JP2010036481A - 液体吐出ヘッド及びインクジェットヘッド - Google Patents

Abstract

【課題】フィルタで捕獲した異物によって、再度フィルターが目詰まりしにくくする。
【解決手段】インクジェットヘッドは、主流路３５及びインク流出流路３６からなるインク供給流路３７と、主流路３５の途中で分岐しその分岐部３８ａから気泡流出口に至る気泡流出流路３８とを画定する流路構成部材１１を含んでいる。流路構成部材１１は、開口部１１ａを封止するフィルム４１と、開口部１１ｃを封止するフィルム５２と、フィルム４１と対向して配置され主流路３５を流れるインクを濾過するフィルタ３２とを有している。フィルム４１の内表面４２ａは、インク流れ方向に関して下流側の一端が上流側の他端よりも下方に配置されるように傾斜している。
【選択図】図４

Description

本発明は、液体を吐出する液体吐出ヘッド及びインクを吐出するインクジェットヘッドに関する。

特許文献１には、印字ヘッドと、印字ヘッドに一体に設けられたフィルタユニットとを含み、インクカートリッジからのインクがフィルタユニットを介して印字ヘッドに供給されるインクジェットプリンタについて記載されている。このインクジェットプリンタにおいて、フィルタユニットには、水平方向に流れたインクが重力方向と逆、つまり、下方から上方に流れる流路が形成されており、その流路の入口部分に異物捕捉用フィルタが設けられている。このフィルタは、上流側の端部が下流側の端部よりも上方になるように水平方向に対して僅かに傾斜して配置されている。また、フィルタユニットには、インクが水平方向に流れる水平流路のフィルタよりも上流側にフィルタバイパス流路が設けられている。このように、フィルタバイパス流路をフィルタよりも上流側に配置していても、フィルタが傾斜して配置されていることで、フィルタに滞留した気泡が浮力によってフィルタバイパス流路側へ案内される。そのため、フィルタに滞留する気泡を排出することができる。

特開平９−１４１８９０号公報

上述した特許文献１に記載の技術においては、インクが下方から上方に流れる流路の入口にフィルタが配置されているので、インクの流れが停止すると、フィルタによって捕獲されたインク内の異物が自重でフィルタから剥離して下方に落ちる。しかし、フィルタから下方に落ちた異物は、フィルタと対向する水平流路部分に落ちただけなので、インクが流れ出すと、異物はその落ちた位置からインクと共にフィルタ側に移動する。このようにフィルタで捕獲した異物が何度もフィルタに移動すると、異物の形状によってはフィルタを通過してしまうことがある。さらには、同じ異物が何度もフィルタに捕獲されていると、長期間使用することによって増加した多くの異物によって、フィルタ全体が目詰まりし、印字ヘッドへのインク供給不足が生じる。

そこで、本発明の目的は、フィルタで捕獲した異物によって、再度フィルターが目詰まりしにくくすることが可能な液体吐出ヘッド及びインクジェットヘッドを提供することである。

本発明の液体吐出ヘッドは、液体を吐出する液体吐出装置に用いられる液体吐出ヘッドであって、液体が流入する液体流入口、前記液体流入口から流入した液体が流出するとともに液体を吐出する吐出口に連通した液体流出口、及び、液体中の気泡が流出する気泡流出口を有しており、前記液体流入口から前記液体流出口に至る第１流路、及び、前記第１流路の途中で分岐しその分岐部から前記気泡流出口に至る第２流路を画定する流路構成部材を含んでいる。そして、前記流路構成部材は、前記第１流路から前記第２流路に亘って形成され下方に向かって開口した第１開口部と、前記第２流路に形成され前記第１開口部と対向する第２開口部と、前記分岐部の近傍であって前記第１開口部に対向して配置され、前記第１流路を流れる液体を濾過するフィルタと、前記第１開口部を封止して前記第１及び第２流路の側壁の一部を構成する封止部材と、前記第２開口部を封止して前記第２流路の側壁の一部を構成する可撓性のフィルムとを有し、前記封止部材の内表面は、前記封止部材の下流側の一端が前記封止部材の上流側の他端よりも下方に配置されるように傾斜している。

これによると、フィルタと封止部材とが第１流路中で対向する構成となり、液体流入口から流入した液体が第１開口部側からフィルタに向かって上昇しフィルタを通過した後、液体流出口に流れる。これにより、フィルタで捕獲された液体内の異物が、液体の流れが停止したときに下方の封止部材の内表面上に落ち、封止部材の下流側の一端に向かって移動する。このとき、異物がフィルムと対向する領域を通過するときに液体中の圧力変動によって内表面上から舞い上がりにくくなる。すなわち、液体中に圧力変動が生じてもフィルムがその圧力変動に応じて振動するため、フィルム近傍の液体の脈動が減衰し異物が舞い上がりにくくなる。さらに、内表面は第１流路から第２流路、すなわち下流側に行くに連れてフィルタとの高さ方向の距離が大きくなるので、異物がフィルタから遠ざかる。このように異物が内表面から舞い上がりにくくなり且つフィルタから遠ざかることで、液体が液体流入口から液体流出口に流れても、内表面に落ちた異物がフィルタまで移動しにくくなって、フィルタの目詰まり及び異物によるインク供給不足が抑制される。

本発明において、前記封止部材の内表面は、前記下流側の一端から前記上流側の他端に亘って傾斜した傾斜平面であることが好ましい。これにより、封止部材の内表面に落下してきた異物が第２流路の下流側によりスムーズに移動しやすくなる。

また、本発明において、前記封止部材の前記一端には、前記内表面に開口が形成された凹部が形成されていることが好ましい。これにより、凹部内に異物を集めることが可能となる。

また、このとき、前記凹部には、前記凹部の開口縁から中心に向かって突出した環状突起が形成されていてもよい。これにより、凹部内の異物が凹部の外に出にくくなる。

また、本発明において、前記封止部材が、可撓性を有するフィルムであることが好ましい。これにより、封止部材が振動可能になるので、液体の圧力変動を抑制するとともに、封止部材の内表面上の異物を傾斜方向に沿って効果的に移動させることができる。

本発明のインクジェットヘッドは、インクを吐出して画像を形成するインクジェットプリンタに用いられるインクジェットヘッドであって、インクが流入するインク流入口、前記インク流入口から流入したインクが流出するとともにインクを吐出するノズルに連通したインク流出口、及び、インク中の気泡が流出する気泡流出口を有しており、前記インク流入口から前記インク流出口に至る第１流路、及び、前記第１流路の途中で分岐しその分岐部から前記気泡流出口に至る第２流路を画定する流路構成部材を含んでいる。そして、前記流路構成部材は、前記第１流路から前記第２流路に亘って形成され下方に向かって開口した第１開口部と、前記第２流路に形成され前記第１開口部と対向する第２開口部と、前記分岐部の近傍であって前記第１開口部に対向して配置され、前記第１流路を流れるインクを濾過するフィルタと、前記第１開口部を封止して前記第１及び第２流路の側壁の一部を構成する封止部材と、前記第２開口部を封止して前記第２流路の側壁を構成する可撓性のフィルムとを有し、前記封止部材の内表面は、前記封止部材の下流側の一端が前記封止部材の上流側の他端よりも下方に配置されるように傾斜している。

これによると、フィルタと封止部材とが第１流路中で対向する構成となり、インク流入口から流入したインクが第１開口部側からフィルタに向かって上昇しフィルタを通過した後、インク流出口に流れる。これにより、フィルタで捕獲されたインク内の異物が、インクの流れが停止したときに下方の封止部材の内表面上に落ち、封止部材の下流側の一端に向かって移動する。このとき、異物がフィルムと対向する領域を通過するときにインク中の圧力変動によって内表面上から舞い上がりにくくなる。すなわち、インク中に圧力変動が生じてもフィルムがその圧力変動に応じて振動するため、フィルム近傍のインクの脈動が減衰し異物が舞い上がりにくくなる。さらに、内表面は第１流路から第２流路、すなわち下流側に行くに連れてフィルタとの高さ方向の距離が大きくなるので、異物がフィルタから遠ざかる。このように異物が内表面から舞い上がりにくくなり且つフィルタから遠ざかることで、インクがインク流入口からインク流出口に流れても、内表面に落ちた異物がフィルタまで移動しにくくなって、フィルタの目詰まり及び異物によるインク供給不足が抑制される。

本発明において、前記封止部材が、可撓性を有するフィルムであることが好ましい。これにより、封止部材が振動可能になるので、インクの圧力変動を抑制するとともに、封止部材の内表面上の異物を傾斜方向に沿って効果的に移動させることができる。

本発明の液体吐出ヘッドによると、フィルタと封止部材とが第１流路中で対向する構成となり、液体流入口から流入した液体が第１開口部側からフィルタに向かって上昇しフィルタを通過した後、液体流出口に流れる。これにより、フィルタで捕獲された液体内の異物が、液体の流れが停止したときに下方の封止部材の内表面上に落ち、封止部材の下流側の一端に向かって移動する。このとき、異物がフィルムと対向する領域を通過するときに液体中の圧力変動によって内表面上から舞い上がりにくくなる。すなわち、液体中に圧力変動が生じてもフィルムがその圧力変動に応じて振動するため、フィルム近傍の液体の脈動が減衰し異物が舞い上がりにくくなる。さらに、内表面は第１流路から第２流路、すなわち下流側に行くに連れてフィルタとの高さ方向の距離が大きくなるので、異物がフィルタから遠ざかる。このように異物が内表面から舞い上がりにくくなり且つフィルタから遠ざかることで、液体が液体流入口から液体流出口に流れても、内表面に落ちた異物がフィルタまで移動しにくくなって、フィルタの目詰まり及び異物によるインク供給不足が抑制される。

本発明のインクジェットヘッドによると、フィルタと封止部材とが第１流路中で対向する構成となり、インク流入口から流入したインクが第１開口部側からフィルタに向かって上昇しフィルタを通過した後、インク流出口に流れる。これにより、フィルタで捕獲されたインク内の異物が、インクの流れが停止したときに下方の封止部材の内表面上に落ち、封止部材の下流側の一端に向かって移動する。このとき、異物がフィルムと対向する領域を通過するときにインク中の圧力変動によって内表面上から舞い上がりにくくなる。すなわち、インク中に圧力変動が生じてもフィルムがその圧力変動に応じて振動するため、フィルム近傍のインクの脈動が減衰し異物が舞い上がりにくくなる。さらに、内表面は第１流路から第２流路、すなわち下流側に行くに連れてフィルタとの高さ方向の距離が大きくなるので、異物がフィルタから遠ざかる。このように異物が内表面から舞い上がりにくくなり且つフィルタから遠ざかることで、インクがインク流入口からインク流出口に流れても、内表面に落ちた異物がフィルタまで移動しにくくなって、フィルタの目詰まり及び異物によるインク供給不足が抑制される。

以下、本発明の好適な実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。

図１は、本発明の一実施形態であるインクジェットヘッドが採用されたインクジェットプリンタの全体的な構成を示す概略側面図である。図１に示すように、インクジェットプリンタ１０１は、４つのインクジェットヘッド１を有するカラーインクジェットプリンタである。このインクジェットプリンタ１０１には、図中左方に給紙部１１１が、図中右方に排紙部１１２がそれぞれ構成されている。

インクジェットプリンタ１０１の内部には、給紙部１１１から排紙部１１２に向かって記録媒体である用紙Ｐが搬送される用紙搬送経路が形成されている。給紙部１１１のすぐ下流位置には、用紙を挟持搬送する一対の送りローラ１０５ａ、１０５ｂが配置されている。一対の送りローラ１０５ａ、１０５ｂは、用紙Ｐを給紙部１１１から図中右方に送り出す。用紙搬送経路の中間部には、２つのベルトローラ１０６、１０７と、両ローラ１０６、１０７の間に架け渡されるように巻き回されたエンドレスの搬送ベルト１０８と、搬送ベルト１０８によって囲まれた領域内においてインクジェットヘッド１と対向する位置に配置されたプラテン１１５とを含むベルト搬送機構１１３が設けられている。プラテン１１５は、インクジェットヘッド１と対向する領域において搬送ベルト１０８が下方に撓まないように搬送ベルト１０８を支持する。ベルトローラ１０７と対向する位置には、ニップローラ１０４が配置されている。ニップローラ１０４は、給紙部１１１から送りローラ１０５ａ、１０５ｂによって送り出された用紙Ｐを搬送ベルト１０８の外周面１０８ａに押さえ付ける。

図示しない搬送モータがベルトローラ１０６を回転させることによって、搬送ベルト１０８が駆動される。これにより、搬送ベルト１０８が、ニップローラ１０４によって外周面１０８ａに押さえ付けられた用紙Ｐを粘着保持しつつ排紙部１１２に向けて搬送する。なお、搬送ベルト１０８の表面には、弱粘性のシリコン樹脂層が形成されている。

用紙搬送経路に沿う搬送ベルト１０８のすぐ下流には、剥離機構１１４が設けられている。剥離機構１１４は、搬送ベルト１０８の外周面１０８ａに粘着されている用紙Ｐを外周面１０８ａから剥離して、図中右方の排紙部１１２に向けて送るように構成されている。

４つのインクジェットヘッド１は、４色のインク（マゼンタ、イエロー、シアン、ブラック）に対応して、用紙搬送方向（副走査方向）に沿って４つ並べて固定されている。つまり、このインクジェットプリンタ１０１は、ライン式プリンタである。４つのインクジェットヘッド１は、その下端にヘッド本体２をそれぞれ有している。ヘッド本体２は、搬送方向に直交した方向（主走査方向）に長尺な細長い直方体形状となっている。また、ヘッド本体２の底面が外周面１０８ａに対向するインク吐出面２ａとなっている。搬送ベルト１０８によって搬送される用紙Ｐが４つのヘッド本体２のすぐ下方を順に通過する際に、この用紙Ｐの上面すなわち印刷面に向けてインク吐出面２ａから各色のインクが吐出されることで、用紙Ｐの印刷面に所望のカラー画像を形成できるようになっている。

次に、インクジェットヘッド１について詳細に説明する。図２は、本発明の一実施形態であるインクジェットヘッドの外観側面図である。図３は、図２に示すインクジェットヘッドの長手方向に沿った断面図である。なお、図３では説明の都合上、上下方向の縮尺を拡大し、且つ、同一線に沿った断面図では通常描かれないインク流路をも適宜に示している。また、図３においてはバルブ６０を省略している。インクジェットヘッド１は、図２及び図３に示すように、主走査方向に延在しており、下から順に、ヘッド本体２と、インクを一時的に貯留するリザーバユニット３と、リザーバユニット３に取り付けられたバルブ６０とを有している。

リザーバユニット３について、図４及び図５をさらに参照しつつ説明する。図４は、図３に示す流路構成部材１１の長手方向に沿った部分断面図である。図５は、リザーバユニット３を構成する各部材の平面又は底面図である。なお、図５（ａ）は、流路構成部材１１の平面図であり、図５（ｂ）は、流路構成部材１１の底面図であり、図５（ｃ）〜図５（ｅ）は、プレート１２〜１４の平面図である。

リザーバユニット３は、図３〜図５に示すように、インクを一時的に貯溜するインク溜を有しているとともに、ヘッド本体２に含まれる流路ユニット９（図７〜図９参照）にインクを供給するものである。リザーバユニット３は、主走査方向に延在した流路構成部材１１と、主走査方向に延在した矩形状の平面を有する３枚のプレート１２〜１４とが積層された積層構造を有している。これらのうち３枚のプレート１２〜１４が、例えば、ステンレス鋼等の金属プレートとなっている。

流路構成部材１１は、例えば、ポリエチレンテレフタレート樹脂やポリプロピレン樹脂などの合成樹脂からなるものであり、その内部に上部リザーバ３１が形成されている。また、流路構成部材１１の上面における主走査方向の一端部（図中左端部）近傍には、インク流入口３１ａと、気泡流出口３１ｃとが、副走査方向に配列するように形成されている。さらに、流路構成部材１１の下面における中央部にはインク流出口３１ｂが形成されている。

上部リザーバ３１は、流路構成部材１１の主走査方向の中央部から一端部の間にのみ形成されている。上部リザーバ３１は、インク供給流路３７と、気泡流出流路３８とを含んでいる。インク供給流路３７は、インク流入口３１ａから主走査方向に沿って延在する主流路３５、及び、主流路３５の上面から流路構成部材１１の中央部まで延在した後、下方に向かってインク流出口３１ｂまで延在するインク流出流路３６を有している。気泡流出流路３８は、主流路３５の途中で分岐しその分岐部３８ａから流路構成部材１１の中央部に向かって主走査方向に延在し、インク流出口３１ｂ近傍においてＵターンしてから流路構成部材１１の一端部に向かって気泡流出口３１ｃまで延在している。なお、主流路３５及び気泡流出流路３８はインク吐出面２ａと平行な同一平面上に配置されており、インク流出流路３６の主走査方向に延在する部分が気泡流出流路３８よりも鉛直方向上方に配置されている。主流路３５は、平面視において略平行四辺形状を有している。

主流路３５の鉛直方向に関する略中央には、平面視において略平行四辺形状を有するフィルタ３２が配置されている。このフィルタ３２によって、主流路３５が上流側と下流側とに分けられている。主流路３５の上流側は、フィルタ３２に関してインク流入口３１ａの反対側（図中右側）、すなわち、分岐部３８ａで気泡流出流路３８と互いに連通している。なお、分岐部３８ａはフィルタ３２近傍に形成されている。気泡流出流路３８の一部は、主流路３５との間で流路壁を共有するように主流路３５に沿って直線状に延在している。一方、主流路３５の下流側は、流路構成部材１１の主走査方向の中央部近傍で、インク流出流路３６と互いに連通している。

図３、図４及び図５（ｂ）に示すように、流路構成部材１１の下面であって主流路３５の上流側及び気泡流出流路３８の上流部の下面となる部分に、下方に向かって開口した開口部（第１開口部）１１ａが形成されている。開口部１１ａはフィルタ３２と対向している。流路構成部材１１の下面には、開口部１１ａを封止する可撓性を有するフィルム（封止部材）４１が溶着されている。このフィルム４１は、主流路３５及び気泡流出流路３８の下面の流路壁となっている。言い換えれば、主流路３５及び気泡流出流路３８が、一枚のフィルム４１を介して大気と接している。フィルム４１は、後述のプレート１２との間に僅かな隙間を介するように下面に溶着されている。フィルム４１はこの隙間分だけ変位可能となっている。また、フィルム４１が可撓性を有しているため、主流路３５及び気泡流出流路３８内において急激な圧力変動があったとき、フィルム４１がこの圧力変動を吸収するダンパとして機能する。

図４に示すように、フィルム４１の主流路３５及び気泡流出流路３８の一部（分岐部３８ａからインク流出口３１ｂ近傍までの部分）の下面の流路壁を構成する一部４２は、インクの流れ方向に関して、下流側の一端が上流側の他端よりも鉛直方向の下方に配置されるように傾斜している。このようにフィルム４１の一部４２が傾斜していることで、フィルタ３２に捕獲されたインク中の異物がフィルム４１上に落下してきたときに、異物を下流側に移動させることができる。また、一部４２の内表面４２ａは平坦となっており、当該内表面４２ａが傾斜平面となっている。このように内表面４２ａが傾斜平面であることで、異物を下流側によりスムーズに移動させることが可能となる。本実施形態における内表面４２ａは傾斜平面であるが、内表面が階段状に傾斜していてもよく、内表面の全体が下流側に行くに連れて下方に傾斜しておればよい。この場合においても上述と同様な効果を得ることができる。

また、フィルム４１の一部４２であって気泡流出流路３８の下流側の一端には、内表面４２ａに開口が形成された凹部４３が形成されている。このように凹部４３が形成されていることで、下流側に移動してきた異物を集めることが可能となる。凹部４３の開口縁には、開口の中心に向かって突出した環状突起４４が形成されている。このように凹部４３に環状突起４４が形成されていることで、凹部４３内に入り込んだ異物が凹部４３の外（気泡流出流路３８）に出にくくなる。なお、開口の中心に向かって突出し突起は、必ずしも環状でなくてもよい、開口縁に形成された複数の突起片であってもよい。

図３、図４及び図５（ａ）に示すように、流路構成部材１１の上面には上方に向かって開口した２つの開口部１１ｂ，１１ｃが形成されている。開口部１１ｂはインク流出流路３６の上面となる部分に形成されており、開口部（第２開口部）１１ｃは気泡流出流路３８の上面の一部となる部分に形成されている。開口部１１ｃはフィルム４１と対向する位置に形成されている。流路構成部材１１の上面には、開口部１１ｂを封止するフィルム５１と、開口部１１ｃを封止するフィルム５２とが溶着されている。これらフィルム５１，５２は可撓性を有している。また、フィルム５１がインク流出流路３６の上面の流路壁を構成し、フィルム５２が気泡流出流路３８の上面の一部の流路壁を構成している。なお、開口部１１ｃは、開口部１１ｂよりも副走査方向に幅広且つ主走査方向に短い矩形形状を有しており、フィルム５２のインクと接する内表面の面積がフィルム５１よりも若干大きくなっている。また、フィルム５２は、後述の気泡排出作業時において膨らむことによって増加する体積も、フィルム５１におけるよりも大きい。

このように、本実施形態のインクジェットヘッド１は、主流路３５および気泡流出流路３８の流路壁の一部が、ダンパ効果を有するフィルム４１によって構成されている。また、フィルム４１の内表面は、主流路３５でフィルタ３２に対向し、気泡流出流路３８の上流部でフィルム５２に対向した傾斜面であり、フィルム４１の上流側（主流路側）領域より下流側（気泡流出流路側）領域の方が、対向する流路側壁までの間隔が大きい。

つまり、インクを吐出して画像を形成するインクジェットプリンタ１０１に用いられるインクジェットヘッド１であって、このインクジェットヘッド１は、インクが流入するインク流入孔（インク流入口３１ａ）、このインク流入孔から流入したインクが流出するとともにインクを吐出するノズルに連通したインク流出孔（インク流出口３１ｂ）、及び、インク中の気泡が流出する気泡流出孔（気泡流出口３１ｃ）を有し、インク流入孔からインク流出孔に至り且つインク流入孔とインク流出孔との間において外部に向かって開口した第１開口（第１開口部）が形成された第１流路（主流路３５）、及び、この第１流路の途中部で分岐して気泡流出孔に至るとともにその分岐部の近傍に外部に向かって開口した第２開口（第２開口部）が形成された第２流路（気泡流出流路３８）を画定する流路構成部材を有している。

さらに、流路構成部材には、第２流路が第１流路から分岐する分岐部の近傍であって、第１開口に対向して配置され、第１流路を流れるインクを濾過するフィルタ（フィルタ３２）と、第１開口を封止して、第１流路の側壁の一部を構成する封止部材（フィルム４１）と、第２開口を封止して、第２流路の側壁を構成する可撓性のフィルム（フィルム５２）とが備えられ、封止部材が取り付けられた第１開口が、フィルタに対向する上流側領域から分岐部を介してフィルムに対向する下流側領域まで延在し、封止部材の内表面は、この内表面の対向する側壁までの間隔が、上流側領域より下流側領域の方が大きい傾斜面であることを特徴としている。

これによって、封止部材の上流側領域では、流路の間隔が狭く、その分流速が速い。そのため、フィルタ３２に捕獲された異物や気泡を流出させるときには、気泡流出口３１ｃ側に速やかにインク流とともに移動させることができる。また、下流側領域では、流路の間隔が広い。この領域では、共にダンパ効果を有する２つのフィルム４１，５２が対向しており、流路間隔が広くなった分だけ両者のダンパ効果がそれぞれ向上する。インクに加わる必要のない圧力変動を効果的に減衰でき、インクの吐出特性の安定化に寄与する。また、インクジェットヘッド１が水平に設置されておれば、圧力変動による異物の舞い上がりを確実に抑えることができる。

なお、このフィルム４１は、優れたガスバリア性を有する材質、例えば、シリカ膜（ＳｉＯｘ膜）やアルミ膜が蒸着されたＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）フィルムから構成されている。そのため、インクジェットヘッド１の外側の気体がフィルム４１を介して上部リザーバ３１内にほとんど侵入することができないようになっている。フィルム５１，５２も、フィルム４１と同じ材質で構成されている。

また、流路構成部材１１の上面には、インク流入口３１ａに接続された供給側ジョイント部３０ａと気泡流出口３１ｃに接続された流出側ジョイント部３０ｂとが形成されている。供給側ジョイント部３０ａには、インクジェットヘッド１にインクを供給するためのインク管（不図示）が接続されている。なお、インク管の途中部位には、インク管に接続されたインクタンク内のインクをインクジェットヘッド１に強制的に送るポンプが設けられている。このポンプは、通常印刷時においては単に流路として働き、上部リザーバ３１にインクを強制的に送るときにだけ駆動される。流出側ジョイント部３０ｂには、開閉可能なバルブ６０が接続されている（図２参照）。

図３及び図５（ｃ）に示すように、プレート１２〜１４のうち、最上層のプレート１２には、落込流路１２ａとなる貫通孔が平面視における中央に形成されている。落込流路１２ａは、インク流出口３１ｂを介して上部リザーバ３１と連通している。図３及び図５（ｅ）に示すように、最下層のプレート１４には、１０個の供給流路１４ａとなる貫通孔が形成されている。各供給流路１４ａは、ヘッド本体２の流路ユニット９に形成されたインク供給口１０１（後述：図７参照）にそれぞれ連通されている。供給流路１４ａとなる貫通孔の周辺には、接着剤を逃がすための溝（不図示）が多数形成されている。図３及び図５（ｄ）に示すように、中間層のプレート１３には、インク溜としての分岐流路１３ａとなる穴が形成されている。分岐流路１３ａは、落込流路１２ａと各供給流路１４ａとに連通されている。これら落込流路１２ａ、分岐流路１３ａ及び供給流路１４ａにより下部リザーバ３９が形成されている。

次に、インクが供給されたときにおけるリザーバユニット３内でのインクの流れについて説明する。図６（ａ）はフィルタで異物を捕獲したときの状況図であり、図６（ｂ）は異物が凹部に移動するときの状況図である。なお、図３、図４、図６中黒塗り矢印が上部リザーバ３１から下部リザーバ３９へのインクの流れを示しており、図４中白抜き矢印が主流路３５から気泡流出流路３８へのインクの流れを示している。

まず、通常印刷時においては、バルブ６０により気泡流出口３１ｃが閉鎖される。そして、図３中黒塗り矢印で示すように、インク管からのインクが、供給側ジョイント部３０ａ及びインク流入口３１ａを介して上部リザーバ３１に流入する。上部リザーバ３１に流入したインクは、主流路３５の上流側からフィルタ３２を通過しつつ主流路３５の下流側に流れ込む。このとき、図６（ａ）に示すように、インク中の異物Ｅがフィルタ３２によって捕獲される。主流路３５の下流側からインク流出流路３６に流れ込んだインクは、インク流出口３１ｂを介して下部リザーバ３９に流出する。下部リザーバ３９においては、上部リザーバ３１からのインクが、落込流路１２ａを介して分岐流路１３ａに流れ込む。分岐流路１３ａに流れ込んだインクが、各供給流路１４ａに到達し、インク供給口２０１を介して流路ユニット９（図５参照）に供給される。

印刷が終了してインクの流れが停止すると、フィルタ３２によって捕獲された異物Ｅがその自重によってフィルタ３２から下方の内表面４２ａ上に落ちる。内表面４２ａに落ちた異物は、内表面４２ａの傾斜方向に沿って下流側に転がるようにして移動する。すなわち、内表面４２ａのフィルタ３２と対向する領域から分岐部３８ａを越えて気泡排出流路３８に移動する。そして、下流側に移動した異物Eは、図６（ｂ）に示すように、凹部４３内に落ちて集められる。

異物がフィルタ３２から凹部４３まで移動する間に、再度印刷が開始されインクが上部リザーバ３１から下部リザーバ３９に流れ始めると、分岐部３８ａよりも上流に位置する異物Ｅはそのインクの流れによって内表面４２ａから舞い上がって再度フィルタ３２に向かって移動する場合がある。しかしながら、分岐部３８ａよりも下流に位置する異物Ｅはそのインクの流れによる圧力変動によって内表面４２ａから舞い上がりにくく、フィルタ３２側に移動しない。

これは分岐部３８ａ近傍にあるフィルム４１及びフィルム５２が圧力変動に応じて振動するため、インクの脈動が大幅に減衰し、気泡排出流路３８のフィルム５２と対向する領域では、さらにインクが動きにくくなるからである。これより、異物Ｅがフィルム５２と対向する領域を通過するときには内表面４２ａから舞い上がりにくくなり、フィルタ３２側に移動せず、そのまま凹部４３に向かって移動する。また、インクの流れによる圧力変動によってフィルム４１も振動するが、フィルム５２と対向する領域を通過する異物Ｅにおいてはインクの流れが上述のようにほとんど影響しないので、フィルム４１の振動（内表面４２ａの振動）は異物Ｅの傾斜方向への移動を促進する。すなわち、異物Ｅは、インクが静止した領域において傾斜面が振動するときの環境とほぼ同じ環境にある状態となるので、内表面４２ａの振動によって異物Ｅが傾斜方向に沿って強制的に移動する。これにより、フィルム４１が振動せずに単に内表面４２ａを転がり移動するときよりも速く異物Ｅが凹部４３に向かって移動する。

また、内表面４２ａは、下流側に行くに連れてフィルタ３２との高さ方向（鉛直方向）の距離が大きくなるので、異物Ｅがフィルタ３２から遠ざかる。このように異物Ｅが内表面４２ａから舞い上がりにくくなり且つフィルタ３２から遠ざかることで、インクが上部リザーバ３１から下部リザーバ３９に流れても、分岐部３８ａよりも下流にある異物Ｅがフィルタ３２まで移動しにくくなる。この結果、フィルタ３２が目詰まりしにくくなり、異物Ｅによるインク供給不足が生じにくくなる。

なお、異物がフィルタ３２から凹部４３まで移動する間に、ポンプが駆動され上部リザーバ３１に強制的にインクが送られノズルからパージする動作が行われても、上述と同様にフィルム５２と対向する領域を通過する異物Ｅは内表面４２ａから舞い上がりにくく、フィルタ３２側に移動しない。

一方、上部リザーバ３１内に滞留している気泡を外部に排出するための気泡排出作業時においては、バルブ６０による気泡流出口３１ｃが開放された状態で、ポンプが駆動され上部リザーバ３１に強制的にインクが送られる。このとき、供給側ジョイント部３０ａを介してインク流入口３１ａから上部リザーバ３１に流入したインクは、主流路３５の上流側に流れ込む。そして、主流路３５の上流側から分岐部３８ａを越えて気泡流出流路３８に流れたインクは、気泡流出口３１ｃ、流出側ジョイント部３０ｂ及びバルブ６０を介して外部に排出される。このとき、インク流入口３１ａから流入したインク中に気泡が含まれていても、気泡はインクとともに容易に気泡流出口３１ｃから排出されることになる。また、このとき、インクとともに異物Ｅも排出される。

次に、図７〜図１０を参照しつつ、ヘッド本体２について説明する。図７は、ヘッド本体２の平面図である。図８は、図７の一点鎖線で囲まれた領域の拡大図である。なお、図８では説明の都合上、アクチュエータユニット２２１の下方にあって破線で描くべき圧力室２１０、アパーチャ２１２及びノズル２０８を実線で描いている。図９は、図８に示すIX−IX線に沿った部分断面図である。図１０（ａ）はアクチュエータユニット２２１の拡大断面図であり、図１０（ｂ）は、図１０（ａ）においてアクチュエータユニット２２１の表面に配置された個別電極を示す平面図である。

ヘッド本体２は、図７に示すように、流路ユニット９、及び、流路ユニット９の上面９ａに固定された４つのアクチュエータユニット２２１を含んでいる。図８に示すように、アクチュエータユニット２２１は、圧力室２１０に対向して設けられた複数のアクチュエータを含んでおり、流路ユニット９に形成された圧力室２１０内のインクに選択的に吐出エネルギーを付与する機能を有する。

流路ユニット９は、リザーバユニット３のプレート１４とほぼ同じ平面形状を有する直方体形状となっている。流路ユニット９の上面９ａには、リザーバユニット３の供給流路１４ａ（図３参照）に対応して、計１０個のインク供給口２０１が開口している。流路ユニット９の内部には、インク供給口２０１に連通するマニホールド流路２０５及びマニホールド流路２０５から分岐した副マニホールド流路２０５ａが形成されている。流路ユニット９の下面には、図８及び図９に示すように多数のノズル２０８がマトリクス状に配置されたインク吐出面２ａが形成されている。圧力室２１０も流路ユニット９におけるアクチュエータユニット２２１の固定面においてノズル２０８と同様マトリクス状に多数配列されている。

本実施形態では、主走査方向に等間隔に並ぶ圧力室２１０の列が、副走査方向に互いに平行に１６列配列されている。各圧力室列に含まれる圧力室２１０の数は、後述のアクチュエータユニット２２１の外形形状（台形形状）に対応して、その長辺側から短辺側に向かって次第に少なくなるように配置されている。ノズル２０８も、これと同様の配置がされている。

流路ユニット９は、図９に示すように、上から順に、キャビティプレート２２２、ベースプレート２２３、アパーチャプレート２２４、サプライプレート２２５、マニホールドプレート２２６〜２２８、カバープレート２２９、及び、ノズルプレート２３０、という９枚のステンレス鋼等の金属プレートから構成されている。これらプレート２２２〜２３０は、主走査方向に長尺な矩形状の平面を有する。

キャビティプレート２２２には、インク供給口２０１（図７参照）に対応する貫通孔、及び、圧力室２１０に対応する略菱形の貫通孔が多数形成されている。ベースプレート２２３には、各圧力室２１０について圧力室２１０とアパーチャ２１２との連絡孔及び圧力室２１０とノズル２０８との連絡孔が形成されていると共に、インク供給口２０１とマニホールド流路２０５との連絡孔（図示せず）が形成されている。アパーチャプレート２２４には、各圧力室２１０についてアパーチャ２１２となる貫通孔及び圧力室２１０とノズル２０８との連絡孔が形成されていると共に、インク供給口２０１とマニホールド流路２０５との連絡孔（図示せず）が形成されている。サプライプレート２２５には、各圧力室２１０についてアパーチャ２１２と副マニホールド流路２０５ａとの連絡孔及び圧力室２１０とノズル２０８との連絡孔が形成されていると共に、インク供給口２０１とマニホールド流路２０５との連絡孔（図示せず）が形成されている。マニホールドプレート２２６、２２７、２２８には、各圧力室２１０について圧力室２１０とノズル２０８との連絡孔、及び、積層時に互いに連結してマニホールド流路２０５及び副マニホールド流路２０５ａとなる貫通孔が形成されている。カバープレート２２９には、各圧力室２１０について圧力室２１０とノズル２０８との連絡孔が形成されている。ノズルプレート２３０には、各圧力室２１０についてノズル２０８に対応する孔が形成されている。

これらプレート２２２〜２３０を互いに位置合わせしつつ積層することによって、流路ユニット９内に、マニホールド流路２０５から副マニホールド流路２０５ａ、そして副マニホールド流路２０５ａの出口から圧力室２１０を経てノズル２０８に至る多数の個別インク流路２３２が形成される。

次に、流路ユニット９におけるインクの流れについて説明する。図７〜図９に示すように、リザーバユニット３からインク供給口１０１を介して流路ユニット９内に供給されたインクは、マニホールド流路２０５から副マニホールド流路２０５ａに分岐される。副マニホールド流路２０５ａ内のインクは、各個別インク流路２３２に流れ込み、絞りとして機能するアパーチャ２１２及び圧力室２１０を介してノズル２０８に至る。

アクチュエータユニット２２１について説明する。図７に示すように、４つのアクチュエータユニット２２１は、それぞれ台形の平面形状を有しており、インク供給口２０１を避けるよう千鳥状に配置されている。さらに、各アクチュエータユニット２２１の平行対向辺は流路ユニット９の長手方向に沿っており、隣接するアクチュエータユニット２２１の斜辺同士は流路ユニット９の幅方向（副走査方向）に関して互いにオーバーラップしている。

図１０（ａ）に示すように、アクチュエータユニット２２１は、強誘電性を有するチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）系のセラミックス材料からなる３枚の圧電シート２４１、２４２、２４３から構成されている。最上層の圧電シート２４１上における圧力室２１０に対向する位置には、個別電極２３５が形成されている。最上層の圧電シート２４１とその下側の圧電シート２４２との間にはシート全面に形成された共通電極２３４が介在している。個別電極２３５は、図１０（ｂ）に示すように、圧力室２１０と相似な略菱形の平面形状を有する。略菱形の個別電極２３５における鋭角部の一方は延出され、その先端には個別電極２３５と電気的に接続された円形のランド２３６が設けられている。

共通電極２３４はすべての圧力室２１０に対応する領域において等しくグランド電位に保たれている。一方、個別電極２３５は、選択的に電位を制御することができるよう、各ランド２３６と図示しないドライバＩＣの各端子とが図示しないＦＰＣ（Flexible Printed Circuit）を介して接続されている。つまり、アクチュエータユニット２２１において、個別電極２３５と圧力室２１０とで挟まれた部分が、個別のアクチュエータとして働き、圧力室２１０の数に対応した複数のアクチュエータが作り込まれている。

ここで、アクチュエータユニット２２１の駆動方法について述べる。圧電シート２４１はその厚み方向に分極されており、個別電極２３５を共通電極２３４と異なる電位にして圧電シート２４１に対してその分極方向に電界を印加すると、圧電シート２４１における電界印加部分が圧電効果により歪む活性部として働く。つまり、アクチュエータユニット２２１は、圧力室２１０から離れた上側１枚の圧電シート２４１を、活性部を含む層とし且つ圧力室２１０に近い下側２枚の圧電シート２４２、２４３を非活性層とした、いわゆるユニモルフタイプである。図１０（ａ）に示すように、圧電シート２４１〜２４３は圧力室２１０を区画するキャビティプレート２２２の上面に固定されているため、圧電シート２４１における電界印加部分とその下方の圧電シート２４２、２４３との間で平面方向への歪みに差が生じると、圧電シート２４１〜２４３全体が圧力室２１０側へ凸になるように変形（ユニモルフ変形）する。これにより圧力室２１０内のインクに圧力（吐出エネルギー）が付与され、ノズル２０８からインク滴が吐出される。

次に、上部リザーバ３１内に滞留している気泡を排出する気泡排出作業について説明する。インクタンクを交換するときに、インクの供給路中に気泡が入り込む虞がある。このようなときに、気泡を含むインクの排出作業が行われる。このとき、図示しない廃液タンクに接続された廃インク管の他方端部をバルブ６０に接続する。もちろん、廃インク管は、常時パルブ６０に接続されていてもよい。その後、バルブ６０を操作して気泡流出口３１ｃを開放する。そして、図示しないポンプを駆動することによって、供給側ジョイント部３０ａに接続されているインク管にインクを強制的に供給する。これにより、インク管からのインクが、供給側ジョイント部３０ａ及びインク流入口３１ａを介して上部リザーバ３１に流れ込む。

このとき、ポンプによるインクに加えられた正圧によってフィルム４１，５１，５２が図４中２点鎖線で示すように外側に膨らむ。このとき、気泡排出流路３８に比べて、主流路３５の上流側と下流側を分けるフィルタ３２の流路抵抗が非常に大きいことから、主流路３５の上流側に存在するインクは主に分岐部３８ａを越えて気泡排出流路３８側に流れる。

このように、主流路３５の上流側のインクが主に分岐部３８ａを越えて気泡排出流路３８側に流れるので、主流路３５の上流側のインクに存在する異物Ｅがフィルタ３２側に移動せず、気泡排出流路３８側に移動する。そのため、通常、印字時やパージ動作時において、異物Ｅがフィルタ３２を通過しようとするアタック頻度が減少する。その結果、異物Ｅのフィルタ３２を通過する数が減少する。また、主流路３５の上流側のインク中の気泡も異物Ｅと同様にフィルタ３２を通過しようとするアタック頻度が減少する。そのため、気泡が主流路３５の下流側にほとんど移動せず、気泡排出流路３８側に移動する。

そして、主流路３５の上流側から気泡排出流路３８を通って気泡流出口３１ｃからバルブ６０に流れるインクとともに気泡及び異物Ｅが流出する。バルブ６０に流れたインク、気泡及び異物Ｅは、バルブ６０に接続された廃インク管を通って廃液タンクに排出される。その後、再びバルブ６０を操作して気泡流出口３１ｃを閉塞する。

以上のように、本実施形態のインクジェットヘッド１によると、フィルタ３２から内表面４２ａ上に落ちてきた異物Ｅが、内表面４２ａから舞い上がりにくくなり且つフィルタ３２から遠ざかることで、インクがインク流入口３１ａからインク流出口３１ｂに流れても、内表面４２ａに落ちた異物Ｅがフィルタ３２まで移動しにくくなって、フィルタ３２の目詰まり及び異物Ｅによるインク供給不足が抑制される。

以上、本発明の好適な実施の形態について説明したが、本発明は上述の実施の形態に限られるものではなく、特許請求の範囲に記載した限りにおいて様々な変更が可能なものである。例えば、上述の実施形態においては、内表面４２ａに凹部４３が形成されていなくてもよい。また、凹部４３の開口縁に環状突起４４が形成されていなくてもよい。また、封止部材４１は可撓性を有していなくてもよく合成樹脂や金属から構成されていてもよい。この場合、凹部４３や環状突起４４を形成しやすくなる。

また、上述した実施形態は、ノズルからインクを吐出するインクジェットヘッドに本発明を適用した一例であるが、本発明の適用可能対象はこのようなインクジェットヘッドに限られない。例えば、導電ペーストを吐出して基板上に微細な配線パターンを形成したり、あるいは、有機発光体を基板に吐出して高精細ディスプレイを形成したり、さらには、光学樹脂を基板に吐出して光導波路等の微小電子デバイスを形成するための、液体吐出ヘッドに適用することができる。

本発明の一実施形態であるインクジェットヘッドが採用されたインクジェットプリンタの全体的な構成を示す概略側面図である。 本発明の一実施形態であるインクジェットヘッドの外観側面図である。 図２に示すインクジェットヘッドの長手方向に沿った断面図である。 図３に示す流路構成部材の長手方向に沿った部分断面図である。 リザーバユニットを構成する各部材の平面又は底面図である。 （ａ）はフィルタで異物を捕獲したときの状況図であり、（ｂ）は異物が凹部に移動するときの状況図である。 ヘッド本体の平面図である。 図７の一点鎖線で囲まれた領域の拡大図である。 図８に示すIX−IX線に沿った部分断面図である。 （ａ）はアクチュエータユニットの拡大断面図であり、（ｂ）は図１０（ａ）においてアクチュエータユニットの表面に配置された個別電極を示す平面図である。

符号の説明

１ インクジェットヘッド（液体吐出ヘッド）
１１ 流路構成部材
１１ａ 開口部（第１開口部）
１１ｃ 開口部（第２開口部）
３１ａ インク流入口（液体流入口）
３１ｂ インク流出口（液体流出口）
３１ｃ 気泡流出口
３２ フィルタ
３７ インク供給流路（第１流路）
３８ 気泡流出流路（第２流路）
３８ａ 分岐部
４１ フィルム（封止部材）
４２ａ 内表面
４３ 凹部
４４ 環状突起
５２ フィルム
１０１ インクジェットプリンタ（液体吐出装置）

Claims (7)

1. 液体を吐出する液体吐出装置に用いられる液体吐出ヘッドであって、
   液体が流入する液体流入口、前記液体流入口から流入した液体が流出するとともに液体を吐出する吐出口に連通した液体流出口、及び、液体中の気泡が流出する気泡流出口を有しており、前記液体流入口から前記液体流出口に至る第１流路、及び、前記第１流路の途中で分岐しその分岐部から前記気泡流出口に至る第２流路を画定する流路構成部材を含み、
   前記流路構成部材は、
   前記第１流路から前記第２流路に亘って形成され下方に向かって開口した第１開口部と、
   前記第２流路に形成され前記第１開口部と対向する第２開口部と、
   前記分岐部の近傍であって前記第１開口部に対向して配置され、前記第１流路を流れる液体を濾過するフィルタと、
   前記第１開口部を封止して前記第１及び第２流路の側壁の一部を構成する封止部材と、
   前記第２開口部を封止して前記第２流路の側壁の一部を構成する可撓性のフィルムとを有し、
   前記封止部材の内表面は、前記封止部材の下流側の一端が前記封止部材の上流側の他端よりも下方に配置されるように傾斜していることを特徴とする液体吐出ヘッド。
2. 前記封止部材の内表面は、前記下流側の一端から前記上流側の他端に亘って傾斜した傾斜平面であることを特徴とする請求項１に記載の液体吐出ヘッド。
3. 前記封止部材の前記一端には、前記内表面に開口が形成された凹部が形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の液体吐出ヘッド。
4. 前記凹部には、前記凹部の開口縁から中心に向かって突出した環状突起が形成されていることを特徴とする請求項３に記載の液体吐出ヘッド。
5. 前記封止部材が、可撓性を有するフィルムであることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の液体吐出装置。
6. インクを吐出して画像を形成するインクジェットプリンタに用いられるインクジェットヘッドであって、
   インクが流入するインク流入口、前記インク流入口から流入したインクが流出するとともにインクを吐出するノズルに連通したインク流出口、及び、インク中の気泡が流出する気泡流出口を有しており、前記インク流入口から前記インク流出口に至る第１流路、及び、前記第１流路の途中で分岐しその分岐部から前記気泡流出口に至る第２流路を画定する流路構成部材を含み、
   前記流路構成部材は、
   前記第１流路から前記第２流路に亘って形成され下方に向かって開口した第１開口部と、
   前記第２流路に形成され前記第１開口部と対向する第２開口部と、
   前記分岐部の近傍であって前記第１開口部に対向して配置され、前記第１流路を流れるインクを濾過するフィルタと、
   前記第１開口部を封止して前記第１及び第２流路の側壁の一部を構成する封止部材と、
   前記第２開口部を封止して前記第２流路の側壁を構成する可撓性のフィルムとを有し、
   前記封止部材の内表面は、前記封止部材の下流側の一端が前記封止部材の上流側の他端よりも下方に配置されるように傾斜していることを特徴とするインクジェットヘッド。
7. 前記封止部材が、可撓性を有するフィルムであることを特徴とする請求項６に記載のインクジェットヘッド。

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