JP2013014111A - Liquid ejection head and liquid ejection recording apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、記録のために液体を吐出する液体吐出ヘッドとそれを用いた液体吐出記録装置に関する。 The present invention relates to a liquid discharge head that discharges liquid for recording and a liquid discharge recording apparatus using the liquid discharge head.
液体吐出ヘッドから記録媒体に対して液体を吐出して記録を行う液体吐出記録装置(以下、単に記録装置ともいう)においては、一般に液体が吐出される複数のノズルが高密度に形成された小型の液体吐出ヘッドを用いて高精細な記録が行われる。この液体吐出ヘッドを複数配置し、各々のヘッドに異なる色のインクを供給することにより、比較的安価かつ小型な構成で、記録媒体にカラー記録を行うことができる。そのため液体吐出記録装置は、業務用、家庭用を問わず、プリンタ、ファクシミリおよび複写機など、様々な記録装置に用いられている。 2. Description of the Related Art In a liquid discharge recording apparatus that performs recording by discharging liquid from a liquid discharge head onto a recording medium (hereinafter, also simply referred to as a recording apparatus), a plurality of nozzles that discharge liquid are generally formed with high density. High-definition recording is performed using this liquid discharge head. By arranging a plurality of liquid discharge heads and supplying inks of different colors to the respective heads, color recording can be performed on a recording medium with a relatively inexpensive and small configuration. For this reason, liquid discharge recording apparatuses are used in various recording apparatuses such as printers, facsimiles, and copying machines regardless of whether they are for business use or home use.
上記のような液体吐出記録装置では、液体吐出ヘッドからの液体吐出動作を安定化させるために、液体吐出ヘッド内の液体を所定の負圧に維持する(液体吐出ヘッド内の液体に作用する圧力を所定の負圧に保つ)ことが重要である。 In the liquid discharge recording apparatus as described above, in order to stabilize the liquid discharge operation from the liquid discharge head, the liquid in the liquid discharge head is maintained at a predetermined negative pressure (pressure acting on the liquid in the liquid discharge head). Is maintained at a predetermined negative pressure).
このような液体吐出記録装置に搭載する液体吐出ヘッドの適切な形態として、特許文献1では、ヘッド液室内の一つの空間に液体層と空気層を共存させ、ヘッド内に流入、発生した気泡を消滅させ、効率的に気液分離させる提案がなされている。本提案においては、液室の上部に設けられた供給口側から空気室側に向かって上昇するガイド面によって、液室内の気泡を空気室側へ誘導し、そこから外部と接続される空気流路口へ導く構造としている。したがって、長時間安定した記録品位を保つことができる。 As an appropriate form of a liquid discharge head mounted in such a liquid discharge recording apparatus, in Patent Document 1, a liquid layer and an air layer coexist in one space in a head liquid chamber, and bubbles generated and generated in the head are detected. Proposals have been made to eliminate the gas and efficiently perform gas-liquid separation. In this proposal, air bubbles connected to the outside from the air chamber are guided to the air chamber side by the guide surface that rises toward the air chamber side from the supply port side provided at the upper portion of the liquid chamber. The structure leads to the roadway. Therefore, stable recording quality can be maintained for a long time.
また一般的に、ノズルへ供給される液体に混在する異物を除去するために、液体吐出ヘッド内にフィルターを配設する必要があるが、そのフィルター部分における液体の流れの圧力損失が記録速度の高速化の妨げとなるおそれがある。 In general, in order to remove foreign matters mixed in the liquid supplied to the nozzle, it is necessary to provide a filter in the liquid discharge head. However, the pressure loss of the liquid flow in the filter portion is the recording speed. There is a risk of speeding up.
特許文献1の液体吐出ヘッドにおいては、インク供給口側に設けられたフィルター部に空気が溜まることがあった。このようにフィルター部に空気が溜まってしまうと、フィルターが空気によって覆われてしまうことにより、フィルターにおいてインクが通過可能な部分が減ってしまい、フィルター部の圧力損失が大きくなってしまっていた。 In the liquid ejection head disclosed in Patent Document 1, air may accumulate in the filter portion provided on the ink supply port side. When air accumulates in the filter portion in this way, the filter is covered with air, so that the portion of the filter through which ink can pass decreases and the pressure loss of the filter portion increases.
従って本発明は、インク供給口側のフィルター部に空気が溜まりづらい液体吐出ヘッドおよび液体供給装置を提供することを目的とする。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a liquid discharge head and a liquid supply apparatus in which air is not easily accumulated in the filter portion on the ink supply port side.
そのため本発明の液体吐出ヘッドは、液体を吐出する吐出する複数の吐出口に各々が連通した複数のノズルから構成されるノズル列と、前記ノズルに液体を供給するメイン液体供給室と、前記メイン液体供給室と連通し、前記メイン液体供給室に液体を供給するための液体供給路と、前記液体供給路と連通し、前記液体供給路を介して前記メイン液体供給室に液体を供給するサブ液体供給室と、前記サブ液体供給室を、液体の流れ方向上流側より第一液体供給室と、第二液体供給室とに分離するように配設された供給フィルターと、
前記メイン液体供給室に設けられ、前記メイン液体供給室に流入した液体と空気とを分離するスペースとしての気液分離部と、前記気液分離部と連通する空気室と、を備え、前記メイン液体供給室は、前記複数の吐出口から最も離れた部分を前記気液分離部とする傾斜を形成する傾斜面を有し、前記第二液体供給室は前記液体供給路と連通する第二液体供給室開口を有し、前記供給フィルターは、前記複数の吐出口と第二液体供給室開口との間に配置されていることを特徴とする。
Therefore, the liquid discharge head according to the present invention includes a nozzle row composed of a plurality of nozzles each communicating with a plurality of discharge ports for discharging liquid, a main liquid supply chamber for supplying liquid to the nozzles, and the main A liquid supply path that communicates with the liquid supply chamber and supplies the liquid to the main liquid supply chamber, and a sub that communicates with the liquid supply path and supplies the liquid to the main liquid supply chamber via the liquid supply path A liquid supply chamber, a supply filter disposed so as to separate the sub liquid supply chamber into a first liquid supply chamber and a second liquid supply chamber from the upstream side in the liquid flow direction;
A gas-liquid separation unit provided in the main liquid supply chamber, as a space for separating the liquid flowing into the main liquid supply chamber and air, and an air chamber communicating with the gas-liquid separation unit; The liquid supply chamber has an inclined surface that forms an inclination with portions farthest from the plurality of discharge ports as the gas-liquid separation unit, and the second liquid supply chamber communicates with the liquid supply path. A supply chamber opening is provided, and the supply filter is disposed between the plurality of discharge ports and the second liquid supply chamber opening.
本発明によれば液体吐出ヘッドは、第二液体供給室は液体供給路と連通する第二液体供給室開口を有し、供給フィルターは、前記複数の吐出口と第二液体供給室開口との間に配置されている。これによって、供給フィルターに空気が溜まりづらい液体吐出ヘッドおよび液体供給装置を実現することができる。 According to the present invention, the liquid discharge head includes a second liquid supply chamber opening that communicates with the liquid supply path in the second liquid supply chamber, and the supply filter includes the plurality of discharge ports and the second liquid supply chamber opening. Arranged between. As a result, it is possible to realize a liquid discharge head and a liquid supply apparatus in which air does not easily accumulate in the supply filter.
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
図1は、本実施形態を適用可能な液体吐出記録装置(以下、単に記録装置ともいう)を模式的に示した正面図である。記録装置100はホストPC110と接続されている。そして記録装置100は、ホストPC110から送信される記録情報に基づいて4つの液体吐出ヘッド(以下、単にヘッドともいう)22K、22C、22M、22Yから記録媒体(以下、ロール紙ともいう)Pに液体を吐出して記録を行う。4つの液体吐出ヘッド22K、22C、22M、22Yは、記録媒体Pの搬送方向(矢印A方向)に沿って配置されている。各液体吐出ヘッドは搬送方向に黒インク用液体吐出ヘッ ド22K、シアンインク用液体吐出ヘッド22C、マゼンタインク用液体吐出ヘッド22M、イエローインク用液体吐出ヘッド22Yの順で互いに平行に配置されている。液体吐出ヘッド22K、22C、22M、22Yは、いわゆるラインヘッドであり、記録媒体搬送方向と交差する方向(幅方向)に沿ってノズルを所定の密度で配置したものとなっている。ノズルの配置幅(記録媒体の搬送方向に交差する方向(幅方向)における配列範囲)は、使用する記録媒体の最大記録幅以上の幅となっている。記録装置が記録を行う際は、各ヘッドを移動させることなく、液体吐出ヘッドに設けられたヒーターを駆動することによってノズルから液体を吐出して記録を行う。
FIG. 1 is a front view schematically showing a liquid discharge recording apparatus (hereinafter also simply referred to as a recording apparatus) to which this embodiment can be applied. The
液体吐出ヘッドは記録に伴って、ノズルの開口部である吐出口が形成された面(以下、吐出口面ともいう)22Ks、22Cs、22Ms、22Ysにゴミやインク滴等の異物が付着することで吐出状態が変わり、記録に影響を与えることがある。そのため、各ヘッド22K、22C、22M、22Yから安定して液体を吐出できるように、記録装置100には回復ユニット40が組み込まれている。この回復ユニット40による吐出口面のクリーニングを定期的に行うことによって、液体吐出ヘッド22K、22C、22M、22Yのノズルからの液体吐出状態を良好な吐出状態に回復させることができる。回復ユニット40には、クリ−ニング動作のときに4つの液体吐出ヘッド22K、22C、22M、22Yの吐出口面22Ks、22Cs、22Ms、22Ysから液体および微細な気泡を除去する際に使用されるキャップ50が備えられている。このキャップ50は各液体吐出ヘッド22K、22C、22M、22Yに独立して設けられている。
In the liquid discharge head, foreign matters such as dust and ink droplets adhere to the surfaces (hereinafter also referred to as discharge port surfaces) 22Ks, 22Cs, 22Ms, and 22Ys on which the discharge ports, which are nozzle openings, are formed during recording. In this case, the discharge state changes, which may affect recording. Therefore, the
記録媒体Pは、ロール紙供給ユニット24から供給され、記録装置100に組み込まれた搬送機構26によって矢印A方向に搬送される。搬送機構26は、ロ−ル紙Pを載置して搬送する搬送ベルト26a、この搬送ベルト26aを回転させる搬送モータ26b、搬送ベルト26aに張力を与えるローラ26cなどから構成されている。記録を行う際には、搬送中のロール紙Pがブラックの液体吐出ヘッド22Kの下に到達すると、ホストPC110から送られた記録情報に基づいて、液体吐出ヘッド22Kからブラックインクが吐出される。同様に液体吐出ヘッド22C、液体吐出ヘッド22M、液体吐出ヘッド22Yの順に、各色のインクが吐出されてロール紙Pへのカラー記録が完成する。
The recording medium P is supplied from the roll
本実施形態の液体吐出記録装置は、記録用紙Pの記録領域の幅方向の全域に渡って延在する長尺な液体吐出ヘッド22を用いた記録装置としての適用例である。しかし本発明は、液体吐出ヘッドの主走査方向の記録走査と、その主走査方向と交差する副走査方向における記録用紙の所定量の搬送と、を繰り返すシリアルスキャン方式の記録装置にも適用することができる。
The liquid discharge recording apparatus of the present embodiment is an application example as a recording apparatus using a long
次に図2を用いて、記録装置に組み込まれる液体吐出ヘッドの形態について説明する。図2(a)は、本実施形態を適用可能な液体吐出ヘッドを示した図であり、(b)は、4本組の液体吐出ヘッドを示した図である。本実施形態を適用可能な記録装置には各色のインクに対応した液体吐出ヘッドが4本搭載されるが、それらの液体吐出ヘッドは各々のノズル列が精密に位置決めされた状態で一体化されている(以下、この状態の4本組のヘッド形態を組みヘッドという)。すなわち、各液体吐出ヘッドのノズル列間ピッチ、ノズル列方向ずれ、ノズル列高さずれ及びノズル列間平行度が規定の精度内で組みヘッド化されるよう結合されている。本実施形態において4つの液体吐出ヘッド22K、22C、22M、22Y間は連結されている。ノズル列が形成された吐出チップ(図示せず)を接着しているベースプレート22Kb、22Cb、22Mb、22Ybの両端部に形成された貫通穴を同軸上に配列し、2本のシャフト50を貫通させでストッパー52にて固定することで組ヘッドを構成している。各液体吐出ヘッドのノズル列22Kn、22Cn、22Mn、22Ynは、別途用意した組みヘッド化冶具により互いに高精度に位置決めされている。
Next, the form of the liquid discharge head incorporated in the recording apparatus will be described with reference to FIG. FIG. 2A is a diagram illustrating a liquid ejection head to which the present embodiment is applicable, and FIG. 2B is a diagram illustrating a four-unit liquid ejection head. The recording apparatus to which this embodiment can be applied has four liquid discharge heads corresponding to the inks of the respective colors, and these liquid discharge heads are integrated with each nozzle row positioned precisely. (Hereinafter, the four-head configuration in this state is referred to as a combined head). In other words, the pitches between the nozzle rows, the nozzle row direction deviation, the nozzle row height deviation, and the parallelism between the nozzle rows of each liquid ejection head are combined so as to form a combined head within a specified accuracy. In the present embodiment, the four
ところで昨今、記録装置の超小型化、すなわち設置領域の省スペース化に対する要望が非常に高まっている。そのため、上述したような組みヘッドを記録装置に搭載する形態とする場合では、液体吐出ヘッド単体の小型化、特に液体吐出ヘッド間のピッチを低減させるための液体吐出ヘッドの薄型化が重要な課題となる。本実施形態においては、上述した組みヘッド形態とし、さらに後述するヘッドの構成を有することで、液体供給性能と気泡除去機能を満足させながら板状形状化された液体吐出ヘッド単体の厚み(図2(b)における左右方向の寸法)を10.5mmとすることが可能となっている。なお、各々の液体吐出ヘッドの複数の吐出口は、板状形状化された液体吐出ヘッドの端部に設けられている。 Nowadays, there is an increasing demand for ultra-miniaturization of the recording apparatus, that is, space saving of the installation area. Therefore, in the case where the above-described assembled head is mounted on the recording apparatus, it is important to reduce the size of the liquid discharge head alone, particularly to reduce the thickness of the liquid discharge head to reduce the pitch between the liquid discharge heads. It becomes. In this embodiment, the thickness of the single unit of the liquid discharge head formed into a plate shape while satisfying the liquid supply performance and the bubble removing function by adopting the above-described assembled head form and further having the configuration of the head described later (FIG. 2). (Dimension in the left-right direction in (b)) can be 10.5 mm. The plurality of discharge ports of each liquid discharge head are provided at the end of the plate-shaped liquid discharge head.
図3は、本実施形態の記録装置における液体タンク28から液体吐出ヘッド22までの液体供給系および回復系を模式的に示した図である。各液体吐出ヘッドは同じ構造であるため、以下、例としてブラックインク用液体吐出ヘッド22Kについてのみ説明を行う。
FIG. 3 is a diagram schematically illustrating a liquid supply system and a recovery system from the
記録装置100は、液体吐出ヘッド22、本体から着脱自在な液体タンク28、液体タンク28と液体吐出ヘッド22とをつなぐ液体流路40、液体吐出ヘッド内部を介して液体流路40と連通するエア流路41、エア流路41に設けられたポンプ42を有する。ポンプ42がエア流路41及び液体吐出ヘッド22内を減圧するように駆動することによって、液体タンク28より液体流路40を介して液体吐出ヘッド22内に液体が供給される。液体吐出ヘッド22には供給フィルター18が配設されており、液体吐出ヘッド22に供給された液体は、供給フィルター18を介してメイン液体供給室26に流入する。メイン液体供給室26内の液体はやがてノズル内に供給され吐出されるが、液体吐出ヘッド内の液体供給系詳細については後述する。
The
メイン液体供給室26の一部には液面検知センサ21が取り付けられており、その測定結果で液体供給の制御が行われる。すなわち、メイン液体供給室26の液面が一定レベル以下と判断した時は、ポンプ42を駆動させ液体タンク28から液体を吸引する。そして、吸引した液体が液面検知センサ21により一定レベル以上であると検知された時は、ポンプ42が停止し、液体の供給が停止される。
A liquid
一方、各液体吐出ヘッドが安定して液体を吐出するためのクリーニング動作には、ポンプ44が使用される。クリーニング動作とはノズル内に残留した微細な気泡やごみを除去し、ノズル内を液体で満たす動作である。液体吐出ヘッド吐出口面の対向には回復キャップ43(以下、キャップともいう)が設けられており、キャップ43とポンプ44をつなぐ回復流路49がある。回復流路49のキャップ43が接続された側と反対側には、クリーニング動作によって発生した廃液を貯留するための廃液タンク46が接続されている。
On the other hand, the pump 44 is used for a cleaning operation for each liquid discharge head to stably discharge liquid. The cleaning operation is an operation of removing fine bubbles and dust remaining in the nozzle and filling the nozzle with a liquid. A recovery cap 43 (hereinafter also referred to as a cap) is provided opposite to the liquid discharge head discharge port surface, and there is a
クリーニング時、キャップ43が液体吐出ヘッドの吐出口面を密閉するように当接される。その後、ポンプ44を駆動させることによってキャップ43内および回復流路49が減圧され、液体吐出ヘッド22のノズル面から微量な液体とともに残留気泡およびごみを吸引する。吸引した液体や気泡等は廃液タンク46に導かれる。
At the time of cleaning, the
図4(a)は、本実施形態の液体吐出ヘッドの構造例を説明するための正面図であり、(b)は、正面図A−A線に沿う断面図であり、(c)は、正面図B−B線に沿う断面図である。説明の便宜上、正面図において液体供給ケースカバーは省略している。また、図4(a)における各部剤の上下位置関係は、液体吐出ヘッド22を記録装置100に組み込んだ際の上下方向位置関係と同一である。
4A is a front view for explaining a structural example of the liquid ejection head of the present embodiment, FIG. 4B is a cross-sectional view taken along a front view AA, and FIG. It is sectional drawing which follows the front view BB line. For convenience of explanation, the liquid supply case cover is omitted from the front view. 4A is the same as the vertical positional relationship when the
これらの図において、セラミック製のベースプレート10はシリコンにより形成されるヒーター基板11を支持している。ヒーター基板11には、液体の吐出エネルギー発生素子としての複数の電気熱変換体(ヒーターまたはエネルギー発生部)とこれらの電気熱変換体に対応するノズルを構成するための複数の流路壁とが形成されている。このノズルは板状形状化された液体吐出ヘッド22の長手方向(図4(a)の左右方向)に複数配置されており、この複数のノズルをノズル列と称す。また、ヒーター基板11には各ノズルに連通する共通液室12を囲む液室枠も形成されている。このように形成されたノズルの側壁および液室枠の上には、共通液室12を形成する天板13が接合されている。したがって、ヒーター基板11と天板13は互いに一体化した状態でベースプレート10に積層接着されている。このような積層接着は、銀ペーストなどの熱伝導率のよい接着剤によって行われる。ベースプレート10におけるヒーター基板11の後方には、実装済みのPCB(電気配線基板)14が両面テープ(図示せず)によりベースプレート10に支持されている。ヒーター基板11上の各吐出エネルギー発生素子とPCB14とは、各々の配線に対応するワイヤボンディングにより電気的に接続されている。
In these drawings, a
天板13上面には、液体供給部材15が接合されている。液体供給部材15は液体供給ケース16(第一ケース)と液体供給ケースカバー17(第二ケース)より構成されており、液体供給ケースカバー17が液体供給ケース16の上面を塞ぐことにより、後述する液室や液体供給路が形成されるとともに、液体吐出ヘッド22を板状形状化する。本実施形態においては、液体供給ケース16と液体供給ケースカバー17の接合は、熱硬化型の接着剤により行われる。また、液体供給ケース16には供給フィルター18および排出フィルター19が配設されている。供給フィルター18は液体供給部材15に供給された液体中の異物の除去を目的とし、排出フィルター19は液体吐出ヘッド外部からの異物の侵入を防止することを目的とする。各々のフィルターは熱溶着によって液体供給ケース16に固定されている。さらに液体供給ケース16の一部には、メイン液体供給室26に流入する液体と空気とを分離するスペースとしての気液分離部20が形成され、気液分離部20に突出する形で外部より液面検知センサ21が実装されており、上述したような液室内の液体量の制御を行う。
A
ここで、液体供給ケースと16液体供給ケースカバー17の2つの部品の嵌合により形成される液室および液体供給路等の構成について説明する。液体供給ケース16の天板13との接合面には、ノズルの配列方向と略平行かつノズル列の幅に渡って矩形上の開口部(以下、液体供給口27という)が形成されており、液体供給口27の延長上には貯留室状のメイン液体供給室26が形成されている。すなわち、メイン液体供給室26はノズル列と略平行かつノズル列の幅に渡って形成されている。また、液体供給口27と上部の天面は、ほぼ全域にわたって気液分離部20を最上部とした傾斜(以下、メイン液体供給室傾斜29という)を成している。メイン液体供給室傾斜29には2つの開口部が形成されており、1つはメイン液体供給室26へのインク供給経路である液体連通部31、他方は気液分離部20である。
Here, the configuration of the liquid chamber, the liquid supply path, and the like formed by fitting the two parts of the liquid supply case and the 16 liquid supply case cover 17 will be described. A rectangular opening (hereinafter referred to as a liquid supply port 27) is formed on the joint surface of the
気液分離部20はメイン液体供給室26の一部を成し、メイン液体供給室26の他の部分よりも深さが大きくなっている。これは、後述するように液室内の液体に混在する気泡を破泡する効果を高めるためである。本実施形態においては、気液分離部20の内部にステンレスの電極を3本実装しており、図中左側より上限検知電極23、グランド電極24、下限電極25である。グランド電極24と上限検知電極23間の通電、グランド電極24と下限検知電極間25の通電により、メイン液体供給室26内の液面を上限と下限の間に維持する構成となっている。本実施形態の液体吐出ヘッドにおいては、気液分離がなされた液体の液面を検知することで、検知の信頼性を向上させることが可能である。
The gas-
気液分離部20の延長上にはエア連通部30があり、その先はエア流路(空気室)41となる。さらに先には前述した排出フィルター19が配設されており、排出ジョイント33に連通する。排出フィルター19は撥水性を有する材質によって構成されており、万が一エア流路41に液体が流入し、排出フィルター19にインクが付着することで、フィルター内部にインクのメニスカスが形成されても、その撥水性によってフィルター部の毛管力を低減することができ、インクのメニスカスを容易に除去することができる。
On the extension of the gas-
一方、メイン液体供給室傾斜部29に設けられた液体連通部31を介して液体供給路37が設けられている。液体供給路37は、液体連通部31から供給フィルター18近傍まで管状を成しており、メイン液体供給室26とほぼ同一平行平面上に形成される。供給フィルター18もまた、メイン液体供給室26と略同一平行平面上に配置されている。供給フィルター18はサブ液体供給室を二室に分離するように配設され、供給ジョイント32に連通する側の室、すなわち液体吐出ヘッド内の液体供給の流れにおける上流側の室が第一液体供給室34、下流側が第二液体供給室35となっている。
On the other hand, a
第二液体供給室35は供給フィルター18上方に開口(以下、第二液体供給室開口36という)があり、これを介して液体供給路37に連通している。また、第二液体供給室35の天面はこの開口を最上部(供給フィルターから最も離れた部分)とする傾斜(以下、第二液体供給室傾斜38という)が形成されている。なお、供給フィルター18は、言い換えれば、ノズル列各々の吐出口と第二液体供給室開口36との間に配置されている。同様に、供給フィルター18は、ノズル列各々の吐出口と第二液体供給室傾斜38との間に配置されている。
The second
以上のように、メイン液体供給室26、気液分離部20、液体供給路37、及び供給フィルター18は、各々ノズル配列面39と交差する平面上(この平面を平面Aとする)に設定される。一方でA−A断面に示すように、メイン液体供給室26、液体供給路27、供給フィルター18、気液分離部20は互いに平面Aに交差する方向(液体吐出ヘッド22の厚み方向)に重ならないように配置することが重要である。その理由について以下に述べる。
As described above, the main
高速記録を可能とする液体吐出ヘッドにおいては、液体吐出ヘッド内で液体が滞りなく流れることが重要であり、液室や供給路の流路抵抗が過大にならないように設計する必要がある。また、液室や供給路への気泡の残留を回避させなければならない。したがって、メイン液体供給室や供給路の液体の流れに対する断面積を大きくとることで、液体吐出ヘッド内の圧力損失を低減させ、気泡を移動し易くする必要がある。さらに、高速記録を可能とするためには液体吐出ヘッド内の流路抵抗増大の要因となるフィルターを大面積化することが有効である。上記の観点により、本実施形態では液体吐出ヘッド内流路抵抗計算および気泡の挙動確認により液室厚みを2.2mm以上、フィルター面積をφ14相当とした。 In a liquid discharge head capable of high-speed recording, it is important that the liquid flows without stagnation in the liquid discharge head, and it is necessary to design the liquid chamber and the supply path so that the flow resistance does not become excessive. In addition, it is necessary to avoid bubbles remaining in the liquid chamber and the supply path. Therefore, it is necessary to reduce the pressure loss in the liquid discharge head and facilitate the movement of the bubbles by increasing the cross-sectional area of the main liquid supply chamber and the supply path with respect to the liquid flow. Furthermore, in order to enable high-speed recording, it is effective to increase the area of a filter that causes an increase in flow path resistance in the liquid discharge head. From the above viewpoint, in this embodiment, the liquid chamber thickness is 2.2 mm or more and the filter area is equivalent to φ14 by calculating the flow path resistance in the liquid discharge head and confirming the behavior of bubbles.
このような高速記録を可能とする液体吐出ヘッド開発においては、近年、記録装置の超小型化に対する要望に伴ってさらなる液体吐出ヘッドの小型化が求められている。特に複数の液体吐出ヘッドを並列に配列し、記録装置に組み込む形態とする場合、各液体吐出ヘッドの薄型化が重要な課題となる。よって、高速記録と薄型化を両立させるため、本実施形態の液体吐出ヘッドでは、メイン液体供給室26、気液分離部20、液体供給路37、供給フィルター18、第一液体供給室34、第二液体供給室35は各々ノズル配列面39と交差する平面上(平面A)に設定する。そして、メイン液体供給室26、液体供給路37、供給フィルター18、気液分離部20は互いに平面Aに交差する方向(液体吐出ヘッド22の厚み方向)に重ならないように配置する構成とした。
In the development of a liquid discharge head capable of such high-speed recording, in recent years, there has been a demand for further downsizing of the liquid discharge head in response to a demand for ultra-miniaturization of the recording apparatus. In particular, when a plurality of liquid discharge heads are arranged in parallel and incorporated in a recording apparatus, it is an important issue to make each liquid discharge head thin. Therefore, in order to achieve both high-speed recording and thinning, in the liquid ejection head of this embodiment, the main
さらに本実施形態の液体吐出ヘッドでは、液室や供給路が形成された液体供給部材15に対して液体吐出ヘッド22の厚み方向に隣接してPCB14を配置している。A−A断面に示すようにPCB14は平面Aに交差する方向に関して、メイン液体供給室26と互いに少なくとも一部が重なり隣接する形で形成されているが、一方でPCB14は、第一液体供給室34および気液分離部20と平面Aに交差する方向で互い重ならないように配置され、隣接しない領域に収められる。前述したとおり気液分離部20は気泡を破泡するためにメイン液体供給室26よりも厚みが大きく設定されており、供給フィルター18が介在する第一液体供給室34と第二液体供給室35の平面Aに交差する方向も大きくなる(厚みが増える)。したがって、液体吐出ヘッド全体の厚みを抑えるには、第一液体供給室34および気液分離部20に対してPCB14を平面Aに交差する方向に重ならないようにし、メイン液体供給室26に対して平面Aに交差する方向において互いに少なくとも一部が重なるように積層する形態にすることが有効である。
Further, in the liquid discharge head of this embodiment, the
次に同じく図4を用いて、本実施形態における液体吐出ヘッドの機能について液体の流れに沿って説明する。図3にて説明したポンプによる吸引動作によって、排出ジョイント33を介して液体吐出ヘッド22内が負圧に達する。そうすると、液体タンクから液体吐出ヘッドの供給ジョイント32を通って液体が第一液体供給室34へ供給される。第一液体供給室34内の液体は供給フィルター18を通過し、第二液体供給室35を満たす。この時、第二液体供給室35内の空気は液体の流入に伴って上方へ移動する。そして、液体及び空気供給フィルター18上端部を越えると第二液体供給室傾斜38に沿って液体供給路37のほうへ導かれる。すなわち、液体が液体供給路37へ供給されるときには第二液体供給室35は液体で満たされた状態となる。液体供給路37へ供給された液体及び空気はやがてメイン液体供給室26へ流出する。このように、第二液体供給室傾斜38が構成されているため、第二液体供給室35に空気が流入したとしても、空気は流入してくる液体に押されて、確実に空気をメイン液体供給室26に流入させることが可能となる。そして、メイン液体供給室26内に流入した空気は液体の供給に伴って上方へ移動し、やがてメイン液体供給室傾斜29に沿って気液分離部20へ導かれる。気液分離部20に液体と空気が混在した気泡が達すると、液室の厚みが深くなっているため気泡が消滅する。さらに液体の供給が進むと、気液分離部20に設置された液面検知センサ21により、メイン液体供給室26内の液体量が上限に達したと判定される。その時点でポンプの吸引動作が停止され、液体の供給が止まる。
Next, the function of the liquid ejection head in the present embodiment will be described along the flow of the liquid with reference to FIG. By the suction operation by the pump described in FIG. 3, the inside of the
次に記録動作中における液体吐出ヘッド内の液体の流れと気泡の挙動、および液体吐出ヘッドの機能に関して説明する。記録中、ノズル内の液体を使用して吐出面から液体滴が吐出されるが、吐出により液体吐出ヘッド内の内圧が下がり、ノズル内の毛細管現象により液体タンクから液体が補給される(以下、リフィルという)。この際、液体タンクから液体流路、供給室、供給フィルター、液室、共通液室等、ノズルに液体が達するまでの流路抵抗によりリフィル性能が決まる。特に供給フィルター18の圧損が支配的となるが、本実施形態においては供給フィルター18を大面積に設定可能な配置としているため、高速記録が可能となる。また、B−B断面からわかるように、ノズル列全体に渡ってメイン液体供給室26から液体供給口27、共通液室12、ノズルに至るまで略直線的に液体が供給される構成としているため、スムーズにノズルに向かって液体が供給される。
Next, the flow of liquid in the liquid discharge head and the behavior of bubbles during the recording operation and the function of the liquid discharge head will be described. During recording, liquid droplets are ejected from the ejection surface using the liquid in the nozzle, but the internal pressure in the liquid ejection head decreases due to the ejection, and the liquid is replenished from the liquid tank by capillary action in the nozzle (hereinafter referred to as the following). Called refill). At this time, the refill performance is determined by the flow path resistance until the liquid reaches the nozzle from the liquid tank to the liquid flow path, the supply chamber, the supply filter, the liquid chamber, the common liquid chamber, and the like. In particular, the pressure loss of the
ところで、本実施形態の液体吐出ヘッドは、液体の吐出に発熱エネルギーを必要とする。すなわち、ヒーター基板上の電気熱変換体が発生する熱エネルギーにより液体を発泡させ、その発泡エネルギーを利用してノズルから液体を吐出させるように構成されている。そのため、記録動作が長時間連続した場合には、熱エネルギーが液体に蓄積され、液体の温度が上昇して液体中に溶存する気体が液体吐出ヘッド内に溜まってしまうおそれがある。この液体吐出ヘッド内の気泡を除去しなければ、液体の吐出が適正に行われなくなる。そのため、本実施形態の液体吐出ヘッドのような構成であれば、液体吐出ヘッド内に生じた気泡を効率的に除去することができる。なお、液体を吐出させるための吐出エネルギー発生手段は、電気熱変換体を用いる構成のみに特定されず任意であり、例えば、ピエゾ素子などを用いて液体吐出させる構成であってもよい。 By the way, the liquid discharge head according to the present embodiment requires heat generation energy for liquid discharge. That is, the liquid is foamed by the thermal energy generated by the electrothermal transducer on the heater substrate, and the liquid is discharged from the nozzle using the foaming energy. For this reason, when the recording operation is continued for a long time, thermal energy is accumulated in the liquid, and the temperature of the liquid rises, and there is a possibility that the gas dissolved in the liquid accumulates in the liquid ejection head. Unless the bubbles in the liquid discharge head are removed, the liquid cannot be discharged properly. Therefore, with the configuration of the liquid discharge head of the present embodiment, bubbles generated in the liquid discharge head can be efficiently removed. Note that the discharge energy generating means for discharging the liquid is not limited to the configuration using the electrothermal transducer, and is arbitrary. For example, the configuration may be such that the liquid is discharged using a piezo element or the like.
本実施形態における液体吐出ヘッドは、ノズル列全体にわたってノズルから共通液室12、メイン液体供給室26まで略直線的に連通する構成である。そのため、ノズルに気泡が残っても気泡自体の浮力によって気泡がノズルから除去され、メイン液体供給室26に導かれる。さらにメイン液体供給室26に導かれた気泡は、メイン液体供給室傾斜29にそって気泡が移動し、気液分離部20に達すると消滅するようになっている。そのため、気泡が液体のスムーズな供給を妨げることがない。すなわち、長時間安定した記録動作が可能である。
The liquid discharge head in the present embodiment is configured to communicate substantially linearly from the nozzles to the
このように、液体吐出ヘッドにおいて、メイン液体供給室26、気液分離部20、液体供給路37、供給フィルター18、第一液体供給室34、第二液体供給室35は各々ノズル配列面39と略平行平面上(平面A)に設定する。そして、メイン液体供給室26、液体供給路37、供給フィルター18、気液分離部20は互いに平面Aに交差する方向に重ならないように配置する。このように液体吐出ヘッドの構成を有することで、液体吐出ヘッド内におけるノズルに対する液体の供給速度を高め、液体吐出ヘッド内の気泡を効率的に除去することができると共に、液体吐出ヘッドの小型化、特に薄型化を向上させることが可能となる。
Thus, in the liquid discharge head, the main
12 共通液室
14 PCB
18 供給フィルター
20 気液分離部
22 液体吐出ヘッド
26 メイン液体供給室
27 液体供給口
34 第一液体供給室
35 第二液体供給室
37 液体供給路
39 ノズル配列面
12
DESCRIPTION OF
Claims (7)
前記ノズルに液体を供給するメイン液体供給室と、
前記メイン液体供給室と連通し、前記メイン液体供給室に液体を供給するための液体供給路と、
前記液体供給路と連通し、前記液体供給路を介して前記メイン液体供給室に液体を供給するサブ液体供給室と、
前記サブ液体供給室を、液体の流れ方向上流側より第一液体供給室と、第二液体供給室とに分離するように配設された供給フィルターと、
前記メイン液体供給室に設けられ、前記メイン液体供給室に流入した液体と空気とを分離するスペースとしての気液分離部と、
前記気液分離部と連通する空気室と、を備え、
前記メイン液体供給室は、前記複数の吐出口から最も離れた部分を前記気液分離部とする傾斜を形成する傾斜面を有し、
前記第二液体供給室は前記液体供給路と連通する第二液体供給室開口を有し、前記供給フィルターは、前記複数の吐出口と第二液体供給室開口との間に配置されていることを特徴とする液体吐出ヘッド。 A nozzle array composed of a plurality of nozzles each communicating with a plurality of ejection openings for ejecting liquid;
A main liquid supply chamber for supplying liquid to the nozzle;
A liquid supply path that communicates with the main liquid supply chamber and supplies liquid to the main liquid supply chamber;
A sub liquid supply chamber that communicates with the liquid supply path and supplies a liquid to the main liquid supply chamber via the liquid supply path;
A supply filter arranged to separate the sub liquid supply chamber into a first liquid supply chamber and a second liquid supply chamber from the upstream side in the liquid flow direction;
A gas-liquid separation unit provided in the main liquid supply chamber, as a space for separating the liquid flowing into the main liquid supply chamber and air;
An air chamber communicating with the gas-liquid separator,
The main liquid supply chamber has an inclined surface that forms an inclination in which the gas-liquid separation unit is a portion farthest from the plurality of discharge ports,
The second liquid supply chamber has a second liquid supply chamber opening communicating with the liquid supply path, and the supply filter is disposed between the plurality of discharge ports and the second liquid supply chamber opening. A liquid discharge head characterized by the above.
前記ノズルの各々に対応するように配設されており前記液体を吐出するためのエネルギーを発生させるエネルギー発生部と、電気的な接続がなされた電気配線基板を有し、該電気配線基板は、前記供給フィルターおよび前記気液分離部と前記板状のケースの厚み方向に関して、各々重なることなく配置されていることを特徴とする請求項1ないし請求項3のいずれか1項に記載の液体吐出ヘッド。 The main liquid supply chamber, the liquid supply path, the sub liquid supply chamber, the gas-liquid separator, and the air chamber are configured by a plate-shaped case, and the plurality of discharge ports are formed in the plate shape. Configured at the end of the case
An energy generation unit disposed to correspond to each of the nozzles and generating energy for discharging the liquid; and an electrical wiring board electrically connected, the electrical wiring board comprising: The liquid discharge according to any one of claims 1 to 3, wherein the supply filter, the gas-liquid separator, and the plate-like case are arranged so as not to overlap each other in the thickness direction. head.
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