JP2010069741A - 液体噴射ヘッド及び液体噴射装置 - Google Patents

Abstract

【課題】気泡の排出性を向上して液体吐出不良を低減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】液体を貯留する貯留手段からの液体をヘッド本体に供給する液体供給路２４、２８と、該液体供給路２４、２８の途中に設けられた液体溜まり部２３と、を具備し、前記液体溜まり部２３の内壁には、液体に下流側の液体供給路２４を中心とした旋回流を形成する凹凸部２３ａ、２３ｂが、下流側の液体供給路２４との接続口の周りに複数設けられている。
【選択図】 図４

Description

本発明は、液体貯留手段から供給された液体を吐出するヘッド本体を具備する液体噴射ヘッド及び液体噴射装置に関する。

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部材（保持部材）に形成されたインク流路を介してヘッド本体にインクが供給され、圧電素子等を駆動させることによりヘッド本体に供給されたインクがノズルから吐出される。

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、供給路の途中に液体溜まり部を設け、この液体溜まり部にインク内の気泡や異物等を除去するためのフィルタを装着したものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
特開２０００−２１８８０９号公報（図１等）

しかしながら、液体供給路の途中に液体溜まり部が設けられていると、この液体溜まり部に気泡が溜まり、この気泡が予期せぬタイミングでノズル開口からインクと共に吐出されることや、気泡が圧力発生手段の圧力損失となって、インク吐出不良などの印字不良が発生するという問題がある。

特に、特許文献１のように液体溜まり部にフィルタが設けられている場合、フィルタによってインクの流れが変化し、フィルタに付着するように気泡が滞留することがある。

なお、このような問題はインクジェット式記録ヘッドだけではなく、インク以外の液体を噴射する液体噴射ヘッドにおいても同様に存在する。

本発明はこのような事情に鑑み、気泡の排出性を向上して液体吐出不良を低減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目的とする。

上記課題を解決する本発明の態様は、液体を貯留する貯留手段からの液体をヘッド本体に供給する液体供給路と、該液体供給路の途中に設けられた液体溜まり部と、を具備し、前記液体溜まり部の内壁には、液体に下流側の液体供給路を中心とした旋回流を形成する凹凸部が、下流側の液体供給路との接続口の周りに複数設けられていることを特徴とする液体噴射ヘッドにある。
かかる態様では、凹凸部によって液体に旋回流を形成することによって、液体溜まり部内に流速が緩やかな領域が形成されないようにして、液体溜まり部内の気泡の排出性を向上して、液体吐出不良の発生を防止できる。

ここで、液体溜まり部は、内径が前記接続口に向かって漸小するように設けられていることが好ましい。これによれば、液体溜まり部から液体供給路への液体の流れをさらに滑らかにして、気泡の排出性を向上できる。

また、前記接続口を前記液体溜まり部の中心に配置することもできる。

また、前記接続口及び前記凹凸部が設けられた下流側の領域と、上流側の領域との間に、フィルタを設けることもできる。これによれば、フィルタによって液体溜まり部の下流側に気泡が滞留し易くなったとしても、液体に旋回流を形成することで、気泡排出性を向上することができる。

さらに、本発明の他の態様は、上記態様の液体噴射ヘッドと、液体貯留手段とを具備することを特徴とする液体噴射装置にある。
かかる態様では、液体の吐出不良を防止して、信頼性を向上した液体噴射装置を実現できる。

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一例であるインクジェット式記録装置の概略斜視図である。本実施形態の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貯留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３の移動方向の端部であるプラテン８の側方の非印字領域には、記録ヘッド１１のノズル開口からインクを吸引して吸引動作を行う吸引手段１９が設けられている。

吸引手段１９は、インクジェット式記録ヘッド１０のノズル開口を覆うキャップ部材１９ａと、このキャップ部材１９ａにチューブ１９ｂを介して接続された、例えば真空ポンプ等の吸引装置１９ｃとで構成されている。

キャップ部材１９ａは、記録ヘッド１１のインク滴が吐出されるインク吐出面に相対向して設けられ、複数のノズルの全てを覆うように設けられている。

このような構成の吸引手段１９では、キャップ部材１９ａをインク吐出面に当接し、吸引装置１９ｃに吸引動作を行わせることでキャップ部材１９ａの内部を負圧として、ノズルから記録ヘッド１１の内部の流路内のインクを気泡と共に吸引して吸引動作を行う。なお、キャップ部材１９ａは、吸引動作以外のタイミング、例えば、電源遮断時、待機時、または定期的なタイミング等でノズルを覆い、ノズル近傍のインクの乾燥による増粘を防止する役割も有する。

ここで、本実施形態に係る記録ヘッド１１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及び要部平面図である。

図２及び図３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、本実施形態の液体貯留手段である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。なお、インク供給路２４は、後述するインク供給針２６側から内径が漸小して設けられている。すなわち、インク供給路２４が、貯留手段であるインクカートリッジからのインクを詳しくは後述するヘッド本体３６に供給する液体供給路の下流側を構成しており、インク供給路２４の漸大して設けられたカートリッジ装着部２２側は、液体供給路の途中に設けられた液体溜まり部２３の一部を構成している。すなわち、液体溜まり部２３は、下流側の液体供給路であるインク供給路２４よりも大きな内径で設けられた拡幅された領域を言う。

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２８をそれぞれ有する。インク供給針２６の貫通路２８は、液体供給路の上流側を構成している。すなわち、貯留手段であるインクカートリッジからのインクを詳しくは後述するヘッド本体３６に供給する液体供給路は、インク供給針２６の貫通路２８と、カートリッジケース２１のインク供給路２４とで構成されている。また、貫通路２８のインク供給路２４側は、インクカートリッジ側よりも内径が漸大して設けられており、このカートリッジケース２１側の漸大した領域が、液体溜まり部２３の一部を構成している。すなわち、貫通路２８とインク供給路２４とが連通する領域は拡幅されており、この拡幅された領域が液体供給路の液体溜まり部２３となっている。そして、本実施形態では、この液体溜まり部２３内にインクの流れを遮断するように、フィルタ２７が設けられている。

また、インク供給針２４は、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。また、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。

そして、液体溜まり部２３の内壁に、インクに下流側の液体供給路を中心とした旋回流を形成する凹凸部としての凸部２３ａが、下流側の液体供給路との接続口の周りに複数設けられている。本実施形態では、液体供給路の下流側とは、液体溜まり部２３のフィルタ２７で区画された下流側のことである。また、液体溜まり部２３と下流側の液体供給路との接続口とは、インク供給路２４の内径が拡幅した領域である液体溜まり部２３と、インク供給路２４の拡幅していない領域との境界部分を言う。したがって、この液体溜まり部２３のフィルタ２７よりも下流側のインクに旋回流が形成されるように、カートリッジケース２１の拡幅された液体溜まり部２３の内壁に、液体溜まり部２３とインク供給路２４との接続口の周りに複数の凸部２３ａが設けられている。この凸部２３ａは、拡幅された液体溜まり部２３とインク供給路２４との接続口を中心として放射状に複数配置されており、凸部２３ａは、図４（ｂ）に示すように、接続口を中心とした放射線に対して一方向に屈曲した形状を有する。このような凸部２３ａによって、液体溜まり部２３のフィルタ２７よりも下流側を流れるインクには、インク供給路２４の接続口を中心とした旋回流Ａ、すなわち渦流が形成される。

ここで、液体溜まり部２３にフィルタ２７が設けられていると、液体供給路の上流側である貫通路２８の位置に拘わらず、フィルタ２７の下流側では独自の流れが形成される。そして、フィルタ２７を通過したインクは、液体溜まり部２３内で、フィルタ２７の下流側の液体溜まり部２３を流れるインクの流速にばらつきが生じ、流速が緩やかな領域に気泡が滞留し易い。特に、吸引手段１９によって、液体供給路内のインクに急激な流れを生じさせたとしても、気泡を排出することができず、所望のタイミング以外でインクと共に気泡が排出されて印刷不良が発生することや、圧力発生手段である圧電素子によって圧力変化を生じさせた際に、その圧力が気泡によって緩衝されて圧力損失となり、インク吐出不良が発生するなどの不具合が生じる可能性がある。

これに対して、本実施形態では、インク供給路２４と液体溜まり部２３との接続口は、フィルタ２７の中央部に位置し、その周囲に複数の凸部２３ａを設けたため、この凸部２３ａによって接続口を中心とした旋回流Ａが形成される。すなわち、凸部２３ａによって、液体溜まり部２３内にフィルタ２７の周縁部に沿ってインクの流れを形成すると共に、その周縁部に沿ったインクの流れをインク供給路２４に向かって流れる旋回流（渦流）が形成される。このように、凸部２３ａによってインクに旋回流を形成して、インク供給路２４にインクを供給することによって、液体溜まり部２３の端部などに気泡が滞留するのを防止することができる。すなわち、フィルタ２７よりも下流側の液体溜まり部２３を流れるインクに旋回流Ａを形成することによって、気泡の滞留し易い流速が緩やかな領域が形成されないようにして、気泡をインク供給路２４側から排出させることができる。これにより、液体溜まり部２３内の気泡排出性を向上して、予期しないタイミング、特に印刷中に気泡が排出されることや、気泡による圧力損失が発生するのを防止して、インク吐出不良による印刷不良を防止することができる。

また、本実施形態のように、インク供給路２４と液体溜まり部２３との接続口を、液体溜まり部２３の中央部に配置する方が望ましいが、本実施形態では、インクに旋回流Ａを形成することができるため、インク供給路２４と液体溜まり部２３との接続口の位置は特に限定されることがない。したがって、インク供給路２４の配置の自由度が向上し、流路形成部２５の配置やインクカートリッジの配置などの都合によって、インク供給路２４の位置を変更することもできる。

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２参照）。

（他の実施形態）
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明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。例えば、上述した実施形態１では、凸部２３ａを設けることにより、液体溜まり部２３内のインクに旋回流Ａ（渦流）を形成するようにしたが、例えば、図５に示すように、凹凸部として凸部２３ａの代わりに凹部２３ｂを設けるようにしてもよい。すなわち、隣り合う凹部２３ｂの間には、凸部が設けられていることになる。したがって、上述した実施形態１の凸部２３ａを設けた場合や、図５に示すように、凹部２３ｂを設けた場合であっても、何れの場合であっても実質的には凹部と凸部とが交互に配置された凹凸部が設けられており、この凹凸部によってインクに旋回流Ａが形成される。

また、凹凸部における凹部や凸部は旋回流を起こすものであれば、形状は特に限定されるものではない。

また、例えば、上述した実施形態１では、インク供給路２４が、液体溜まり部２３の中央部に連通するように、すなわち、インク供給路２４と液体溜まり部２３との接続口が、液体溜まり部２３の中央部となるように設けたが、特にこれに限定されるものではない。例えば、図６に示すように、インク供給路２４Ａの液体溜まり部２３との接続口が、端部側に偏って設けられていた場合であっても、インク供給口２４Ａの周囲に、複数の凸部２３ａを設けるようにすればよい。もちろん、凸部２３ａの代わりに凹部２３ｂを設けるようにしてもよい。

さらに、上述した実施形態１では、液体溜まり部２３のフィルタ２７で区画された下流側のインクに旋回流を形成するようにしたが、フィルタ２７が設けられていない液体溜まり部であっても、凹凸部によって旋回流を形成することによって、気泡の排出性を向上することができる。

また、上述した実施形態１では、液体溜まり部２３がインク供給路２４の接続口に向かって内径が漸小する形状としたが、特にこれに限定されず、例えば、液体溜まり部２３とインク供給路２４との内径差によって段差が設けられていてもよい。このような場合であっても、段差の表面に凸部２３ａ又は凹部２３ｂなどの凹凸部を設けるようにすればよい。

また、上述した実施形態１においては、カートリッジケース２１とインク供給針２６とに設けられた液体供給路の途中の液体溜まり部２３について説明したが、液体供給路及び液体溜まり部２３が設けられる部材については、特にこれに限定されるものではない。

また、上述した実施形態１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（電界放出ディスプレー）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に係るインク供給針部分の拡大断面図及び要部平面図である。 実施形態１に係る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部分の要部平面図である。

符号の説明

１０ インクジェット式記録装置（液体噴射装置）、 １１ インクジェット式記録ヘッド（液体噴射ヘッド）、 ２１ カートリッジケース、 ２３ 液体溜まり部、 ２３ａ 凸部、 ２３ｂ 凹部、 ２４ インク供給路（液体供給路）、 ２６ インク供給針、 ２７ フィルタ、 ２８ 貫通路（液体供給路）、 ３６ ヘッド本体

Claims (5)

1. 液体を貯留する貯留手段からの液体をヘッド本体に供給する液体供給路と、
   該液体供給路の途中に設けられた液体溜まり部と、を具備し、
   前記液体溜まり部の内壁には、液体に下流側の液体供給路を中心とした旋回流を形成する凹凸部が、下流側の液体供給路との接続口の周りに複数設けられていることを特徴とする液体噴射ヘッド。
2. 液体溜まり部は、内径が前記接続口に向かって漸小するように設けられていることを特徴とする請求項１記載の液体噴射ヘッド。
3. 前記接続口が、前記液体溜まり部の中心に配置されていることを特徴とする請求項１又は２記載の液体噴射ヘッド。
4. 前記接続口及び前記凹凸部が設けられた下流側の領域と、上流側の領域との間には、フィルタが設けられていることを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載の液体噴射ヘッド。
5. 請求項１〜４の何れか一項に記載の液体噴射ヘッドと、液体貯留手段とを具備することを特徴とする液体噴射装置。

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