JP2017149019A - 液体吐出ヘッドおよび液体吐出装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】蒸発に伴う液体の増粘による記録画像の品質低下を抑制する液体吐出ヘッドを提供する。
【解決手段】液体吐出ヘッド43は、液体を吐出するための吐出口11と、吐出口11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13を内部に備えた流路12と、流路12に形成され、流路12に液体を供給するための供給路15に連通する第1の開口3と、流路12に形成され、流路12から液体を回収するための回収路16に連通する第2の開口4と、流路12に形成され、吐出口11から液体を吐出した後で流路12に供給される液体を収容する液室20に連通する第3の開口14と、を有し、流路12において、第3の開口14から吐出口11までの液体の流抵抗が、第1の開口3から吐出口11までの液体の流抵抗よりも小さく、第2の開口4から吐出口11までの液体の流抵抗よりも小さい。
【選択図】図3
【解決手段】液体吐出ヘッド43は、液体を吐出するための吐出口11と、吐出口11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13を内部に備えた流路12と、流路12に形成され、流路12に液体を供給するための供給路15に連通する第1の開口3と、流路12に形成され、流路12から液体を回収するための回収路16に連通する第2の開口4と、流路12に形成され、吐出口11から液体を吐出した後で流路12に供給される液体を収容する液室20に連通する第3の開口14と、を有し、流路12において、第3の開口14から吐出口11までの液体の流抵抗が、第1の開口3から吐出口11までの液体の流抵抗よりも小さく、第2の開口4から吐出口11までの液体の流抵抗よりも小さい。
【選択図】図3
Description
本発明は、液体吐出ヘッドおよび液体吐出装置に関する。
吐出口からのインク等の液体を吐出する液体吐出ヘッドには、吐出口から液体中の揮発成分が蒸発して吐出口付近で液体が増粘することで、液滴の吐出量や吐出速度が変化して着弾精度が悪化するという課題がある。また、吐出動作後の休止時間が長くなると、液体の粘度の増加が顕著になり、液体中の固形成分が吐出口付近に固着することがある。そのため、休止後1発目の液体吐出の際に、この固形成分により液体が吐出口を通過する際の流抵抗が増加して、吐出不良が生じる可能性もある。
このような液体の増粘現象に対する対策の1つとして、液体吐出ヘッドに供給する液体を循環経路に沿って循環させる方法が知られている。特許文献1には、吐出口が形成された部材と発熱抵抗体が形成された基板との間に形成された流路内の液体を循環させることで、吐出口からの液体蒸発に伴う吐出口の目詰まりを抑制する液体吐出ヘッドが記載されている。
このような液体の増粘現象に対する対策の1つとして、液体吐出ヘッドに供給する液体を循環経路に沿って循環させる方法が知られている。特許文献1には、吐出口が形成された部材と発熱抵抗体が形成された基板との間に形成された流路内の液体を循環させることで、吐出口からの液体蒸発に伴う吐出口の目詰まりを抑制する液体吐出ヘッドが記載されている。
特許文献1に記載の液体吐出ヘッドでは、吐出口から液体が吐出された後、吐出口付近の流路に対して液体が再充填されるが、このときの液体は、循環流の上流側からだけではなく、下流側からも供給されることがある。特に、液滴の繰り返し吐出周波数(以下、「駆動周波数」という)が高いなど、吐出される液体の量が多い場合、流路内では、再充填による液体の流れが支配的となり、吐出口に対して循環流の下流側において循環流とは逆向きの流れが生じることもある。その場合、吐出口付近の液体を効率的に循環させることができなくなってしまう。特に、吐出を休止している吐出口では、吐出動作中の他の吐出口に生じる再充填の液体の流れによって逆流が生じた場合、吐出口の液体を循環させることができなくなる。その結果、蒸発に伴う液体の増粘を液体の循環によって低減することが困難になり、吐出性能が低下して記録画像の品質が低下するおそれがある。
そこで、本発明の目的は、蒸発に伴う液体の増粘による記録画像の品質低下を抑制する液体吐出ヘッドおよび液体吐出装置を提供することである。
そこで、本発明の目的は、蒸発に伴う液体の増粘による記録画像の品質低下を抑制する液体吐出ヘッドおよび液体吐出装置を提供することである。
上述した目的を達成するために、本発明の液体吐出ヘッドは、液体を吐出するための吐出口と、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た流路と、流路に形成され、流路に液体を供給するための供給路に連通する第1の開口と、流路に形成され、流路から液体を回収するための回収路に連通する第2の開口と、流路に形成され、吐出口から液体を吐出した後で流路に供給される液体を収容する液室に連通する第3の開口と、を有し、流路において、第3の開口から吐出口までの液体の流抵抗が、第1の開口から吐出口までの液体の流抵抗よりも小さく、第2の開口から吐出口までの液体の流抵抗よりも小さい。
また、本発明の液体吐出装置は、上記に記載の液体吐出ヘッドと、供給路から流路を通って回収路まで流れる液体の流れを生じさせる手段と、を有している。
このような液体吐出ヘッドおよび液体吐出装置では、液体吐出後に流路内に液体を再充填する際に、第1および第2の開口を通じて流路を流れる液体とは別に、主に液室からの液体を第3の開口を介して再充填することができる。これにより、再充填時に流路内を流れる液体の流れが受ける影響を低減して、その流れを効率的に吐出口付近まで到達させることができ、吐出口からの液体の蒸発を抑制することができる。
また、本発明の液体吐出装置は、上記に記載の液体吐出ヘッドと、供給路から流路を通って回収路まで流れる液体の流れを生じさせる手段と、を有している。
このような液体吐出ヘッドおよび液体吐出装置では、液体吐出後に流路内に液体を再充填する際に、第1および第2の開口を通じて流路を流れる液体とは別に、主に液室からの液体を第3の開口を介して再充填することができる。これにより、再充填時に流路内を流れる液体の流れが受ける影響を低減して、その流れを効率的に吐出口付近まで到達させることができ、吐出口からの液体の蒸発を抑制することができる。
以上、本発明によれば、蒸発に伴う液体の増粘による記録画像の品質低下を抑制する液体吐出ヘッドおよび液体吐出装置を提供することができる。
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。本発明の液体吐出ヘッドは、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適用可能である。また、本発明の液体吐出ヘッドは、例えば、バイオチップ作製や電子回路印刷などの用途としても用いることができる。
[第1の実施形態]
まず、本発明の液体吐出ヘッドを搭載可能な液体吐出装置について説明する。図1は、本発明の液体吐出ヘッドを搭載可能な液体吐出装置の斜視図であり、図2は、図1の液体吐出装置の液体供給系の一例を示す概念図である。
図1を参照すると、液体吐出装置10は、シャーシ40、媒体給送部41、媒体搬送部42、および液体吐出ヘッド43を有している。シャーシ40は、所定の剛性を有する複数の板状金属部材により構成され、液体吐出装置10の骨格をなす。媒体給送部41、媒体搬送部42、および液体吐出ヘッド43は、シャーシ40に組み付けられている。媒体給送部41は、図示しないシート状の記録媒体を液体吐出装置10の内部へと自動的に給送する。媒体搬送部42は、この媒体給送部41から1枚ずつ給送される記録媒体を矢印Aの方向に沿って所望の記録位置へ導く。液体吐出ヘッド43は、記録位置に搬送された記録媒体に所定の記録動作を行う。
まず、本発明の液体吐出ヘッドを搭載可能な液体吐出装置について説明する。図1は、本発明の液体吐出ヘッドを搭載可能な液体吐出装置の斜視図であり、図2は、図1の液体吐出装置の液体供給系の一例を示す概念図である。
図1を参照すると、液体吐出装置10は、シャーシ40、媒体給送部41、媒体搬送部42、および液体吐出ヘッド43を有している。シャーシ40は、所定の剛性を有する複数の板状金属部材により構成され、液体吐出装置10の骨格をなす。媒体給送部41、媒体搬送部42、および液体吐出ヘッド43は、シャーシ40に組み付けられている。媒体給送部41は、図示しないシート状の記録媒体を液体吐出装置10の内部へと自動的に給送する。媒体搬送部42は、この媒体給送部41から1枚ずつ給送される記録媒体を矢印Aの方向に沿って所望の記録位置へ導く。液体吐出ヘッド43は、記録位置に搬送された記録媒体に所定の記録動作を行う。
また、液体吐出装置10は、図2に示すように、それぞれ液体を収容して液体吐出ヘッド43に流体的に接続された、第1のタンク44、第2のタンク45、および第3のタンク46を有している。第1のタンク44は、液体吐出ヘッド43の後述する共通液室20に液体を供給する。第2のタンク45は、液体吐出ヘッド43の後述する供給路15へ液体を供給し、第3のタンク46は、供給路15に供給された液体を後述する回収路16から回収する。第3のタンク46に回収された液体を第1のタンク44に送ることで、液体吐出ヘッド43と外部との間で液体を循環させることができる。これにより、液体吐出ヘッド43の後述する圧力室12a内の液体を外部との間で循環させることができる構成となっている。また、第3のタンク46に回収された液体を第2のタンク45へ送り、回収された液体を再度利用することもできる。なお、図2に示す液体供給系は一例であり、本発明の範囲を限定するものではない。
次に、図3を参照して、本発明の第1の実施形態に係る液体吐出ヘッドの構成について説明する。図3(a)は、本実施形態の液体吐出ヘッドの概略平面図、図3(b)および図3(c)は、図3(a)のA−A線に沿った概略断面図、図3(d)は、図3(a)のA−A線における断面を示す概略斜視図である。なお、図3(b)は、液体が循環している様子を示し、図3(c)は、吐出後に液体を再充填している様子を示している。また、図3(a)および図3(d)では、液体吐出ヘッドの内部構造を分かりやすくするために、吐出口形成部材の一部を省略している。
液体吐出ヘッド43は、基板19と、基板19に接合された吐出口形成部材18とを有している。基板19には、供給路15、回収路16、および共通液室20が形成され、吐出口形成部材18には、液体を吐出するための吐出口11が形成されている。基板19と吐出口形成部材18との間には、吐出口11に連通する圧力室12aを含む液体流路12が形成されている。圧力室12aの内部には、吐出口11に対向する位置に、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13が形成されている。エネルギー発生素子13を駆動することで、圧力室12a内の液体中に気泡を発生させ、吐出口11から液体を吐出することができる。ここで、圧力室12aとは、少なくとも、エネルギー発生素子13上の、吐出口11までの領域のことをいい、液体を吐出する際に液体に実質的に圧力がかかる領域のことをいう。例えば、エネルギー発生素子が発熱体である場合、少なくとも気泡が成長する領域が圧力室である。なお、図中に示す圧力室12aの領域は便宜的なものであり、本発明の範囲を限定するものではない。
液体流路12は、供給口(第1の開口)3を介して供給路15に連通し、回収口(第2の開口)4を介して回収路16に連通し、再充填口(第3の開口)14を介して共通液室20に連通している。本実施形態では、再充填口14は、エネルギー発生素子13に対して、供給口3から回収口4に向かう方向と交差する方向に隣接して設けられている。
液体流路12は、供給口(第1の開口)3を介して供給路15に連通し、回収口(第2の開口)4を介して回収路16に連通し、再充填口(第3の開口)14を介して共通液室20に連通している。本実施形態では、再充填口14は、エネルギー発生素子13に対して、供給口3から回収口4に向かう方向と交差する方向に隣接して設けられている。
液体吐出ヘッド43には、供給路15内の液体が、供給口3を介して液体流路12(圧力室12a)に流れ、そして回収口4を介して回収路16に流れる循環流17が生じている。この循環流17によって、吐出を休止している吐出口11付近において、吐出口11からの蒸発によって生じる増粘した液体や、滞留する気泡・異物などを回収路16へ回収することができ、吐出口11付近の液体の増粘を抑制することができる。また、エネルギー発生素子13で発生した熱による液体の温度上昇を低減することもできる。
循環流17を生じさせる手段としては、第2のタンク45と第3のタンク46の水頭差を用いる方法や、第2のタンク45と第3のタンク46の圧力を制御し、第2のタンク45と第3のタンク46の圧力差を用いる方法が挙げられる。また、ポンプ等で流れを生じさせる方法を用いることもできる。なお、ここで述べた方法は一例であり、本発明の範囲を限定するものではない。
循環流17を生じさせる手段としては、第2のタンク45と第3のタンク46の水頭差を用いる方法や、第2のタンク45と第3のタンク46の圧力を制御し、第2のタンク45と第3のタンク46の圧力差を用いる方法が挙げられる。また、ポンプ等で流れを生じさせる方法を用いることもできる。なお、ここで述べた方法は一例であり、本発明の範囲を限定するものではない。
本実施形態では、圧力室12a内の液体が吐出口11から吐出された後、液体流路12(圧力室12a)には、主に共通液室20から再充填口14を介して液体が再充填されるようになっている。このために、再充填口(第3の開口)14から吐出口11までの液体の流抵抗が、供給口(第1の開口)3から吐出口11までの液体の流抵抗よりも小さく、かつ回収口(第2の開口)4から吐出口11までの液体の流抵抗よりも小さくなっている。ここで、液体の流抵抗とは、液体が流れる流路における液体の流れにくさを示すものであり、すなわち、流路の長さが長いほど流抵抗は大きくなり、また流路の断面積が小さいほど流抵抗は大きくなる。
すなわち、このような流抵抗の関係によって、液体の再充填時に圧力室12aに流れ込む液体の流れは、共通液室20からの流れ24が支配的になる。このため、液体の再充填時に、供給口3や回収口4から圧力室12aへの液体の供給量を低減することができ、例えば回収口4から圧力室12aへの、循環流17とは逆方向の流れの発生を抑制することができる。その結果、液体の再充填時に循環流17が受ける影響を低減し、循環流17を効率的に吐出口11付近まで到達させることで、吐出口11付近の液体を交換することができる。したがって、吐出口11からの液体の蒸発に伴う着弾精度の悪化や吐出不全の発生を低減することが可能となる。特に、吐出される液滴が大きい、または駆動周波数が高いなど、吐出される液体の量が多い場合にも、吐出口11からの液体の蒸発に伴う着弾精度の悪化や吐出不全の発生を低減することが可能となる。
すなわち、このような流抵抗の関係によって、液体の再充填時に圧力室12aに流れ込む液体の流れは、共通液室20からの流れ24が支配的になる。このため、液体の再充填時に、供給口3や回収口4から圧力室12aへの液体の供給量を低減することができ、例えば回収口4から圧力室12aへの、循環流17とは逆方向の流れの発生を抑制することができる。その結果、液体の再充填時に循環流17が受ける影響を低減し、循環流17を効率的に吐出口11付近まで到達させることで、吐出口11付近の液体を交換することができる。したがって、吐出口11からの液体の蒸発に伴う着弾精度の悪化や吐出不全の発生を低減することが可能となる。特に、吐出される液滴が大きい、または駆動周波数が高いなど、吐出される液体の量が多い場合にも、吐出口11からの液体の蒸発に伴う着弾精度の悪化や吐出不全の発生を低減することが可能となる。
例えば、液体流路12の高さ(吐出方向の長さ)が14μmの場合、吐出口11と再充填口14との距離が50μm、吐出口11と供給口3との距離および吐出口11と回収口4との距離がそれぞれ500μmであることが好ましい。なお、ここでの吐出方向とは、吐出口11から液体が吐出される方向であり、ここでの距離とは、液体吐出ヘッド43を吐出方向から見たとき(図3(a)参照)の、吐出口11と各開口3,4,14との最短の長さである。また、ここで述べた数値は一例であり、本発明の範囲を限定するものではない。再充填口14から吐出口11までの液体の流抵抗が、供給口3から吐出口11までの液体の流抵抗よりも小さく、かつ回収口4から吐出口11までの液体の流抵抗よりも小さくなっていれば、いずれの値であってもよい。また、本実施形態では、吐出口11と、供給口3、回収口4、再充填口14との距離によって流抵抗を調節しているが、流路の断面積を変えることで流抵抗を調節することもできる。
なお、循環流17に対する逆流を抑制するためには、再充填口14から吐出口11までの液体の流抵抗が、回収口4から吐出口11までの液体の流抵抗よりも小さくなっていればよい。これに加えて、再充填口14から吐出口11までの液体の流抵抗が、供給口3から吐出口11までの液体の流抵抗よりも小さいことは、以下の点で好ましい。すなわち、再充填時における供給口3からの液体の供給量を低減することができるため、供給口3から回収口4に向かって安定的に循環流17を生じさせることが可能となる点で好ましい。
なお、循環流17に対する逆流を抑制するためには、再充填口14から吐出口11までの液体の流抵抗が、回収口4から吐出口11までの液体の流抵抗よりも小さくなっていればよい。これに加えて、再充填口14から吐出口11までの液体の流抵抗が、供給口3から吐出口11までの液体の流抵抗よりも小さいことは、以下の点で好ましい。すなわち、再充填時における供給口3からの液体の供給量を低減することができるため、供給口3から回収口4に向かって安定的に循環流17を生じさせることが可能となる点で好ましい。
また、再充填口14を通して液体流路12と共通液室20との間で液体の大きな流れが生じないように、液体流路12内の再充填口14の位置での液体の静的な圧力と、共通液室20内の液体の静的な圧力とが以下のような関係になっていることが好ましい。すなわち、エネルギー発生素子13から発生したエネルギーによる圧力変化が生じていない状態で、液体流路12内の再充填口14の位置での液体の静的な圧力と、共通液室20内の液体の静的な圧力とが同程度となるように調整されていることが好ましい。例えば、吐出口11近傍の大気の圧力を0mmAqとした場合、液体流路12内の再充填口14の位置での液体の圧力が−100mmAq、共通液室20の液体の圧力が−100mmAqであることが好ましい。
さらに、再充填口14を通して液体流路12と共通液室20との間に液体の流れが生じないように、供給路15内の液体の圧力P1と回収路16内の圧力P2と共通液室20内の液体の圧力P3とが以下の関係を満たしていることが好ましい。すなわち、エネルギー発生素子13から発生したエネルギーによる圧力変化が生じていない状態で、圧力P1、圧力P2、および圧力P3が以下の関係を満たしていることが好ましい。
P1>P3>P2 (1)
P1−P3:P3−P2=R1:R2 (2)
ここで、R1は、供給口3から再充填口14までの液体の流抵抗であり、R2は、再充填口14から回収口4までの液体の流抵抗である。
例えば、R1=R2である場合、吐出口11近傍の大気の圧力を0mmAqとすると、供給路15内の液体の圧力が−50mmAq、共通液室20の液体の圧力が−100mmAq、回収路16内の液体の圧力が−150mmAqであることが好ましい。このようにすることで、供給口3から回収口4に向かって流れる循環流17を、再充填口14に流入させることなく、効率的に吐出口11付近まで到達させることができる。なお、ここで述べた圧力の数値は一例であり、本発明の範囲を限定するものではない。また、本説明における圧力精度は、従来用いられる圧力計測器において計測可能な精度である。
P1>P3>P2 (1)
P1−P3:P3−P2=R1:R2 (2)
ここで、R1は、供給口3から再充填口14までの液体の流抵抗であり、R2は、再充填口14から回収口4までの液体の流抵抗である。
例えば、R1=R2である場合、吐出口11近傍の大気の圧力を0mmAqとすると、供給路15内の液体の圧力が−50mmAq、共通液室20の液体の圧力が−100mmAq、回収路16内の液体の圧力が−150mmAqであることが好ましい。このようにすることで、供給口3から回収口4に向かって流れる循環流17を、再充填口14に流入させることなく、効率的に吐出口11付近まで到達させることができる。なお、ここで述べた圧力の数値は一例であり、本発明の範囲を限定するものではない。また、本説明における圧力精度は、従来用いられる圧力計測器において計測可能な精度である。
一方、本実施形態は、循環流17が生じている状態でエネルギー発生素子13を駆動することで、吐出口11から液体を吐出させているが、このように、常に循環流17を発生させ、その循環流17が吐出口11付近まで達しているため、以下の点で好ましい。つまり、吐出口11近傍におけるメニスカス面の毛管力の働きだけでなく、循環流17が吐出口11付近まで到達するため、液体の供給能力を増加させ、したがって、液体の再充填速度(以下、「リフィル速度」という)を増加させることができる。
[第2の実施形態]
図4(a)および図4(b)は、本発明の第2の実施形態に係る液体吐出ヘッドの一構成例の概略平面図であり、図4(a)は、液体が循環している様子を示し、図4(b)は、吐出後に液体を再充填している様子を示している。図4(c)は、図4(b)のB−B線に沿った概略断面図である。図4(d)は、本実施形態の液体吐出ヘッドの他の構成例の概略平面図である。なお、以下に示す各実施形態では、上述の実施形態と同様の構成については同一の符号を付与し説明を省略する。
図4(a)および図4(b)は、本発明の第2の実施形態に係る液体吐出ヘッドの一構成例の概略平面図であり、図4(a)は、液体が循環している様子を示し、図4(b)は、吐出後に液体を再充填している様子を示している。図4(c)は、図4(b)のB−B線に沿った概略断面図である。図4(d)は、本実施形態の液体吐出ヘッドの他の構成例の概略平面図である。なお、以下に示す各実施形態では、上述の実施形態と同様の構成については同一の符号を付与し説明を省略する。
本実施形態では、複数の吐出口11および複数のエネルギー発生素子13が設けられている。複数の吐出口11および複数のエネルギー発生素子13は、供給口3から回収口4へ向かう循環流17の方向と交差する方向に沿って配列されている。供給口3と回収口4は、エネルギー発生素子13の列(吐出口11の列)を挟むように、複数の吐出口11に対してそれぞれ1つずつ設けられている。一方、再充填口14は、図4(a)から図4(c)に示すように、複数の吐出口11に対して1つだけ設けられていてもよく、あるいは、図4(d)に示すように、吐出口11ごとにそれぞれ設けられていてもよい。いずれの場合も、再充填口14は、供給口3とエネルギー発生素子13の列との間に配置されている。ただし、再充填口14の配置は、これに限定されるものではなく、例えば共通の回収口4とエネルギー発生素子13の列との間に配置されていてもよい。
本実施形態においても、上述の実施形態と同様に、液体の再充填時に圧力室12aに流れる液体の流れは、共通液室20からの流れ24が支配的になる。したがって、連続吐出している吐出口11aへの液体の再充填時に、吐出を休止している吐出口11b付近に生じている循環流17が受ける影響を低減することができ、循環流17を効率的に各吐出口11付近まで到達させることができる。特に、図4(d)に示すような、吐出口11ごとに再充填口14が設けられた構成では、循環流17をより効率的に各吐出口11付近まで到達させることできる。このため、複数の吐出口11を配置した場合でも、各吐出口11からの液体の蒸発に伴う着弾精度の悪化や吐出不全の発生を低減することが可能となる。
なお、本実施形態では、基板19上のエネルギー発生素子13を駆動するための電気配線を、エネルギー発生素子13から再充填口14の反対側に向かって直線的に取り出すことが可能となる。これにより、電気配線の長さが短くすることができ、電気配線上で発生する熱抵抗を低減して消費電力を低減することができる。
[第3の実施形態]
図5(a)は、本発明の第3の実施形態に係る液体吐出ヘッドの一構成例の概略平面図である。また、図5(b)は、図5(a)のC−C線に沿った概略断面図、図5(c)は、図5(a)のD−D線に沿った概略断面図である。
図5(a)は、本発明の第3の実施形態に係る液体吐出ヘッドの一構成例の概略平面図である。また、図5(b)は、図5(a)のC−C線に沿った概略断面図、図5(c)は、図5(a)のD−D線に沿った概略断面図である。
本実施形態では、1つの吐出口11に対して、液体流路12と共通液室20とを連通する2つの再充填口50,51が設けられている。第1の再充填口50および第2の再充填口51は、供給口3から回収口4に向かう方向と交差する方向において、吐出口11を挟んで互いに対向する位置に配置されている。このような構成により、液体の再充填時に、第1の再充填口50と第2の再充填口51の両方から液体を供給することができる。その結果、本実施形態では、第1の実施形態で得られる効果に加えて、リフィル速度の増加という効果を得ることができる。
また、本実施形態では、第1の再充填口50および第2の再充填口51が吐出口11の両側に配置されていることで、これら再充填口50,51を通して液体流路12と共通液室20との間で大きな液体の流れが生じないようにすることができる。これは、循環流17の方向に沿って吐出口11の両側に第1の再充填口50と第2の再充填口51が配置されていると、循環流17を吐出口11付近に効率的に到達させることが困難な場合があるためである。すなわち、循環流17の大部分が吐出口11直下の液体流路12を通らずに、例えば第1の再充填口50から共通液室20を通って第2の再充填口51から再び液体流路12を通ってしまう場合があるためである。
また、本実施形態では、第1の再充填口50および第2の再充填口51が吐出口11の両側に配置されていることで、これら再充填口50,51を通して液体流路12と共通液室20との間で大きな液体の流れが生じないようにすることができる。これは、循環流17の方向に沿って吐出口11の両側に第1の再充填口50と第2の再充填口51が配置されていると、循環流17を吐出口11付近に効率的に到達させることが困難な場合があるためである。すなわち、循環流17の大部分が吐出口11直下の液体流路12を通らずに、例えば第1の再充填口50から共通液室20を通って第2の再充填口51から再び液体流路12を通ってしまう場合があるためである。
なお、図6に示すように、吐出口11とエネルギー発生素子13が複数配置されている場合にも、同様に、第1の実施形態で得られる効果に加えて、リフィル速度の増加という効果を得ることができる。なお、以下では、前述した第1の再充填口50と第2の再充填口51とを区別することなく再充填口14と呼ぶこととする。図6に示す構成では、複数の再充填口14が、エネルギー発生素子13同士(吐出口11同士)の間に、供給口3から回収口4に向かう方向と交差する方向に沿って設けられている。なお、吐出口11とエネルギー発生素子13が複数設けられている場合、再充填口14の配置は、これに限定されるものではなく、例えば、吐出口11同士の間に2つずつ設けられていてもよい。
[第4の実施形態]
図7(a)は、本発明の第4の実施形態に係る液体吐出ヘッドの概略平面図であり、図7(b)は、図7(a)のE−E線に沿った概略断面図である。
図7(a)は、本発明の第4の実施形態に係る液体吐出ヘッドの概略平面図であり、図7(b)は、図7(a)のE−E線に沿った概略断面図である。
本実施形態では、供給口3から回収口4に向かう方向と交差する方向の吐出口11の両側に流路壁23が設けられ、この流路壁23によって圧力室12aが区画されている。すなわち、流路壁23は、吐出口11の列の方向の、隣接する吐出口11同士の間に設けられている。
本実施形態では、上述の実施形態で得られる効果に加えて、以下のような効果を得ることができる。すなわち、エネルギー発生素子13を駆動することで発生した気泡が、吐出口11の配列方向に拡散することを抑制し、隣接する吐出口11に与える影響を低減することができる。また、エネルギー発生素子13で発生したエネルギーを、効率良く液体に伝えることができる。なお、流路壁23の形状は、図示した例に限定されるものではなく、同様の効果を有する形状であれば、他の形状であってもよい。また、本実施形態の再充填口14の配置は、第3の実施形態と同様であるが、第1の実施形態のように1つの吐出口11に対して1つの再充填口14を設けるなど、他の配置であってもよい。
本実施形態では、上述の実施形態で得られる効果に加えて、以下のような効果を得ることができる。すなわち、エネルギー発生素子13を駆動することで発生した気泡が、吐出口11の配列方向に拡散することを抑制し、隣接する吐出口11に与える影響を低減することができる。また、エネルギー発生素子13で発生したエネルギーを、効率良く液体に伝えることができる。なお、流路壁23の形状は、図示した例に限定されるものではなく、同様の効果を有する形状であれば、他の形状であってもよい。また、本実施形態の再充填口14の配置は、第3の実施形態と同様であるが、第1の実施形態のように1つの吐出口11に対して1つの再充填口14を設けるなど、他の配置であってもよい。
[第5の実施形態]
図8(a)は、本発明の第5の実施形態に係る液体吐出ヘッドの概略平面図であり、図8(b)は、図8(a)のF−F線に沿った概略断面図である。
図8(a)は、本発明の第5の実施形態に係る液体吐出ヘッドの概略平面図であり、図8(b)は、図8(a)のF−F線に沿った概略断面図である。
本実施形態では、供給口3から回収口4へ向かう方向と交差する方向に沿って、それぞれ吐出口11が複数並んだ第1の吐出口列30と第2の吐出口列31とが設けられている。第1の吐出口列30と第2の吐出口列31は、供給口3と回収口4との間に並んで配置されている。つまり、循環流17は、第1の吐出口列30の直下を通った後、第2の吐出口列31の直下を通るようになっている。再充填口14は、エネルギー発生素子13同士(吐出口11同士)の間に配置されている。また、第1の吐出口列30の吐出口11同士の間の再充填口14と第2の吐出口列31の吐出口11同士の間の再充填口14は、それぞれ別の共通液室32,33に連通している。
本実施形態は、それぞれの吐出口列30,31において、再充填口14を通して液体流路12と2つの共通液室32,33との間に大きな液体の流れが生じないように、以下のように構成されていることが好ましい。
すなわち、2つの吐出口列30,31と供給口3と回収口4とは、循環流17の方向に沿って同じ共通液室32,33に連通した再充填口14が多くても1つだけ配置されるように配置されている。また、エネルギー発生素子13による圧力変化が生じていない状態で、液体流路12内の、それぞれの吐出口列30,31に対応した再充填口14の位置での液体の圧力と、共通液室32,33内の液体の圧力とは同程度となるように調整されている。例えば、吐出口11近傍の大気の圧力を0mmAqとした場合、液体流路12内の、第1の吐出口列30に対応した再充填口14の位置での液体の圧力が−100mmAq、第1の共通液室32内の液体の圧力が−100mmAqであることが好ましい。また、液体流路12内の、第2の吐出口列31に対応した再充填口14の位置での液体の圧力が−150mmAq、第2の共通液室33内の液体の圧力が−150mmAqとあることが好ましい。
すなわち、2つの吐出口列30,31と供給口3と回収口4とは、循環流17の方向に沿って同じ共通液室32,33に連通した再充填口14が多くても1つだけ配置されるように配置されている。また、エネルギー発生素子13による圧力変化が生じていない状態で、液体流路12内の、それぞれの吐出口列30,31に対応した再充填口14の位置での液体の圧力と、共通液室32,33内の液体の圧力とは同程度となるように調整されている。例えば、吐出口11近傍の大気の圧力を0mmAqとした場合、液体流路12内の、第1の吐出口列30に対応した再充填口14の位置での液体の圧力が−100mmAq、第1の共通液室32内の液体の圧力が−100mmAqであることが好ましい。また、液体流路12内の、第2の吐出口列31に対応した再充填口14の位置での液体の圧力が−150mmAq、第2の共通液室33内の液体の圧力が−150mmAqとあることが好ましい。
さらに、各再充填口14を通して液体流路12と各共通液室32,33との間に液体の流れが生じないように、エネルギー発生素子13による圧力変化が生じていない状態で、以下の関係を満たしていることが好ましい。
P1−P4:P4−P2=R3:R4 (3)
P1−P5:P5−P2=R5:R6 (4)
ここで、P1は供給路15内の液体の圧力、P2は回収路16内の液体の圧力であり、P4は第1の共通液室32内の液体の圧力、P5は第2の共通液室33内の液体の圧力である。また、R3は、供給口3から第1の吐出口列30における再充填口14までの液体の流抵抗であり、R4は、第1の吐出口列30における再充填口14から回収口4まで液体の流抵抗である。また、R5は、供給口3から第2の吐出口列31における再充填口14までの液体の流抵抗であり、R6は、第2の吐出口列31における再充填口14から、回収口4までの液体の流抵抗である。
例えば、R3=R6および|R4−R6|=|R5−R3|である場合、吐出口11近傍の大気の圧力を0mmAqとすると、圧力P1が−50mmAq、圧力P2が−200mmAq、P4が−100mmAq、P5が−150mmAqであることが好ましい。このようにすることで、供給口3から回収口4に向かって流れる循環流17を、全ての再充填口14に流入させることなく、効率的に吐出口11付近まで到達させることができる。なお、ここで述べた圧力の数値は一例であり、本発明の範囲を限定するものではない。
P1−P4:P4−P2=R3:R4 (3)
P1−P5:P5−P2=R5:R6 (4)
ここで、P1は供給路15内の液体の圧力、P2は回収路16内の液体の圧力であり、P4は第1の共通液室32内の液体の圧力、P5は第2の共通液室33内の液体の圧力である。また、R3は、供給口3から第1の吐出口列30における再充填口14までの液体の流抵抗であり、R4は、第1の吐出口列30における再充填口14から回収口4まで液体の流抵抗である。また、R5は、供給口3から第2の吐出口列31における再充填口14までの液体の流抵抗であり、R6は、第2の吐出口列31における再充填口14から、回収口4までの液体の流抵抗である。
例えば、R3=R6および|R4−R6|=|R5−R3|である場合、吐出口11近傍の大気の圧力を0mmAqとすると、圧力P1が−50mmAq、圧力P2が−200mmAq、P4が−100mmAq、P5が−150mmAqであることが好ましい。このようにすることで、供給口3から回収口4に向かって流れる循環流17を、全ての再充填口14に流入させることなく、効率的に吐出口11付近まで到達させることができる。なお、ここで述べた圧力の数値は一例であり、本発明の範囲を限定するものではない。
本実施形態は、上述の実施形態で得られた効果に加えて、基板19上に吐出口11を高密度に配置することができ、したがって、液体吐出装置のスループットを上げることができる点で有利である。なお、本実施形態の再充填口14の配置は、第3の実施形態と同様であるが、第1の実施形態のように1つの吐出口11に対して1つの再充填口14を設けるなど、他の配置であってもよい。
[第6の実施形態]
図9(a)は、本発明の第5の実施形態に係る液体吐出ヘッドの概略平面図である。また、図9(b)は、図9(a)のG−G線に沿った概略断面図であり、図9(c)は、図9(a)のH−H線に沿った概略断面図である。
図9(a)は、本発明の第5の実施形態に係る液体吐出ヘッドの概略平面図である。また、図9(b)は、図9(a)のG−G線に沿った概略断面図であり、図9(c)は、図9(a)のH−H線に沿った概略断面図である。
本実施形態では、複数の吐出口11が設けられ、その配列方向に沿って、複数の供給口3と複数の回収口4とがそれぞれ配置されている。複数の供給口3は、それぞれ共通の供給路21に連通し、複数の回収口4は、それぞれ共通の回収路22に連通している。
本実施形態は、第1から第3の実施形態で得られる効果に加えて、以下のような効果を得ることができる。すなわち、基板19上のエネルギー発生素子13を駆動するための電気配線を、エネルギー発生素子13から供給口3または回収口4の方向に直線的に取り出すことが可能となる。これにより、電気配線の長さが短くすることができ、電気配線上で発生する熱抵抗を低減して消費電力を低減することができる。
本実施形態は、第1から第3の実施形態で得られる効果に加えて、以下のような効果を得ることができる。すなわち、基板19上のエネルギー発生素子13を駆動するための電気配線を、エネルギー発生素子13から供給口3または回収口4の方向に直線的に取り出すことが可能となる。これにより、電気配線の長さが短くすることができ、電気配線上で発生する熱抵抗を低減して消費電力を低減することができる。
なお、本実施形態では、供給口3と回収口4がいずれも複数設けられているが、どちらか一方が複数設けられていてもよい。また、本実施形態の再充填口14の配置は、第3の実施形態と同様であるが、第1の実施形態のように1つの吐出口11に対して1つの再充填口14を設けるなど、他の配置であってもよい。
3 供給口(第1の開口)
4 回収口(第2の開口)
11 吐出口
12 液体流路
14 再充填口(第3の開口)
43 液体吐出ヘッド
4 回収口(第2の開口)
11 吐出口
12 液体流路
14 再充填口(第3の開口)
43 液体吐出ヘッド
Claims (14)
- 液体を吐出するための吐出口と、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た流路と、前記流路に形成され、前記流路に液体を供給するための供給路に連通する第1の開口と、前記流路に形成され、前記流路から液体を回収するための回収路に連通する第2の開口と、前記流路に形成され、前記吐出口から液体を吐出した後で前記流路に供給される液体を収容する液室に連通する第3の開口と、を有する液体吐出ヘッドであって、
前記流路において、前記第3の開口から前記吐出口までの液体の流抵抗が、前記第1の開口から前記吐出口までの液体の流抵抗よりも小さく、前記第2の開口から前記吐出口までの液体の流抵抗よりも小さい、液体吐出ヘッド。 - 前記吐出口から液体が吐出される吐出方向から見たときに、前記第3の開口と前記吐出口との距離が、前記第1の開口と前記吐出口との距離よりも短く、前記第3の開口と前記吐出口との距離よりも短い、請求項1に記載の液体吐出ヘッド。
- 前記第3の開口が、前記吐出方向から見たときに、前記第1の開口から前記第2の開口に向かう方向と交差する方向において前記吐出口に隣接して配置されている、請求項2に記載の液体吐出ヘッド。
- 前記第3の開口が、前記吐出口を挟んで両側に配置されている、請求項3に記載の液体吐出ヘッド。
- 前記第3の開口が、前記吐出方向から見たときに、前記第1の開口から前記第2の開口に向かう方向において前記吐出口に隣接して配置されている、請求項2に記載の液体吐出ヘッド。
- 前記第3の開口が、前記吐出口の一方の側に配置されている、請求項5に記載の液体吐出ヘッド。
- 前記エネルギー発生素子でエネルギーが発生していない状態において、前記流路内の、前記第3の開口の位置での液体の圧力と、前記液室内の液体の圧力とが同程度である、請求項1から6のいずれか1項に記載の液体吐出ヘッド。
- 前記供給路内の液体の圧力をP1、前記回収路内の液体の圧力をP2、前記液室内の圧力をP3、前記流路の、前記第1の開口から前記第3の開口までの液体の流抵抗をR1、前記流路の、前記第3の開口から前記第2の開口までの液体の流抵抗をR2としたとき、
P1>P3>P2
および
P1−P3:P3−P2=R1:R2
の関係を満たす、請求項7に記載の液体吐出ヘッド。 - 複数の前記吐出口が、前記吐出口から液体が吐出される吐出方向から見たときに、前記第1の開口から前記第2の開口に向かう方向と交差する方向に沿って配置されている、請求項1から8のいずれか1項に記載の液体吐出ヘッド。
- 前記第1の開口が、前記吐出方向から見たときに、前記交差する方向に沿って複数配置されている、請求項9に記載の液体吐出ヘッド。
- 前記第2の開口が、前記吐出方向から見たときに、前記交差する方向に沿って複数配置されている、請求項9または10に記載の液体吐出ヘッド。
- 前記吐出口に連通し、前記エネルギー発生素子を内部に備えた前記流路の一部である圧力室を有し、前記圧力室内の液体が、外部との間で循環される、請求項1から11のいずれか1項に記載の液体吐出ヘッド。
- 前記圧力室が、前記吐出口から液体が吐出される吐出方向から見たときに、前記第1の開口から前記第2の開口に向かう方向と交差する方向の前記吐出口の両側に形成された壁によって区画されている、請求項12に記載の液体吐出ヘッド。
- 請求項1から13のいずれか1項に記載の液体吐出ヘッドと、前記供給路から前記流路を通って前記回収路まで流れる液体の流れを生じさせる手段と、を有する液体吐出装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2016033060A JP2017149019A (ja) | 2016-02-24 | 2016-02-24 | 液体吐出ヘッドおよび液体吐出装置 |
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