液体噴射ヘッド及び液体噴射装置

【課題】単体のノズル開口を対象として圧力室からインクを押し出すことを可能にする。
【解決手段】インクの排出の対象となる第１圧力発生室２５（ノズル開口３２）に対応し
た第２圧力発生室２６の第２圧電素子３５に個別に駆動信号を印加して第２圧力発生室２
６の圧力を高くし、第１逆止弁５４を介してインクの排出の対象となる第１圧力発生室２
５だけにインク（空気）を送る。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ノズル開口から液体を噴射する液体噴射ヘッド及び液体噴射装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
液滴を噴射する液体噴射ヘッドの代表例であるインクジェット式記録ヘッドとして、例
えば、圧力室が形成された流路形成基板と、流路形成基板の一方面側に設けられる圧電素
子と、流路形成基板の他方面に設けられインク滴を吐出するノズル開口を有するノズル開
口プレートとを備えたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。インクジェット
式記録ヘッドを備えた記録装置（液体噴射装置）では、ノズル開口プレートのノズル開口
の保護やインク流路のクリーニングのために、印刷時以外はゴム製のキャップがノズル開
口プレートに押し付けられてノズル開口が覆われるようにされている。
【０００３】
ノズル開口プレートには複数のノズル開口が設けられ、各ノズル開口に対応して圧力室
及び圧電素子が備えられている。そして、各圧力室には共通のリザーバーからインクが供
給されるようになっている。インク流路のクリーニングを行う場合、複数のノズル開口を
一斉に吸引し、劣化したインクやノズル開口に付着したインク等を排出するようになって
いる。また、上流のリザーバー側から各圧力室に圧力を加え、複数のノズル開口から一斉
に加圧流体を噴射して劣化したインクやノズル開口に付着したインク等を排出するように
なっている。
【０００４】
従来のインクジェット式記録ヘッドを備えた記録装置では、インク流路のクリーニング
を行う場合、複数のノズル開口からインクを吸引（吐出）するので、劣化していないイン
クも全て廃インクとして処理されることになる。このため、無駄にインクを消費すること
になっていた。
【０００５】
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、インク以外の液体を吐出
する液体噴射ヘッドにおいても同様に存在する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００６−２１５０３号公報（図１、図２）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は上記状況に鑑みてなされたもので、ノズル開口単体で圧力室から流体を押し出
すことができると共にノズル開口単体で圧力室に流体を充填することができる液体噴射ヘ
ッド及び液体噴射装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するための本発明の液体噴射ヘッドは、ノズル開口に連通する第１圧力
室と、前記第１圧力室の上流側に設けられた第２圧力室と、前記第１圧力室と前記第２圧
力室の間に設けられ、前記第２圧力室から前記第１圧力室への流体の流れだけを許容する
第１逆止弁と、前記第２圧力室の上流側に設けられ、前記上流側からの前記第２圧力室へ
の流体の流れだけを許容する第２逆止弁と、前記第１圧力室に対応して設けられ、前記第
１圧力室に圧力変動を与えて前記ノズル開口から流体を吐出させる第１圧力発生手段と、
前記第２圧力室に対応して設けられ、前記第１圧力室に圧力変動を与えて前記第１圧力室
に流体を送る第２圧力発生手段とを備えたことを特徴とする。
これにより、通常時には、第１圧力発生手段で第１圧力室に圧力変動を与えて（もしく
は、第２圧力発生手段で第２圧力室に圧力変動を与える動作を加えて）、ノズル開口から
流体を吐出させ、クリーニングを行う時、及び、第１圧力室にインクを充填する時には、
第２圧力発生手段で第２圧力室に圧力変動を与え、第２逆止弁で上流側への流体の流通を
阻止した状態で、第２圧力室の流体（空気を含む）を第１圧力室に送る。このため、ノズ
ル開口単体で圧力室から流体を押し出すことが可能になると共にノズル開口単体で圧力室
に流体を充填することが可能になり、無駄な流体の消費を抑制することが可能になると共
に専用の動力を備えることなく流体の初期充填が可能になる。
【０００９】
第１圧力室及び第２圧力室を備えた液体噴射ヘッドとして、
特開平１−１６９６５０号公報
特開２００１−３５３８７２号公報
特開２００９−２２６９２９号公報
等に開示された技術が知られている。これらの技術は、第１圧力室及び第２圧力室を備え
、駆動周波数を高く維持してインク滴を吐出することができるように制御する技術である
。このため、逆止弁を備えて第１圧力室側だけに流体を送る思想は存在しない技術であり
、本願発明とは分野の異なる技術であるといえる。
【００１０】
また、本発明の液体噴射ヘッドは、前記ノズル開口が複数備えられ、前記第１圧力室及
び前記第２圧力室が前記複数の前記ノズル開口毎に備えられ、前記第２圧力室の上流側は
、前記複数の前記ノズル開口から吐出する流体のリザーバーであり、前記第２圧力発生手
段が個別に駆動されることで、前記第２圧力室から前記第１圧力室に個別に前記流体が送
られることを特徴とする。
これにより、リザーバー側が負圧になっていても、ノズル開口単体で第１圧力室から流
体を押し出すことができると共にノズル開口単体で第１圧力室に流体を充填することがで
きる。
【００１１】
また、本発明の液体噴射ヘッドは、前記第２圧力室から前記第１圧力室に個別に前記流
体が送られることで前記ノズル開口から個別に前記流体を吐出させることを特徴とする。
また、本発明の液体噴射ヘッドは、前記第２圧力室から前記第１圧力室に個別に前記流体
が送られることで前記第１圧力室に流体を充填することを特徴とする。
これにより、ノズル開口単体で第２圧力室から第１圧力室に個別に流体が送られて第１
圧力室から流体を押し出すことでインク流路のクリーニングを行い、ノズル開口単体で第
２圧力室から第１圧力室に個別に流体（空気を含む）が送られることで第１圧力室に流体
を充填する。
【００１２】
上記目的を達成するための本発明の液体噴射装置は上記液体噴射ヘッドと、前記液体噴
射ヘッドの前記第２圧力室の上流側に流体を供給する流体源とを備えたことを特徴とする
。これにより、ノズル開口単体で圧力室から流体を押し出すことができると共にノズル開
口単体で圧力室に流体を充填することができる液体噴射ヘッドを備えた液体噴射装置とす
ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】インクジェット式記録装置の概略構成図である。
【図２】インク噴射ヘッドの分解斜視図である。
【図３】インク噴射ヘッドの断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
図１には本発明の一実施例に係るインクジェット式記録装置の全体構成、図２にはイン
ク噴射ヘッドの概略構成を示す分解斜視、図３にはインク噴射ヘッドの概略構成を示す断
面を示してある。
【００１５】
図１に基づいてインクジェット式記録装置を説明する。
【００１６】
図に示すように、液体噴射装置としてのインクジェット式記録装置１は、インクカート
リッジ２が搭載されるキャリッジ３やキャリッジ３に取り付けられた液体噴射ヘッドとし
てのインク噴射ヘッド５を有している。キャリッジ３はタイミングベルト６を介してステ
ッピングモーター７に接続され、ガイドバー８に案内されて記録紙９の紙幅方向（主走査
方向）に往復移動するようになっている。キャリッジ３は上部に開放する箱型をなし、記
録紙９と対面する面（下面）にインク噴射ヘッド５のノズル開口面が露呈するよう取り付
けられると共に、インクカートリッジ２が収容されるようになっている。
【００１７】
インク噴射ヘッド５はキャリッジ３を移動し、インク噴射ヘッド５にはインクカートリ
ッジ２から液体としてインクが供給され、キャリッジ３を移動させながら記録紙９の上面
にインク滴を吐出させて記録紙９に画像や文字をドットマトリックスにより印刷するよう
になっている（インクを噴射する位置）。
【００１８】
図１中の符号で、１０は印刷休止中にインク噴射ヘッド５のノズル開口を封止すること
によりノズル開口の乾燥を防止すると共にインク噴射ヘッド５のノズル開口面に負圧を作
用させてクリーニング動作をするキャップであり、１１はインク噴射ヘッド５のノズル開
口面をワイピングするワイパーブレードであり、１２はクリーニング動作で吸引した廃イ
ンクを貯留する廃インク貯留部であり、１３はインクジェット式記録装置１の動作を制御
する制御装置である。
【００１９】
図２、図３に基づいてインク噴射ヘッドを説明する。
【００２０】
インク噴射ヘッド５を構成する、例えば、シリコン製の流路形成基板２１の一方の面に
は弾性膜２２が備えられ、流路形成基板２１には、複数の隔壁２３と仕切り壁２４によっ
て区画された第１圧力室としての第１圧力発生室２５及び第２圧力室としての第２圧力発
生室２６が並設されている。流路形成基板２１の一端側には上流側仕切り壁２７が設けら
れ、上流側仕切り壁２７により、第１圧力発生室２５及び第２圧力発生室２６の共通のイ
ンク室となる連通部２８が形成されている。
【００２１】
流路形成基板２１の開口面側（図中下面側）には、ノズル開口プレート３１が接着剤や
熱溶着フィルム等によって固着されている。ノズル開口プレート３１には第１圧力発生室
２５に連通するノズル開口３２が穿設されている。ノズル開口プレート３１は、例えば、
ガラスセラミックス、シリコン単結晶基板、ステンレス鋼などで形成される。
【００２２】
流路形成基板２１の開口面とは反対側には、上述したように弾性膜２２が形成され、第
１圧力発生室２５に対応する弾性膜２２の上には、下電極膜、圧電体層、上電極膜で構成
される第１圧力発生手段としての第１圧電素子３４が設けられている。また、第２圧力発
生室２６に対応する弾性膜２２の上には、下電極膜、圧電体層、上電極膜で構成される第
２圧力発生手段としての第２圧電素子３５が設けられている。
【００２３】
尚、圧力発生手段として圧電素子を適用した例を挙げて説明したが、圧力発生手段とし
ては、薄膜を積層した圧電素子やバルク状態の圧電素子、発熱素子、圧電材料と電極板部
材とを積層した縦振動形の圧電素子等、種々の振動素子を適用することが可能である。
【００２４】
第１圧電素子３４には電極３６が設けられ、第２圧電素子３５には個別電極３７が設け
られ、図示しない駆動ＩＣ等に接続されている。第１圧電素子３４に駆動信号が印加され
ることにより弾性膜２２を介して第１圧力発生室２５に圧力変動が生じる。第２圧電素子
３５に駆動信号が印加されることにより弾性膜２２を介して第２圧力発生室２６に圧力変
動が生じる。電極３６は全ての第１圧電素子３４に対して共通の電極でもよいし、第１圧
電素子３４毎の個別電極でもよい。
【００２５】
流路形成基板２１の上には保護基板３８が接合され、保護基板３８には第１圧電素子３
４及び第２圧電素子３５を保護するための圧電素子保護部３９が設けられている。第１圧
電素子３４及び第２圧電素子３５は圧電素子保護部３９の内部に配され、外部環境の影響
を受けにくい状態で保護されている。また、保護基板３８には連通部２８に連通するリザ
ーバー４０が設けられている。リザーバー４０の上部は封止膜３０で封止されている。保
護基板３８の材料としては、例えば、ガラス、セラミックス材料、金属、樹脂等が挙げら
れるが、流路形成基板２１の熱膨張率と略同一の材料で形成されていることが好ましい。
【００２６】
ノズル開口プレート３１は、上プレート４１及び下プレート４２が接合されて形成され
、ノズル開口３２が上プレート４１及び下プレート４２にわたり形成されている。仕切り
壁２４に対応する部位の下プレート４２には第１流路凹部４３が形成され、第１流路凹部
４３の前後における上プレート４１には第１流出口４４及び第１流入口４５が形成されて
いる。第２仕切り壁２７に対応する部位の下プレート４２には第２流路凹部４６が形成さ
れ、第２流路凹部４６の前後における上プレート４１には第２流出口４７及び第２流入口
４８が形成されている。
【００２７】
仕切り壁２４に対応する部位のノズル開口プレート３１に、第１圧力発生室２５と第２
圧力発生室２６を連通する第１流路５１が形成される。また、第２仕切り壁２７に対応す
る部位のノズル開口プレート３１に、第２圧力発生室２６と連通部２８（上流側）を連通
する第２流路５２が形成されている。
【００２８】
第１流路５１の第１流出口４４には第１逆止弁５４が設けられ、第１逆止弁５４は第２
圧力発生室２６から第１圧力発生室２５側へのインクの流通が許容される。第２流路５２
の第２流出口４７には第２逆止弁５５が設けられ、第２逆止弁５５は連通部２８（上流側
）から第２圧力発生室２６側へのインクの流通が許容される。
【００２９】
第１逆止弁５４及び第２逆止弁５５は薄膜により形成され、第１逆止弁５４を構成する
薄膜が仕切り壁２４と上プレート４１の間に接合され、第２逆止弁５５を構成する薄膜が
第２仕切り壁２７と上プレート４１の間に接合されている。尚、第１逆止弁５４及び第２
逆止弁５５としては、ボールやフロート材等の弁体を備えた逆止弁を適用することも可能
である。
【００３０】
上述したインク噴射ヘッド５を備えたインクジェット式記録装置１で通常の印刷を行う
場合、第１圧電素子３４に駆動信号を印加することにより第１圧力発生室２５に圧力変動
を与え、連通部２８から第２圧力発生室２６を通して第１圧力発生室２５にインクを送る
と共に第１圧力発生室２５内のインクをノズル開口３２から吐出させる。もしくは、第２
圧電素子３５にも駆動信号を印加して第２圧力発生室２６に圧力変動を与えると共に、第
１圧力発生室２５に圧力変動を与え、連通部２８から第２圧力発生室２６にインクを送り
、第２圧力発生室２６内のインクを第１圧力発生室２５に送ると共に第１圧力発生室２５
内のインクをノズル開口３２から吐出させる。
【００３１】
第１圧力発生室２５に残留する劣化したインクを排出したり、ノズル開口３２に付着し
たインクを排出する場合、インクの排出の対象となる第１圧力発生室２５（ノズル開口３
２）に対応した第２圧力発生室２６の第２圧電素子３５に個別に駆動信号を印加して第２
圧力発生室２６の圧力を高くする。第２圧力発生室２６の流体は第２逆止弁５５により連
通部２８側への移動が阻止され、第１逆止弁５４を介してインクの排出の対象となる第１
圧力発生室２５だけに送られる。これにより、一つの第１圧力発生室２５内のインクが個
別にノズル開口３２から押し出され、劣化したインクやノズル開口３２に付着したインク
が排出される。
【００３２】
従って、単体のノズル開口３２を対象として第１圧力発生室２５からインクを押し出す
ことが可能になりクリーニング時に全ての第１圧力発生室２５からインクを押し出す必要
がなくなり、無駄なインクの消費を抑制してクリーニングを行うことができる。また、ク
リーニングのための動力を別途備える必要がない。
【００３３】
そして、第２逆止弁５５で連通部２８側へのインク（流体）の流通を阻止した状態で、
第２圧力発生室２６のインク（空気を含む）を第１圧力発生室２５に送ることができるの
で、専用の動力を備えることなく、第２圧力発生室２６の圧力変動によりインクの初期充
填を行うことができる。
【００３４】
尚、上述した実施形態においては、液体噴射ヘッドの一例としてインクジェット式記録
ヘッドを挙げて説明したが、本発明は、広く液体噴射ヘッド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。
【符号の説明】
【００３５】
１インクジェット式記録装置、２インクカートリッジ、５インク噴射ヘッド
、２１流路形成基板、２２弾性膜、２３隔壁、２４仕切り壁、２５
第１圧力発生室、２６第２圧力発生室、２７第２仕切り壁、２８連通部、
３０封止膜、３１ノズル開口プレート、３２ノズル開口、３４第１圧電素
子、３５第２圧電素子、３６電極、３７個別電極、３８保護基板、３
９圧電素子保護部、４０リザーバー、４１上プレート、４２下プレート、
４３第１流路凹部、４４第１流出口、４５第１流入口、４６第２流路凹
部、４７第２流出口、４８第２流入口、５１第１流路、５２第２流路、
５４第１逆止弁、５５第２逆止弁

【特許請求の範囲】
【請求項１】
ノズル開口に連通する第１圧力室と、
前記第１圧力室の上流側に設けられた第２圧力室と、
前記第１圧力室と前記第２圧力室の間に設けられ、前記第２圧力室から前記第１圧力室
への流体の流れだけを許容する第１逆止弁と、
前記第２圧力室の上流側に設けられ、前記上流側からの前記第２圧力室への流体の流れ
だけを許容する第２逆止弁と、
前記第１圧力室に対応して設けられ、前記第１圧力室に圧力変動を与えて前記ノズル開
口から流体を吐出させる第１圧力発生手段と、
前記第２圧力室に対応して設けられ、前記第１圧力室に圧力変動を与えて前記第１圧力
室に流体を送る第２圧力発生手段とを備えた
ことを特徴とする液体噴射ヘッド。
【請求項２】
請求項１に記載の液体噴射ヘッドにおいて、
前記ノズル開口が複数備えられ、前記第１圧力室及び前記第２圧力室が前記複数の前記
ノズル開口毎に備えられ、
前記第２圧力室の上流側は、前記複数の前記ノズル開口から吐出する流体のリザーバー
であり、
前記第２圧力発生手段が個別に駆動されることで、前記第２圧力室から前記第１圧力室
に個別に前記流体が送られる
ことを特徴とする液体噴射ヘッド。
【請求項３】
請求項２に記載の液体噴射ヘッドにおいて、
前記第２圧力室から前記第１圧力室に個別に前記流体が送られることで前記ノズル開口
から個別に前記流体を吐出させる
ことを特徴とする液体噴射ヘッド。
【請求項４】
請求項２もしくは請求項３に記載の液体噴射ヘッドにおいて、
前記第２圧力室から前記第１圧力室に個別に前記流体が送られることで前記第１圧力室
に流体を充填する
ことを特徴とする液体噴射ヘッド。
【請求項５】
請求項１から請求項４に記載の液体噴射ヘッドと、
前記液体噴射ヘッドの前記第２圧力室の上流側に流体を供給する流体源とを備えた
ことを特徴とする液体噴射装置。

【図１】