JP2004122463A - インクジェット記録ヘッド - Google Patents

Abstract

【課題】液体供給路に接続されたバッファ室を良好に洗浄することができるインクジェット記録ヘッドを提供する。
【解決手段】インクジェット記録ヘッドは、インクを吐出する吐出部を有する記録ヘッドユニット５と、記録ヘッドユニット５で吐出するインクを収容するインクタンク７が装着されるタンクホルダユニット４と、インクタンク７に収容されたインクを記録ヘッドユニット５に供給するために、タンクホルダユニット４に接合された流路形成部材１との間に形成された液体供給路８とを備えている。液体供給路８には気体を内在するバッファ室２０が接続されており、そのバッファ室２０には開口部１ｅが設けられている。開口部１ｅは、記録ヘッドユニット５と流路形成部材１とを接合して記録ヘッドユニット５とタンクホルダユニット４とを結合させることによって閉じられるように構成されている。
【選択図】　図４

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、紙や布などの記録媒体に対してインクを吐出させて記録を行うインクジェット記録ヘッドに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、プリンタ、複写機、ファクシミリ等の記録装置は、画像情報に基づき被記録材上にドットパターンからなる画像を記録していくよう構成されている。この記録装置は、その記録方式により、インクジェット方式、ワイヤドット式、サーマル式、レーザービーム式等に分けることができ、そのうちインクジェット式は、インク液路にインクを吐出させるために利用される吐出エネルギーを発生するエネルギー変換手段を有し、インクをインク供給口から液室を介して上記液路に導き、ここでインクにエネルギー変換手段から与えられた吐出エネルギーによりインクを飛翔液滴として被記録材に向けて飛翔させ、その着弾により記録が行われるよう構成されているインクジェット記録ヘッドを備えている。
【０００３】
中でも、熱エネルギーを利用してインクを吐出するインクジェット記録ヘッドは、記録用のインク滴を吐出して飛翔液滴を形成するためのインク吐出口を高密度に配列することが可能であるほか、全体的にコンパクト化も容易であること等の利点があるため実用化されている。また、近年においては高速記録の要求から、インクジェット記録ヘッドに配列されるノズル数も多くなってきている。
【０００４】
しかしながら、インクジェット方式の記録ヘッドでは流体であるインクを取り扱うために、インクの振動によりメニスカスの振動を大きく乱し、画像品位の劣化を発生させることがある。特に高密度に多くのノズルが配列されたインクジェット記録ヘッドにおいては単位時間あたりのインク流量が多く、吐出が停止された時のタンク系のインクが前方へ移動しようとする慣性力も大きくなり、この慣性力によりノズルに正圧がかかりメニスカスが飛び出した状態になる。このときに次の記録信号が印加されると、小さなインク滴が飛び散り、いわゆるスプラッシュ状に記録が行われてしまう。
【０００５】
図７は、例えば気体を内在するバッファ室を持たない従来のインクジェット記録ヘッドで所定の吐出をしたときの吐出パルスに対するインク流路内の圧力振動波形を示した図であり、図８は図７中のＡ区間（吐出開始前）、Ｂ区間（吐出動作中）、Ｃ区間（吐出停止直後）におけるインク吐出口付近のメニスカスの様子を示す断面図である。
【０００６】
図７に示すように、吐出停止直後は流路内の圧力振動振幅ａが大きく正圧になっており、この振動が次の吐出時のメニスカスの振動を乱すことになる。さらに詳しく説明すると、図７中のＡ期間では図８（Ａ）に示すように安定したメニスカスＭを形成しており、この状態で発熱体５３を駆動してＢ期間のように吐出動作を行うと、図８（Ｂ）のように良好な液滴５０を生じる。そして吐出を停止した直後のＣ期間に入ると、吐出口５１に向けて移動するインクの慣性により流路５２内の圧力が大きく正圧となり、図８（Ｃ）に示すようにメニスカスＭが吐出口形成面に盛り上がった状態で形成され、最悪の場合は吐出口５１からインクが垂れ落ちる。このような現象を解決する方策として、インクタンクから記録ヘッドへ至るインク供給路中に設けられるフィルタの径やインク流路の断面積を適宜変更することで流抵抗の調整を行い、メニスカス振動を安定させることも行われている。
【０００７】
メニスカス振動を安定させるための別の方策として、特許文献１に開示されているように、記録ヘッド内の共通液室にバッファ室を設け、この中に気泡を持たせることで圧力振動を吸収する技術が知られている。これは、記録ヘッド内のインクの圧力振動を抑える手段として有効であり、多くのインクジェット記録ヘッドにおいて採用されている。
【０００８】
【特許文献１】
特開平６−２１０８７２号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図７および図８に示したような従来のインクジェット記録ヘッドにおいて、メニスカス振動を安定させるために流抵抗の調整を行う場合には、流抵抗を大きく設定するとインク流路内へのインク供給（リフィル）が間に合わなくなり吐出時に充分な吐出量が得られず濃度不足を起こすおそれがある一方、流抵抗を小さく設定するとインク供給は間に合うがメニスカス振動の振幅を抑えることができない。そのため、流抵抗の調整を行うにしても、その設計範囲はかなり限定される。
【００１０】
また、特許文献１に開示されているように、記録ヘッド内の共通液室にバッファ室を設け、この中に気泡を持たせることで圧力振動を吸収する構成では、共通液室にバッファ室を設けるために、そのバッファ容積や形状にほとんど自由度がなくなってしまう。また、バッファ室の形状は、バッファ室内の気体がインクと置換されることを防ぐために閉塞空間とすることで、液体が入りにくい形状にする必要性がある。この場合には、バッファ室を設けた部品を洗浄する際にバッファ室内の洗浄が充分に行えなかったり、洗浄後の乾燥に長い時間を要したりする問題が生じる。洗浄が不十分であると、バッファ室に残った塵等が記録ヘッドのインク流路内に詰まり、記録不良を引き起こすおそれがある。
【００１１】
本発明は上述の課題を解決すべくなされたものであり、液体を吐出することで液体供給路内の液体に発生する振動を良好に抑えるために液体供給路に接続されたバッファ室を良好に洗浄することができるインクジェット記録ヘッドを提供することを目的としている。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明のインクジェット記録ヘッドは、記録のために１又は複数種の液体を吐出する１つ又は複数の吐出部を有する記録ヘッドユニットと、該記録ヘッドユニットで吐出する１又は複数種の液体を収容する１つ又は複数のタンクが装着されるタンクホルダユニットと、該タンクホルダユニットに装着された前記タンクに収容された前記液体を前記記録ヘッドユニットに供給するために前記タンクホルダユニットに形成された液体供給路とを備えたインクジェット記録ヘッドにおいて、前記液体供給路には気体を内在するバッファ室が接続され、該バッファ室には開口部が設けられており、該開口部は、前記記録ヘッドユニットと前記タンクホルダユニットとを結合させることによって閉じられるように構成されていることを特徴とする。
【００１３】
上記本発明のように構成されたインクジェット記録ヘッドによれば、バッファ室に設けられた開口部を通して洗浄水を流すことで、バッファ室を容易にかつ確実に洗浄することができる。そのため、記録ヘッドの製造工程中にバッファ室内に生じうる異物を洗い流すことが可能であり、そのような異物がバッファ室から液体供給路を通って記録ヘッドの吐出部まで移動し、吐出部を詰まらせて液体の吐出不良を引き起こすことが防止される。また、バッファ室の開口部は記録ヘッドユニットとタンクホルダユニットとを結合させることによって閉じることができるので、開口部を閉じるために特別な追加工程を施す必要はない。
【００１４】
記録ヘッドユニットとタンクホルダユニットとを結合することにより開口部が閉じて密閉され、液体供給路内にバッファ室が形成されるため、液体を吐出することで液体供給路内の液体に発生する振動を良好に抑えることが可能となる。そのため、本発明のインクジェット記録ヘッドによれば、安定した吐出状態を保ち、高品位な記録画像を得ることが可能である。
【００１５】
また、前記開口部は、前記液体供給路と前記記録ヘッドユニットとを連通させるために設けられる弾性体部材によって閉じられるように構成されていてもよい。
【００１６】
さらに、前記液体供給路および前記バッファ室は、前記タンクホルダユニットと、前記タンクホルダユニットに接合された１つ又は複数の液体供給路形成部材との間に形成されている構成としてもよい。
【００１７】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
【００１８】
（第１の実施形態）
図１および図２は、本発明のインクジェット記録ヘッドに係る第１の実施形態を模式的に示す分解斜視図である。図１はそのインクジェット記録ヘッドをインクタンク装着側から見た図であり、図２はそのインクジェット記録ヘッドを吐出口側から見た図である。
【００１９】
図１および図２に示すように、本実施形態のインクジェット記録ヘッドは、シアン（Ｃ）、マゼンダ（Ｍ）、イエロー（Ｙ）の３色のカラーインク用の吐出部とブラック（ＢＫ）インク用の吐出部との２つの吐出部を持つ記録ヘッドユニット５と、３色のカラーインクのインクタンクが一体になったカラーインク用のインクタンク（不図示）とブラックインク用のインクタンク（不図示）とが装着されるタンクホルダユニット４と、このタンクホルダユニット４に接合され、タンクホルダユニット４に液体供給路を形成する流路形成部材１とを備えている。本実施形態のタンクホルダユニット４と流路形成部材１は、例えば熱可塑性を有する樹脂によって構成されている。
【００２０】
タンクホルダユニット４には、タンクホルダユニット４に装着された各インクタンクからタンクホルダユニット４の裏面に設けられた液体供給路用溝１Ｂに各色のインクを導くために、シアンインク用の液体導出口（Ｃ）４ａ、マゼンダインク用の液体導出口（Ｍ）４ｂ、イエローインク用の液体導出口（Ｙ）４ｃ、およびブラックインク用の液体導出口（ＢＫ）４ｄが設けられている。
【００２１】
流路形成部材１と記録ヘッドユニット５との間には弾性体部材として液体供給口シール弾性体２が備えられており、この液体供給口シール弾性体２には、流路形成部材１に各色のインク毎に独立して設けられたシアンインク用の液体供給口（Ｃ）１ａ、マゼンダインク用の液体供給口（Ｍ）１ｂ、イエローインク用の液体供給口（Ｙ）１ｃ、およびブラックインク用の液体供給口（ＢＫ）１ｄと、記録ヘッドユニット５に各色のインク毎に独立して設けられたシアンインク用の液体供給口（Ｃ）５ａ、マゼンダインク用の液体供給口（Ｍ）５ｂ、イエローインク用の液体供給口（Ｙ）５ｃ、およびブラックインク用の液体供給口（ＢＫ）５ｄとをそれぞれ連通させる、シアンインク用の液体供給口（Ｃ）２ａ、マゼンダインク用の液体供給口（Ｍ）２ｂ、イエローインク用の液体供給口（Ｙ）２ｃ、およびブラックインク用の液体供給口（ＢＫ）２ｄが形成されている。
【００２２】
液体供給口シール弾性体２の各液体供給口２ａ〜２ｄは、流路形成部材１の各液体供給口１ａ〜１ｄの突出部が挿通される貫通口をそれぞれ有している。これらの貫通口の縁のうち、液体供給口シール弾性体２を間に挟んで流路形成部材１と記録ヘッドユニット５とを接合したときに記録ヘッドユニット５に圧接される側の縁は各液体供給口５ａ〜５ｄの周囲を封止し、流路形成部材１に圧接される側の縁は各液体供給口１ａ〜１ｄの周囲を封止する。
【００２３】
流路形成部材１とタンクホルダユニット４の互いの接合面には、両者を接合したときに両者の間に液体供給路を形成する液体供給路溝１Ａ，１Ｂと、バッファ室２０（図３参照）を形成するバッファ室溝３Ａ，３Ｂとがそれぞれ設けられている。このバッファ室２０は、気体を内在させてインク振動を吸収する空間を構成するものであり、連通路２１によって液体供給路から分岐している。
【００２４】
図３は、図１等に示した流路形成部材とタンクホルダユニットとの間に形成されるバッファ室を拡大して示す模式的概略図である。
【００２５】
バッファ室２０は、ブラックインク用の液体供給口（ＢＫ）１ｄに連通する連通路２１の延長に設けられており、その内部には、流路断面積を局所的に狭めるためにリブ２０ａが設けられている。流路形成部材１には、バッファ室２０内に連通するバッファ室開口部１ｅが設けられており、タンクホルダユニット４と流路形成部材１とが接合されてバッファ室２０が形成されたときには、バッファ室２０は開口部１ｅを通して外部に開口されるようになっている。
【００２６】
また、図１および図２に示すように、液体供給口シール弾性体２には、バッファ室２０の開口部１ｅに対応するバッファ室開口部ジョイント２ｅが設けられている。バッファ室開口部ジョイント２ｅは、各液体供給口２ａ〜２ｄと同様に、バッファ室開口部１ｅの突出部が挿通される貫通口を有している。この貫通口の縁のうち、流路形成部材１と記録ヘッドユニット５とを液体供給口シール弾性体２を間に挟んで接合させたときに、記録ヘッドユニット５に当接される側の縁は記録ヘッドユニット５の液体供給口５ａ〜５ｄが形成されていない平坦な箇所に圧接され、流路形成部材１に当接される側の縁はバッファ室開口部１ｅの周囲を封止する。
【００２７】
このように液体供給口シール弾性体２を間に挟んだ状態で流路形成部材１と記録ヘッドユニット５とを接合してタンクホルダユニット４と記録ヘッドユニット５とを結合させることによって、バッファ室２０の開口部１ｅを閉栓することができ、これにより、液体供給路に連通路２１を介して接続された、気体を内在する閉塞空間であるバッファ室２０が形成される。
【００２８】
本実施形態においては、流路形成部材１の液体供給路溝１Ａとバッファ室溝３Ａの周囲に溶着リブ３０を設け、この溶着リブ３０を超音波振動によって溶融させてタンクホルダユニット４の液体供給溝１Ｂとバッファ室溝３Ｂに溶着させることで、ホルダタンクユニット４と流路形成部材１との接合を行っている。タンクホルダユニット４と流路形成部材１とを接合させる手段としては、上記の超音波振動溶着のほかに熱溶着や接着剤等による手段が考えられるが、いずれにしても溶着による樹脂片や固化後の接着剤片などの異物が液体供給路内やバッファ室２０内に生じうる。この異物は、放置すると液体供給路を通って記録ヘッドの吐出口まで移動し、吐出口を詰まらせて液体吐出不良を引き起こす原因となるため、洗浄して外部に排出する必要がある。これに対し、本実施形態ではバッファ室２０に開口部１ｅが開口しているため、バッファ室開口部１ｅを通して液体供給口１ｄとバッファ室開口部１ｅとの間に洗浄水を流すことで、バッファ室２０内も容易にかつ確実に洗浄することが可能である。
【００２９】
なお、本実施形態では図１および図２を簡略化するためにブラックインク用の液体供給路にのみバッファ室２０を設ける構成を示したが、他のカラーインク用の各液体供給路についても同様にバッファ室を設けることが可能である。
【００３０】
図４は、インクタンクが装着された状態の本実施形態のインクジェット記録ヘッド内に形成された液体供給経路を示す模式的断面図である。
【００３１】
本実施形態のインクジェット記録ヘッドでは、タンクホルダユニット４に装着されたインクタンク７に貯えられているインクは、タンクホルダユニット４に設けられたフィルタ１１を通った後に液体供給路８を介して共通液室９内に供給される。共通液室９内に供給されたインクは、記録ヘッドユニット５に共通液室９を塞ぐように設けられたヒーターボード１０に形成されている複数のノズル（不図示）に供給され、ヒーターボード１０に各ノズル毎に設けられているヒーター（不図示）を駆動することによって、各ノズルの吐出口から吐出される。このように、ヒーターボード１０に形成されている複数のノズルと吐出口は、インクを吐出する吐出部を構成している。
【００３２】
なお、インクタンク７のインク出口の周囲はタンクシール弾性体１３に圧接されており、インク出口からインクが漏れ出すことが防止されている。
【００３３】
上述した連通路２１はこの液体供給路８から分岐しており、連通路２１の延長にはバッファ室２０が設けられている。バッファ室２０を開口させるバッファ室開口部１ｅは、連通シール弾性体２のバッファ室開口部ジョイント２ｅと、それを両側から圧接する流路形成部材１と記録ヘッドユニット５によって閉栓されている。そのため、吐出口からインクを吐出することによって流路内に生じる圧力振動がバッファ室２０内の気体の収縮によって吸収されるので、吐出口から吐出されるインクの吐出状態が安定し、高品位な画像を記録することが可能になる。
【００３４】
なお、バッファ室２０内の気体が成長して液体供給路８内に気体が入ると、その気体はインクに押し流されて液体供給路８から共通液室９を経てノズル内に進入するおそれがある。この場合に、インクが充填されていないノズルにおいてヒーターが駆動されると、インクが吐出されないばかりでなく、ヒーターが焼き付いてしまう、「泡不吐」と呼ばれる現象を引き起こすおそれがある。
【００３５】
そこで本実施形態では、液体供給口シール弾性体２にガスバリア性を持たせて、バッファ室２０内の気体が成長することを抑えるべく、液体供給口シール弾性体２の素材に塩素化ブチルゴムを用いている。これにより、本実施形態のインクジェット記録ヘッドは、３５℃の環境下に１６８時間放置した後においても、「泡不吐」を発生することなく画像を記録することが可能であった。
【００３６】
また、インクジェット記録ヘッドの姿勢や振動、周囲圧力の減圧等によってバッファ室２０内の気体がインクと置換されてしまうと、流路内の圧力振動を抑制することができなくなり、結果として記録不良を発生させてしまう。これを防止する手段として、本実施形態においては、図３を参照して説明したように、リブ２０ａがバッファ室２０内の流路断面積を局所的に狭めるためにバッファ室２０内に設けられている。これにより、バッファ室２０内が迷路のような構造となり、また流路断面積が局所的に狭められるために、連通路２１からバッファ室２０内へのインク進入が防止されるようになっている。
【００３７】
（第２の実施形態）
図５は本発明のインクジェット記録ヘッドの第２の実施形態における液体供給口シール弾性体を示す平面図、図６はインクタンクが装着された状態の本実施形態のインクジェット記録ヘッド内に形成された液体供給経路を示す模式的断面図である。
【００３８】
図５および図６に示すように、本実施形態における液体供給口シール弾性体２は、第１の実施形態と異なりバッファ室開口部ジョイント２ｅに貫通口が空けられておらず、記録ヘッドユニット５によって流路形成部材１のバッファ室開口部１ｅに弾性体２のバッファ室開口部ジョイント２ｅを圧接させることで、バッファ室開口部１ｅを閉栓するようになっている。なお、本実施形態のインクジェット記録ヘッドのその他の構成は第１の実施形態と同じであるので、各構成についての詳しい説明は省略する。
【００３９】
仮に、液体供給口シール弾性体２にバッファ室開口部ジョイント２ｅすら設けず、バッファ室開口部１ｅを記録ヘッドユニット５に直接当接させて開口部１ｅを閉栓しようとすると、記録ヘッドユニット５の当接面が有する平滑性の程度によっては、開口部１ｅの閉栓が十分に行われない場合がある。これに対して本実施形態では、弾性体２の変形によって開口部１ｅが閉栓されるので、開口部１ｅをより確実に閉栓することができる。
【００４０】
これにより、本実施形態のインクジェット記録ヘッドによっても、第１の実施形態と同様に、吐出口からインクを吐出することによって流路内に生じる圧力振動がバッファ室２０内の気体の収縮によって吸収されるので、吐出口から吐出されるインクの吐出状態が安定し、高品位な画像を記録することが可能になる。
【００４１】
バッファ室２０の洗浄に関しては、記録ヘッドユニット５を流路形成部材１に取り付けるまでは液体供給口シール弾性体２は流路形成部材１に圧接されず、バッファ室開口部１ｅは開口しているので、第１の実施形態と同様にバッファ室２０内も容易に洗浄することが可能である。
【００４２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のインクジェット記録ヘッドは、タンクホルダユニットに装着されたタンクに収容された液体を記録ヘッドユニットに供給するためにタンクホルダユニットに形成された液体供給路には気体を内在するバッファ室が接続され、バッファ室には開口部が設けられており、開口部は、記録ヘッドユニットとタンクホルダユニットとを結合させることによって閉じられるように構成されているので、バッファ室に設けられた開口部を通して洗浄水を流すことで、バッファ室を容易にかつ確実に洗浄することができる。バッファ室の開口部は記録ヘッドユニットとタンクホルダユニットとを結合させることによって閉じることができるので、開口部を閉じるために特別な追加工程を施す必要はない。
【００４３】
記録ヘッドユニットとタンクホルダユニットとを結合することにより開口部が閉じて密閉され、液体供給路内に気体を内在するバッファ室が形成されるため、液体を吐出することで液体供給路内の液体に発生する振動を良好に抑えることが可能となる。そのため、本発明のインクジェット記録ヘッドによれば、安定した吐出状態を保ち、高品位な記録画像を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のインクジェット記録ヘッドに係る第１の実施形態を模式的に示す分解斜視図である。
【図２】本発明のインクジェット記録ヘッドに係る第１の実施形態を模式的に示す分解斜視図である。
【図３】図１に示した流路形成部材とタンクホルダユニットとの間に形成されるバッファ室を拡大して示す模式的概略図である。
【図４】インクタンクが装着された状態の第１の実施形態のインクジェット記録ヘッド内に形成された液体供給経路を示す模式的断面図である。
【図５】本発明のインクジェット記録ヘッドの第２の実施形態における液体供給口シール弾性体を示す平面図である。
【図６】インクタンクが装着された状態の第２の実施形態のインクジェット記録ヘッド内に形成された液体供給経路を示す模式的断面図である。
【図７】従来のインクジェット記録ヘッドで所定の吐出をしたときの吐出パルスに対するインク流路内の圧力振動波形を示した図である。
【図８】図７中のＡ区間（吐出開始前）、Ｂ区間（吐出動作中）、Ｃ区間（吐出停止直後）におけるインク吐出口付近のメニスカスの様子を示す断面図である。
【符号の説明】
１　　流路形成部材
１Ａ，１Ｂ　液体供給路溝
１ａ，２ａ，５ａ　　液体供給口（Ｃ）
１ｂ，２ｂ，５ｂ　　液体供給口（Ｍ）
１ｃ，２ｃ，５ｃ　　液体供給口（Ｙ）
１ｄ，２ｄ，５ｄ　　液体供給口（ＢＫ）
２　　液体供給口シール弾性体
２ｅ　バッファ室開口部ジョイント
３Ａ，３Ｂ　バッファ室溝
４　　タンクホルダユニット
４ａ　液体導出口（Ｃ）
４ｂ　液体導出口（Ｍ）
４ｃ　液体導出口（Ｙ）
４ｄ　液体導出口（ＢＫ）
５　　記録ヘッドユニット
７　　インクタンク
８　　液体供給路
９　　共通液室
１０　ヒーターボード
１１　フィルタ
１３　タンクシール弾性体
２０　　バッファ室
２０ａ　リブ
２１　　連通路
３０　　溶着リブ

Claims (3)

1. 記録のために１又は複数種の液体を吐出する１つ又は複数の吐出部を有する記録ヘッドユニットと、該記録ヘッドユニットで吐出する１又は複数種の液体を収容する１つ又は複数のタンクが装着されるタンクホルダユニットと、該タンクホルダユニットに装着された前記タンクに収容された前記液体を前記記録ヘッドユニットに供給するために前記タンクホルダユニットに形成された液体供給路とを備えたインクジェット記録ヘッドにおいて、
   前記液体供給路には気体を内在するバッファ室が接続され、該バッファ室には開口部が設けられており、
   該開口部は、前記記録ヘッドユニットと前記タンクホルダユニットとを結合させることによって閉じられるように構成されていることを特徴とするインクジェット記録ヘッド。
2. 前記開口部は、前記液体供給路と前記記録ヘッドユニットとを連通させるために設けられる弾性体部材によって閉じられるように構成されている、請求項１に記載のインクジェット記録ヘッド。
3. 前記液体供給路および前記バッファ室は、前記タンクホルダユニットと、前記タンクホルダユニットに接合された１つ又は複数の液体供給路形成部材との間に形成されている、請求項１または２に記載のインクジェット記録ヘッド。

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