JP2008162259A - インクジェットヘッド - Google Patents

Abstract

【課題】インクの滞留を防ぐことができるインクジェットヘッドを提供する。
【解決手段】本発明のインクジェットヘッド１１は、ヘッド本体１２、流入口１３、流出口１４、インク流路１５、ノズル１７、ヒータ２３、および気泡案内構造２６を具備する。インク流路１５は、流入口１３と流出口１４とを接続するようにヘッド本体１２の内部に形成される。インク２３は、インク流路１５の内部を流入口１３から流出口１４に向かって流される。ノズル１７は、インク流路１５の側面２１Ａに形成される。ヒータ２４は、インク流路１５内に設けられる。ヒータ２４は、インク流路１５内に気泡圧力を生じさせ、ノズル１７からインク２３を吐出させる。気泡案内構造２６は、インク流路１５内に設けられるとともに、気泡圧力をノズル１７に導く。
【選択図】図３

Description

本発明は、媒体に対してインクを吐出するインクジェットヘッドに関する。

例えば、日本の特開２００５−１６１６３３号公報に、インク循環式のインクジェットヘッドが記載されている。このインクジェットヘッドは、熱エネルギーを液体に作用させ、液体の相変化により生ずる発泡時の気泡圧力を発生させることによって液体を吐出するものである。インクジェットヘッドは、列状に配列された複数のノズルと、ノズルからインクを吐出するためのヒータとを備えた基板を有している。またインクジェットヘッドは、ノズルの配列に沿うように、インク貯留部を有している。インクジェットヘッドは、インク貯留部にインクを供給するための供給流路と、ノズルとインク貯留部とを接続するためのスリットとを有している。供給流路は、インク貯留部に連通し、この連通部から各ノズルまでの距離はそれぞれほぼ等しく形成されている。

このインクジェットヘッドでは、連通部から各ノズルまでの距離をほぼ等しくすることで、インクの温度分布を均一にしている。これにより、各ノズルから吐出されるインクの液量を均一化している（例えば、特許文献１参照）。
特開２００５−１６１６３３号

しかしながら、上記インクジェットヘッドでは、スリットおよびインク圧力室においてインクが循環することがない。このため、気泡およびごみがスリット内やインク圧力室に滞留してしまう可能性があった。また、あるノズルでインク吐出を連続して繰り返すと、スリット内のインクは、温度が上昇してしまう可能性があった。このため、インクの吐出液量が不均一になって、印刷品質が低下するおそれがあった。

本発明の目的は、インクの滞留を防ぐことができるインクジェットヘッドを提供することにある。

前記目的を達成するため、本発明の一つの形態に係るインクジェットヘッドは、ヘッド本体と、前記ヘッド本体に設けられた流入口と、前記ヘッド本体に設けられた流出口と、前記流入口と前記流出口とを接続するように前記ヘッド本体の内部に形成されるとともに、前記流入口から前記流出口に向かってインクが流されるインク流路と、前記インク流路の側面に形成されたノズルと、前記インク流路内に設けられるとともに、前記インク流路内に気泡を生じさせ、前記ノズルからインクを吐出させるヒータ（電気熱変換素子）と、前記インク流路内に設けられるとともに、前記気泡圧力を前記ノズルに作用させるための気泡案内構造と、を具備する。

前記目的を達成するため、本発明の他の形態に係るインクジェットヘッドは、ヘッド本体と、前記ヘッド本体に設けられた流入口と、前記ヘッド本体に設けられた流出口と、前記流入口と前記流出口とを接続するように前記ヘッド本体の内部に形成されるとともに、前記流入口から前記流出口に向かってインクが流されるインク流路と、前記インク流路の側面に形成されたノズルと、前記インク流路内の前記ノズルよりも前記流入口に近い位置に設けられるとともに、前記インク流路内に気泡を生じさせ、前記ノズルからインクを吐出させるヒータと、を具備する。

前記目的を達成するため、本発明の他の形態に係るインクジェットヘッドは、ヘッド本体と、前記ヘッド本体に設けられた流入口と、前記ヘッド本体に設けられた流出口と、前記流入口と前記流出口とを接続するように前記ヘッド本体の内部に形成されるとともに、前記流入口から前記流出口に向かってインクが流されるインク流路と、前記インク流路の側面に形成されたノズルと、前記インク流路の側面で、前記ノズルと対向する位置に設けられるとともに、前記インク流路内に気泡を生じさせ、前記ノズルからインクを吐出させるヒータと、を具備し、前記ヒータは、前記流出口に近づくにつれて、前記ノズルとの距離が小さくなるように斜めに配置する。

本発明によれば、インクの滞留を防ぐことができるインクジェットヘッドを提供することができる。

以下、図１から図３を参照して、インクジェットヘッドの第１の実施形態について説明する。このインクジェットヘッドは、インクジェット記録装置に搭載され、例えば、シート等の記録媒体に対してインク滴を吐出して、文字、図形、記号、および画像を形成するものである。インクジェットヘッドは、いわゆるインク循環式のヘッドで構成されている。以下、上流方向とは、流入口に向かう方向をいい、下流方向とは、流出口に向かう方向をいうものとする。

図１、２、３に示すように、インクジェットヘッド１１は、ヘッド本体１２と、ヘッド本体１２に設けられた流入口１３と、ヘッド本体１２に設けられた流出口１４と、流入口１３と流出口１４とを接続するようにヘッド本体１２の内部に形成されるインク流路１５と、を備えている。ヘッド本体１２は、方形に形成されている。ヘッド本体１２は、ノズルプレート１６を有し、このノズルプレート１６に、複数のノズル１７が形成されている。ヘッド本体１２は、インク流路１５を２つに仕切るための壁部１８を有している。

インク流路１５は、途中にノズル１７が形成された第１の流路２１と、いわゆる共通液室となる第２の流路２２とを有している。第２の流路２２は、ヘッド本体１２の長手方向全体にわたるように、ヘッド本体１２の内部に一つ形成されている。図１に示す複数のノズル１７に対応するように、インク流路１５は、複数の第１の流路２１を有している。すなわち、第１の流路２１は、各ノズル１７に対応する個別インク室に相当する。一方、ノズル１７は、インク流路１５の第１の流路２１の第１の側面２１Ａに位置している。インク２３は、このインク流路１５の第１の流路２１および第２の流路２２の内部を、流入口１３から流出口１４に向かう方向に流される。

インク流路１５の各第１の流路２１の内部に、それぞれヒータ２４が設けられている。図３ではノズル１７、第１の流路２１、およびヒータ２４を１個のみ示している。つまり、第１の流路２１およびヒータ２４は、ノズル１７の並んだ方向に配置されている。なお、ヒータ２４は、インク流路１５の第２の側面２１Ｂでノズル１７に対向する位置に設けられているが、これに限定されるものではない。ヒータ２４は、ノズル１７が配置されるインク流路１５の第１の側面２１Ａに設けられていても良い。

ヒータ２４は、基板上に複数の発熱素子を並べて形成されている。ヒータ２４は、インク２３に対して熱を加え、インク２３を沸騰させることができる。ヒータ２４は、この原理でインク流路１５内に気泡２５を生じさせ、インク流路１５内の圧力を上昇させて、ノズル１７からインク２３を吐出させることができる。

インク流路１５の内部に、気泡案内構造２６が設けられており、気泡案内構造２６は、気泡２５をノズル１７に導くことができる。気泡案内構造２６は、インク流路１５の第２の側面２１Ｂで、ノズル１７の下流方向の近傍に設けられている。すなわち、気泡案内構造２６は、ノズル１７よりも流出口１４に近い位置で、インク流路１５の第２の側面２１Ｂからノズルプレート１６に向かって突出している。

図３を参照して、本実施形態のインクジェットヘッド１１を用いたインク滴の吐出について説明する。このインクジェットヘッド１１では、流入口１３から供給されたインク２３は、流出口１４において外部に排出される。このように、ヘッド本体１２の内部をインク２３が循環した状態で、インク滴の吐出が行われる。

インク滴を吐出する際には、ヒータ２４を駆動して、インク流路１５の第１の流路２１内に気泡２５を発生させる。一方、第１の流路２１内において、インク２３は常に循環している。このため、発生した気泡２５には、下流方向、すなわち流出口１４に向かって流されるような力が働く。本実施形態では、気泡案内構造２６は、このインク２３の流れる力に逆らって、気泡２５を保持するように作用する。こうして、気泡２５は、ノズル１７の近傍に導かれる。その結果、気泡圧力が適正に作用し、ノズル１７からインク滴が吐出される。

第１の実施形態によれば、インク流路１５の第１の流路２１内には、気泡２５をノズル１７に導くための気泡案内構造２６が設けられている。この構成によれば、気泡案内構造２６によって、気泡２５が下流方向に流されてしまうことによる気泡圧力の損失を防止できる。このため、ノズル１７において吐出不良が生ずる事態を防止して、印刷品質を安定にすることができる。また、この構成によれば、ノズル１７の近傍において、常にインク２３が循環した状態を維持できるため、ノズル１７近傍において、気泡やゴミなどのパーティクルが滞留してしまうことを防止できる。また、インク吐出の繰り返しにより、ノズル１７近傍でインク２３の温度が上昇したとしても、このインク２３は循環によって外部に排出される。このため、ノズル１７近傍においてインク２３温度が上昇してしまうことを防止できる。これにより、インク２３の粘性などの特性が均一化して、印刷品質を向上できる。

この場合、気泡案内構造２６は、ノズル１７の下流位置において、気泡２５の姿勢を安定に支持することができる。このため、気泡２５が流出口１４の方向に流されることで生ずる吐出不良を防止できる。なお、気泡案内構造２６を壁部１８と一体的に形成してもよい。

図４を参照して、インクジェットヘッド４１の第２の実施形態について説明する。第２の実施形態に係るインクジェットヘッド４１は、ヒータ２４の取付位置および気泡案内構造２６の有無が第１の実施形態のものと異なっているが、他の部分は第１の実施形態と共通している。このため、主として異なる部分について説明し、共通する部分については共通の符号を付して説明を省略する。

図４に示すように、インクジェットヘッド４１は、ヘッド本体１２と、ヘッド本体１２に設けられた流入口１３と、ヘッド本体１２に設けられた流出口１４と、流入口１３と流出口１４とを接続するようにヘッド本体１２の内部に形成されるインク流路１５と、を備えている。ヘッド本体１２は、ノズルプレート１６を有し、このノズルプレート１６に、複数のノズル１７が形成されている。

インク流路１５の内部に、ノズル１７からインク２３を吐出させるためのヒータ２４が設けられている。ヒータ２４は、インク流路１５の第２の側面２１Ｂでノズル１７に対向する位置に設けられている。さらに詳細には、ヒータ２４は、ノズル１７に正対する位置ではなく、ノズル１７よりも上流方向にずれて配置されている。つまり、ヒータ２４は、ノズル１７よりも流入口１３に近い位置に設けられている。このため、ヒータ２４は、ノズル１７開口の中心軸に対して偏心した位置に配置している。

ヒータ２４の取付位置は、循環するインク２３の流量、ノズル１７から吐出されるインク２３の液量などに合わせて、適宜に設定することが好ましい。すなわち、ノズル１７から吐出されるインク２３の液量が多いときは、インク２３の循環流量は大きくなる。また、ノズル１７から吐出されるインク２３の液量が少ないときは、インク２３の循環流量は小さくなる。このため、インク２３の循環流量が大きいインクジェットヘッドの場合には、ノズル１７に対して、上流方向にずらす距離を大きくする。一方、インク２３の循環流量が小さいインクジェットヘッドの場合には、ノズル１７に対してずらす距離を小さくする。

本実施形態のインクジェットヘッド４１は、インク２３の吐出液量が少ないもの、例えば吐出液量が１ｐｌから２ｐｌといったもので構成されている。このため、ヒータ２４の取付位置は、上述のとおりインク流量に応じて実験的に得られた数値でずらして設置されている。

図４ではノズル１７、第１の流路２１、およびヒータ２４を１個のみ示している。つまり、第１の流路２１およびヒータ２４は、ノズル１７の並んだ方向に複数個並んでいる。なお、ヒータ２４は、インク流路１５の第２の側面２１Ｂでノズル１７に対向する位置に設けられている。本実施形態では、インク流路１５の第１の流路２１に、気泡案内構造２６は設けられていない。

図４を参照して、第２の実施形態のインクジェットヘッド４１を用いたインク滴の吐出について説明する。このインクジェットヘッド４１では、流入口１３から供給されたインク２３は、流出口１４において外部に排出される。このように、ヘッド本体１２の内部をインク２３が循環した状態で、インク滴の吐出が行われることは第１の実施形態と同様である。

インク滴を吐出する際には、ヒータ２４を駆動して、インク流路１５の第１の流路２１内に気泡を発生させる。一方、第１の流路２１内では、常にインク２３が循環している。このため、発生した気泡２５には、下流方向、すなわち流出口１４に向かって流されるような力が働く。気泡２５は、図４に示すように、流出口１４の方向に斜めに形成される。本実施形態では、ヒータ２４がノズル１７よりも上流方向に配置しているため、気泡２５は、ノズル１７の近傍に導かれる。その結果、ノズル１７から正しい方向にインク滴が吐出される。

第２の実施形態によれば、ヒータ２４は、インク流路１５内のノズル１７よりも流入口１３に近い位置に設けられている。通常、ノズル１７近傍においてインク２３を循環させると、気泡２５の気泡圧力の損失制御が難しくなる。この構成によれば、インク２３の流れによって気泡２５が流されることを考慮して、ヒータ２４をノズル１７に対して上流方向にずれた位置に配置することができる。このため、インク流路１５内でインク２３が循環した状態であっても、気泡２５をノズル１７に向けて正しく導くことができる。また、この構成によれば、常にインク２３が循環した状態を維持できるため、ノズル１７近傍において、気泡やゴミなどのパーティクルが滞留してしまうことを防止できる。また、ノズル１７近傍においてインク２３温度が上昇してしまうことを防止して印刷品質を向上できる。

図５を参照して、インクジェットヘッド５１の第３の実施形態について説明する。第３の実施形態に係るインクジェットヘッド５１は、ヒータ２４の取付角度および気泡案内構造２６の有無が第１の実施形態のものと異なっているが、他の部分は第１の実施形態と共通している。このため、主として異なる部分について説明し、共通する部分については共通の符号を付して説明を省略する。

図５に示すように、インクジェットヘッド５１は、ヘッド本体１２と、ヘッド本体１２に設けられた流入口１３と、ヘッド本体１２に設けられた流出口１４と、流入口１３と流出口１４とを接続するようにヘッド本体１２の内部に形成されるインク流路１５と、を備えている。ヘッド本体１２は、ノズルプレート１６を有し、このノズルプレート１６に、複数のノズル１７が形成されている。

インク流路１５の第１の流路２１に、ノズル１７からインク２３を吐出させるためのヒータ２４が設けられている。ヒータ２４は、ノズル１７に対して斜めに設置されている。すなわち、ヒータ２４は、流出口１４に近づくにつれて、ノズル１７との距離が近くなるように、斜めに配置されている。具体的には、壁部１８には、斜めになった凹部５２が設けられており、この凹部５２にヒータ２４が装着されている。

ヒータ２４の取付角度は、循環するインク２３の流量、ノズル１７から吐出されるインク２３の液量などに合わせて、適宜に設定することが好ましい。すなわち、ノズル１７から吐出されるインク２３の液量が多いときは、インク２３の循環流量は大きくなる。また、ノズル１７から吐出されるインク２３の液量が少ないときは、インク２３の循環流量は小さくなる。このため、インク２３の循環流量が大きいインクジェットヘッドの場合には、ノズル１７に対して、傾ける角度を大きくする。一方、インク２３の循環流量が小さいインクジェットヘッドの場合には、ノズル１７に対して傾ける角度を小さくする。

本実施形態のインクジェットヘッド５１は、インク２３の吐出液量が少ないもの、例えば吐出液量が１ｐｌから２ｐｌといったもので構成されている。このため、ヒータ２４の取付角度は、例えば、ノズル１７に対して、数度傾けて設置されている。本実施形態では、インク流路１５の第１の流路２１に、気泡案内構造２６は設けられていない。

図５ではノズル１７、第１の流路２１、およびヒータ２４を１個のみ示している。つまり、第１の流路２１およびヒータ２４は、ノズル１７の並んだ方向に複数個並んでいる。

図５を参照して、第３の実施形態のインクジェットヘッド５１を用いたインク滴の吐出について説明する。このインクジェットヘッド５１では、流入口１３から供給されたインク２３は、流出口１４において外部に排出される。このように、ヘッド本体１２の内部をインク２３が循環した状態で、インク滴の吐出が行われることは第１の実施形態と同様である。

インク滴を吐出する際には、ヒータ２４を駆動して、インク流路１５の第１の流路２１内に気泡２５を発生させる。この状態においても第１の流路２１内でインク２３が循環しているため、発生した気泡２５には、下流方向、すなわち流出口１４に向かって流されるような力が働く。しかしながら、本実施形態のヒータ２４は傾けて設置されているため、気泡２５は、図５に示すように、ノズル１７の方向に向かって成長する。こうして、ノズル１７から正しくインク滴が吐出される。

第３の実施形態によれば、ヒータ２４は、流出口１４に近づくにつれて、ノズル１７との距離が小さくなるように斜めに配置している。通常、ノズル１７近傍においてインク２３を循環させると、気泡２５の管理が難しくなる。この構成によれば、インク２３の流れによって気泡２５が流されることを考慮して、ヒータ２４をノズル１７に対して傾けて配置することができる。このため、気泡２５の成長する方向を斜めにすることができ、インク流路１５内でインク２３が循環した状態であっても、気泡２５をノズル１７に向けてまっすぐに導くことができる。また、この構成によれば、常にインク２３が循環した状態を維持できるため、ノズル１７近傍において、気泡やゴミなどのパーティクルが滞留してしまうことを防止できる。また、ノズル１７近傍においてインク２３温度が上昇してしまうことを防止して印刷品質を向上できる。

図６にインクジェットヘッドの第４の実施形態を示す。このインクジェットヘッド６１は、ヘッド本体１２と、ヘッド本体１２に設けられた流入口１３と、ヘッド本体１２に設けられた流出口１４と、流入口１３と流出口１４とを接続するようにヘッド本体１２の内部に形成されるインク流路１５と、を備えている。ヘッド本体１２は、ノズルプレート１６を有し、このノズルプレート１６に、複数のノズル１７が形成されている。

インク流路１５の内部に、ノズル１７からインク２３を吐出させるためのヒータ２４が設けられている。ヒータ２４は、インク流路１５の第２の側面２１Ｂでノズル１７に対向する位置に設けられている。

ヒータ２４よりも流入口１３に近い上流方向で、インク流路１５の第２の側面２１Ｂには、気泡案内構造６２が設けられている。気泡案内構造６２は、ノズルプレート１６に近づくように傾斜して設けられている。つまり、第１のインク流路２１の側面で、ヒータ２４よりも流入口１３に近い位置から、インク流路１５の中心に向かって突出している。この気泡案内構造６２は、気泡２５の姿勢安定化を図ることができる。なお、気泡案内構造６２を壁部１８と一体に形成してもよい。

上記第１から第４の実施形態では、インク流路１５は、下側に位置する第１の流路と、上側に位置する第２の流路２２とを有している。ノズル１７は、第１の流路２１のほうに設けられている。この構成によれば、大きな気泡を第２の流路２２に導いて、ノズル１７のある第１の流路２１に大きな気泡が混入してしまう事態を防止できる。

その他、インクジェットヘッド１１、４１、５１、６１は、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。すなわち、前記第２の実施形態では、ヒータ２４をノズル１７よりも流入口１３に近い位置に設けることで、適切な気泡２５が形成されるようにしているが、ノズル１７の形状自体を工夫してインク２３が適切に吐出されるようにしてもよい。さらに、上記インクジェットヘッドの第１から第４の実施形態を種々組み合わせることで、より一層発明の効果を創出することができる。

第１の実施形態のインクジェットヘッドの斜視図。 図１に示すインクジェットヘッドの上面図。 図２に示すＦ３−Ｆ３線に沿った断面図。 第２の実施形態のインクジェットヘッドの断面図。 第３の実施形態のインクジェットヘッドの断面図。 第４の実施形態のインクジェットヘッドの断面図。

符号の説明

１１、４１、５１…インクジェットヘッド、１２…ヘッド本体、１３…流入口、１４…流出口、１５…インク流路、１６…ノズルプレート、１７…ノズル、２１…第１の流路、２１Ａ…第１の側面、２１Ｂ…第２の側面、２２…第２の流路、２４…ヒータ、２６、６２…気泡案内構造

Claims (5)

1. ヘッド本体と、
   前記ヘッド本体に設けられた流入口と、
   前記ヘッド本体に設けられた流出口と、
   前記流入口と前記流出口とを接続するように前記ヘッド本体の内部に形成されるとともに、前記流入口から前記流出口に向かってインクが流される第１と第２のインク流路と、
   前記第１のインク流路の側面で、ノズルプレートに形成されたノズルと、
   前記第１のインク流路内に設けられるとともに、前記インク流路内に気泡を生じさせ、前記ノズルからインクを吐出させるヒータと、
   前記第１のインク流路内に設けられるとともに、前記気泡を前記ノズルに作用させるための気泡案内構造と、
   を具備することを特徴とするインクジェットヘッド。
2. 前記気泡案内構造は、前記第１のインク流路の側面で、前記ヒータよりも前記流出口に近い位置から、前記ノズルプレートに向かって突出することを特徴とする請求項１に記載のインクジェットヘッド。
3. 前記気泡案内構造は、前記第１のインク流路の側面で、前記ヒータよりも前記流入口に近い位置から、前記ノズルプレートに向かって突出することを特徴とする請求項１に記載のインクジェットヘッド。
4. ヘッド本体と、
   前記ヘッド本体に設けられた流入口と、
   前記ヘッド本体に設けられた流出口と、
   前記流入口と前記流出口とを接続するように前記ヘッド本体の内部に形成されるとともに、前記流入口から前記流出口に向かってインクが流される第１と第２のインク流路と、
   前記第１のインク流路の側面で、ノズルプレートに形成されたノズルと、
   前記第１のインク流路内の前記ノズルよりも前記流入口に近い位置に設けられるとともに、前記インク流路内に気泡圧力を生じさせ、前記ノズルからインクを吐出させるヒータと、
   を具備することを特徴とするインクジェットヘッド。
5. ヘッド本体と、
   前記ヘッド本体に設けられた流入口と、
   前記ヘッド本体に設けられた流出口と、
   前記流入口と前記流出口とを接続するように前記ヘッド本体の内部に形成されるとともに、前記流入口から前記流出口に向かってインクが流される第１と第２のインク流路と、
   前記第１のインク流路の側面で、ノズルプレートに形成されたノズルと、
   前記第１のインク流路の側面で、前記ノズルと対向する位置に設けられるとともに、前記インク流路内に気泡圧力を生じさせ、前記ノズルからインクを吐出させるヒータと、
   を具備し、
   前記ヒータは、前記流出口に近づくにつれて、前記ノズルとの距離が小さくなるように斜めに配置することを特徴とするインクジェットヘッド。

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