JP2020203467A - 液体吐出ヘッド - Google Patents

Abstract

【課題】 開口の配置に制約がある場合においても、支持部材の液室内に気泡が滞留することを抑制することができる液体吐出ヘッドを提供することを目的とする。【解決手段】 液体吐出ヘッド１は、記録素子基板２と、液室３２を有する支持部材３と、流路９を有する流路部材１０と、を備える。液室３２の長手方向において、最も端部に近い位置に開口３２が設けられる液室よりも、液室の中心に近い位置に開口３２が設けられる液室の開口３２と接続される流路９の断面積は、端部に近い位置に設けられる開口３２と接続される流路９の断面積よりも大きい。【選択図】 図８

Description

本発明は、液体吐出ヘッドに関する。

液体を吐出する記録素子基板を支持する支持部材の液室内に気泡が滞留すると、例えば、液体の吐出動作により生じる液室から記録素子基板に向かう液体の流れに乗って気泡が記録素子基板内に詰まることがあり、これにより記録品位が低下する場合がある。そこで、特許文献１においては、吸引回復時等における支持部材の液室内での気泡滞留を軽減することができる構成が記載されている。これは、支持部材の液室の開口を、液室の長手方向の端部に寄せて配置するものである。

特開２０１２−６６５６８号公報

しかし、記録素子基板の小型化に伴う吐出口列の配列間隔の狭小化などにより、開口の配置に制約がある場合においては、すべての開口を支持部材の液室の端部に配置することができず、気泡が液室内に滞留する場合がある。そこで、本発明は、開口の配置に制約がある場合においても、支持部材の液室内に気泡が滞留することを抑制することができる液体吐出ヘッドを提供することを目的とする。

上記課題は、以下の本発明によって解決される。即ち本発明は、液体を吐出する吐出口列を複数有する記録素子基板と、前記記録素子基板を支持し、前記複数の吐出口列に前記液体を供給する複数の液室であって開口を備える液室を有する支持部材と、前記支持部材の前記記録素子基板が支持される側の反対側で前記液室の開口と接続される流路であって、前記液室の開口から鉛直方向の上方向に向かって延びる流路を有する流路部材と、を備える液体吐出ヘッドにおいて、前記液室の長手方向において、前記複数の液室のうちの一部の液室の開口は、該液室の端部に設けられており、前記液室の長手方向において、前記複数の液室のうちの、前記一部の液室以外の液室の開口は、該液室の、前記端部に設けられる前記開口よりも中心に近い位置に設けられており、前記中心に近い位置に設けられる開口と接続される前記流路の断面積は、前記端部に設けられる開口と接続される前記流路の断面積よりも大きいことを特徴とする。

本発明によれば、開口の配置に制約がある場合においても、支持部材の液室内の気泡の滞留を抑制することができる。

本実施形態の液体吐出ヘッドを示す斜視図。 本実施形態の液体吐出ヘッドの分解斜視図。 記録素子基板、支持部材および流路の配置を示す概略図。 図３（ｂ）のＡ−Ａ断面およびＢ−Ｂ断面を示す断面図。 図３（ｂ）のＣ−Ｃ断面およびＤ−Ｄ断面を示す断面図。 図３（ｂ）のＣ−Ｃ断面およびＤ−Ｄ断面を示す断面図。 第２の実施形態の吐出口列を示す概略図。 第３の実施形態の記録素子基板、液室および流路の配置を示す概略図。

（第１の実施形態）
以下、図面を参照して本発明の第１の実施形態について説明する。

（液体吐出ヘッド）
本実施形態に係る液体吐出ヘッドについて、図１および図２を参照しながら説明する。図１（ａ）、（ｂ）は、本実施形態における液体吐出ヘッド１を示した斜視図である。図２は、液体吐出ヘッドのうち、液体の供給に関連する部品の分解斜視図である。液体吐出ヘッド１は、いわゆるシリアルスキャン方式の液体吐出装置のキャリッジに搭載される。なお、液体吐出ヘッド１は、いわゆるフルライン方式の液体吐出装置に配備される構成であってもよい。

液体吐出ヘッド１は、２つの記録素子基板２ａおよび２ｂ、支持部材３、筐体４、電気配線基板５および電気接続基板６を備えている。筐体４は、本体部材４１と流路部材１０とから構成されており、流路部材１０は、シール部材７と流路構成部材４２とから構成されている。液体は、筐体４のジョイント部４３に接続された不図示の液体収容部から、筐体４の水平流路４４（図３（ｂ））および鉛直流路４５（図３（ｂ））を通って支持部材３の液室３２（図４）に供給され、記録素子基板２に供給される。不図示の液体吐出装置が、電気接続基板６および電気配線基板５を介して記録素子基板２ａおよび２ｂに設けられたヒータ等のエネルギー発生素子を駆動することにより、吐出口から液体が吐出される。支持部材は、例えば酸化アルミニウムや樹脂で形成される。また、支持部材３と流路構成部材４２との接続はシール部材７によるものでなくともよく、接着剤による接続や、溶着等によって支持部材３と流路構成部材４２とを直接接合してもよい。

本体部材４１の流路構成部４１４と、流路構成部材４２の流路構成部４２４（図４）とを合わせることにより、水平流路４４（図３（ｂ））が形成される。そして、流路構成部材４２とシール部材７とを合わせることにより、支持部材３の液室３２（図４）に液体を供給する流路であって、液室の開口３１（図４）から鉛直方向の上方向に向かって延びる流路９（図４）が形成される。詳しくは後述するが、流路９は、鉛直流路４５とシール開口７１とから構成される。また、液室の開口から鉛直方向の上方向に向かって延びるとは、流路９の開口３１側の端部と、流路９の開口３１と反対側の端部とを結ぶ線が、鉛直方向に対して±２０度の範囲にあることを意味する。したがって、流路９は、流路９の軸が液室３２の開口３１（図４）の垂線に対して多少傾いている流路であってもよい。また、流路９の断面積が一様でなく場所によって異なっている流路であってもよい。詳しくは後述するが、液室内の気泡が鉛直方向の上方向に移動するときに上方向に移動してきた気泡を保持できるように、開口３１から鉛直方向の上方向に向かって延在する流路であればよい。また、鉛直方向は、液体吐出ヘッドの使用時（液体吐出装置に装着時）の姿勢における方向である。

（鉛直流路の配置）
流路９の一部である鉛直流路４５の配置について、図３を参照しながら説明する。図３（ａ）は、記録素子基板２および支持部材３を模式的に表した図である。図３（ｂ）は、水平流路４４および鉛直流路４５の記録素子基板２ａ近傍における配置を示す概略図である。図３に示すように、記録素子基板２ａは、複数の吐出口列２１ａ〜２１ｅを有し、吐出口列２１ａと２１ｅ、２１ｂと２１ｄは、それぞれ共通の水平流路４４と接続されている。水平流路４４を流れてきた液体は、水平流路４４と接続されている鉛直流路４５を通って、支持部材３の液室３２に供給される。図３において、吐出口列２１ａと２１ｅとには同じ液体（インクＡ）が供給され、吐出口列２１ｂと２１ｄとには吐出口列２１ａと２１ｅとに供給される液体とは異なる液体（インクＢ）が供給される。そして、吐出口列２１ｃにはまた別の液体（インクＣ）が供給される。即ち、吐出口列の配置は、インクＡ、インクＢ、インクＣ、インクＢ、インクＡ、というように、対称となっている。

吐出口列２１（液室３２）の長手方向（Ｙ方向）において、液室３２の開口３１（図４）が液室の端部に近い位置に配されているため、それに合わせて吐出口列２１ａ、ｂ、ｄ、ｅと接続する鉛直流路４５は、吐出口列２１の端部に近い位置に配置されている。即ち、詳しくは後述するが、液室の配列方向（Ｘ方向）において両端に位置する液室は、中央付近に位置する液室よりも、液室の端部に近い位置に開口３１（図４）が設けられている。ここで、液室の端部とは、液室の長手方向における中心から最も遠い位置の液室の部分をいう。一方、吐出口列２１ｃと接続する鉛直流路４５は、吐出口列２１（液室３２）の長手方向（Ｙ方向）において、液室３２の開口３１（図４）が液室の中心に近い位置に配されているため、それに合わせて吐出口列２１ｃの中心に近い位置に配置されている。ここで、液室の中心とは、液室の長手方向における中心のことをいう。

なお、液室３２の開口３１（図４）が液室の中心に近い位置に配されている液室は、液室の配列方向（Ｘ方向）において、中央付近に位置している液室であるとして図３に図示したが、本発明はこれに限られない。即ち、液室の配列方向において、複数の液室の中で端に位置する液室の開口が液室の中心に近い位置に設けられている構成であってもよい。

支持部材３の液室３２内に滞留する気泡を除去するためには、吐出口列２１ｃと接続される鉛直流路４５も他の吐出口列の鉛直流路４５と同様に、吐出口列２１ｃの端部寄りに配置することが好ましい。しかしながら、記録素子基板の小型化等によりすべての鉛直流路４５を吐出口列２１の端部に近い位置に配置することが困難であるため、少なくとも１つの鉛直流路４５を他の吐出口列２１よりも中心側に配置する。

（液体の流路の経路）
ジョイント部４３から記録素子基板２までの液体の流路について、図４を参照しながら詳しく説明する。図４（ａ）は図３（ｂ）のＡ−Ａ断面、図４（ｂ）は図３（ｂ）のＢ−Ｂ断面を示す模式図である。なお、説明のため、図４における断面図は対象としている流路のみ図示しており、また水平流路４４は一部簡略化して図示している。ジョイント部４３から供給された液体は水平流路４４を通って鉛直流路４５に達する。鉛直流路４５はシール部材７に設けられたシール開口７１と接続されており、シール開口７１は支持部材３の開口３１と連通している。流路９を通過した液体は、開口３１、液室３２を流れ、記録素子基板２の共通液室２２に供給される。そして、液体は共通液室２２から記録素子基板２の個別の流路（不図示）に供給され、エネルギー発生素子の駆動に応じて吐出口２３（図３）から吐出される。支持部材３の液室３２は、開口３１から記録素子基板２に向かって、Ｙ方向の幅が徐々に大きくなるように、傾斜面を有した形状となっている。

（液室と開口および流路との関係）
本発明の特徴部分である支持部材３の液室３２と、開口３１及び流路９との関係について、図４ないし図６を参照しながら説明する。図５（ａ）は図３（ｂ）のＣ−Ｃ断面、図５（ｂ）は図３（ｂ）のＤ−Ｄ断面を示す模式図である。図６（ａ）は、本実施形態の変形例であって、図５に示す開口３１の面積よりも大きい面積の開口を示した際の、図３（ｂ）のＣ−Ｃ断面である。図６（ｂ）は、本実施形態の変形例であって、図５に示す開口３１の面積よりも大きい面積の開口を示した際の、図３（ｂ）のＤ−Ｄ断面を示す模式図である。なお、説明のため、図５および図６における水平流路４４は一部簡略化して図示している。

本発明においては、図４に示すように、複数の液室のうち、一部の液室（吐出口列２１ａ、２１ｂ、２１ｄ、２１ｅに対応する液室）の開口は、Ｙ方向において、液室の端部に近い位置に設けられている。そして、図５および図６に示すように、図４で示した液室とは別の液室（吐出口列２１ｃに対応する液室）の開口は、Ｙ方向において、上述した一部の液室における開口よりも液室の中心に近い位置に設けられている。

開口３１を液室の端部に近い位置に設けることにより、開口が設けられている側の端部とは反対側の端部に向かう流れがより天井部（傾斜面）に沿うようになるため、液室の天井部（傾斜面）近傍に発生する液体の逆流を抑制することができる。これにより、端部に近い位置に開口３１がある液室３２内における気泡の滞留は抑制される。しかしながら、中心に近い位置に開口が設けられる液室は、液室の天井部近傍で液体が逆流してしまい、天井部近傍で気泡が滞留しやすい。そこで、本発明は、そのような液室においても気泡の滞留を抑制するため、中心に近い位置に設けられる開口３１と接続される流路９の断面積を、端部に近い位置に設けられる開口と接続される流路９の断面積よりも大きくする。ここで、断面積とは、流路９の延伸方向（Ｚ方向）に垂直な面における断面積であって、無作為に選定した３箇所の断面積の平均値のことである。

液室内に生じた気泡は、時間の経過とともに、徐々に鉛直方向の上方向（負のＺ方向）に移動する。このとき、液室の上方向のスペース（開口またはその開口と接続される流路９の体積）が小さい場合には、液室内の一部の気泡しか上方向に移動できず、残りの気泡は上方向のスペースに収まりきらずに液室内に留まってしまう。そこで、流路９の断面積を大きくすることで流路９の体積が大きくなり、液室の上方向に十分なスペース（図５（ａ）に示すＰ部）を確保することができるようになる。そして、液室の上方向に十分なスペースがあることにより、液室内に生じたより多くの気泡を液室の外部で保持することができるようになり、液室内の気泡の滞留を抑制することができる。

また、流路９の断面積を大きくすることにより、流路９を流れる液体の流速を低下させることができるため、Ｐ部に保持された気泡が液体の流れに乗って液室３２内に戻ることを抑制することができる。 さらに、図６に示すように、流路９に加え、開口３１の断面積も大きくすることにより、記録時における開口を流れる液体の流速を低下させることができる。開口を流れる液体の流速を低下させることにより、液体の流れに乗って気泡が液室３２内に戻ることをさらに抑制することができる。これにより、液室内の気泡の滞留をより抑制することが可能となるため、開口の断面積も大きくすることがより好ましい。

気泡の滞留を抑制するためには、中心に近い位置に設けられる開口３１と接続される流路９の断面積は、端部に近い位置に設けられる開口と接続される流路９の断面積の１．２倍以上であることが好ましい。さらには、より気泡の滞留を抑制するためには断面積がより大きいことが好ましいため、１．５倍以上であることがより好ましく、２．０倍以上であることがさらに好ましい。しかしながら、断面積を大きくしすぎてしまうと、流路９が隣の液室と干渉してしまい、流路を支持部材の適切な位置に配置できない場合等がある。そのため、中心に近い位置に設けられる開口３１に接続される流路９の断面積は、端部に近い位置に設けられる開口と接続される流路９の断面積の５．０倍以下であることが好ましい。

すべての吐出口列２１に対応する液室について、吐出口列２１ｃに対応する液室と同様に、開口３１および流路９の断面積を大きくすることで、気泡の滞留の影響を低減することも可能である。しかしながら、実際には配置上の制約によってすべての液室の断面積を大きくすることが困難である場合が多い。本発明の構成は、限られたスペースの中で気泡の滞留を抑制する液体吐出ヘッドを実現する手段として有効である。

なお、図４ないし図６において、液室の形状が三角形である液室を示したが、これは、液室３２内の気泡を流路９により移動させるためには、開口から記録素子基板に向かって液室の幅が大きくなるような斜面を液室が有していることがより好ましいからである。即ち、斜面を有する液室の一例として、三角形の液室を示した。液室の形状が三角形であることにより、気泡の鉛直方向の上方向への移動を妨げる壁の影響が軽減される。

（第２の実施形態）
本発明における第２の実施形態について、図７を参照しながら説明する。なお、第１の実施形態と同様の箇所については同様の符号を付し、説明は省略する。図７は、本実施形態における、水平流路４４および鉛直流路４５の記録素子基板２ａ近傍における配置を示す概略図である。本実施形態の特徴部は、図７に示すように、吐出口列２１ｃと２１ｂとの配置間隔および吐出口列２１ｃと２１ｄとの配置間隔を、他の吐出口列の配置間隔よりも大きくすることである。各吐出口列２１の配置間隔に合わせて、対応する支持部材の液室の配置間隔も変化させている。即ち、Ｘ方向において中央に位置する吐出口列２１ｃに対応する液室とその隣の液室との配置間隔を、両端に位置する吐出口列２１ａまたは２１ｅに対応する液室とその隣の液室の配置間隔よりも大きくさせている。ここで、各液室のＸ方向の幅は液室の配置間隔に合わせて大きくするのではなく、第１の実施形態の各液室のＸ方向の幅と同じままである。

液室３２の中心付近にある流路９の断面積を大きくすると、液室どうしの配置間隔によっては、流路９が隣の液室にも干渉してしまい、流路を支持部材の適切な位置に配置できない場合がある。そのため、本実施形態においては、流路９のサイズに合わせて液室の配置間隔を調整することにより、液室３２内の気泡の滞留を抑制しつつ、液体の混在等も抑制することで、記録品位が低下することを抑制することができる。

（第３の実施形態）
本発明における第３の実施形態について、図８を参照しながら説明する。なお、第１の実施形態と同様の箇所については同様の符号を付し、説明は省略する。図８（ａ）は、本実施形態における、水平流路４４および鉛直流路４５の記録素子基板２ａ近傍における配置を示す概略図である。図８（ｂ）は、図８（ａ）におけるＥ−Ｅ断面を示す概略図であり、図８（ｃ）はその変形例を示す概略図である。なお、説明のため、図８における水平流路４４は一部簡略化して図示している。本実施形態の特徴部は、図８に示すように、１つの流路９１が、吐出口列２１ｃおよび２１ｄに対応する２つの液室３２ｃ、３２ｄと接続していることである。ここで、１つの流路９１と接続される２つの液室３２ｃ、３２ｄには同一の液体が供給されるため、２つの液室３２ｃ、３２ｄと接続される流路９１を共通化させることができる。

液室３２内の気泡の滞留をより抑制するためには、流路９１の断面積をより大きくすることが有効である。しかしながら、流路９１の断面積をより大きくしようとすると、隣り合う液室どうしの配置間隔によっては流路９１が隣の液室と干渉してしまうこと等により、流路９１の断面積をより大きくすることが困難な場合がある。そのような場合においても、２つの液室と接続されうる２つ流路９１を共通化して１つにすることにより、流路９１の断面積をより大きくすることが可能となり、気泡の滞留をより抑制することができるようになる。

なお、上記の各実施形態においては、液室３２のＹ方向における幅が、開口３１から記録素子基板２に向かって徐々に大きくなるような三角形の液室を図示したが、本発明の液室の形状はこれに限られない。即ち、図３（ｂ）示すＣ−Ｃ断面で液室を見たときに、液室の形状が長方形になっていてもよい。液室が長方形の場合でも、開口３１と接続される流路９の断面積を大きくすることにより、液室３２内の気泡の滞留を抑制することができる。

１ 液体吐出ヘッド
２ 記録素子基板
３ 支持部材
２１ 吐出口列
３１ 開口
３２ 液室
４ 筐体
９ 流路
１０ 流路部材

Claims (11)

1. 液体を吐出する複数の吐出口列を有する記録素子基板と、
   前記記録素子基板を支持し、前記複数の吐出口列に前記液体を供給する複数の液室であって開口を備える液室を有する支持部材と、
   前記支持部材の前記記録素子基板が支持される側の反対側で前記液室の開口と接続される流路であって、前記液室の開口から鉛直方向の上方向に向かって延びる流路を有する流路部材と、
   を備える液体吐出ヘッドにおいて、
   前記液室の長手方向において、前記複数の液室のうち最も端部に近い位置に前記開口が設けられる液室よりも、液室の中心に近い位置に前記開口が設けられる液室の前記開口と接続される前記流路の断面積は、前記最も端部に近い位置に設けられる開口と接続される前記流路の断面積よりも大きいことを特徴とする液体吐出ヘッド。
2. 前記中心に近い位置に設けられる開口と接続される前記流路の断面積は、前記最も端部に近い位置に設けられる開口と接続される前記流路の断面積の１．２倍以上である請求項１に記載の液体吐出ヘッド。
3. 前記中心に近い位置に設けられる開口と接続される前記流路の断面積は、前記最も端部に近い位置に設けられる開口と接続される前記流路の断面積の１．５倍以上である請求項１に記載の液体吐出ヘッド。
4. 前記中心に近い位置に設けられる開口と接続される前記流路の断面積は、前記最も端部に近い位置に設けられる開口と接続される前記流路の断面積の２．０倍以上である請求項１に記載の液体吐出ヘッド。
5. 前記中心に近い位置に設けられる開口と接続される前記流路の断面積は、前記最も端部に近い位置に設けられる開口と接続される前記流路の断面積の５．０倍以下である請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。
6. 前記中心に近い位置に設けられる開口の断面積は、前記端部に近い位置に設けられる開口の断面積よりも大きい請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。
7. 前記液室の前記長手方向における幅は、前記開口から前記記録素子基板に向かって徐々に大きくなる請求項１ないし請求項６のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。
8. 前記中心に近い位置に設けられる液室は、前記複数の液室の配列方向において、中央に位置する液室である請求項１ないし請求項７のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。
9. 前記一部の液室以外の液室と該液室の隣の液室との配置間隔は、前記一部の液室と該液室の隣の液室との配置間隔よりも大きい請求項１ないし請求項８のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。
10. 隣り合う２つの液室に接続される１つの前記開口または１つの前記流路を有する請求項７ないし請求項９のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。
11. 前記流路部材は、前記液室の前記開口と接続されるシール部材と、前記シール部材と接続される流路構成部材と、を有する請求項１ないし請求項１０のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。

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