JP2018140521A - Liquid discharge head and liquid discharge method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、液体を吐出するための液体吐出ヘッドと液体吐出方法に関し、特に発熱抵抗素子のエネルギーによって液体を吐出する液体吐出ヘッドに関する。 The present invention relates to a liquid ejection head and a liquid ejection method for ejecting liquid, and more particularly to a liquid ejection head that ejects liquid by the energy of a heating resistance element.
インクジェット記録装置において、発熱抵抗素子を用いてインクなどの液体を吐出する方式が広く採用されている。この方式の液体吐出装置では、発熱抵抗素子上で気泡を発生させることによって液体吐出ヘッドから液体が吐出する。この方式の液体吐出装置で記録が行われる場合、発熱抵抗素子上で発生した気泡がその場所で消泡し、キャビテーションが生じることがある。キャビテーションは発熱抵抗素子の寿命に影響を与える可能性がある。 In an ink jet recording apparatus, a method of discharging a liquid such as ink using a heating resistor element is widely adopted. In this type of liquid ejection device, liquid is ejected from the liquid ejection head by generating bubbles on the heating resistor element. When recording is performed with this type of liquid ejection device, bubbles generated on the heating resistor element may disappear at that location and cavitation may occur. Cavitation may affect the life of the heating resistor element.
特許文献1には、キャビテーションの発熱抵抗素子への影響を抑えるために、吐出口の中心が発熱抵抗素子の中心からインクの供給方向における下流側にオフセットされた液体吐出ヘッドが開示されている。大気がインクの供給方向に関し気泡の下流側の部分で大気と連通するため、気泡の消泡過程で気泡が分断されにくい。そのため、分断された気泡によるキャビテーションが発熱抵抗素子上で生じにくく、発熱抵抗素子の寿命への影響が抑制される。 Patent Document 1 discloses a liquid discharge head in which the center of the discharge port is offset from the center of the heat generation resistance element to the downstream side in the ink supply direction in order to suppress the influence of cavitation on the heat generation resistance element. Since the atmosphere communicates with the atmosphere at the downstream side of the bubbles with respect to the ink supply direction, the bubbles are not easily separated during the bubble defoaming process. Therefore, cavitation due to the divided bubbles is less likely to occur on the heating resistance element, and the influence on the life of the heating resistance element is suppressed.
特許文献1に記載された液体吐出ヘッドでは、発熱抵抗素子の吐出口に対するオフセット量の僅かな変動により、大気連通するかしないかが不安定に変化する。大気連通しない場合、気泡が分断されことでキャビテーションが生じやすくなる。吐出口と発熱抵抗素子の位置精度を高めることで、より確実に大気連通するように気泡をコントロールするも考えられるが、製法上困難な場合がある。円形の吐出口の場合、吐出口径を小さくすることで、メニスカスの落ち込みを促進させて大気連通を促進させることも考えられるが、吐出量への影響が大きい。 In the liquid discharge head described in Patent Document 1, whether or not the air is communicated is unstablely changed due to a slight change in the offset amount with respect to the discharge port of the heating resistor element. When the air does not communicate with each other, cavitation is likely to occur because the bubbles are divided. Although it is conceivable to control the bubbles so as to communicate with the atmosphere more reliably by increasing the positional accuracy of the discharge port and the heating resistor element, it may be difficult in the manufacturing method. In the case of a circular discharge port, it is conceivable to reduce the meniscus by increasing the diameter of the discharge port, thereby promoting air communication, but the influence on the discharge amount is great.
本発明は、より確実に気泡を大気連通させて、キャビテーションが発生しにくい液体吐出ヘッドを提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide a liquid discharge head that more reliably causes bubbles to communicate with the atmosphere and is less likely to cause cavitation.
本発明の液体吐出ヘッドは、液体供給方向における下流側に奥壁が、上流側に液体導入口が設けられた発泡室と、発泡室に連通し、液体が吐出する吐出口を備えた吐出流路と、発泡室を挟んで吐出流路と対向し、液体に吐出のためのエネルギーを付与する発熱抵抗素子と、を有している。発熱抵抗素子のエネルギーによって発泡室に発生した気泡が、最大体積に成長した後の体積減少過程で、吐出流路から流入する空気と連通する。吐出流路の、液体供給方向における全長の中点より上流側の第1の領域の流路断面積が、下流側の第2の領域の流路断面積より小さい。 The liquid discharge head of the present invention includes a foaming chamber having a back wall on the downstream side in the liquid supply direction and a liquid introduction port on the upstream side, and a discharge flow having a discharge port that communicates with the foaming chamber and discharges liquid. And a heating resistance element that opposes the discharge flow path across the foaming chamber and imparts energy for discharge to the liquid. Bubbles generated in the foaming chamber due to the energy of the heating resistance element communicate with the air flowing in from the discharge passage in the volume reduction process after growing to the maximum volume. The channel cross-sectional area of the first region upstream of the midpoint of the total length of the discharge channel in the liquid supply direction is smaller than the channel cross-sectional area of the second region downstream.
気泡は発熱抵抗素子上に形成されるが、発泡室の下流側に奥壁があることから、気泡は上流側に偏位し、かつ発熱抵抗素子上では上流側ほど厚くなるように形成される。本発明では、吐出流路の、液体供給方向における全長の中点より上流側の第1の領域の流路断面積が、下流側の第2の領域の流路断面積より小さい。このため、吐出流路から発泡室に進入する液体のメニスカスの発熱抵抗素子との距離が最小となる部分が吐出流路の上流側に形成される。従って、メニスカスがより早く気泡に到達し、大気連通が早期に発生する。よって、本発明によれば、キャビテーションの発生原因となる気泡の分断が生じる前に大気連通が生じやすくなり、キャビテーションが発生しにくい液体吐出ヘッドを提供することが可能となる。 Bubbles are formed on the heating resistor element, but since there is a back wall on the downstream side of the foaming chamber, the bubbles are displaced to the upstream side, and the heating resistor element is formed so as to be thicker on the upstream side. . In the present invention, the channel cross-sectional area of the first region upstream of the midpoint of the total length in the liquid supply direction of the discharge channel is smaller than the channel cross-sectional area of the second region downstream. For this reason, the part where the distance from the heating resistance element of the meniscus of the liquid entering the foaming chamber from the discharge flow path becomes the minimum is formed on the upstream side of the discharge flow path. Therefore, the meniscus reaches the bubbles earlier, and air communication occurs early. Therefore, according to the present invention, it is possible to provide a liquid discharge head in which air communication is likely to occur before the bubbles that cause cavitation are generated, and cavitation is less likely to occur.
以下、添付の図面を参照して本発明の一実施形態に係る液体吐出ヘッドと記録装置について説明する。以下に示す実施形態はインクを吐出して記録を行うインクジェット記録ヘッドに関するが、本発明は発熱抵抗素子の熱エネルギーを用いてインクなどの液体を吐出する液体吐出ヘッドに広く適用できる。本発明の液体吐出ヘッドは、発熱抵抗素子のエネルギーによって発泡室に発生した気泡が、最大体積に成長した後の体積減少過程で、吐出流路から流入する空気と初めて連通するものである。以下の説明において発泡室の液体供給方向と平行な方向をX方向、吐出流路の中心軸と平行な方向をZ方向、発泡室の幅方向すなわちX方向及びZ方向と直交する方向をY方向という。 Hereinafter, a liquid discharge head and a recording apparatus according to an embodiment of the invention will be described with reference to the accompanying drawings. Although the embodiments described below relate to an ink jet recording head that performs recording by discharging ink, the present invention can be widely applied to a liquid discharging head that discharges a liquid such as ink using the thermal energy of a heating resistor. The liquid discharge head according to the present invention is the first to communicate with the air flowing from the discharge flow path in the volume reduction process after the bubbles generated in the foaming chamber by the energy of the heating resistance element grow to the maximum volume. In the following description, the direction parallel to the liquid supply direction of the foaming chamber is the X direction, the direction parallel to the central axis of the discharge channel is the Z direction, and the width direction of the foaming chamber, that is, the direction perpendicular to the X direction and the Z direction is the Y direction. That's it.
図1は本発明の一実施形態に係るインクジェット記録装置(以下、記録装置1という)の概略斜視図である。記録装置1はA方向に摺動自在に案内支持されるキャリッジ2を有している。キャリッジ2には、記録信号に応じてインクにエネルギーを付与することにより、複数の吐出口12から記録媒体Pにインクを吐出して記録を行う液体吐出ヘッド3が搭載されている。キャリッジ2にはまた、液体吐出ヘッド3に供給される4色のインクを収容した4つのインクカートリッジ4が、キャリッジ2に着脱自在に搭載されている。液体吐出ヘッド3を搭載するキャリッジ2は、キャリッジモータ(図示せず)の駆動力によって、記録媒体Pの搬送方向Bと直交する主走査方向Aに往復移動する。液体吐出ヘッド3が主走査方向Aへ走査しながら液体吐出ヘッド3からインクの吐出が行われることで、記録媒体Pの全幅にわたって記録が行われる。
FIG. 1 is a schematic perspective view of an ink jet recording apparatus (hereinafter referred to as a recording apparatus 1) according to an embodiment of the present invention. The recording apparatus 1 has a
図2に、図1に示す液体吐出ヘッド3の部分破断斜視図を、図3に、図2のA−A線に沿った液体吐出ヘッド3の断面図を示す。液体吐出ヘッド3は、シリコンからなる基板5と、基板5の上に設けられた吐出口形成部材6と、を有している。基板5には、基板5を貫通するインク供給路7が形成されており、インク供給路7の吐出口形成部材6と対向する面の開口は、Y方向に延びる細長い矩形のインク供給口8となっている。基板5と吐出口形成部材6との間には複数の発泡室9と、複数の発泡室9に対して共通に設けられた共通液室10と、が形成されている。共通液室10はインク供給口8及び複数の発泡室9と連通している。吐出口形成部材6には、発泡室9に貯留されたインクを吐出するための貫通孔である吐出流路11が設けられている。吐出流路11はZ方向に一定の流路断面を有している。吐出流路11は発泡室9と連通している。吐出流路11の発泡室9と反対側の端部はインクが吐出する吐出口12となっている。発泡室9の高さh1は16μm、吐出口形成部材6の発泡室9における厚さh2は12μmである。
2 is a partially broken perspective view of the liquid discharge head 3 shown in FIG. 1, and FIG. 3 is a cross-sectional view of the liquid discharge head 3 taken along line AA in FIG. The liquid discharge head 3 includes a
基板5の発泡室9に面する位置には、発泡室9を挟んで吐出流路11と対向し、インクに吐出のための熱エネルギーを付与する発熱抵抗素子14が配置されている。発熱抵抗素子14は各発泡室9に対応して設けられ、インク供給口8の長手方向(Y方向)の両側にそれぞれ1列ずつ、600dpiのピッチで配列されている。基板5のインク供給路7から供給されたインクは共通液室10を経由して発泡室9に供給される。発熱抵抗素子14が駆動され、発泡室9のインクが加熱され、発熱抵抗素子14の上方の液体中(インク中)に気泡が形成される。この気泡が吐出流路11のインクに運動エネルギーを与え、インクが吐出口12から吐出する。
A
次に、上述の実施形態において吐出流路11の構成が異なるいくつかの実施例と比較例を説明する。以下の説明で、「上流側」及び「下流側」は液体供給方向(X方向)を基準として定義される。図4、6,8,9,11,13において、上流側は図面下方、下流側は図面上方を、図5,7,10,12において、上流側は図面右方、下流側は図面左方を意味する。
Next, some examples and comparative examples in which the configuration of the
(実施例1)
図4に、実施例1の液体吐出ヘッド3の吐出口近傍の平面図を示す。発泡室9は概ね長方形の平面形状を有し、液体供給方向における上流側の短辺はインクが流入する液体導入口15となっており、液体供給方向における下流側の短辺は奥壁16となっている。すなわち、発泡室9は行き止まりの形状となっている。発熱抵抗素子14の重心14Gは吐出流路11の液体供給方向(X方向)における全長Lの中点LCより上流側に位置している。本実施例では発熱抵抗素子14の重心14Gの中点LCに対するオフセット量aは2μmである。吐出口12から吐出するインク液滴の吐出量は6ngである。発熱抵抗素子14は、Y方向長さがX方向長さよりも小さい長方形状である。
Example 1
FIG. 4 is a plan view of the vicinity of the discharge port of the liquid discharge head 3 according to the first embodiment. The foaming
吐出流路11は略円形の流路断面を有し、X方向軸に関し非対称な形状である。具体的には、吐出流路11は、吐出流路11の側壁13から液体供給方向Xと交差する方向、本実施例ではY方向に延びる第1の突起17を有している。ここで、吐出流路11の、液体供給方向Xにおける全長Lの中点LCより上流側の領域を第1の領域18A、中点LCより下流側の領域を第2の領域18Bという。すなわち、吐出流路11のX方向における全長Lの中点LCを通りY方向に引いた直線19より上流側の領域が第1の領域18Aであり、直線19より下流側の領域が第2の領域18Bである。本実施例では第1の突起17のY方向中心線17Cは第1の領域18Aにある。また、本実施例では第1の突起17のすべてが第1の領域18Aにあるが、一部が第2の領域18Bにあってもよい。つまり、第1の突起17の少なくとも一部が第1の領域18Aにある。第1の突起17は、Y方向中心線17Cと平行でY方向中心線17Cの上流側に位置する第1の側面17Aと、Y方向中心線と平行でY方向中心線17Cの下流側に位置する第2の側面17Bと、を有している。そして、第1の側面17AのY方向長さが第2の側面17BのY方向長さより短い。この結果、吐出流路11の第1の領域18Aの流路断面積が、第2の領域18Bの流路断面積より小さくなる。また、第1の領域18AのY方向平均幅は、第2の領域18BのY方向平均幅より小さくなっている。
The
このような構成の吐出流路11では、発熱抵抗素子14の上面におけるキャビテーションと、それに伴う発熱抵抗素子14への影響が抑制される。その原理について図5を参照して説明する。図5は発熱抵抗素子14のX方向中心軸を通るX−Z面の模式的断面図であり、本実施例におけるインク吐出後の気泡の消泡過程を時系列的に示している。
In the
まず、図示しない配線及び電極を介して発熱抵抗素子14を駆動して発熱させる。発熱抵抗素子14の発熱により、発泡室9内部のインクが加熱され、インク内に膜沸騰による気泡Bが生じる。発泡室9の下流側に奥壁16が設けられているため、気泡Bは発熱抵抗素子14の重心14Gよりも上流側に偏位して成長する。気泡Bは発熱抵抗素子14上では上流側ほど厚くなるように形成される。気泡Bは加熱されてさらに成長し、発泡室9に貯留されたインクの一部が発泡圧によって吐出口12から吐出する。気泡Bの体積が一旦増大して最大体積に到達した後は、気泡Bが縮小する。図5(a)に示すように、気泡Bが体積減少に転じるのとほぼ同時に、吐出流路11内にインクのメニスカスMが発生し、発泡室9内を吐出口12から離れる方向に進行する。これはインクが吐出されたことで発泡室9内部のインクの量が減少し、吐出流路11から発泡室9に向かうインクの逆流が生じるためである。第1の突起17の直下ではインクの逆流が生じにくいため、吐出流路11内のインクのメニスカスMは外周部が凹状となるように形成される。本実施例では上述のように第1の領域18Aの流路断面積が第2の領域18Bの流路断面積より小さい。これが液面のメニスカスMの形成に影響を与え、断面積の小さい第1の領域18A側のメニスカスMの落ち込みが、断面積の大きい第2の領域18B側のメニスカスMの落ち込みより大きくなる。
First, the
さらに時間が経過すると、図5(b)に示すように、メニスカスMが発泡室9の内部に進入する。気泡Bの収縮は進むが、メニスカスMは気泡Bに接近していく。気泡Bは逆流するインクによって押され、部分的に凹むが、全体的には上流側ほど厚い形状を維持している。このとき、メニスカスMには上流側の第1の落ち込み部M1と下流側の第2の落ち込み部M2が形成されている。第1の落ち込み部M1は発熱抵抗素子14との距離が最小となる部分であり、下流側の第2の落ち込み部M2は発熱抵抗素子14との距離が極小となる部分である。第2の落ち込み部M2は第1の落ち込み部M1より発熱抵抗素子14から離れており、また、気泡Bが全体的に上流側に偏位しているため、気泡Bとの距離も第1の落ち込み部M1より大きい。
When the time further elapses, the meniscus M enters the inside of the foaming
そして、メニスカスMの第1の落ち込み部M1が気泡Bに到達し、吐出流路11から発泡室9内に進入した大気が気泡Bと接触し一体化する。これにより、図5(c)に示すように、吐出流路11の外部の大気が気泡Bと連通する。気泡Bは発熱抵抗素子14の重心14Gよりも上流側で大気と連通する。
Then, the first sagging portion M1 of the meniscus M reaches the bubble B, and the air that has entered the foaming
さらに時間が経過すると、大気と一体化した気泡Bはほぼ発熱抵抗素子14の上方全体に広がり、図5(d)に示す状態となる。気泡Bは大気と連通しているので、その圧力は大気と同程度である。その後、気泡Bが大気と連通したままインクが発泡室9内に再充填され、大気と連通した気泡Bを形成する空気が吐出流路11から外部に排出され、発泡室9内の気泡Bは消泡する。
As time further elapses, the air bubbles B integrated with the atmosphere spread almost entirely over the
このように本実施例では、断面積の小さい第1の領域18A側のメニスカスMが、断面積の大きい第2の領域18B側のメニスカスMよりも早く気泡に到達して、気泡Bが大気連通する。大気連通は発熱抵抗素子14の重心14Gよりも上流側で発生する。気泡Bは上流側ほど厚く形成されているため、メニスカスMがより早く気泡Bに到達し、大気連通が早期に生じる。このため気泡Bが上流側と下流側とで分断されにくくなる。これにより、従来生じていた気泡Bの分断によるキャビテーションの発生を抑制することができ、液体吐出ヘッド3の耐久性を向上させることができる。
As described above, in this embodiment, the meniscus M on the
第1の落ち込み部M1の落ち込みの速さは、第1の領域18Aと第2の領域18Bの流路面積(X−Y平面で切った断面の断面積)の比によっても異なる。本実施例では、第1の領域18Aの流路面積に対する第2の領域18Bの流路面積の比が1.5倍程度であるが、1.5を上回ると第1の落ち込み部M1の落ち込みが促進されるのでより効果的である。
The drop speed of the first drop portion M1 also varies depending on the ratio of the flow area (the cross-sectional area of the cross section cut along the XY plane) between the
(比較例1)
図6に、比較例1の液体吐出ヘッド3の吐出口近傍の平面図を示す。比較例1の液体吐出ヘッド3は吐出流路11の断面が円形であり、第1の突起17は設けられていない。吐出流路11の流路断面積は実施例1と同等である。それ以外の構成は実施例1と同じである。実施例1と同様の構成について同一の符号を付して説明を省略し、異なる部分についてのみ説明する。
(Comparative Example 1)
FIG. 6 is a plan view of the vicinity of the discharge port of the liquid discharge head 3 of Comparative Example 1. In the liquid discharge head 3 of Comparative Example 1, the
図7はインク吐出後の気泡Bの消泡過程を時系列的に示す図5と同様の図である。 FIG. 7 is a view similar to FIG. 5 showing the defoaming process of the bubbles B after ink ejection in time series.
まず、実施例1と同様に発熱抵抗素子14を駆動しインクを吐出させる。実施例1と同様、吐出流路11内に発生したインクのメニスカスMは発泡室9内を吐出口12から離れる方向に進行する。しかし、本比較例では吐出流路11の流路断面が円形のために、実施例1とはメニスカスMの下降の様相が異なる。すなわち、図7(a)に示すように、気泡Bが体積減少に転じるのとほぼ同時に、メニスカスMはほぼ左右対称の2つの凹状に変形する。
First, as in the first embodiment, the
さらに時間が経過すると、図7(b)に示すように、メニスカスMが発泡室9の内部に進入する。発泡室9のメニスカスMは実施例1と異なり、上流側と下流側で形状の差はほとんどなく、わずかに上流側に偏位するもののほぼ左右対称である。そのため、メニスカスMの落ち込み部が、気泡Bの発熱抵抗素子14の重心よりやや下流側の気泡Bが薄い位置に近接するとともに、気泡Bが発熱抵抗素子14に近接するタイミングが実施例1に比較して遅くなる。これにより、気泡Bの中央部に近い部分が環状に変形して凹み、図7(c)に示すように気泡Bが分断される可能性が高くなる(分断された気泡をB1として示す)。図7(d)に示すように、消泡する際に分断された気泡B1が崩壊することで、発熱抵抗素子14に衝撃を与え、損傷させることがある。比較例1の液体吐出ヘッド3では、実施例1に比べて上流側と下流側とでメニスカスMの偏りがないため、大気と連通する前に気泡Bが分断されやすい。このように、比較例1は実施例1に比べて大気連通するタイミングが遅いため、キャビテーションが発生しやすく、液体吐出ヘッド3の耐久性の低下につながる。
When the time further elapses, the meniscus M enters the foaming
(実施例1の変形例)
実施例1の液体吐出ヘッド3は1つの突起を有しているが、図8に示すように2つの突起を有していてもよい。第2の突起20は、吐出流路11内にX軸に関し第1の突起17と対称に設けられ、第1の突起17に対して鏡像の関係にある。第2の突起20のY方向中心線20Cは第1の突起17のY方向中心線17Cと一致しているが、Y方向中心線17Cに対してX方向にずれていてもよい。第2の突起20は、Y方向中心線20Cと平行でY方向中心線20Cの上流側に位置する第1の側面20Aと、Y方向中心線と平行でY方向中心線20Cの下流側に位置する第2の側面20Bと、を有している。
(Modification of Example 1)
Although the liquid discharge head 3 of the first embodiment has one protrusion, it may have two protrusions as shown in FIG. The
図8(a)の変形例の吐出流路11は、径の大きい半円と径の小さい半円をこれらの半円の直径よりY方向寸法の小さい長方形で接続した形状である。第1の側面17Aの長さが第2の側面17Bの長さより短く、同様に第1の側面20Aの長さが第2の側面20Bの長さより短い。図8(b)の変形例の吐出流路11は、半円と、この半円の直径と同じY方向幅を持った長方形と、この長方形よりY方向幅の小さい長方形と、上記半円と同じ径の半円を順次接続した形状である。第1の側面17Aと第2の側面17Bの長さが同じであり、第1の側面20Aと第2の側面20Bの長さも同じである。
The
いずれの変形例でも第1の領域18Aの流路断面積が、第2の領域18Bの流路断面積より小さいため、上流側のメニスカスの落ち込みが、下流側のメニスカスの落ち込みより大きくなる。2つの突起を設けるほうが上流側のメニスカスの落ち込みが促進されるのでより好ましい。2つの突起を設けることで、次に述べる実施例2と比べて、吐出した液滴の尾引き長さを安定して短くすることができる。この結果、サテライトを低減させることができ印字品位を向上できる。いずれの変形例も実施例1と同様、第1の領域18Aの流路面積に対する第2の領域18Bの流路面積の比が1.5倍以上であることが好ましい。
In any of the modified examples, the flow passage cross-sectional area of the
(実施例2)
図9に示す実施例2の液体吐出ヘッド3は、吐出流路11のY方向幅が、下流側から上流側に向けて連続的に減少しており、それ以外の構成は実施例1と同じである。実施例1と同様の構成について同一の符号を付して説明を省略し、異なる部分についてのみ説明する。具体的には吐出流路11の流路断面は、正三角形状をしている。流路断面の1辺の長さは、18.6μmである。吐出流路11の重心は発熱抵抗素子14の重心14Gに対し、下流側に4μmずれている。発熱抵抗素子14はX方向寸法、Y方向寸法とも24μmの正方形状である。吐出口12から吐出するインク液滴の吐出量は約4.5ngである。
(Example 2)
In the liquid discharge head 3 of the second embodiment shown in FIG. 9, the width in the Y direction of the
図10はインク吐出後の気泡Bの消泡過程を時系列的に示す図5と同様の図である。まず、実施例1と同様に発熱抵抗素子14を駆動しインクを吐出させる。実施例1と同様に吐出流路11内に発生したインクのメニスカスMは発泡室9内を吐出口12から離れる方向に進行する。図10(a)に示すように、本実施例でも実施例1と同様に、液面にメニスカスMが形成される。すなわち、上流側の断面積の小さい第1の領域18A側のメニスカスMの落ち込みが、下流側の断面積の大きい第2の領域18B側のメニスカスMの落ち込みより大きくなっている。本実施例では吐出流路11の断面形状が、上流側にいくに従いY方向幅が小さくなる三角形状に形成されているため、X方向単位長さあたりの吐出流路11の流路断面積も上流側ほど小さくなっている。このため、発熱抵抗素子14の上流側のメニスカスMの落ち込みが下流側のメニスカスMの落ち込みより大きくなり、メニスカスMの形状は実施例1と類似したものとなる。
FIG. 10 is a view similar to FIG. 5 showing the defoaming process of the bubbles B after ink ejection in time series. First, as in the first embodiment, the
さらに時間が経過すると、図10(b)に示すように、メニスカスMが発泡室9の内部に進入する。実施例1と同様にして気泡Bの収縮が進み、メニスカスMが気泡Bに近接する。そして、図10(c)に示すように、メニスカスMが気泡Bに到達し、吐出流路11から発泡室9内に進入した大気が気泡Bと接触し一体化する。これにより、外部の大気と気泡Bとが連通する。さらに時間が経過すると、大気と一体化した気泡Bはほぼ発熱抵抗素子14の上方全体に広がり、図10(d)に示す状態となる。
When the time further elapses, the meniscus M enters the inside of the foaming
本実施例においても断面積の小さい第1の領域18A側のメニスカスMの第1の落ち込み部M1が、断面積の大きい第2の領域18B側の第2の落ち込み部M2よりも早く気泡Bに到達し、気泡Bと連通する。このため、従来生じていた気泡Bの分断によるキャビテーションの発生を抑制することができ、液体吐出ヘッド3の耐久性を向上させることができる。
Also in the present embodiment, the first sagging portion M1 of the meniscus M on the
(比較例2)
図11に示す比較例2の液体吐出ヘッド3は、吐出流路11のY方向幅が、上流側から下流側に向けて連続的に減少している。すなわち、比較例2の吐出流路11は実施例2の吐出流路11をY方向軸に関して反転させた形状となっている。それ以外の構成は実施例2と同じである。実施例2と同様の構成について同一の符号を付して説明を省略し、異なる部分についてのみ説明する。
(Comparative Example 2)
In the liquid discharge head 3 of Comparative Example 2 shown in FIG. 11, the Y direction width of the
図12はインク吐出後の気泡Bの消泡過程を時系列的に示す図5と同様の図である。比較例2においても、図12(a)に示すように、気泡Bが体積減少に転じるのとほぼ同時に吐出流路11内のインク液面が凹状に変形し、メニスカスMの形成が始まるが、メニスカスMの落ち込み部は実施例2とは左右逆の形状となっている。すなわち、下流側のメニスカスMの落ち込みが上流側のメニスカスMの落ち込みより大きくなっている。さらに時間が経過すると、図12(b)に示すように、メニスカスMが発泡室9の内部に進入するが、メニスカスMは図12(a)に示す形状を維持するため、メニスカスMの落ち込み部が気泡Bに近接するタイミングが実施例2に比較して遅くなる。これにより、気泡Bの中央部に近い部分が環状に変形して凹み、気泡Bが分断される可能性が高くなる。それに伴い、キャビテーションが発生する可能性も高くなる。比較例2では、図12(c)に示すように、気泡Bから分断された気泡B1が発泡室9内に残っている。さらに時間が経過すると、大気と一体化した気泡Bはほぼ発熱抵抗素子14の上方全体に広がり、図12(d)に示す状態となる。
FIG. 12 is a view similar to FIG. 5 showing the defoaming process of the bubbles B after ink ejection in time series. Also in Comparative Example 2, as shown in FIG. 12A, the ink liquid surface in the
このように、比較例2の液体吐出ヘッド3では、実施例2と比べメニスカスMの形状が左右で(上流側と下流側で)反転しているため、気泡Bが分断される前に大気と連通することがない。そのため、実施例2に比べて大気と連通するタイミングが遅いことに起因してキャビテーションが発生し、液体吐出ヘッド3の耐久性が低下する。 Thus, in the liquid discharge head 3 of Comparative Example 2, the shape of the meniscus M is reversed on the left and right (on the upstream side and the downstream side) as compared with Example 2, so that the air B is separated from the atmosphere before the bubble B is divided. There is no communication. For this reason, cavitation occurs due to the late timing of communication with the atmosphere as compared with the second embodiment, and the durability of the liquid discharge head 3 is reduced.
(実施例2の変形例)
実施例2の吐出流路11の断面形状は三角形であるが、吐出流路11のY方向幅が、下流側から上流側に向けて減少する限り三角形に限定されない。吐出流路11の断面形状は図13(a)のような台形形状であってもよいし、図13(b)のように全体が曲線形状であってもよい。図示はしないが、直線形状と曲線形状が混合していてもよく、あるいは、吐出流路11のY方向幅が、下流側から上流側に向けてステップ状に減少していてもよい。
(Modification of Example 2)
Although the cross-sectional shape of the
3 液体吐出ヘッド
9 発泡室
11 吐出流路
12 吐出口
14 発熱抵抗素子
15 液体導入口
16 奥壁
18A 第1の領域
18B 第2の領域
DESCRIPTION OF SYMBOLS 3
Claims (11)
前記吐出流路の、前記液体供給方向における全長の中点より前記上流側の第1の領域の流路断面積が、前記下流側の第2の領域の流路断面積より小さい、液体吐出ヘッド。 A foaming chamber provided with a back wall on the downstream side in the liquid supply direction and a liquid introduction port on the upstream side; a discharge channel that communicates with the foaming chamber and has a discharge port for discharging the liquid; and the foaming chamber A heating resistance element that opposes the ejection flow path across the surface and imparts energy for ejection to the liquid, and the bubbles generated in the foaming chamber by the energy of the heating resistance element reach a maximum volume. A liquid discharge head in communication with air flowing in from the discharge flow path in a volume reduction process after growth;
The liquid discharge head, wherein the flow passage cross-sectional area of the first region upstream of the midpoint of the total length of the discharge flow channel in the liquid supply direction is smaller than the flow passage cross-sectional area of the second region downstream. .
前記発熱抵抗素子を駆動して前記液体中に気泡を発生させ、前記吐出口から前記液体を吐出させることと、前記吐出口から前記液体を吐出させた後に、前記吐出流路から前記発泡室に進入する前記液体のメニスカスを発生させることと、を有し、
前記メニスカスは、前記上流側で前記発熱抵抗素子との距離が最小となる部分と、前記下流側で前記発熱抵抗素子との距離が極小となる部分とを有する、液体吐出方法。 A foaming chamber provided with a back wall on the downstream side in the liquid supply direction and a liquid introduction port on the upstream side; a discharge channel that communicates with the foaming chamber and has a discharge port for discharging the liquid; and the foaming chamber A heating resistance element that opposes the ejection flow path across the surface and imparts energy for ejection to the liquid, and the bubbles generated in the foaming chamber by the energy of the heating resistance element reach a maximum volume. A liquid discharge method using a liquid discharge head communicating with the atmosphere flowing in from the discharge flow path in a volume reduction process after growth,
The heating resistor element is driven to generate bubbles in the liquid, and the liquid is discharged from the discharge port. After the liquid is discharged from the discharge port, the discharge flow path to the foaming chamber Generating a meniscus of the liquid to enter,
The liquid discharge method, wherein the meniscus has a portion where the distance from the heating resistor element is minimum on the upstream side and a portion where the distance from the heating resistor element is minimal on the downstream side.
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