態に係るインクジェットヘッド５においては、帰還路６５のうちの、上流側接続領域３５と下流側接続領域３６の間の中央領域に噴射孔７６が配置されている。このため、帰還路６５内のうちでも、循環路４０に向かうインクの流れが最もスムーズになる領域に噴射孔７６が配置されることになるため、噴射孔７６の周囲に異物や気泡が滞留するのより有効に抑制することができる。

さらに、本実施形態に係るインクジェットヘッド５は、ノズルプレート４４の噴射孔７６が、帰還路６５上の上流側接続領域３５と下流側接続領域３６の間の中央領域、より望ましくは中央位置に配置されていることから、上述のように製造誤差等によって噴射孔７６の位置が設計位置から微妙にずれることがあっても、その位置ずれに伴う吐出速度の上限誤差と下限誤差の幅を狭めることができる。したがって、本実施形態に係るインクジェットヘッド５を採用した場合には、製品毎の吐出速度のバラつきを少なくすることができる。

ところで、上述した実施形態では、帰還路６５の流路断面積が延在方向の全域で一定である条件下で、ノズルプレート４４の噴射孔７６が、帰還路６５上の上流側接続領域３５と下流側接続領域３６の間の中央領域に配置されている。
しかし、噴射孔７６が、帰還路６５のうちの、上流側接続領域３５から噴射孔７６までの流路圧力損失と下流側接続領域３６から噴射孔７６までの流路圧力損失とがほぼ等しい領域に配置されるようにすれば、帰還路６５の流路断面積が必ずも一定でなくても、製造誤差等による噴射孔７６の微妙な位置ずれによる吐出速度のバラつきを同様に少なくすることができる。

ここで、流路圧力損失ΔＰは、以下の式（１）によって表すことができる。
ΔＰ＝λ・ｌ・ρ・ｕ²／２ｄ …（１）
λ：管摩擦係数、ｌ：配管長さ、ρ：流体密度、ｕ：平均流速、ｄ配管直径
今、帰還路６５の上流側の流路圧力損失をΔＰ₁、帰還路６５の下流側の流路圧力損失をΔＰ₂とすると、ノズルプレート４４の噴射孔７６は、ほぼΔＰ₁＝ΔＰ₂となる帰還路６５上の位置に配置されていれば良い。

図８は、噴射孔７６が帰還路６５内でΔＰ₁＝ΔＰ₂となる位置Ｌに配置されているときの第１の圧力波の反射の様子を示す図であり、図９は、噴射孔７６が帰還路６５内でΔＰ₁＝ΔＰ₂となる位置Ｌから大きく外れた位置に配置されているときの第１の圧力波の反射の様子を示す図である。
吐出チャネル５５では、上述のように電圧パルスの立ち上がりによる吐出チャネル５５の拡張によって第１の圧力波が生じ、その後の電圧パルスの立ち下がりによる吐出チャネル５５の拡張停止によって第２の圧力波が生じる。そして、噴射孔７６では第１の圧力波と第２の圧力波の共振によって噴射孔７６からの噴射が行われる。

噴射孔７６が、図８に示すように、ΔＰ₁＝ΔＰ₂となる位置Ｌに配置されているときには、下流方向に進行する第１の圧力波の反射波ｗ１と、上流方向に進行しようとする第１の圧力波の反射波ｗ２が同速度で噴射孔７６に到達し、これらが第２の圧力波と共振してインクが噴射孔７６から噴射される。
これに対し、噴射孔７６が、図９に示すように、ΔＰ₁＝ΔＰ₂となる位置Ｌから、例えば、上流側に外れた位置に配置されているときには、噴射孔７６に先に到達する第１の圧力波の反射波ｗ１が第２の圧力波と共振してインクが噴射孔７６から噴射される。

したがって、ピークパルス幅はΔＰ₁＝ΔＰ₂となる位置で最大となり、ΔＰ₁＝ΔＰ₂となる位置からずれると、そのずれ量に応じて漸減することになる。
よって、この場合も、帰還路６５上の、上流側接続領域３５からの流路圧力損失と下流側接続領域３６からの流路圧力損失とがほぼ等しい領域に噴射孔７６を配置することにより、製造誤差等による噴射孔７６の微妙な位置ずれによる吐出速度のバラつきを少なくすることができる。

なお、この発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の設計変更が可能である。

１…インクジェットプリンタ（流体噴射記録装置）
５…インクジェットヘッド（液体噴射ヘッド）
３５…上流側接続領域
３６…下流側接続領域
４０…循環路
４４…ノズルプレート（噴射孔プレート）
５５…吐出チャネル（圧力変動室）
６５…帰還路
７６…噴射孔

Claims (5)

1. 内部に収容されている液体に圧力変動を付与する圧力変動室と、
   上流側が前記圧力変動室の流出部に連通し、前記流出部からの液体の流出方向と交差する方向に延在する帰還路と、
   前記帰還路の下流側に連通し、前記帰還路と交差する方向に延在して、液体を前記圧力変動室の上流側に戻す循環路と、
   前記圧力変動室から流出した液体を外部に噴射する噴射孔と、を備え、
   前記噴射孔は、前記帰還路のうちの、前記圧力変動室の前記流出部に接続される上流側接続領域と、前記循環路に接続される下流側接続領域を除く領域に配置されていることを特徴とする液体噴射ヘッド。
2. 前記噴射孔は、前記帰還路のうちの、前記上流側接続領域と前記下流側接続領域の間の中央領域に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の液体噴射ヘッド。
3. 前記噴射孔は、前記帰還路のうちの、前記上流側接続領域から前記噴射孔までの流路圧力損失と前記下流側接続領域から前記噴射孔までの流路圧力損失とがほぼ等しい領域に配置されていることを特徴とする請求項１または２に記載の液体噴射ヘッド。
4. 前記噴射孔を有する噴射孔プレートを備え、
   前記帰還路は、前記圧力変動室から前記帰還路への液体の流入方向と、前記帰還路から前記循環路への流出方向と、に対して略直角な方向に延在し、かつ、前記噴射孔プレートと平行に延在していることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の液体噴射ヘッド。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載の液体噴射ヘッドを備えていることを特徴とする液体噴射記録装置。

Images