JP2010162872A - 液体吐出ヘッド - Google Patents

Abstract

【課題】 圧力室へ異物が進入した時に異物を吐出口から外部へ排出するための寸法を確保するとともに、フィルタの開口面積を広げて圧力室へのインクの流入を促進する効果を持たせること。
【解決手段】 吐出口は短径および長径とかなる円形状を有し、前記フィルタは複数の矩形の開口を形成し、前記吐出口の前記短径をＤ１、前記長径をＤ２、前記矩形の開口の前記短辺の長さをＬ１、前記長辺の長さをＬ２としたとき、Ｄ１＞Ｌ１、かつ、Ｄ１＜Ｄ２、かつ、Ｄ２＞Ｌ２≧Ｄ１の関係を満たす。
【選択図】 図１

Description

本発明は、インクジェット方式により液体を吐出して記録媒体に記録を行う液体吐出ヘッドに関するものである。

液体吐出ヘッドにおいては、インク中に含まれるゴミ等の異物が吐出口に詰まったりするのを防止するために、流路とインク供給口との間の領域にフィルタを設ける構成が知られている。フィルタを備える記録ヘッドの一例として、図６に示す形態が知られている。図６において、図６（ａ）に記録ヘッドのノズル周辺を示す図であり、図６（ｂ）は図６（ａ）のＦ−Ｆ断面を示す図、図６（ｃ）は図６（ａ）のＦ’−Ｆ’断面を示す図である。

一例として、この記録ヘッドでは、フィルタ３０１は短径をＬ１、長径をＬ２の矩形の開口を有し、インクを吐出させるための吐出口の直径をＤ１（＝Ｄ２）の円形形状を有している構造となっている。

一方、さらなる高画質化の要求に対して、吐出される液滴の小液滴化および記録の高解像度化を目指す要求がある。そのために、記録ヘッドにおける吐出口の面積を小さくし、ノズル列の解像度を上げる必要があるが、その場合、ノズル間の距離が短くなるために、ノズル間を構成するノズル壁の幅が小さくなり基板との密着性が十分確保できなくなるという課題がある。この課題に対して、図７に記載の液体吐出ヘッドのように、吐出口を長円形状にする構成が知られている。図７に示す記録ヘッドの例では、フィルタの短径Ｌ１、長径をＬ２の矩形の開口とし、インクを吐出させるための吐出口は短径Ｄ１、長径がＤ２の長円形状となっている。

また、ノズル列の解像度を上げるために、特許文献１および特許文献２に示すような、圧力室を交互に千鳥状に並べることにより、ノズル間のクリアランスを確保し、ノズル壁の厚みを確保する方法も知られている。

特開２００５−１３７９号公報 特開２００６−３１５３９５号公報

しかしながら、図６に示す構成のように、Ｄ１＞Ｌ１かつ、Ｄ１＞Ｌ２かつ、Ｄ２＞Ｌ１かつ、Ｄ２＞Ｌ２の関係式を満たすような構成にすると、圧力室への異物の進入を防ぐことはできる。しかしながら、供給口と連通する液室から圧力室へのインクの供給性能が悪化するという課題がある。

一方、高画質化の要求に応じるために、吐出口の面積を小さくし、ノズルの解像度を上げた場合を考える。図６に示す構成のようにＤ１＞Ｌ１かつ、Ｄ１＞Ｌ２かつ、Ｄ２＞Ｌ１かつ、Ｄ２＞Ｌ２の関係式を満たすような構成にすると、吐出口の面積に応じてＤ１およびＤ２が小さくなる。よって、上記関係式から必然的にＬ１およびＬ２も小さくなり、液室からノズルのインクの供給性能が悪化する。この課題を克服するために、図７に記載の液体吐出ヘッドでは、Ｌ１＞Ｄ１かつ、Ｌ２＞Ｄ２の関係式を満たすような構成になっている。しかしながらこの構成では圧力室へ異物が進入した場合、異物を吐出口から外部へ排出することができず、吐出口に詰まってしまう可能性がある。

また、圧力室を交互に千鳥状に並べる構成においては、インク供給口からの距離が長い方の圧力室へのインク供給性能の悪化が問題となっており、千鳥状に並べる構成においても、インク供給性能の改善が望まれている。

本発明は上記の問題点を鑑みてなされたものであり、高画質化の要求に対して、液室から圧力室へのインクの供給性能を保ちつつ、圧力室へ異物が進入した際にも異物を吐出口から外部へ排出することが可能な液体吐出ヘッドを目的とする。

本発明の液体吐出ヘッドは、液体を吐出するための複数の吐出口と、前記吐出口に連通し液体を吐出するために利用されるエネルギーを発生するエネルギー発生素子を内部に備える複数の圧力室に夫々連通する複数の流路と、該流路に液体を供給する供給口と、該供給口と前記流路との間の領域に配される複数の柱状の部材からなるフィルタと、を備える液体吐出ヘッドにおいて、前記吐出口の液体の吐出方向と直交方向の断面が短径および長径とを有する円形で、前記フィルタの開口の液体の供給方向と直交する方向の断面が長辺および短辺とを有する矩形であり、前記吐出口の前記短径をＤ１、前記長径をＤ２、前記開口の前記短辺の長さをＬ１、前記長辺の長さをＬ２としたとき、Ｄ１＞Ｌ１、かつ、Ｄ１＜Ｄ２、かつ、Ｄ２＞Ｌ２≧Ｄ１の関係を満たす。

本発明により、高画質化の要求に対して、供給口から圧力室へのインクの供給性能を保ちつつ、圧力室へ異物が進入を防止し、仮に異物の進入があったとしても異物を吐出口から外部へ排出することが出来る。

本発明の実施形態１におけるノズルの模式図及びその断面図である。 本発明の実施形態２におけるノズルの模式図及びその断面図である。 本発明の実施形態３におけるノズルの模式図及びその断面図である。 本発明の実施形態４におけるノズルの模式図及びその断面図である。 本発明の実施形態５におけるノズルの模式図及びその断面図である。 従来の記録ヘッドにおけるノズルの模式図及びその断面図である。 従来の記録ヘッドにおけるノズルの模式図及びその断面図である。 本発明の記録ヘッドの斜視図である。

本説明では、本発明の適用例として、インクジェット記録方式を例に挙げて説明を行うが、本発明の適用範囲はこれに限定されるものではなく、バイオッチプ作成や電子回路印刷等にも適用できる。なお、液体吐出ヘッドは、プリンタ、複写機、通信システムを有するファクシミリ、プリンタ部を有するワードプロセッサなどの装置、さらには各種処理装置と複合的に組み合わせた産業記録装置に搭載可能である。例えば、バイオッチップ作成や電子回路印刷、薬物を噴霧状に吐出するなどの用途としても用いることができる。例えば、この液体吐出ヘッドを記録用途として用いることによって、紙、糸、繊維、布帛、皮革、金属、プラスチック、ガラス、木材、セラミックスなど種々の記録媒体に記録を行うこともできる。

なお、本明細書内で用いられる「記録」とは、文字や図形などの意味を持つ画像を記録媒体に対して付与することだけでなく、パターンなどの意味を持たない画像を付与することも意味することとする。

以下添付図面を参照して本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。

まず、本実施形態の液体吐出ヘッドの全体構成について述べる。

図８は、本発明に好適な液体吐出ヘッドの実施の形態を一部切り欠いて見た斜視図である。複数の液体を吐出するために利用されるエネルギーを発生するエネルギー発生素子である記録素子４００が設けられた素子基板１１０がある。この素子基板１１０の主面に複数のインクの流路を構成する流路形成部材１１１が積層されて接合されている。ここで素子基板１１０は、例えば、ガラス、セラミックス、樹脂、金属等によって形成されており、一般にＳｉによって形成されている。素子基板１１０の主面上には、各インクの流路毎に、記録素子４００と、この記録素子４００に電圧を印加する電極（図示せず）と、この電極に接続された配線（図示せず）が所定の配線パターンでそれぞれ設けられている。また、素子基板１１０の主面には、蓄熱の発散性を向上させる絶縁膜（図示せず）が、記録素子４００を被覆するように設けられている。また、素子基板１１０の主面には、気泡が消泡した際に生じるキャビテーションから保護するための保護膜（図示せず）が、絶縁膜を被覆するように設けられている。

流路形成部材１１１は、図７に示したように、インクが流動する複数のインク流路（ノズル）３００と、これら各ノズル３００にインクを供給するインク供給口５００、およびインク滴を吐出するノズル３００の先端開口である複数の吐出口１００を有している。吐出口１００は、素子基板１１０上の記録素子４００に対向する位置に形成されている。

この液体吐出ヘッドは素子基板上に複数の記録素子４００および複数のノズル３００を有する。各ノズル３００の長手方向が平行に配列された第１のノズル列と、インク供給口５００を挟んで第１のノズル列に対向する位置に各ノズル３００の長手方向が平行に配列された第２のノズル列とを備えている。第１および第２のノズル列は、隣接する各ノズルの間隔が１２００ｄｐｉに形成されている。また、第２のノズル列の各ノズル３００は、第１のノズル列の各ノズル３００に対して、ドット配置の理由から必要に応じて、隣接する各ノズル間のピッチが互いにずれて配列されている。

以下に、本発明の主要部となる液体吐出ヘッドのノズル構造について説明する。

［実施形態１］
図１は本発明の実施形態１における液体吐出ヘッドのノズル構造およびその断面を示している。同図（ａ）は液体吐出ヘッドのノズルの一部を基板に対して垂直な方向から見た平面透視図、同図（ｂ）は同図（ａ）のＡ−Ａ線に沿ったフィルタ列の断面図、同図（ｃ）は同図（ａ）のＡ’−Ａ’線に沿った圧力室の断面図である。

本実施形態において、圧力室２００の内部には記録素子４００が配置されており、その一端が吐出口１００に連通しており、他端がインク供給口５００と連通している。インク供給口５００と流路との間の領域には複数のノズルフィルタ３０１が配されている。ここで本実施形態においてノズルフィルタ３０１は柱状（円柱形状）をしており、圧力室２００とインク供給口５００の間に配置されている。

図１において、本実施形態における各部の寸法を説明する。複数のノズルが配列される配列方向のノズルピッチは２１．７μｍであり、吐出口１００の短径（Ｄ１）は８．８μｍ、長径（Ｄ２）は１６．１μｍの長円形状である。また、ノズルフィルタ３０１の開口部は矩形で、短辺の長さＬ１は８．０μｍ、長辺の長さＬ２は１４．０μｍである。

よって、本実施形態では、
Ｄ１＞Ｌ１、かつ、Ｄ２＞Ｌ２≧Ｄ１
の関係を満たしており、Ｄ１＞Ｌ１かつ、Ｄ２＞Ｌ２の条件により、圧力室への異物の進入を防止し、仮に圧力室内に異物が侵入した時に異物を吐出口から外部へ排出するための寸法を確保する。さらに、Ｌ２≧Ｄ１の条件を付け加えることによって、フィルタの開口面積を広げることが可能になり、インク供給口５００から圧力室２００へのインクの流入を促進する効果を持たせている。つまり本実施形態により、インクの供給性と確実なフィルター機能といった、相反する機能の両立を達成できるものである。また本実施形態のノズルフィルタ３０１は所謂フォトリソフラフィーにより作成可能である。本実施形態においては、インク流路３００、圧力室２００をフォトリソグラフィーによるパターニングを行う工程において、ノズルフィルタもあわせてパターニングする。それにより工程を増やすことなくノズルフィルタを作成可能であり好ましい。

［実施形態２］
図２は本発明の実施形態２における液体吐出ヘッドのノズル構造およびその断面を示している。同図（ａ）は液体吐出ヘッドのノズルの一部を基板に対して垂直な方向から見た平面透視図、同図（ｂ）は同図（ａ）のＢ−Ｂ線に沿ったフィルタ列の断面図、同図（ｃ）は同図（ａ）のＢ’−Ｂ’線に沿った圧力室の断面図である。実施形態１と同様な構成については同じ符号を付与すると共に、説明は省略する。

本実施形態では、ノズルフィルタ３０１は円錐台形状をしており、圧力室２００とインク供給口５００の間に配置されている。

図２において、本実施形態における寸法は、ノズルの配列方向のピッチは２１．７μｍであり、吐出口１００の短径（Ｄ１）は８．８μｍ、長径（Ｄ２）は１６．１μｍの長円形状である。ノズルフィルタの開口部は台形形状で、上底の長さＬ１１は８．０μｍ、下底の長さ１２は８．６μｍ、高さＬ２は９．０μｍである。

よって、本実施形態では、
Ｄ１＞Ｌ１１かつ、Ｄ１＞Ｌ１２かつ、Ｄ２＞Ｌ２≧Ｄ１
の関係を満たしており、Ｄ１＞Ｌ１１かつ、Ｄ１＞Ｌ１２かつ、Ｄ２＞Ｌ２の条件により、圧力室への異物の進入を防止し、仮に圧力室内に異物が侵入した時に異物を吐出口から外部へ排出するための寸法を確保する。さらに、Ｌ２≧Ｄ１の条件を付け加えることによって、フィルタの開口面積を広げることが可能になり、共通液室から圧力室へのインクの流入を促進する効果を持たせている。

［実施形態３］
図３は本発明の実施形態３における液体吐出ヘッドのノズル構造およびその断面を示している。同図（ａ）は液体吐出ヘッドのノズルの一部を基板に対して垂直な方向から見た平面透視図、同図（ｂ）は同図（ａ）のＡ−Ａ線に沿ったフィルタ列の断面図。同図（ｃ）は同図（ａ）のＣ’−Ｃ’線に沿った圧力室の断面図、同図（ｄ）は同図（ａ）のＣ”−Ｃ”線に沿った圧力室の断面図である。

吐出口１００およびノズルフィルタ３０１の開口部の寸法は実施形態１と同様の構成になっている。実施形態１と異なる点は、圧力室２００がインク供給口５００から異なる距離で千鳥に配置されていることである。

本実施形態では実施形態１で述べた効果に加えて、インクの供給性の面で特に課題となっていたインク供給口５００から圧力室２００までの距離が長い方の圧力室２００へのインク供給性能を改善する効果がある。また本実施形態においては、Ｄ１＞Ｌ１、かつ、Ｄ２＞Ｌ２≧Ｄ１の条件を満たしていれば、ノズルフィルタの開口の大きさは異なっていても構わない。例えば、流路の長さが相対的に長い長ノズルに対応するノズルフィルタの開口を、短ノズルに対応するノズルフィルタの開口よりも大きくする。それにより、長ノズルのリフィル特性を向上させることができ、長短ノズルの流体特性を好ましい範囲に設定可能である。

［実施形態４］
図４は本発明の実施形態４における液体吐出ヘッドのノズル構造およびその断面を示している。同図（ａ）は液体吐出ヘッドのノズルの一部を基板に対して垂直な方向から見た平面透視図、同図（ｂ）は同図（ａ）のＤ−Ｄ線に沿ったフィルタ列の断面図。同図（ｃ）は同図（ａ）のＤ’−Ｄ’線に沿った圧力室の断面図、同図（ｄ）は同図（ａ）のＤ”−Ｄ”線に沿った圧力室の断面図である。

吐出口１００およびノズルフィルタ３０１の開口部の寸法は実施形態２と同様の構成になっている。実施形態２と異なる点は、圧力室２００がインク供給口５００から異なる距離で千鳥に配置されていることである。

本実施形態では実施形態１で述べた効果に加えて、インクの供給性の面で特に課題となっていたインク供給口５００から圧力室２００までの距離が長い方の圧力室２００へのインク供給性能を改善する効果がある。

［実施形態５］
図５は本発明の実施形態５における液体吐出ヘッドのノズル構造およびその断面を示している。同図（ａ）は液体吐出ヘッドのノズルの一部を基板に対して垂直な方向から見た平面透視図、同図（ｂ）は同図（ａ）のＥ−Ｅ線に沿ったフィルタ列の断面図、同図（ｃ）は同図（ａ）のＥ’−Ｅ’線に沿った圧力室の断面図である。

図５において、本実施形態における寸法は、ノズルの配列方向のピッチは４２．５μｍであり、吐出口１００の短径（Ｄ１）は８．８μｍ、長径（Ｄ２）は１６．１μｍの長円形状である。ノズルフィルタ３０１の開口部は矩形で、短辺寸法Ｌ１は８．０μｍ、長辺寸法Ｌ２は１４．０μｍである。

本実施形態では、ノズルフィルタの開口幅（Ｌ２）が開口高さ（Ｌ１）よりも長くなっている点で実施形態１と異なっている。各部の関係は、
Ｄ１＞Ｌ１かつ、Ｄ２＞Ｌ２≧Ｄ１
の関係を満たしている。Ｄ１＞Ｌ１かつ、Ｄ２＞Ｌ２の条件により、圧力室への異物の進入を防止し、仮に圧力室内に異物が侵入した時に異物を吐出口から外部へ排出するための寸法を確保する。さらに、Ｌ２≧Ｄ１の条件を付け加えることによって、フィルタの開口面積を広げることが可能になり、インク供給口５００から圧力室２００へのインクの流入を促進する効果を持たせている。

１００ 吐出口
１０１ 記録ヘッド
１１０ 素子基板
１１１ 流路形成部材
１１２ 共通液室
１５０ インク供給部材
２００ 圧力室
３０１ ノズルフィルタ
４００ 記録素子
５００ インク供給口
９００ 吐出口群

Claims (4)

1. 液体を吐出するための複数の吐出口と、前記吐出口に連通し液体を吐出するために利用されるエネルギーを発生するエネルギー発生素子を内部に備える複数の圧力室に夫々連通する複数の流路と、該流路に液体を供給する供給口と、該供給口と前記流路との間の領域に配される複数の柱状の部材からなるフィルタと、を備える液体吐出ヘッドにおいて、前記吐出口の液体の吐出方向と直交方向の断面が短径および長径とを有する円形で、前記フィルタの開口の液体の供給方向と直交する方向の断面が長辺および短辺とを有する矩形であり、
   前記吐出口の前記短径をＤ１、前記長径をＤ２、前記開口の前記短辺の長さをＬ１、前記長辺の長さをＬ２としたとき、
   Ｄ１＞Ｌ１、かつ、Ｄ１＜Ｄ２、かつ、Ｄ２＞Ｌ２≧Ｄ１の関係を満たすことを特徴とする液体吐出ヘッド。
2. 液体を吐出するための複数の吐出口と、前記吐出口に連通し液体を吐出するために利用されるエネルギーを発生するエネルギー発生素子を内部に備える複数の圧力室に夫々連通する複数の流路と、該流路に液体を供給する供給口と、該供給口と前記流路との間の領域に配される複数の柱状の部材からなるフィルタと、を備える液体吐出ヘッドにおいて、前記吐出口の液体の吐出方向と直交方向の断面が短径および長径とを有する円形で、前記フィルタの開口の液体の供給方向と直交する方向の断面が長辺および短辺とを有する台形であり、
   前記吐出口の前記短径をＤ１、前記長径をＤ２、前記開口の上底の長さをＬ１１、下底の長さをＬ１２、高さをＬ２としたとき、
   Ｄ１＞Ｌ１１、かつ、Ｄ１＜Ｄ２、かつ、Ｄ２＞Ｌ２≧Ｄ１の関係を満たすことを特徴とする液体吐出ヘッド。
3. 複数の前記圧力室が所定の方向に配列されており、前記配列方向と前記短辺とが平行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。
4. 複数の前記圧力室が所定の方向に配列されており、前記配列方向と前記上底と前記下底とが平行であることを特徴とする請求項２に記載の液体吐出ヘッド。

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