JP2007136687A - 液体噴射ヘッド及び液体噴射装置 - Google Patents

Abstract

【課題】インクの消費量を抑えつつ常に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装置を提供する。
【解決手段】第１の部材２１と第２の部材２６とがフィルタ２７を介して固着されていると共に、フィルタ２７が、第２の部材２６の第１の部材２１との接続領域に設けられて他の領域よりも内径の広い空間であるフィルタ室３１内に配設され、このフィルタ室３１の内面を、液体供給手段１３側からフィルタ２７側に向かう溝３２を有する形状とする。
【選択図】図４

Description

本発明は、ノズル開口から液滴を噴射する液体噴射ヘッド及び液体噴射装置に関し、特に、インクカートリッジからインクを供給してノズル開口からインク滴を吐出する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に関する。

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では、一般的に、インクが充填されたインクカートリッジから、このインクカートリッジに挿入されるインク供給針及びインクカートリッジが保持される保持部材の流路を介してヘッド本体にインクが供給され、ヘッド本体に供給されたインクは圧電素子等を駆動させることによりノズル開口から吐出される。

このようなインクジェット式記録ヘッドでは、インクカートリッジのインク内に存在する気泡、あるいはインクカートリッジを着脱する際にインク内に混入した気泡がヘッド本体に供給されてしまうと、この気泡によるドット抜け等の吐出不良が発生するという問題がある。このような問題を解決するために、インクカートリッジに挿入されるインク供給針と、このインク供給針が固定される基台との間に、インク内の気泡等を除去するためのフィルタを装着するようにしたものがある（例えば、特許文献１参照）。

このようにフィルタを設けることにより、インク吐出時にはフィルタによって気泡がトラップされるため、ヘッド本体（記録ヘッド）に気泡が流れ込むのを防止することができる。また、フィルタにトラップされた気泡は、一般的に、ノズル開口からインクを吸引する、いわゆる吸引動作によってノズル開口から排出される。すなわち、ノズル開口からインクを吸引して通常のインク吐出時のインクの流速よりも速い流速をインクに生じさせることで、気泡はインクと共にフィルタを通過してノズル開口から排出される。

ここで、フィルタ部分に蓄積された気泡の体積が増加すると、それに伴ってインク吸引時（インク吐出時又は吸引動作時）のフィルタ部分での圧力損失が上昇する。そして、この圧力損失が一定値以上となると、インク吐出時でも、気泡がインクと共にフィルタを通過してしまいドット抜け等の吐出不良が生じてしまうという問題がある。

このような問題は、上述した吸引動作を比較的頻繁に実行することで解消することはできる。しかしながら、吸引動作時には上述のようにインク吐出時よりも速い流速をインクに生じさせるため、吸引動作を頻繁に行うと大量のインクを消費してしまい実際の印字等に使用するインク量が減少してしまうという問題がある。すなわち、インクの消費量が多くなり、ランニングコストが高くなってしまうという問題がある。

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

特開平１１−１０９０４号公報（第１図等）

本発明は、このような事情に鑑み、インクの消費量を抑えつつ常に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装置を提供することを課題とする。

上記課題を解決する本発明の第１の態様は、液滴を吐出する複数のノズル開口を有するヘッド本体と、該液体供給手段と前記ヘッド本体とを繋ぐ液体流路の一部を構成する第１の液体供給路を有する第１の部材と、前記液体供給手段と前記第１の液体供給路とを繋いで前記液体流路の一部を構成する第２の液体流路を有する第２の部材とを具備し、前記第１の部材と前記第２の部材とがフィルタを介して固着されていると共に、前記フィルタが、前記第２の前記第１の部材との接続領域に設けられて他の領域よりも内径の広い空間であるフィルタ室内に配設され、該フィルタ室の内面が前記液体供給手段側から前記フィルタ側に向かう溝を有する形状となっていることを特徴とする液体噴射ヘッドにある。
かかる第１の態様では、フィルタ室内に蓄積された気泡の体積増加に伴う圧力損失の上昇が抑えられる。すなわち、フィルタ室内に比較的大量の気泡が蓄積された場合でも、フィルタ室内に液体が通過する領域が確保される。これにより、吸引動作の間隔を比較的長くしても、吐出不良の発生が抑えられる。また、吸引動作の間隔が長くなることにより、インク消費量を減らすことができる。

本発明の第２の態様は、前記フィルタ室の流路断面形状が円形であり、前記溝が、前記フィルタ室の内面に設けられる凹部であることを特徴とする第１の態様の液体噴射ヘッドにある。
かかる第２の態様では、フィルタ室内に気泡が充満した際にインクが通過する領域が、より確実に確保される。

本発明の第３の態様は、前記凹部が、前記液体の流れ方向に沿って設けられていることを特徴とする第２の態様の液体噴射ヘッドにある。
かかる第３の態様では、液体の流れがよりスムーズになり、フィルタ室内に蓄積された気泡の体積増加に伴う圧力損失の上昇がさらに確実に抑えられる。

本発明の第４の態様は、前記凹部の幅が、前記フィルタ側ほど広くなっていることを特徴とする第２又は３の態様の液体噴射ヘッドにある。
かかる第４の態様では、液体の流れがよりスムーズになり、フィルタ室内に蓄積された気泡の体積増加に伴う圧力損失の上昇がさらに確実に抑えられる。

本発明の第５の態様は、前記フィルタ室の流路断面形状が多角形であり、前記溝が前記フィルタ室の内面に形成されている角部であることを特徴とする第１の態様の液体噴射ヘッドにある。
かかる第５の態様では、フィルタ室の内面を比較的容易に溝を有する形状とすることができる。

本発明の第６の態様は、複数の前記溝が、前記貫通路の中心に対して点対称となる位置にそれぞれ設けられていることを特徴とする第１〜５の何れかの態様の液体噴射ヘッドにある。
かかる第６の態様では、液体の流れがよりスムーズになり、フィルタ室内に蓄積された気泡の体積増加に伴う圧力損失の上昇がさらに確実に抑えられる。

本発明の第７の態様は、前記フィルタ室の内径が、前記フィルタ側ほど広くなっていることを特徴とする第１〜６の何れかの態様の液体噴射ヘッドにある。
かかる第７の態様では、液体の流れがよりスムーズになり、フィルタ室内に蓄積された気泡の体積増加に伴う圧力損失の上昇がさらに確実に抑えられる。

本発明の第８の態様は、前記第１の部材が、前記液体供給手段が保持される保持部材であり、前記第２の部材が、前記液体供給手段に挿入される液体供給針であることを特徴とする第１〜７の何れかの態様の液体噴射ヘッドにある。
かかる第８の態様では、液体供給手段とヘッド本体との間の液体流路を比較的容易に形成でき、且つヘッド本体に液体を良好に供給することができる。

本発明の第９の態様は、第１〜８の何れかの態様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にある。
かかる第９の態様では、ヘッドの信頼性を向上した液体噴射装置を実現することができる。

以下に本発明を実施形態に基づいて説明する。
（実施形態１）
図１は、本発明の実施形態１に係る液体噴射装置の概略斜視図である。本実施形態の液体噴射装置であるインクジェット式記録装置１０は、図１に示すように、インク滴を吐出するインクジェット式記録ヘッド（以下、記録ヘッドと呼ぶ）１１がキャリッジ１２に固定され、この記録ヘッド１１には、ブラック（Ｂ）、シアン（Ｃ）、マゼンダ（Ｍ）、イエロー（Ｙ）等の複数の異なる色のインクが貯留された液体供給手段であるインクカートリッジ１３がそれぞれ着脱可能に固定されている。

記録ヘッド１１が搭載されたキャリッジ１２は、装置本体１４に取り付けられたキャリッジ軸１５に軸方向移動自在に設けられている。そして、駆動モータ１６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１７を介してキャリッジ１２に伝達されることで、キャリッジ１２はキャリッジ軸１５に沿って移動される。一方、装置本体１４にはキャリッジ軸１５に沿ってプラテン１８が設けられており、図示しない給紙装置等により給紙された紙等の被記録媒体Ｓがプラテン１８上を搬送されるようになっている。

また、キャリッジ１２のホームポジションに対応する位置、すなわち、キャリッジ軸１５の一方の端部近傍には、記録ヘッド１１のノズル形成面を封止するキャップ部材１９を有するキャッピング装置２０が設けられている。このキャップ部材１９によってノズル形成面を封止することにより、インクの乾燥を防止している。また、このキャップ部材１９は、フラッシング動作時のインク受けとしても機能する。さらに、キャップ部材１９には、チューブポンプ等で構成される吸引装置（図示なし）が接続されている。そして、所定のタイミングで、この吸引装置によってキャップ部材１９内を吸引する吸引動作を実行することで、ノズル詰まりや、ドット抜け等の吐出不良の発生を防止している。なお、この吸引動作では、インク吐出時よりも速い流れをインクに発生させることで、ノズル開口から粘度の上昇したインクや、後述するフィルタ部分に溜まった気泡を強制的に排出させている。

ここで、本実施形態に係る記録ヘッドについて説明する。なお、図２は、本実施形態に係る記録ヘッドの分解斜視図であり、図３はその断面図である。また、図４はインク供給針部分の拡大断面図であり、図５は、インク供給針に設けられる溝の配置を示す概略図である。

図２に示すように、記録ヘッド１１を構成する保持部材であるカートリッジケース２１は、上述したインクカートリッジ１３がそれぞれ装着されるカートリッジ装着部２２を有する。また、カートリッジケース２１の底面には、一端が各カートリッジ装着部２２に開口し、他端が後述するヘッドケース側に開口する複数のインク供給路（第１の液体供給路）２４がそれぞれ形成された管状の流路形成部２５が突設されている。

また、カートリッジケース２１の上面側、すなわち、各カートリッジ装着部２２のインク供給路２４の開口部分には、インクカートリッジ１３に挿入される複数のインク供給針２６が、インク内の気泡や異物を除去するためのフィルタ２７を介して固定されている。

これらの各インク供給針２６は、図４に示すように、カートリッジケース２１の各インク供給路２４に連通する貫通路（第２の液体供給路）２８をそれぞれ有すると共にカートリッジケース２１側の端部近傍にフランジ部２９を有する。なお、これらインク供給針２６の貫通路２８及びカートリッジケース２１のインク供給路２４はインクカートリッジ１３と後述するヘッド本体とを繋ぐインク流路を構成するものである。

また、このフランジ部２９のカートリッジケース２１との接合面には、融着突起３０が設けられている。そして、各インク供給針２６は、フランジ部２９に設けられた融着突起３０を溶融させることにより、すなわち超音波融着により、カートリッジケース２１に固着されている。

また、インク供給針２６の貫通路２８のインク供給路２４との接続領域には、他の領域よりも内径の広い空間であるフィルタ室３１が設けられている。このフィルタ室３１は、例えば、本実施形態では、フィルタ２７側ほど内径が広くなるように形成されている。なお、このフィルタ室３１は、フィルタ２７の面積を大きくしてインクが通過する際の抵抗をできるだけ小さくするために、貫通路２８の他の領域よりも広い内径で形成されている。

そして、本発明では、このようなフィルタ室３１の内面が、図４及び図５に示すように、インクカートリッジ１３側からフィルタ２７側に向かう溝３２を有する形状に形成されている。ここで、インクカートリッジ側からフィルタ側に向かう溝とは、フィルタ室３１に気泡が実質的に充満した状態でもインクが通過可能なフィルタ室３１内の領域、すなわち、インクカートリッジ１３のインクをインク供給路２４に供給可能なフィルタ室３１内の領域をいう。例えば、本実施形態では、フィルタ室３１の流路断面形状は略円形であり、その内面に、溝３２となる凹部３３がインクの流れる方向に沿って一定幅で複数、本実施形態では４つ形成されている。

なお、本実施形態では、フィルタ室３１の内面に４つの凹部３３を設けているが、凹部３３（溝３２）の数は、特に限定されるものではなく、４つよりも少なくても良いし、もちろん多くてもよい。また、これら複数の凹部３３の配置は特に限定されないが、貫通路２８の中心に対して点対称となるように配置されているのが好ましく、特に、フィルタ室３１の周方向で等間隔となるように配置されているのが好ましい。

また、このような凹部３３の流路断面形状は、本実施形態では略矩形であるが、これに限定されず、例えば、略半円形等、他の形状としてもよい。また、凹部３３の幅、あるいは深さは一定である必要はなく、例えば、図６及び図７に示すように、フィルタ２７側ほど幅が徐々に広くなるようにしてもよいし、また深さが浅くなるようにしてもよい。すなわち、凹部３３の幅あるいは深さを、インクカートリッジ１３とフィルタ２７側とで異なるようにしてもよい。

なお、カートリッジケース２１の下面側には、複数の圧電素子３４を有する圧電素子ユニット３５を保持すると共に、カートリッジケース２１とは反対側の端面に圧電素子３４の駆動によってノズル開口からインク滴を吐出するヘッド本体３６が固定されるヘッドケース３７を有し、これらカートリッジケース２１とヘッドケース３７との間には、シール部材３８及び回路基板３９が挟持されている。

シール部材３８は、流路形成部２５とヘッドケース３７に設けられる複数のインク導入路４０が開口する突出部４１との間に挟持されることにより、インク供給路２４とインク導入路４０との接続部分を密封してこの接続部分からのインクの漏れを防止している。回路基板３９は、圧電素子３４を駆動するための信号を供給するためのものであり、回路基板３９の一端部には、外部配線（図示なし）を接続するためのコネクタ４３が固定されている。また、回路基板３９には、圧電素子３４に接続されたＦＰＣ等の接続配線４４が挿通される挿通孔４５が設けられており、この挿通孔４５を介して回路基板３９と接続配線４４とが接続される。さらに、この挿通孔４５の両側には各インク導入路４０に対応して、各インク導入路４０が開口する突出部４１が係合する貫通孔４６が設けられている。

なお、カートリッジケース２１の一方の側面、すなわち、回路基板３９のコネクタ４３が配置される側の側面には、回路基板３９のコネクタ４３が露出される露出口４７を有し、この露出口４７を介して外部配線（図示なし）がコネクタ４３に接続されるようになっている。

また、回路基板３９及びシール部材３８を介してカートリッジケース２１の下面側に固定されるヘッドケース３７には、複数の圧電素子３４を有する圧電素子ユニット３５（３５Ａ，３５Ｂ）を収容して圧電素子３４を位置決め固定するための収容室４８が並設されている。例えば、本実施形態の記録ヘッド１１は、ブラックインクを吐出するための圧電素子ユニット３５Ａと、カラーインクを吐出するための圧電素子ユニット３５Ｂとを有するため、ヘッドケース３７には、これらの圧電素子ユニット３５Ａ，３５Ｂを収容する２つの収容室４８が並設されている。

なお、上述した記録ヘッド１１は、カートリッジケース２１の下面側に、シール部材３８、回路基板３９、ヘッドケース３７及びヘッド本体３６の順で積層され、その外側にヘッド本体３６のノズル開口を露出する窓部５０を有する枠体５１を填め込み、ネジ５２によってカートリッジケース２１に固定することで形成される（図１参照）。

以上説明したように、本実施形態では、インク供給針２６のフィルタ室３１の内面に凹部３３を設けるようにしたので、すなわち、フィルタ室３１の内面が溝３２を有する形状となるようにしたので、フィルタ室３１内に蓄積された気泡の体積増加に伴う圧力損失の上昇が抑えられる。このため、フィルタ室３１内に蓄積された気泡がインク吐出時のインクの流れよってフィルタ２７を通過してヘッド本体３６に供給され、ドット抜け等の吐出不良が発生するのを比較的長期間に亘って防止することができる。よって、フィルタ室３１に溜まった気泡を排出させるための吸引動作の間隔、すなわちメンテナンス間隔を長くすることができ、インクの消費量を大幅に削減することができる。

さらに、吸引動作時のインクの流速は、インク吐出時のインク流速よりも大幅に速いため、フィルタ室３１の内面に凹部３３が設けられていても、従来通りの吸引動作によってフィルタ室３１内に溜まった気泡を良好に排出することができる。

なお、フィルタ室３１の内面に設けられる凹部３３の形状は、上述したように特に限定されるものではないが、このようにメンテナンス間隔をできるだけ長くするためには、インク吐出時の流速では圧力損失が極めて低く且つ吸引動作時の流速では圧力損失が高く実質的に流路として機能しない程度の大きさ（流路抵抗）となる形状とするのが好ましい。

（実施形態２）
図８は、実施形態２に係るインク供給針に設けられる溝の配置を示す概略図である
実施形態１では、流路断面形状が略円形であるフィルタ室の内面に溝３２である凹部３３を設けたが、本実施形態では、図８に示すように、フィルタ室３１の流路断面形状を、多角形、例えば、六角形とし、その各角部３１ａが実質的に溝３２Ａとして機能するようにした例である。このようにフィルタ室３１の流路断面形状を多角形とすることで、フィルタ室３１に気泡１００が溜まった場合でも、各角部３１ａには空間（図中斜線部）が確保され、実質的にインクカートリッジ１３側からフィルタ２７側に向かう溝３２Ａとして機能する。

そして、このような本実施形態の構成においても、実施形態１と同様に、メンテナンス間隔を長くすることができ、インクの消費量を大幅に削減することができるという効果を奏する。

（他の実施形態）
以上、本発明の実施形態に基づいて詳細に説明したが、勿論、本発明は上述した実施形態に限定されるものではない。例えば、上述の実施形態１では、フィルタ室３１の内面に、インクの流れ方向に沿った凹部３３を設けるようにしたが、これに限定されず、凹部３３はインクカートリッジ１３側からフィルタ２７側に向かって形成されていればよい。例えば、図９に示すように、凹部３３は、インクの流れ方向に対して傾斜する方向に直線状に形成されていてもよい。また、凹部３３は、直線状に形成されたものに限定されず、例えば、図１０に示すように曲線状に形成されていてもよい。なお、フィルタ室の内面に流路側に突出する複数の突出部を設けることで、凹部を形成することも考えられるが、このような構造は、針内容量が少なくなり気泡がフィルタを透過し易く好ましくない。

なお、上述した実施形態においては、第１の液体供給路（インク供給路）を有する第１の部材として保持部材を例示し、また第２の液体供給路（貫通路）を有する第２の部材としてインク供給針を例示したが、これら第１の部材及び第２の部材が、これら例示した部材に限定されるものではないことは言うまでもない。

また、上述した実施形態においては、本発明の液体噴射ヘッドとしてインクジェット式記録ヘッドを例示したが、液体噴射ヘッドの基本的構成は上述したものに限定されるものではない。本発明は、広く液体噴射ヘッドの全般を対象としたものであり、例えば、プリンタ等の画像記録装置に用いられる各種の記録ヘッド、液晶ディスプレー等のカラーフィルタの製造に用いられる色材噴射ヘッド、有機ＥＬディスプレー、ＦＥＤ（面発光ディスプレー）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にも適用することができる。

実施形態１に係る記録装置の概略を示す斜視図である。 実施形態１に係る記録ヘッドの分解斜視図である。 実施形態１に係る記録ヘッドの断面図である。 実施形態１に係る記録ヘッドのインク供給針部分の拡大断面図である。 実施形態１に係るインク供給針に設けられる溝の配置を示す概略図である。 記録ヘッドの他の例を示す図でありインク供給針部分の拡大断面図である。 記録ヘッドの他の例を示す図であり溝の配置を示す概略図である。 実施形態２に係るインク供給針の溝の配置を示す概略図である。 他の実施形態に係るインク供給針の溝の配置を示す概略図である。 他の実施形態に係るインク供給針の溝の配置を示す概略図である。

符号の説明

１０ インクジェット式記録装置、 １１ 記録ヘッド、 ２１ カートリッジケース、 ２４ インク供給路、 ２６ インク供給針、 ２７ フィルタ、 ２８ 貫通路、 ３１ フィルタ室、 ３２ 溝、 ３３ 凹部、 ３６ ヘッド本体

Claims (9)

1. 液滴を吐出する複数のノズル開口を有するヘッド本体と、該液体供給手段と前記ヘッド本体とを繋ぐ液体流路の一部を構成する第１の液体供給路を有する第１の部材と、前記液体供給手段と前記第１の液体供給路とを繋いで前記液体流路の一部を構成する第２の液体流路を有する第２の部材とを具備し、
   前記第１の部材と前記第２の部材とがフィルタを介して固着されていると共に、前記フィルタが、前記第２の前記第１の部材との接続領域に設けられて他の領域よりも内径の広い空間であるフィルタ室内に配設され、該フィルタ室の内面が前記液体供給手段側から前記フィルタ側に向かう溝を有する形状となっていることを特徴とする液体噴射ヘッド。
2. 前記フィルタ室の流路断面形状が円形であり、前記溝が、前記フィルタ室の内面に設けられる凹部であ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. 前記凹部が、前記液体の流れ方向に沿って設けられていることを特徴とする請求項２に記載の液体噴射ヘッド。
4. 前記凹部の幅が、前記フィルタ側ほど広くなっていることを特徴とする請求項２又は３に記載の液体噴射ヘッド。
5. 前記フィルタ室の流路断面形状が多角形であり、前記溝が前記フィルタ室の内面に形成されている角部であることを特徴とする請求項１に記載の液体噴射ヘッド。
6. 複数の前記溝が、前記貫通路の中心に対して点対称となる位置にそれぞれ設けられていることを特徴とする請求項１〜５の何れかに記載の液体噴射ヘッド。
7. 前記フィルタ室の内径が、前記フィルタ側ほど広くなっていることを特徴とする請求項１〜６の何れかに記載の液体噴射ヘッド。
8. 前記第１の部材が、前記液体供給手段が保持される保持部材であり、前記第２の部材が、前記液体供給手段に挿入される液体供給針であることを特徴とする請求項１〜７の何れかに記載の液体噴射ヘッド。
9. 請求項１〜８の何れか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。

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