JP2008254304A - インクジェット記録ヘッド - Google Patents
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Abstract
【課題】共通インク流路のインクの流れを生じさせ、吸引回復時に共通インク流路の気泡を効果的に除去できるインクジェット記録ヘッドを提供する。
【解決手段】熱エネルギーによりインクに気泡を発生させることでインク吐出を行わせる素子1が配置された複数の発泡室のそれぞれに、インク供給口3から直接的にインクを導くよう形成された第1インク流路部71と、発泡室の配列に関しインク供給口とは反対側に形成された共通インク流路8からインクを導くよう形成された第2インク流路部72とを設ける。ここで、複数の第1インク流路部には、第2インク流路部に比べてインクが流れ易いものと、インクが流れにくいものとが含まれるようにする。その結果、吸引回復時に共通インク流路内にインクの流れを生じさせ、共通インク流路内の気泡を効果的に除去することができる。
【選択図】図6
【解決手段】熱エネルギーによりインクに気泡を発生させることでインク吐出を行わせる素子1が配置された複数の発泡室のそれぞれに、インク供給口3から直接的にインクを導くよう形成された第1インク流路部71と、発泡室の配列に関しインク供給口とは反対側に形成された共通インク流路8からインクを導くよう形成された第2インク流路部72とを設ける。ここで、複数の第1インク流路部には、第2インク流路部に比べてインクが流れ易いものと、インクが流れにくいものとが含まれるようにする。その結果、吸引回復時に共通インク流路内にインクの流れを生じさせ、共通インク流路内の気泡を効果的に除去することができる。
【選択図】図6
Description
本発明は、インクジェット記録ヘッドに関し、特に、インクを吐出する吐出口からインクを吸引することで吐出性能を良好な状態に維持または回復させるための吸引回復を行なうのに適したインクジェット記録ヘッドに関する。
近年、インクジェット記録装置では記録の一層の高精細化および高速化が要望されている。
記録の高精細化のための一つの手段としては、ノズルを高密度に配置したインクジェット記録ヘッド(以下、記録ヘッドとも言う)を用いることで、解像度を高めることが挙げられる。なおノズルとは、インクを吐出する吐出口、その吐出を生じさせるために利用されるエネルギーを発生する素子、この素子が配置され、その発生エネルギーをインクに作用させるエネルギー作用室、およびこれに連通してインクを供給する流路を総称して言う。
また、記録の高速化のための一つの手段としては、インクジェット記録ヘッドの吐出周波数の向上が上げられる。記録ヘッドの吐出周波数の上限を決める一因として、インクを吐出させた後にノズル内へインクが供給されて再びインクで満たされるまでの時間(以下リフィル時間とも言う)がある。したがって、リフィル時間が短くなるほど、より高い吐出周波数で記録を行うことが可能になる。
図1は、従来のインクジェット記録ヘッドにおいて使用されている流路構成を示す模式的平面図である。この流路構成は、インクを吐出させるために利用されるエネルギーとしてインクに膜沸騰を生じさせる電気熱変換体1が配置されたエネルギー作用室(発泡室)5が備えられ、その発泡室5に対向して、図に垂直な方向(Z方向)に吐出口が配置される。発泡室5に対しては、1つのインク流路7を介して、Y方向にインクが供給される。なお、符号6で示すものは、気泡や塵埃等がノズル内に侵入しないようにするためにインク流路入口付近に配置されたフィルタである。このような流路構成を備える記録ヘッドでは、リフィル時間がノズルのピッチに依存する傾向がある。すなわち、解像度を高くする場合、高密度にノズルを配置するため、液路が小さくなりインクの流路抵抗が高くなるからである。
このような流路構成に対して、リフィル時間を短縮するために、図2に示されるような流路構成が知られている。この流路構成では、流路7が発泡室5の両側に2つ形成されており、2方向からインクが供給されるために、リフィル時間を短くすることができる。
また、図1に示すような従来のインクジェット記録ヘッドのノズル構造は、電気熱変換素子1のX方向の中心軸に対して流路構成部材4が非対称なため、Z方向への吐出が電気熱変換素子1の平面に対して垂直にならず、斜めに吐出することがあった。
一方、特許文献1に開示される図2に示す構造では、電気熱変換素子のX方向の中心軸に対して流路構成部材4が対称であるため、Z方向への吐出は、電気熱変換素子の平面に対して垂直に吐出させることができる。
図3は、図2に示す流路構成部材を備えたインクジェット記録ヘッド用基板の具体的な構成を示す正面図である。この構成では、基板に備えられた一つのインク供給口3の両側にノズル列が配置されている。各ノズルの発泡室5に対して、インクは、インク供給口3に向き合うインク流路7を介して直接供給されると共に、ノズル列の奥側を通る共通インク流路8を介しても供給される。
ところで、一般に、インクジェット記録ヘッドでは、記録ヘッドをプリンタ本体へ装着した際にノズルにインクを充満させるため、また、ノズル内に溜まる気泡等の除去を行うために、回復動作と称される処理が行われる。回復動作は、例えば、記録ヘッドの吐出口形成面にキャップと称される部材を接合させ、キャップ内をポンプ等で減圧することによって吸引力を作用させることで行われる。
しかしながら、図3の構成のように、ノズル列の奥側をインクが通る構成では、共通インク流路8に気泡が滞留することがある。これは、共通インク流路を通ってインクが供給されるよりも、インク供給口3から直接発泡室5へインクが供給されやすいために、共通インク流路8でのインクの流動が行われずに気泡が滞留してしまうことのである。
これは特に、一つのインク供給口3に対して配置されるノズル数が多くなるほど著しい。例えば、1列あたり128個のノズルが備えられる記録ヘッドでは、吸引回復に際してノズル列の端の数ノズル分の発泡室に対しては両側からインクが流れ込む。しかしながら、ノズル列の中心部分にあるノズルでは、インクはインク供給口3側から流れ込むことが多く、共通インク流路8側からはわずかな量のインクしか流れ込まない。これは、ノズル列の端では、インク供給口3からの距離が短いために共通インク流路8のインクが流動し易いが、中央部に行くに従いインクが流動しにくくなることによる。また、吸引時の発泡室へのインクの流れは、インク供給口3に向き合う流路7からの吐出口への流れが支配的であり、共通インク流路8のインクはよどみとなってほとんど動いていないことがある。このように、共通インク流路8側ではインクの流動性が低いことにより、気泡が除去されにくくなることがある。
本発明は以上の点に鑑みてなされたものであり、共通インク流路の全体にわたって好ましいインクの流れを生じさせ、吸引回復時に共通インク流路側の気泡を効果的に除去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する。
そのために本発明のインクジェット記録ヘッドは、インクを供給するインク供給口と、該インク供給口に沿って配列され、インクを吐出するためのエネルギーを前記インクに作用させる複数のエネルギー作用室と、該複数のエネルギー作用室のそれぞれに、前記インク供給口から直接的にインクを導くよう形成された複数の第1インク流路部と、前記複数のエネルギー作用室のそれぞれに、前記複数のエネルギー作用室の配列に関し前記インク供給口とは反対側に形成された共通インク流路からインクを導くよう形成された複数の第2インク流路部と、を具えたインクジェット記録ヘッドであって、前記複数のエネルギー作用室に対応して設けられた複数の前記第1インク流路部には、前記第2インク流路部に比べて流抵抗が小さい第1インク流路部と、前記第2インク流路部に比べて流抵抗が大きい第1インク流路部とが含まれていることを特徴とする。
以上の構成によれば、インク供給口から吐出口までのインクの流れが生じ易いノズルと、流れが生じにくいノズルを設けることができる。その結果、共通インク流路のインクの流れを生じさせ、吸引回復時に共通インク流路内の気泡を効果的に除去することができる。
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
(第1の実施形態)
図4は本発明の第1の実施形態のインクジェット記録ヘッドを示す斜視図である。また、図5は、図4のA−A’線に沿った断面を示す図である。なお、本図および他の図において、インク吐出に利用されるエネルギーを発生する素子としての電気熱変換素子1を駆動するための電気的な配線等は図示していない。
(第1の実施形態)
図4は本発明の第1の実施形態のインクジェット記録ヘッドを示す斜視図である。また、図5は、図4のA−A’線に沿った断面を示す図である。なお、本図および他の図において、インク吐出に利用されるエネルギーを発生する素子としての電気熱変換素子1を駆動するための電気的な配線等は図示していない。
これらの図に示すように、基板34の上面には、インク吐出に作用する吐出エネルギー発生手段である電気熱変換素子1と、細長い矩形状のインク供給口3とが形成されている。インク供給口3は、基板34の上下面間を貫通して形成された長溝状のインク供給室10の開口として位置する。電気熱変換素子1は、インク供給口3の長手方向の両側にそれぞれ1列ずつ、600dpiのピッチで配列されている。列間の関係では、電気熱変換素子1は半ピッチずらして形成されている。さらに、基板34の上面には流路構成部材4が配置され、流路構成部材4の上に吐出口プレート9が接合される。流路構成部材4は、インク供給口3から供給するインクを各々の電気熱変換素子1上に導くための隔壁をなし、一方吐出口プレート9には電気熱変換素子1に対向する部位に吐出口2が形成されている。これらを基板34上に配置することによって、複数のインク流路7が形成されるとともに、吐出口2に対向する部位にエネルギー作用室としての発泡室5が形成される。
なお、基板34の材質としてはSiを用いることができるが、本発明はこれに限定されるものではない。すなわち、電気熱変換素子が形成されるとともに、インク流路7、インク吐出口2等を形成する材料層の支持体として機能し得る材質でなるものであればいかなるものでもよく、例えば、ガラス、セラミックス、プラスチック、金属等を用いることも可能である。また、吐出口プレート9と流路構成部材4とは同一部材で形成することもできるし、別の部材で形成されていてもよい。
図6は、図4に示すインクジェット記録基板を、吐出口プレート9を取り外して示す正面図である。また、図7は、図6の一部を拡大して示す図、図8は、図6のB−B’線断面図である。
図6に示すように、1つの発泡室5に対するインク流路7は、それぞれ2つのインク流路部で構成されている。すなわち、インク供給口3から直接的に流れてくるインクを発泡室5に導く第1インク流路部71と、インク供給口3からノズル列の反対側にある共通インク流路8を介して流れてくるインクを発泡室5に導く第2インク流路部72とが設けられている。
また、図6に示すように、基板34上、インク供給口3の長辺と短辺とに沿って円柱状のノズルフィルタ6が複数立設されている。ここで、インク供給口3の長辺に沿うノズルフィルタ6は、第1インク流路部71の入口付近に各2個ずつ配置される。一方、インク供給口3の短辺に沿うノズルフィルタ6は、各ノズルの反対側の第2インク流路部72に至る共通インク流路に配置されるものとなる。なお、ノズルフィルタ6は、流路構成部材4と同じ材料を用いて、流路構成部材4と同一工程で形成することが可能である。
本実施形態では、各ノズルの第1インク流路部71の入口付近に配置されるノズルフィルタ6の寸法(直径)を適切に定めることにより、吸引回復時に好ましいインクの流れを生じさせ、気泡の確実な除去を行わせるようにするものである。以下、具体的な数値を挙げてこれを説明する。
図8において、流路の高さ(N10)は14μm、吐出口プレートの厚み(N11)は11μm、吐出口径(N12)は直径12μmであるとする。また、インク供給口の幅(N13)は112μm、インク供給口の縁部から電気熱変換素子1の中心までの距離(N14)は70μmであるとする。
また、図7において、発泡室の中心から発泡室端部までの距離はN1=16μmであるとする。発泡室の中心から共通インク流路8に面した第2インク流路部72の端部までの距離はN2=34μm、インク供給口3側の第1インク流路部71の端部までの距離もN3=34μmであるとする。また、発泡室の中心から共通インク流路8を画成する側壁部までの距離はN4=84μm、発泡室の中心からノズルフィルタ6の中心までの距離はN5=47μmであるとする。さらに、流路幅はN6=17μm、発泡室の幅はN7=32μmであるとする。
図7に示すように、本実施形態では、隣接する2つの発泡室を一組として、一組毎に径の異なるノズルフィルタを交互に適用している。すなわち、1つの発泡室に対しては2つのノズルフィルタが配設されているので、第1インク流路71の列に沿って比較的大径の4つのノズルフィルタ6aと、比較的小径の4つのノズルフィルタ6bとが交互に配列されることになる。具体的には、径が大きいノズルフィルタ6aは直径が12μm、径が小さいノズルフィルタ6bは直径が6μmであるとする。
このように、本実施形態においては、インク供給口から発泡室までの流れの抵抗を一組のノズルごとに変化させるようにしている。これにより、小径のノズルフィルタ6bが配置されるノズルでは、第1インク流路部71へのインク流入口が広く、共通インク流路8から第2インク流路部72を介するよりも、インク供給口3から第1インク流路部71を介してインクが流れ易い。これに対し、大径のノズルフィルタ6aが配置されるノズルでは、第1インク流路部71へのインク流入口が狭くなっており、インク供給口3から第1インク流路部71を介するよりも、共通インク流路8から第2インク流路部72を介してインクが流れ易い。
図9は、本実施形態における吐出口からの吸引回復時の流体シミュレーション結果の概略図を示す。吸引回復に際して吐出口群に吸引力を作用させると、吐出口へはインクの流れ易い流路部を介してインクが流れることになる。すなわち、大径のノズルフィルタ6aが配置されるノズルでは、主として第2インク流路部72を介してインクの流入が生じ、吐出口から吸引される。一方、小径のノズルフィルタ6bが配置されるノズルでは、主としてインク供給口3から第1インク流路部71を介してインクの流入が生じ、吐出口から吸引されなかった一部のインクは、第2インク流路部72を介して共通インク流路8へと流れる。これらのようにインクの流れが生じることで、共通インク流路8内でも好ましいインクの流動が生じ、従ってここに存在する気泡が効果的に除去されることになる。
本発明者は、実際に、上記諸元を有する本実施形態の記録ヘッドと、従来構造(一律に小径のノズルフィルタを設けたもの)とに対して吸引回復処理を施して検証を行った。具体的には、透明な部材で形成されてなる吐出口プレート9をもつそれぞれの記録ヘッドをインクジェット記録装置に装着し、吸引回復処理を行った。その後に記録ヘッドを取り外し、記録ヘッドの吐出口形成面の正面から顕微鏡にて観察を行い、共通インク流路8に気泡が残留するかどうかを検討した。すると、従来の構造のヘッドにおいては共通インク流路8に気泡が残留したのに対して、本実施形態の構造においては共通インク流路8への気泡の残留は観察されなかった。
なお、本実施形態では、ノズルフィルタの大きさが同じノズルは、2ノズルを一組としているが、本発明はこれに限られるものではない。すなわち、3以上のノズルを一組としたり、1ノズル毎に大径のノズルフィルタおよび小径のノズルフィルタが交互に配置されるようにしてもよく、一組とするノズルの数が限定されるものではない。ただし、一組のノズル数を多くすると、共通インク流路でのインクの移動距離が大きくなり気泡除去性が低下するおそれがあるため、一組のノズル数はこれを考慮して定めることが強く望ましい。
また、吐出口の直径が同じノズル列の中において異なっている場合は、吸引時の流抵抗が吐出口の大小で変化するので、それに対応してノズルフィルタ径やインク流路幅を適宜変えてもよい。
(第2の実施形態)
図10は、第2の実施形態におけるインクジェット記録基板を、吐出口プレート9を取り外して示す正面図である。
図10は、第2の実施形態におけるインクジェット記録基板を、吐出口プレート9を取り外して示す正面図である。
本実施形態における記録基板は、第1の実施形態における一組のノズルの奥側の共通インク流路8の部分の中央に流路制御構造11を設けたものである。第1の実施形態では、図9に示すように、比較的大径のノズルフィルタが配される一組のノズルの奥側の共通インク流路8の部分によどみ領域が発生することがある。
つまり、共通インク流路において、隣接するフィルタ径が小さいノズル間の領域、及び隣接するフィルタ径が大きいノズル間の領域においてインクの流れがよどむ可能性がある。
したがって、上記のようによどむ可能性のある領域に流路制御構造11を設けることにより、共通インク流路8での好ましい流れがより生じやすくし、かつ流れのよどみ領域を低減させる構造としている。これにより、吸引回復処理等のインクの排出において、気泡除去性能をより向上することができる。
(第3の実施形態)
上述の各実施形態においては、大小2種の径を有するノズルフィルタを採用することで流路抵抗を変えるようにしたが、その他の構造を採用することで流路抵抗を変えることも可能である。
上述の各実施形態においては、大小2種の径を有するノズルフィルタを採用することで流路抵抗を変えるようにしたが、その他の構造を採用することで流路抵抗を変えることも可能である。
図11は、第3の実施形態におけるインクジェット記録基板を、吐出口プレート9を取り外して示す正面図である。
本実施形態において、流路の高さは14μm、吐出口プレートの厚みは11μm、吐出口の径は直径12μm、インク供給口の幅は設計形態において任意であり、インク供給口から電気熱変換素子中心までの距離は70μmであるとする。また、共通インク流路8は、インク供給口3の端部と連通しており、ノズル列の両端からインクが供給される。なお、共通インク流路の幅は50μmであるとする。
本実施形態においては、ノズルフィルタについては同一径を有するものを一律に配置する一方で、インク供給口3から発泡室5までの流路の断面寸法(幅)を2ノズルおきに変えることにより、2ノズルを一組として流路抵抗を変えるようにしている。広い方の流路幅は、32μm、狭い方の流路幅は17μmであるとする。このような構成においても、インクは、インク供給口からノズル幅が広いノズルを通る。また、共通インク流路を通り、ノズル幅が狭いノズルの吐出口へ流れる。その結果、ノズルフィルタと共通インク流路とのインクの流れが生じ、気泡を除去することができる。
1 電気熱変換素子
2 吐出口
3 インク供給口
4 流路構成部材
5 発泡室
6、6a、6b ノズルフィルタ
7 インク流路
8 共通インク流路
2 吐出口
3 インク供給口
4 流路構成部材
5 発泡室
6、6a、6b ノズルフィルタ
7 インク流路
8 共通インク流路
Claims (5)
- インクを供給するインク供給口と、
該インク供給口に沿って配列され、インクを吐出するためのエネルギーを前記インクに作用させる複数のエネルギー作用室と、
該複数のエネルギー作用室のそれぞれに、前記インク供給口から直接的にインクを導くよう形成された複数の第1インク流路部と、
前記複数のエネルギー作用室のそれぞれに、前記複数のエネルギー作用室の配列に関し前記インク供給口とは反対側に形成された共通インク流路からインクを導くよう形成された複数の第2インク流路部と、
を具えたインクジェット記録ヘッドであって、
複数の前記第1インク流路部には、前記第2インク流路部に比べて流抵抗が小さい第1インク流路部と、前記第2インク流路部に比べて流抵抗が大きい第1インク流路部とが含まれていることを特徴とするインクジェット記録ヘッド。 - 前記インク供給口から前記第1インク流路部へのインク流入口にはフィルタが配置され、該フィルタの寸法を異ならせることで、前記第2インク流路部に比べて流抵抗が小さい第1インク流路部と、前記第2インク流路部に比べて流抵抗が大きい第1インク流路部とが設けられることを特徴とする請求項1に記載のインクジェット記録ヘッド。
- 流路の断面寸法を異ならせることで、前記第2インク流路部に比べて流抵抗が小さい第1インク流路部と、前記第2インク流路部に比べて流抵抗が大きい第1インク流路部とが設けられることを特徴とする請求項1に記載のインクジェット記録ヘッド。
- 隣接する2つの前記第1インク流路部を一組として、前記第2インク流路部に比べて流抵抗が小さい第1インク流路部の組と前記第2インク流路部に比べて流抵抗が大きい第1インク流路部の組とが交互に配置されていることを特徴とする請求項1ないし3のいずれかに記載のインクジェット記録ヘッド。
- インクを吐出するインク吐出口に吸引力を作用させることでインクを排出させる処理に際して、前記共通インク流路によどみが生じないようにするための流路制御構造が前記共通インク流路に設けられていることを特徴とする請求項1ないし4のいずれかに記載のインクジェット記録ヘッド。
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