JP2011201046A - 液体吐出ヘッド - Google Patents
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Abstract
【解決手段】液体吐出ヘッドは、液体を吐出するための熱エネルギーを発生させる発熱素子24を有する複数のノズル10が並んで構成されたノズル列111、112、113と、ノズル列に沿って形成され、ノズル列に液体を供給する複数の共通液室5と、が形成された基板9を備え、複数の共通液室5によって基板9が複数の基板部分9a、9bに分けられ、第1のノズル列111が形成された第1の基板部分9aと、第2のノズル列112が形成され、第1の基板部分9aよりも熱容量の大きい第2の基板部分9bと、を有し、第1のノズル列111に設置された第1の発熱素子24aの発熱面積が、第2のノズル列112に設置された第2の発熱素子24bの発熱面積よりも小さい。
【選択図】図2
Description
図1(a)は、本発明の第1の実施形態における記録装置の概略斜視図である。図1(b)は、図1(a)の記録装置に備えられた液体吐出ヘッドの概略斜視図である。本実施形態の記録装置50は、シリアルスキャン方式のインクジェット記録装置であるが、本発明の記録装置は、これに限定されず、発熱素子からのエネルギーにより液体を吐出して記録を行う装置全般に適用できる。
(2)Ra=Rb、かつRfa<Rfb
(3)Rfa≠Rfb、Ra≠Rb、かつRfa/Ra<Rfb/Rb。
図10は、第2の実施形態の液体吐出ヘッドのノズルの模式図である。本実施形態では、熱容量の小さい第1の基板部分に設けられた第1の発熱素子24aを有するノズルに対するノズルフィルタ6の数が、熱容量の大きい第2の基板部分に設けられた第2の発熱素子24bを有するノズルに対するノズルフィルタの数よりも多い。このようにして、ノズルフィルタ6の合計体積を増やし、第1の発熱素子24aを有するノズルの後方抵抗Raを増大させている。これにより、図6を参照して上述した場合と同様の効果が得られる。
図11は、第3の実施形態の液体吐出ヘッドのノズルを示す模式図である。本実施形態では、熱容量の小さい第1の基板部分に設けられた第1の発熱素子24aを有するノズルに対するノズルフィルタ6が、熱容量の大きい第2の基板部分のノズルに対するノズルフィルタ6よりも、流路22の近くに配されている。ノズルフィルタ6の位置を、流路22に近づけることによって、第1の発熱素子24aを有するノズルの後方抵抗Raを増大させている。これにより、第2の実施形態と同様に実質的に流路22が狭くなり、図6および図10で説明した場合と同様の効果が得られる。
図12および図13は、それぞれ、第4の実施形態の液体吐出ヘッドのノズルの一例を示す模式図である。本実施形態では、熱容量の小さい第1の基板部分に設けられた第1の発熱素子24aを有するノズルを構成する流路の幅が、熱容量の大きい第2の基板部分に設けられた第2の発熱素子24bを有するノズルを構成する流路22の幅よりも小さい。これにより、第1の発熱素子24aを有するノズルの後方抵抗Raが大きくなる。具体的には、流路22中に一箇所狭い部分を設けたり(図12参照)、流路22全体を細くしたり(図13参照)、接触面積を増やしたりすればよい。これにより、第2の実施形態と同様に実質的に流路22が狭くなり、図6、図10および図11で説明した場合と同様の効果が得られる。
第5の実施形態では、熱容量の小さい基板部分に設けられた第1の発熱素子24aを有するノズルと共通液室とを連通する流路22が、熱容量の大きい基板部分に設けられた第2の発熱素子24bを有するノズルと共通液室とを連通する流路22よりも長い。(図14参照。)。これにより、発泡室23に液体を供給するまでの距離が長ければ長いほど、液体が壁面に接する面積が大きくなり、液体の流れ抵抗が大きくなる結果、後方抵抗が増大する。したがって、第2の実施形態から第4の実施形態で説明した場合と同様の効果が得られる。
図15は、第6の実施形態における液体吐出ヘッドのノズルを示す模式図である。本実施形態では、熱容量の小さい基板部分に設けられた第1の発熱素子24aを有するノズルの発泡室23が、熱容量の大きい基板部分に設けられた第2の発熱素子24bを有するノズルの発泡室23よりも小さい。その結果として、第1の発熱素子24aを有するノズルの前方抵抗Rfaを小さくしている。これにより、吐出の際の発泡を前方(下流側)へ行き易くし、吐出口側へ吐出エネルギーが伝わりやすくしている。したがって、ノズルからの液体の吐出を高効率化している。
ノズルの形状を変更せずに、熱容量の小さい第1の基板部分に設けられたノズルに供給する液体を、熱容量の大きい第2の基板部分に設けられたノズルに供給する液体より粘度を低くする構成にしても良い。これにより、第1の基板部分に設けられたノズルと第2の基板部分に設けられたノズルとで液体の吐出速度や吐出量の均一化を図ることも可能である。また、液体吐出ヘッドが予め高温にされた状態から記録を開始する際には、高温時において粘度の低い液体を、第1の基板部分に設けられたノズルに配置しておくことで、ノズル列間での液体の吐出特性を均一に揃えることが可能になる。
熱容量の小さい第1の基板部分に設けられたノズルに設置された第1の発熱素子のアスペクト比を、第2の基板部分に設けられたノズルに設置された第2の発熱素子のアスペクト比より小さくしてもよい(図16も参照)。アスペクト比が1に近く、正方形状に近いヒータであれば、エネルギー効率が高く、発熱時間(電圧の印加時間)が短縮されるからである。これにより、次の液体吐出までの時間間隔が広がるので、第1の基板部分の温度上昇が抑えられる。したがって、第1の発熱素子24aが小さくても、同一の電圧および電圧印加時間で液体を吐出することが可能になる。また、印加する電圧値を上げたとしても、短い印加時間で液体を発泡させることが可能になる。
本実施形態では、熱容量の大きい第2の基板部分に設置された第2の発熱素子24bを覆う第2の保護膜302(図17(a)参照)が形成されている。また、熱容量の小さい第1の基板部分に設置された第1の発熱素子24aを覆う第1の保護膜301(図17(b)参照)が形成されている。
図18(a)は、本実施形態の一例の液体吐出ヘッドが備える基板の、吐出口形成面における模式的断面図である。図18(a)では、ノズルの配置が、図2(a)に示す配置と同様になっている。図18(a)は、図2(a)のA方向に沿った線における基板の断面図である。
図19では、図2(a)とは異なり、小液滴の液体を吐出するノズル列(吐出口列117,120)が基板端部に位置している。この場合にも、同様に、空気や封止材(図18(b)の符号500も参照。)で断熱された、基板の縁部と、共通液室のように液体によって分けられている基板部分の熱容量および/または熱伝達率が異なる。そのため、基板の縁部に位置する第1の基板部分に設けられた第1の発熱素子のサイズが、内側に位置する第2の発熱素子のサイズよりも小さくなっている。
図20(a)は、基板の縁部に位置する基板部分ではなく、内側に位置する基板部分の熱容量が小さい場合の一例である。図20(a)では、熱容量の小さい第1の基板部分9aが他の基板部分9bの体積より小さくなっている。この場合、基板の縁部に位置するものを除き、各基板部分9a、9bには2列の発熱素子24があるため、以下の3種類の実施例のパターンが考えられる。
図20(b)に示すように、熱容量の小さい第1の基板部分9aに設けられた5pl用の発熱素子24aのみを小さくすることが好ましい。
図20(c)に示すように、熱容量の小さい第1の基板部分9aに設けられた2pl用の発熱素子24aのみを小さくすることが好ましい。
図20(d)に示すように、熱容量が小さい第1の基板部分9aに設けられた、5pl用および2pl用の発熱素子24aのそれぞれのサイズを、他の基板部分9bにある発熱素子24bよりも小さくすることが好ましい。
図21に示すように、基板の縁部11に位置する基板部分9bが十分大きく、当該基板部分9bの熱伝導や熱容量が十分に大きい場合、熱伝導や熱容量が小さい基板部分9aにある発熱素子24aを、他の基板部分9bにある発熱素子24bより小さくする。これにより、温度上昇の均一化を図ることができる。この場合にも、熱伝導や熱容量が小さい基板部分9aに2列の発熱素子24aがあるため、上述した第12の実施形態で説明した場合と同様に、使用頻度や用途により、概ね3つの実施例のパターンに分けることができる。
図22(a)〜図22(c)は、それぞれ、本実施形態の各例における液体吐出ヘッドの吐出口形成面の概略平面図を示している。図22(a)〜図22(c)に示すように、本実施形態では、主に文字テキストを形成するブラックインクを吐出するための吐出口列121、122が、共通液室に挟まれて形成されている。この場合、図22(d)に示すように、基板の端部に位置する吐出口列121は、同色の液体を同じ吐出量で吐出する、隣接したノズル列122に対する第2の発熱素子24bよりも、小さいサイズの発熱素子24aを有している。
図23に示すように、基板9のシュリンクや、ノズル列間の距離が短い密な設計である場合、同等の吐出量であっても隣り合う発熱素子24間の距離(中心間距離)HLが短くなってしまう。この場合は、距離が短くなったところの発熱素子24aのサイズを、他の発熱素子24bよりも小さくすることで温度上昇を抑制し、記録ムラを低減することができる。新しく液体吐出ヘッド30を設計する際に、基板技術が進み、前回の設計よりもさらにシュリンクが可能になった場合にも好適に適用できる。
9 基板
9a 第1の基板部分
9b 第2の基板部分
10 ノズル
24a 第1の発熱素子
24b 第2の発熱素子
30 液体吐出ヘッド
Claims (14)
- 液体を吐出するための熱エネルギーを発生させる発熱素子を有するノズルが並んで構成された複数のノズル列と、前記複数のノズル列に沿って形成され、前記複数のノズル列に液体を供給する複数の共通液室とが、並んで形成された基板を備え、前記複数の共通液室によって前記基板が複数の基板部分に分けられる液体吐出ヘッドであって、
前記複数のノズル列のうちの第1のノズル列が形成された第1の基板部分と、前記第1のノズル列とは異なる第2のノズル列が形成され、前記第1の基板部分よりも熱容量の大きい第2の基板部分と、を有し、
前記第1のノズル列に設置された第1の発熱素子の発熱面積が、前記第2のノズル列に設置された第2の発熱素子の発熱面積よりも小さい、液体吐出ヘッド。 - 前記第1の基板部分は、前記基板の縁部と前記共通液室との間に挟まれた、前記基板の端部に位置し、
前記第2の基板部分は、隣接する前記共通液室に挟まれた部分である、請求項1に記載の液体吐出ヘッド。 - 前記ノズル列を構成する各ノズルは、液体を保持する発泡室と、該発泡室内の前記液体を吐出する吐出口と、前記共通液室と前記発泡室とを連通する流路と、前記発熱素子と、を有する、請求項1または請求項2に記載の液体吐出ヘッド。
- 前記第1のノズル列を構成するノズルの、前記共通液室から前記流路と前記発泡室との境界までの粘性抵抗と流れ抵抗との和で規定される第1の後方抵抗をRaとし、
前記第2のノズル列を構成するノズルの、前記共通液室から前記流路と前記発泡室との境界までの粘性抵抗と流れ抵抗との和で規定される第2の後方抵抗をRbとすると、
Ra>Rbの関係が成り立つように構成されている、請求項3に記載の液体吐出ヘッド。 - 前記第1のノズル列を構成するノズルの、前記共通液室から前記流路と前記発泡室との境界までの粘性抵抗と流れ抵抗との和で規定される第1の後方抵抗をRaとし、
前記第1のノズル列を構成するノズルの、前記発泡室から前記吐出口の開放側の端部までの粘性抵抗と流れ抵抗との和で規定される第1の前方抵抗をRfaとし、
前記第2のノズル列を構成するノズルの、前記共通液室から前記流路と前記発泡室との境界までの粘性抵抗と流れ抵抗との和で規定される第2の後方抵抗をRbとし、
前記第2のノズル列を構成するノズルの、前記発泡室から前記吐出口の開放側の端部までの粘性抵抗と流れ抵抗との和で規定される第2の前方抵抗をRfbとすると、
Rfa/Ra<Rfb/Rbの関係が成り立つように構成されている、請求項3または請求項4に記載の液体吐出ヘッド。 - 前記第1のノズル列を構成する各ノズルは、複数の共通液室のうちの第1の共通液室と連通しており、
前記第2のノズル列を構成する各ノズルは、前記第1の共通液室とは異なる第2の共通液室と連通しており、
前記第1の共通液室内に供給される第1の液体は、前記第2の共通液室内に供給される第2の液体よりも低い熱エネルギーで吐出されるものである、請求項3から5のいずれか1項に記載の液体吐出ヘッド。 - 前記第1の液体の粘度は前記第2の液体の粘度よりも小さい、請求項6に記載の液体吐出ヘッド。
- 前記第1の液体の沸点は前記第2の液体の沸点よりも小さい、請求項6に記載の液体吐出ヘッド。
- 前記第1のノズル列を構成するノズルに対する前記第1の液体の毛管力は、前記第2のノズル列を構成するノズルに対する前記第2の液体の毛管力よりも大きい、請求項6に記載の液体吐出ヘッド。
- 前記第1の発熱素子の表面を覆う第1の保護膜と、前記第2の発熱素子の表面を覆う第2の保護膜と、を有し、
前記第1の保護膜は、前記第2の保護膜よりも膜厚が小さい、請求項1から9のいずれか1項に記載の液体吐出ヘッド。 - 前記第1のノズル列が形成された前記第1の基板部分の、液体吐出の前の温度を、前記第2のノズル列が形成された前記第2の基板部分の、液体吐出の前の温度よりも高く維持する温度調節手段を有している、請求項1から10のいずれか1項に記載の液体吐出ヘッド。
- 前記第1の発熱素子は電気エネルギーを熱エネルギーに変換する電気熱変換素子であり、
前記温度調節手段は前記第1の発熱素子であり、
液体を吐出するための熱エネルギーを発生させる大きさの電気エネルギーよりも小さい電気エネルギーを、液体の吐出前に予め前記第1の発熱素子に与えるように制御するパルス制御手段をさらに有している、請求項11に記載の液体吐出ヘッド。 - 前記温度調節手段は、前記基板に設置され、前記基板を直接加熱するための基板加熱用ヒータである、請求項11に記載の液体吐出ヘッド。
- 前記第2のノズル列を構成するノズルから吐出される液体の吐出量が、前記第1のノズル列を構成するノズルから吐出される液体の吐出量の0.7倍以上かつ1.3倍以下である、請求項1から請求項13のいずれか1項に記載の液体吐出ヘッド。
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