JP5294884B2 - 液体吐出ヘッド - Google Patents

Description

本発明は、記録媒体に対して液体を吐出する液体吐出ヘッドに関し、特に液体吐出ヘッドにおける回復処理を行うに適した液体吐出ヘッドに関する。

インクジェット記録装置においては、多くの場合、液体吐出ヘッドとしての記録ヘッド内の増粘したインクや微細気泡等を排出し、また、吐出口が形成された面に付着した不純物やインクミスト等を除去する目的で回復処理が行われる。この回復処理は、記録ヘッドからのインクの吐出を良好に維持するために行われる。この回復処理としては、吸引動作、予備吐出動作、ワイピング動作等が知られている。このうち、吸引動作は、記録ヘッドの吐出口形成面がキャッピングされ、そのキャップ内に吸引ポンプ等を用いることにより負圧が形成されることで行われる。これにより、記録ヘッドの吐出口からインクと共に増粘したインクや気泡が吸い出される。また、予備吐出動作は、画像形成に関与しないインク吐出が記録媒体以外の所定の場所に対して吐出される。そして、記録ヘッドの吐出口から増粘したインクや気泡が排出される。また、吸引動作時にキャップ内で色の異なるインクが混ざってしまった場合には、予備吐出動作が行われることにより、混色インクを記録ヘッドから除去することも可能である。また、ワイピング動作は、記録ヘッドの吐出口が形成された面がブレードによって拭われることで行われる。これにより、吐出口が形成された面に付着した不純物やインクミスト等が除去される。

インクの吐出後に記録ヘッドのノズル内に気泡（以下、ノズル泡とする）が残ってしまった場合、次の画像形成のためのインク吐出において吐出圧力が気泡に吸収されてしまい、不吐出、吐出方向のズレ、吐出液適量の減少といった現象が生じる虞がある。これにより、記録媒体上の所定位置へのインクの着弾精度が低下し、記録によって得られる画像の品質が低下する虞がある。このような発泡室内部に気泡が残ることを防ぐために、従来では回復処理の一例として、負圧による吸引動作が行われ、その後予備吐出動作が行われる場合がある。

しかしながら、このような従来行われている回復処理では、吸引動作によって多量の廃棄インクを発生させ、記録に使用可能なインク量の多くを排出してしまうという課題がある。従って、廃棄インク量を削減し回復処理の際の廃棄インクを少なくするために、様々な回復処理方法が提案されている。

このような回復方法が採用されているインクジェット記録装置として、例えば、特許文献１に開示されているものがある。特許文献１に記載されているインクジェット記録装置は、予備吐出の際に、インクの種類や、記録ヘッド内部の温度等の条件に応じて、インクの吐出回数が調節されている。予備吐出時には、まずインクの種類や記録ヘッド内部の温度等が判別される。そして、それに応じて吐出発数がメモリから読出される。それから設定された吐出発数の予備吐出が実行される。これにより、過剰な廃棄インク量の発生が抑えられ、適切に予備吐出が行われることになる。

また、特許文献２には、インク吐出量の異なる複数の吐出口を有するインクジェット記録装置において、吐出口ごとにそのインク吐出量に応じて予備吐出時のエネルギー素子の駆動条件を調節する記録装置が開示されている。調節される駆動条件としては、具体的には、吐出発数、吐出周波数、吐出間隔を設定する手段が開示されている。このように、特性の異なる吐出口毎に適切な駆動条件を設定することにより、予備吐出に要するインク量を少なく抑えている。

ところが、ノズル内に残った気泡を除去するための回復処理として吸引動作を行い、その後予備吐出動作を行う場合、この回復処理によるインクの消費は避けられない。従って、ノズル内から気泡を除去するための回復処理を行うのに、インクの消費を伴わないような回復処理が求められている。

このような回復処理に伴うインクの消費について、これを抑えつつ回復処理を行う方法として、記録ヘッドを高温にして発生した泡を膨張させ、その泡を発泡室からインク供給口側へ移動させて発泡室から除去するという方法が提案されている。これにより、発泡室から気泡が除去されてインクの吐出がスムーズに行われるようになる。また、この方法によれば、インクを消費せずにノズルの回復処理を行うことができ、インクの消費量が抑えられる。

特開平０６−２４６９３１号公報 特開２００４−０９０２９２号公報

しかしながら、このような発泡室内部の気泡を膨張させてインク供給口側へ気泡を移動させる回復処理は、複数の吐出口がインク供給口の延びる方向に対して平行な方向に並べられて吐出口列が形成された記録ヘッドにおいても採用される場合がある。インク供給口の延びる方向に平行に延びる吐出口列が形成された記録ヘッドでそのような回復処理が行われると、場合によってはノズル内で発生して膨張した気泡がインク供給口側へ移動する際に、隣り合うノズルで発生した気泡と結合することを新たに見出した。そして、気泡同士が結合した結果、発泡室の内部に気泡が残ってしまい、インクの吐出に影響を与えてしまう虞がある。

そこで、本発明は上記の事情に鑑み、複数の吐出口が並べられ吐出口列が形成された液体吐出ヘッドで気泡を膨張させてインク供給口側へ移動させる回復処理が行われた場合に、気泡がノズルからスムーズに除去される液体吐出ヘッドを提供することを目的とする。

本発明の液体吐出ヘッドによれば、エネルギー作用室と、前記エネルギー作用室に配置され、前記エネルギー作用室に貯留されている液体に付与するためのエネルギーを発生させる記録素子と、前記エネルギー作用室に連通し、前記記録素子によってエネルギーが付与された液体を吐出するための吐出口と、液体供給口を介して供給され前記エネルギー作用室に貯留される液体が通る液体流路とを有するノズルを複数具えた液体吐出ヘッドにおいて、前記液体供給口と前記液体流路との間には、前記液体供給口から前記エネルギー作用室へ供給される液体を間に通すことで液体に含まれる不純物を液体に対して分離させるために複数のノズルフィルタが設けられ、前記液体流路で前記液体供給口に最も近接した部分である液体流路入口と前記ノズルフィルタとの間の、前記液体供給口から前記吐出口に向かう方向に対する距離をＬ１とし、前記ノズルフィルタの間の距離をＬ２とすると、Ｌ１とＬ２との関係がＬ１≦Ｌ２を満たし、前記記録素子の駆動により、前記エネルギー作用室に貯留されている液体にエネルギーが付与されることで生成される気泡における、体積が最大となったときの前記液体流路入口の端部よりも複数の前記ノズルフィルタの配列方向の外側に突出した部分の体積をＶとし、隣り合うノズルの前記液体流路入口の間の距離をＬ、前記液体供給口と前記液体流路の間における、前記記録素子が形成された基板の表面と前記液体流路の天井までの距離をＨとしたとき、Ｌ＞（２Ｖ／（Ｈ×Ｌ１））を満たすことを特徴とする。

また、本発明の液体吐出ヘッドによれば、エネルギー作用室と、前記エネルギー作用室に配置され、前記エネルギー作用室に貯留されている液体に付与するためのエネルギーを発生させる記録素子と、前記エネルギー作用室に連通し、前記記録素子によってエネルギーが付与された液体を吐出するための吐出口と、液体供給口を介して供給され前記エネルギー作用室に貯留される液体が通る液体流路とを有するノズルを複数具えた液体吐出ヘッドにおいて、前記液体供給口と前記液体流路との間に、前記液体供給口から前記エネルギー作用室へ供給される液体を間に通すことで液体に含まれる不純物を液体に対して分離させるためのノズルフィルタが複数配置され、前記液体流路で前記液体供給口に最も近接した部分である液体流路入口と前記ノズルフィルタとの間の流路における流抵抗が、前記ノズルフィルタの間の流路における流抵抗よりも大きく、前記記録素子の駆動により、前記エネルギー作用室に貯留されている液体にエネルギーが付与されることで生成される気泡における、体積が最大となったときの前記液体流路入口の端部よりも複数の前記ノズルフィルタの配列方向の外側に突出した部分の体積をＶとし、隣り合うノズルの前記液体流路入口の間の距離をＬ、前記液体供給口と前記液体流路の間における、前記記録素子が形成された基板の表面と前記液体流路の天井までの距離をＨとしたとき、Ｌ＞（２Ｖ／（Ｈ×Ｌ１））を満たすことを特徴とする。

本発明によれば、複数の吐出口が並べられて吐出口列が形成された液体吐出ヘッドで気泡を膨張させて液体供給口側へ移動させる回復処理が行われた場合に、気泡がノズルから効率よく抜けることで回復が行われる液体吐出ヘッドを提供することができる。

以下、本発明を実施するための実施形態について添付図面を参照しながら説明する。

まず、本実施形態に係る記録ヘッドが採用されているインクジェット記録装置としての記録装置の構成について説明する。本実施形態における記録装置１は、カートリッジタイプのインクジェット記録ヘッドとしての記録ヘッドＨ１００１を搭載可能に構成されている。図１は、本実施形態のインクジェット方式の記録装置１の平面図である。

図１に示される記録装置１は、シリアルスキャン方式の記録装置である。キャリッジ１０２は、記録装置１の主走査方向（図１に示される矢印Ａ方向）に延在して装置本体に設置されたガイドシャフト１０３に沿って往復移動可能に支持されている。キャリッジ１０２は、主走査モータ１０４により、モータプーリ１０５、従動プーリ１０６及びタイミングベルト１０７等の駆動機構を介して駆動される。これにより、キャリッジ１０２の位置及び移動が制御される。また、ホームポジションセンサ１３０がキャリッジ１０２に設けられている。これにより、ホームポジションセンサ１３０が遮蔽板１３６の位置を通過する際に、キャリッジ１０２の遮蔽板１３６上の通過をホームポジションセンサ１３０が検知する。これにより、キャリッジ１０２がホームポジションにあることを検知することが可能となる。

印刷用紙やプラスチック薄板等の記録媒体は、記録装置１に設けられた給紙トレイに載置された後、送りローラによって図１に示される矢印Ｂの副走査方向に搬送される。給紙モータ１３５の駆動によってギアを介してピックアップローラ１３１を回転させることにより、記録媒体１０８がオートシートフィーダ（ＡＳＦ）１３２から一枚ずつ分離給紙される。そこから搬送ローラ１０９を回転させることにより、記録ヘッドＨ１００１の吐出口面と対向する位置（記録領域）を通って記録媒体が搬送（副走査）される。搬送ローラ１０９はＬＦモータ１３４の回転によりギアを介して回転駆動される。その際、給紙されたかどうかの判定と給紙時の頭出し位置の確定は、ペーパエンドセンサ１３３によって行われる。また、給紙されたかどうかの判定及び給紙時の頭出し位置の確定は、記録媒体１０８がペーパエンドセンサ１３３を通過するときに行われる。さらに、ペーパエンドセンサ１３３は、記録媒体１０８の後端が実際にどこに有るかを検知する。そして、実際の記録媒体１０８の後端から現在の記録位置を割り出すためにも使用されている。

そして、記録装置１は、記録動作と、その記録幅に対応する距離だけ用紙を副走査方向に搬送する搬送動作と、を繰り返すことによって、用紙に順次画像を記録する。記録動作は、記録ヘッドを主走査方向に移動させつつ、プラテン上の記録媒体１０８の記録領域に向かってインクを吐出させて行われる。

なお、本発明は、記録媒体の幅方向の全域に亘って延在する長尺な記録ヘッドを用いるフルラインタイプの記録装置にも適用可能である。

記録の際には、記録媒体１０８は記録領域において平坦な記録面を形成するように、その裏面がプラテン（不図示）によって支持されている。このとき、キャリッジ１０２に搭載された液体吐出ヘッドとしての記録ヘッドＨ１００１は、それらの吐出口面がキャリッジ１０２から下方へ突出するように配置されている。そして、記録ヘッドＨ１００１は、２組の搬送ローラ対の間で吐出口面が記録媒体１０８における記録領域に対して平行に向き合うように、キャリッジ１０２に保持されている。このように、記録ヘッドＨ１００１は、図１の記録装置１におけるキャリッジ１０２に位置決めされつつ交換可能に搭載されている。キャリッジ１０２には、記録ヘッドＨ１００１上の外部信号入力端子を介して各吐出部に駆動信号等を伝達するための電気接続部が設けられている。記録ヘッドＨ１００１は、吐出口の並び方向がキャリッジ１０２の主走査方向に対して直交するように方向付けられてキャリッジ１０２に搭載される。

図２（ａ）、（ｂ）には、キャリッジ１０２を介して記録装置１に搭載される記録ヘッドＨ１００１を説明するための全体の斜視図が示されている。図２（ａ）には、記録ヘッドＨ１００１を斜め下方から見た斜視図が示されており、図２（ｂ）には記録ヘッドＨ１００１を斜め上方から見た斜視図が示されている。また、図３（ａ）、（ｂ）には、記録ヘッドＨ１００１を部品ごとに分解した際の、記録ヘッドＨ１００１の斜視図が示されている。図３（ａ）には記録ヘッドＨ１００１を斜め下方から見た斜視図が示されており、図３（ｂ）には記録ヘッドＨ１００１を斜め上方から見た斜視図が示されている。これらの図面を参照して記録ヘッドＨ１００１について説明する。

本実施形態におけるインクジェット記録ヘッドとしての記録ヘッドＨ１００１は、電気信号に応じて膜沸騰を発泡室内部のインクに対して生じせしめるための熱エネルギーを生成する電気熱変換素子を用いたバブルジェット（登録商標）方式の記録ヘッドである。加えて、本実施形態の記録ヘッドＨ１００１は、電気熱変換素子とインク滴が吐出する吐出口とが対向するように配置された、いわゆるサイドシュータ型の記録ヘッドである。

図３（ａ）の分解斜視図に示されるように、本実施形態の記録ヘッドＨ１００１は、記録素子基板Ｈ１１０１、電気配線テープＨ１３０１、インク供給保持部材Ｈ１５０１を有して構成されている。また、本実施形態の記録ヘッドＨ１００１は、図３（ｂ）の分解斜視図に示されるように、フィルタＨ１７０１、Ｈ１７０２、Ｈ１７０３、インク吸収体Ｈ１６０１、Ｈ１６０２、Ｈ１６０３、蓋部材Ｈ１９０１、シール部材Ｈ１８０１を有して構成されている。

上述したようなカートリッジタイプの記録ヘッドＨ１００１の記録素子基板Ｈ１１０１に設けられている吐出口を塞ぐように、記録ヘッドＨ１００１の吐出口形成面の表面には保護テープ（不図示）が貼られた状態で物流される。これにより、記録ヘッドＨ１００１のインク供給保持部材Ｈ１５０１に充填されたインクが記録ヘッドＨ１００１の吐出口から漏れないように封止されている。なお、ここでは３種類のインクを吐出可能な記録ヘッドの構成について説明しているが、本発明の記録ヘッドはこれに限定されるものではない。インクの種類の数は３種類でなく、４種類以上でも２種類以下であっても良い。また、インクの色も上記のイエロー、シアン、マゼンタに限定されず、他の色のインクが用いられても良い。また、記録を行うために発色するインクでなくとも良く、インクまたは記録媒体の処理のために供される液体であっても良い。ここで、インクまたは記録媒体の処理としては、例えば、記録媒体に付与されるインク中の色材の凝固または不溶化による定着性の向上や、記録品位ないし発色性の向上、画像耐久性の向上などのことを言うものとする。

また、図２（ａ）に示されるように、本実施形態の記録ヘッドＨ１００１は、装着ガイドＨ１５６０及び係合部Ｈ１９３０を備えている。装着ガイドＨ１５６０は、記録ヘッドＨ１００１の装着の際にインクジェット記録装置本体のキャリッジ１０２の装着位置に案内し、記録ヘッドＨ１００１を記録装置１の所定位置に正確に取り付けられるように形成されている。係合部Ｈ１９３０は、記録ヘッドＨ１００１が記録装置本体に装着される際に、ヘッドセットレバーと係合されることによりキャリッジ１０２に対して装着固定される。さらに記録ヘッドＨ１００１は、主走査方向に対する突き当て部Ｈ１５７０、副走査方向に対する突き当て部Ｈ１５８０、インク吐出方向に対する突き当て部Ｈ１５９０を装着ガイドＨ１５６０に近接した位置に備えている。これらは、記録ヘッドＨ１００１がキャリッジ１０２の所定の装着位置に位置決めするために形成されている。突き当て部Ｈ１５９０によって記録ヘッドＨ１００１がキャリッジ１０２に対して位置決めされることで、電気配線テープＨ１３０１上の外部信号入力端子Ｈ１３０２がキャリッジ内に設けられた電気接続部のコンタクトピンと正確に電気的接触を行う。

次に、記録ヘッドＨ１００１の構成について説明する。

図４には、本実施形態の記録ヘッドＨ１００１における吐出口の形成された吐出口形成面の模式的な平面図が示されている。図４に示された記録ヘッドＨ１００１の吐出口形成面は、図２（ａ）における記録ヘッドＨ１００１を矢印Ｃ方向に見た際の記録素子基板Ｈ１１０１における吐出口の配列である。また、図４に示される吐出口形成面の模式的な平面図には、仮想的にインク供給口３０７が示されている。記録素子基板Ｈ１１０１にはインク供給口３０７が形成されており、インク供給口３０７を介してインク供給保持部材Ｈ１５０１に貯留されたインクがそれぞれのノズル３１０へ供給される。インク供給口３０７は、副走査方向に対して長く延びた略長方形の形状を有しており、記録素子基板Ｈ１１０１に三列形成されている。記録ヘッドＨ１００１には、相対的に吐出量の多い複数の第一の吐出口２０３と、相対的に吐出量の少ない複数の第二の吐出口２０４との二種類の吐出口２０３、２０４を有している。本実施形態では、第一の吐出口２０３は５ｐｌの液滴を吐出可能に形成されており、第一の吐出口２０３がインク供給口３０７に平行に並べられることで第一の吐出口列２０１が形成されている。また、第二の吐出口２０４は２ｐｌの液滴を吐出可能に形成されており、第二の吐出口２０４がインク供給口３０７に平行に並べられることで第二の吐出口列２０２が形成されている。

このとき各吐出口列２０１、２０２を構成する吐出口から吐出されるインク滴の大きさは、それぞれが全て正確に５ｐｌ及び２ｐｌである必要はなく、実質的に吐出口列として、それぞれ５ｐｌ及び２ｐｌのインク滴を吐出する程度の大きさであれば良い。各吐出口列２０１、２０２は全てインク供給口３０７の延びている方向に平行に延びており、三列の各インク供給口３０７はそれぞれ三つのインクタンク部に独立して接続されている。従って、三つのインクタンク部に種類の異なるインクを貯留しておけば、三列のインク供給口３０７に対してそれぞれ異なるインクを供給することができ、結果的に三列のインク供給口３０７に接続された吐出口からそれぞれ異なる種類のインクを供給可能である。本実施形態では、吐出口から吐出されるインクは、シアン、マゼンタ、イエローの三種類の色のインクが設定されている。なお、吐出口から吐出されるインクの吐出量は一回の吐出につき５ｐｌあるいは２ｐｌに限定されるわけではなく、他の吐出量であっても良い。

記録ヘッドＨ１００１に形成されている吐出口列２０１、２０２のうち、第二の吐出口列２０２における主要部を拡大したノズル形状を示すための断面図を図５に示す。なお、ここでは例として第二の吐出口列２０２について図示しているが、第一の吐出口列２０１は各部の寸法が異なるだけで、その構造については第二の吐出口列２０２と同じである。第二の吐出口列２０２を構成する各吐出口３０２は、２ｐｌのインク滴を吐出可能なような面積を有して形成されている。具体的には、吐出口３０２の断面が直径１０．４μｍの円に形成されている。各インク吐出口３０２に連通する発泡室３０３やインク流路３０４や電気熱変換素子３０１の寸法も、２ｐｌのインク吐出量に合わせて調整されて形成されている。具体的には、発泡室３０３の幅は２２μｍ、インク流路３０４の幅は１１μｍで形成されている。

記録ヘッドＨ１００１は、吐出口列２０１、２０２を有していることでノズル３１０を複数具えている。ノズル３１０は、エネルギー作用室としての発泡室３０３と、記録素子としての電気熱変換素子３０１と、インクを吐出するための吐出口３０２と、液体流路としてのインク流路３０４とを有している。ここで、発泡室３０３は、内部に吐出口３０２から吐出される液体としてのインクを一旦貯留する。電気熱変換素子３０１は、発泡室３０３に配置され、発泡室３０３の内部に貯留されているインクに付与するためのエネルギーを発生させるものである。吐出口３０２は発泡室３０３に連通し、それを通って電気熱変換素子３０１によってエネルギーが付与されたインクが吐出される。インク流路３０４は、液体供給口としてのインク供給口３０７を介して供給され発泡室３０３に一旦貯留されるインクが、それを通って発泡室３０３の内部に供給される通路である。

発泡室３０３の内部における吐出口３０２に対向した位置には、電気熱変換素子３０１が配置されている。電気熱変換素子３０１は、１３×２２．４μｍの長方形状に形成されている。インク流路３０４は、共通液室３０５に連通して形成されている。共通液室３０５は、インク供給口３０７よりもインクの吐出される側である表面側に位置し、インク供給口３０７を覆うように形成されている。

次に、ノズルフィルタの配置について説明する。

共通液室３０５の内部であってインク供給口３０７の外側の領域には、ノズルフィルタ３０６が配置されている。ノズルフィルタ３０６は、インク供給口３０７とインク流路３０４との間に、複数配置されている。そして、インク供給口３０７から発泡室３０３へ供給されるインクをノズルフィルタ３０６の間に通すことで、ノズルフィルタ３０６がインクに含まれる不純物をインクに対して分離させる目的を有している。すなわち、ノズルフィルタ３０６は、インク供給口３０７からノズルへ供給されるインク中にゴミ等が含まれている場合に、これをトラップする。そして、インク中のゴミ等がノズル３１０の内部へ流入することを抑えること等の目的により配置されている。

本実施形態では、ノズルフィルタ３０６は直径１４μｍの円柱である。そして、本実施形態では、ノズルフィルタ３０６は一つのノズル３１０あたりに２本形成され、すなわち一つのノズル３１０に対して二つのノズルフィルタ３０６が割り当てられている。

ここで、本実施形態のノズル３１０において、インクがインク供給口３０７からノズル３１０の内部に供給される液体流路入口としてのインク流路入口３１１とノズルフィルタ３０６との間の、インク供給方向に対する距離をＬ１とする。また、隣り合うノズルフィルタ３０６間の距離をＬ２とする。ここで、インク供給方向とは、インク供給口３０７から吐出口３０２に向かう方向を言うものとする。この場合、ノズル３１０及びノズルフィルタ３０６は、Ｌ１≦Ｌ２の関係が満たされるように配置されて形成されている。ここで本実施形態では、インク流路入口３１１は、インク流路３０４でインク供給口３０７に最も近接した部分である。本実施形態では、Ｌ１が６μｍ、Ｌ２は７μｍに形成されている。

また、ノズルフィルタ３０６は、吐出口３０２を塞ぐようなゴミをトラップする目的も有しているので、Ｌ１及びＬ２の両方が、吐出口列２０１、２０２を構成する複数の吐出口の全てのノズルにおいて吐出口径よりも小さいことが好ましい。本実施形態では、Ｌ１≦Ｌ２の関係が満たされているので、Ｌ２が吐出口径よりも小さければ、Ｌ１及びＬ２の両方が吐出口径よりも小さいことになる。従って、本実施形態では、吐出口の吐出口径をｄとすると、全てのノズルにおいてＬ２＜ｄの関係が満たされている。

次に、本実施形態の記録ヘッドＨ１００１を用いて行われる回復処理について説明する。

まず、インクが吐出口から吐出されないように電気熱変換素子３０１に対して短いパルスによって駆動信号が与えられる。こうすることで、発泡室３０３の内部のインクを加熱する。これによって発泡室３０３の内部のインクの温度が上昇すると、インクの吐出時に吐出に対して影響を与えてしまうような発泡室３０３内部に残っている気泡が膨張させられる。

ここで、インクが収容されているインク供給保持部材Ｈ１５０１には、吐出口からのインク漏れを防ぐための負圧を形成するために、スポンジ状の多孔質体であるインク吸収体Ｈ１６０１、Ｈ１６０２、Ｈ１６０３が収納されている。また、インク供給口３０７は、インク流路３０４を介してインク供給保持部材Ｈ１５０１の内部に接続されている。従って、発泡室３０３内部よりもインク供給保持部材Ｈ１５０１内部の方が低圧の状態となっているので、気泡が膨張すると気泡は低圧側に引っ張られる。また、気泡が膨張すると、これによって気泡が圧力差の影響をより受け易くなる。従って、気泡が発泡室３０３からインク供給口３０７側へ移動する。

記録ヘッドＨ１００１がキャリッジに装着された際には、一般には、本実施形態のように記録ヘッドの吐出口が記録ヘッドの下方に載置された記録媒体に対向するように、記録ヘッドＨ１００１は鉛直方向下向きに取り付けられる。従って、インク供給口３０７からのインクの流路は、インク供給保持部材Ｈ１５０１に向かって上方向に延びている。気泡がインク供給口３０７に到達すると、そこからインク供給保持部材Ｈ１５０１までの流路が上方向に延びるので、気泡は、前述の低圧部分に引っ張られることに加え、気泡の浮力により上昇してインク供給保持部材Ｈ１５０１に向かって移動する。インク供給口３０７を通過した気泡は、その後、記録の際にインクの吐出に対して影響を与えることはない。

本実施形態の記録ヘッドにおいては、ノズルフィルタ３０６とノズル３１０との間の位置関係において、ノズル３１０及びノズルフィルタ３０６がＬ１≦Ｌ２の関係を満たすように配置されている。ここで、インク流路入口３１１とノズルフィルタ３０６との間の距離Ｌ１は、図５に示されるように、それらの間の流路の幅のことである。また、本実施形態では、ノズルフィルタ３０６は一つのノズルあたりに２本形成されており、ノズルフィルタ３０６の間の距離Ｌ２は、その二つのノズルフィルタ３０６の間の距離である。従って、インク流路入口３１１とノズルフィルタ３０６との間の流路における流抵抗が、ノズルフィルタ３０６の間の流路における流抵抗よりも大きい。結果として、インクはインク流路入口３１１とノズルフィルタ３０６の間の流路よりも、ノズルフィルタ３０６同士の間の流路を通って流れる。これにより、発泡室３０３内部に形成されて膨張した気泡は、インク流路入口３１１とノズルフィルタ３０６との間の流路よりも、ノズルフィルタ３０６同士の間の流路の方を通過して移動し易い。

このように、気泡はインク流路入口３１１とノズルフィルタ３０６との間の流路を通らずにノズルフィルタ３０６同士の間を通る。従って、気泡は、あるノズルの発泡室３０３からインク供給口３０７側に移動する際に、そのノズル３１０に隣接するノズルからの気泡と結合せずにインク供給口３０７まで移動する。従って、ノズルから移動する気泡は、そのノズルに隣接するノズルで発生する気泡と結合することが抑えられながら、インク供給口側に移動する。気泡が移動する際に、隣接するノズルからの気泡との結合が抑えられるので、結合した気泡がノズル３１０の内部に残ってしまうことを抑えることができる。結果的に、気泡がノズル３１０から効率よく抜けることで記録ヘッドにおけるノズル内部の回復処理がスムーズに行われる記録ヘッドを提供することができる。

このようにインクの加熱によって気泡を膨張させて移動させる回復処理を行うことができるので、発泡室３０３に残った気泡を除去することができる。従って、発泡室３０３内に気泡が残留しないので、気泡からの影響を受けることなく高い着弾精度が維持されたインク吐出を行うことができる。これにより、記録によって得られる出力画像の高い品質が維持される。

また、ノズルフィルタ３０６とノズル３１０との間の位置関係を上述のようにしてそれぞれ配置することで、インクを消費する予備吐出等の別の回復処理を行わなくても発泡室内の気泡を除去できる。従って、回復処理を行う際にインクの消費量を抑えることができる。これにより、記録ヘッドが搭載された記録装置の使用上のコストが抑えられ、運転コストが抑えられた記録装置を提供することができる。またインクの廃棄量を少なく抑えることができるので、環境に優しい記録装置を提供することができる。

また、Ｌ１及びＬ２の両方が、吐出口列を構成する複数の吐出口の全てのノズルにおいて吐出口径よりも小さく形成されていることから、吐出口を塞いでインクの吐出に影響を与えるような大きさのゴミ等はノズルフィルタによってトラップされる。従って、発泡室の内部にはＬ２を超えた長さを有する大きさのゴミ等が流入してこなくなる。これにより、発泡室３０３の内部には、吐出口３０２を塞いで吐出口３０２からのインクの吐出に影響を与えるような大きさの不純物が侵入することが抑えられ、発泡室３０３の内部にそのような大きさの不純物が存在し難くなる。このようにノズルフィルタが形成されることで、発泡室の内部に存在するゴミ等の不純物は、仮に存在しているとしても吐出に影響を与えないような大きさのものだけである。従って、これによる記録への影響は少ないと考えられるので、これを回復処理によって除去することは考えなくとも良い。従って、この回復処理とは別にインクを消費する予備吐出等の回復処理を行わなくても、発泡室内部のゴミ等の不純物によってインク吐出が影響を受けることが抑えられる。これにより、発泡室内部のゴミ等の不純物によってインクの着弾精度が低下することを抑えることができる。また、予備吐出等の回復処理を行わなくても良くなるので、これに伴うインクの消費を抑えることができる。

なお、本実施形態のように気泡を膨張させてノズルから移動させる上述したような回復処理を行うと共に、これとは別に予備吐出等の他の回復処理を行うこととしても良い。

次に、上述の記録ヘッドを適用した記録装置を用いて回復性の確認を行った試験結果について説明する。

まず、本実施形態の記録ヘッドに対して意図的に発泡室の内部にノズル泡を発生させるため、本実施形態の記録ヘッドＨ１００１の背面に加速度約３０Ｇの衝撃を与えた。続いて、本実施形態の記録ヘッドＨ１００１を高温にしてノズル泡３０８を膨張させて除去する記録ヘッドの回復処理を行った。具体的には、インクが吐出しないような短いパルスを電気熱変換素子３０１に与え、インクが約９０℃となるまで加熱した後、温度を２０秒保持した。そして、記録ヘッドの回復処理が行われた後に、この記録ヘッドＨ１００１を用いて記録を行った。記録パターンは罫線や文字等が混在したものを使用した。その結果、発泡室３０３内部に気泡が残ることで生じる不吐やヨレは確認されなかった。

続いて、回復処理が行われている記録ヘッドＨ１００１についてノズル泡の状態を観察した。そのときの記録ヘッドＨ１００１におけるノズル３１０の断面図を図６（ａ）〜（ｃ）に示す。記録ヘッドＨ１００１の発泡室３０３内部の加熱前には、図６（ａ）に示されるように、衝撃によって発生したノズル泡３０８が発泡室３０３内に確認された。そして、記録ヘッドが高温に加熱されるに伴い図６（ｂ）に示されるように発泡室３０３内のノズル泡３０８が徐々に大きくなるのが確認された。記録ヘッドＨ１００１の温度が約９０℃に達したときに、図６（ｃ）に示されるように、大きくなったノズル泡３０８が、圧力差の影響を受け、ノズルフィルタ３０６の間を通りインク供給口３０７側へ移動する。そして、最終的には膨張した気泡がインク供給口３０７を通過して回収されていく現象が確認された。

これは、記録ヘッドＨ１００１のノズル３１０及びノズルフィルタ３０６の位置関係において、距離Ｌ１と、Ｌ２との間に、Ｌ１≦Ｌ２の関係が満たされているためと考えられる。そして、この位置関係により、加熱されることで大きくなったノズル泡３０８が流抵抗の高いインク流路入口３１１とノズルフィルタ３０６との間の方向ではなく、流抵抗の低いノズルフィルタ３０６間の方向へ移動しようとすることに起因していると考えられる。

図７（ａ）は本実施形態において気泡が最大の体積になった瞬間の記録ヘッドにおけるノズルの平面図であり、図７（ｂ）は図７（ａ）のＶＩＩｂ−ＶＩＩｂ線に沿う断面図である。ここで、インク流路入口３１１とノズルフィルタ３０６との間に存在する気泡の体積が最大となったときに、インク流路入口３１１の端部よりも複数のノズルフィルタの配列方向の外側に突出した部分の気泡３１２の体積をＶとする。つまり、この気泡の体積Ｖは、気泡が膨張して最大体積となったときの気泡３１２の一部であり、インク流路３０４よりも隣接するノズルの配列方向の外側に成長した部分の気泡の体積である。また、隣り合うノズルのインク流路入口３１１間の距離をＬ、隣接するノズル方向の気泡長さをＬ３とする。また、図７（ｂ）に示すように、インク供給口３０７とインク流路３０４の間のインクが存在し得る領域において、記録素子基板Ｈ１１０２の表面からインク流路３０４の天井までの高さをＨとする。

ここで、気泡が最大体積になる瞬間に隣接ノズルの気泡同士が結合しないのは、
（Ｈ×Ｌ×Ｌ1）／２＞Ｖ・・・（式１）
が成り立つときである。つまり式１を変換した、
Ｌ＞（２Ｖ／（Ｈ×Ｌ１））・・・（式２）
が成立する時である。

ここで、Ｖは直方体の体積で近似したものであり、詳しくは、Ｖ＝Ｌ１×Ｈ×Ｌ３である。また、Ｌ３＜Ｌ／２であれば、隣接するノズルからの気泡同士が結合しない。ここから、式１が導かれる。本実施形態では式２を満たす構成であるため、隣接ノズルの気泡同士が結合することがないとも考えることができる。

（比較例）
次に、本発明の記録ヘッドと比較するための比較例についての説明を行う。図８〜１０には、比較例についての記録ヘッドのノズル部分を示す模式的な図が示されている。比較例における記録ヘッドＨ１００２の記録素子基板Ｈ１１０２を記録媒体の方向から観察したときの吐出口の配置図を図８に示す。また、図８には、比較例における記録ヘッドの吐出口の位置についても示している。

比較例における記録ヘッドＨ１００２は、相対的に吐出量の多い複数の第一の吐出口と、相対的に吐出量の少ない複数の第二の吐出口との二種類の吐出口を有している。比較例では、第一の吐出口は５ｐｌの液滴を吐出可能に形成されており、第一の吐出口がインク供給口に平行に並べられることで第一の吐出口列４０１が形成されている。また、第二の吐出口は２ｐｌの液滴を吐出可能に形成されており、第二の吐出口がインク供給口に平行に並べられることで第二の吐出口列４０２が形成されている。

第一の吐出口列４０１と第二の吐出口列４０２はインク供給口５０７を介して対向する位置に設けられている。このとき各吐出口列を構成するインク吐出口から吐出されるインクの吐出量が、それぞれ全て５ｐｌ及び２ｐｌである必要はない。実質的に吐出口列として、それぞれ５ｐｌ及び２ｐｌ程度の量のインクを吐出するような大きさの吐出口であれば良い。ここでは、各吐出口列は全て平行に形成されており、三つのインク供給口からそれぞれ異なる種類のインクが供給されることが可能である。なお、吐出口から吐出されるインクの吐出量は一回の吐出につき５ｐｌあるいは２ｐｌに限定されるわけではなく、他の吐出量であっても良い。

ここで、第二の吐出口列４０２におけるノズルの主要部を拡大した断面図を図９に示す。第二の吐出口列４０２を構成する各インク吐出口５０２は、２ｐｌの吐出量のインク滴を吐出可能な面積、具体的には、直径１０．４μｍの円形の形状に形成されている。各インク吐出口に連通する発泡室５０３やインク流路５０４や電気熱変換素子５０１の寸法も、それに合わせて調整されている。具体的には、発泡室５０３の幅は２２μｍ、インク流路５０４の幅は１１μｍで形成されている。電気熱変換素子５０１は、１３×２２．４μｍの長方形状で形成されている。インク流路５０４は、共通液室５０５に連通して形成されている。共通液室５０５は、インク供給口５０７よりもインクの吐出される方向である表面側に位置し、インク供給口５０７を覆うように形成されている。

共通液室５０５の内部であってインク供給口５０７の外側の領域には、ノズルフィルタ５０６が配置されている。ノズルフィルタ５０６は直径１４μｍの円柱で、一つのノズル当りに２本形成されている。ノズルフィルタ５０６は、インク供給口３０７からノズルへ供給されるインク中にゴミ等が含まれている場合に、これをトラップしてノズル内部へ流入することを抑える等の目的により配置されている。

比較例では、インク流路入口５１１とノズルフィルタ５０６との間の距離をＬ１とし、隣り合うノズルフィルタ５０６間の距離をＬ２とすると、Ｌ１は１４μｍでＬ２は７μｍとなるように記録ヘッドＨ１００２が形成されている。このように、比較例では敢えてＬ１＞Ｌ２の関係を満たすように記録ヘッドＨ１００２が形成されている。この比較例でも同様に、吐出されるインクはシアン、マゼンタ、イエローの三種に設定されている。

この記録ヘッドＨ１００２を用いて回復処理を行い、その後回復性の確認を行った。まず、記録ヘッドＨ１００２内部に意図的にノズル泡５０８を発生させるため、約３０Ｇの衝撃を与えた。続いて、記録ヘッドを高温にして発泡室５０３内部のノズル泡５０８を膨張させてその泡を除去する加熱回復処理を行った。具体的には、インクが吐出しないような短いパルスを電気熱変換素子５０１に与える。記録ヘッド内の温度が約９０℃になるまで加熱された後、その状態で２０秒保持され、さらに、その記録ヘッドＨ１００２を用いて記録を行った。記録パターンは罫線や文字等が混在したものを使用した。その結果、得られた記録画像には、多数の不吐やヨレが確認された。

続いて、加熱して気泡を膨張させた後気泡を除去する回復処理において、回復処理の際のノズル泡５０８の状態を観察し、その様子について図１０（ａ）〜（ｃ）に示す。加熱前には、図１０（ａ）に示されるように、発泡室５０３内にノズル泡５０８が確認された。発泡室５０３の内部を高温に加熱するに伴い、図１０（ｂ）に示されるように、発泡室５０３内のノズル泡５０８が徐々に大きくなった。その後記録ヘッドの温度が約９０℃に達したときに、図１０（ｃ）に示されるように、大きくなったノズル泡５０８が、隣接するノズル同士でつながってしまう現象が部分的に確認された。これは、インク流路入口とノズルフィルタとの間の距離をＬ１、隣り合うノズルフィルタ間の距離をＬ２とした場合に、Ｌ１＞Ｌ２の関係にあるためと考えられる。

ここでは、インク流路入口５１１とノズルフィルタ５０６との間の流路の流路幅Ｌ１が隣り合うノズルフィルタ５０６間の流路の流路幅Ｌ２よりも大きく形成されている。従って、隣り合うノズルフィルタ５０６間の流路における流抵抗がインク流路入口５１１とノズルフィルタ５０６との間の流路における流抵抗よりも大きくなっている。そのため、膨張した気泡５０８は、ノズルフィルタ５０６間の流路を通らずにインク流路入口５１１とノズルフィルタ５０６との間の流路を通り、インク供給口５０７の長さ方向に沿って移動するようになる。これにより、隣接したノズルから共通液室に出た気泡同士が結合し、気泡がノズル５０３内部に留まることになる。これは、加熱により大きくなった気泡が、流抵抗の高いノズルフィルタ５０６間の領域を流れようとせず、流抵抗の低いインク流路入口５１１とノズルフィルタ５０６との間の領域をインク供給口の長さ方向に沿う方向へ移動しようとすることに起因すると考えられる。

また、本比較例では
Ｌ≦（２Ｖ／Ｈ×Ｌ1）・・・（式３）
を満たす構成であるため、隣接ノズルの気泡同士が結合するとも考えられる。

本発明の一実施形態に係る記録装置の平面図である。 （ａ）は、図１の記録装置に搭載される記録ヘッドを斜め下方から見た斜視図であり、（ｂ）は、図１の記録装置に搭載される記録ヘッドを斜め上方から見た斜視図である。 （ａ）は、図２の記録ヘッドを分解して斜め下方から見た斜視図であり、（ｂ）は、図２の記録ヘッドを分解して斜め上方から見た斜視図である。 図２の記録ヘッドの吐出口形成面の平面図である。 図４の記録ヘッドの要部を拡大して示した断面図である。 図５の記録ヘッドにおいて回復処理を行う際の気泡の移動を説明するための説明図である。 （ａ）は、本発明の一実施形態に係る記録ヘッドの平面図であり、（ｂ）は（ａ）のＶＩＩｂ−ＶＩＩｂ線に沿う断面図である。 本発明の記録ヘッドと比較するための比較例の記録ヘッドにおける吐出口形成面の平面図である。 図８の記録ヘッドの要部を拡大して示した断面図である。 図９の記録ヘッドにおいて回復処理を行う際の気泡の移動を説明するための説明図である。

１ 記録装置
Ｈ１００１ 記録ヘッド
３０１ ヒーター
３０２ 吐出口
３０３ 発泡室
３０４ インク流路
３０６ ノズルフィルタ
３０７ インク供給口
３１０ ノズル
３１１ インク流路入口

Claims (4)

1. エネルギー作用室と、
   前記エネルギー作用室に配置され、前記エネルギー作用室に貯留されている液体に付与するためのエネルギーを発生させる記録素子と、
   前記エネルギー作用室に連通し、前記記録素子によってエネルギーが付与された液体を吐出するための吐出口と、
   液体供給口を介して供給され前記エネルギー作用室に貯留される液体が通る液体流路と
   を有するノズルを複数具えた液体吐出ヘッドにおいて、
   前記液体供給口と前記液体流路との間には、前記液体供給口から前記エネルギー作用室へ供給される液体を間に通すことで液体に含まれる不純物を液体に対して分離させるために複数のノズルフィルタが設けられ、
   前記液体流路で前記液体供給口に最も近接した部分である液体流路入口と前記ノズルフィルタとの間の、前記液体供給口から前記吐出口に向かう方向に対する距離をＬ１とし、前記ノズルフィルタの間の距離をＬ２とすると、Ｌ１とＬ２との関係がＬ１≦Ｌ２を満たし、
   前記記録素子の駆動により、前記エネルギー作用室に貯留されている液体にエネルギーが付与されることで生成される気泡における、体積が最大となったときの前記液体流路入口の端部よりも複数の前記ノズルフィルタの配列方向の外側に突出した部分の体積をＶとし、
   隣り合うノズルの前記液体流路入口の間の距離をＬ、
   前記液体供給口と前記液体流路の間における、前記記録素子が形成された基板の表面と前記液体流路の天井までの距離をＨとしたとき、
   Ｌ＞（２Ｖ／（Ｈ×Ｌ１））を満たすことを特徴とする液体吐出ヘッド。
2. エネルギー作用室と、
   前記エネルギー作用室に配置され、前記エネルギー作用室に貯留されている液体に付与するためのエネルギーを発生させる記録素子と、
   前記エネルギー作用室に連通し、前記記録素子によってエネルギーが付与された液体を吐出するための吐出口と、
   液体供給口を介して供給され前記エネルギー作用室に貯留される液体が通る液体流路と
   を有するノズルを複数具えた液体吐出ヘッドにおいて、
   前記液体供給口と前記液体流路との間に、前記液体供給口から前記エネルギー作用室へ供給される液体を間に通すことで液体に含まれる不純物を液体に対して分離させるためのノズルフィルタが複数配置され、
   前記液体流路で前記液体供給口に最も近接した部分である液体流路入口と前記ノズルフィルタとの間の流路における流抵抗が、前記ノズルフィルタの間の流路における流抵抗よりも大きく、
   前記記録素子の駆動により、前記エネルギー作用室に貯留されている液体にエネルギーが付与されることで生成される気泡における、体積が最大となったときの前記液体流路入口の端部よりも複数の前記ノズルフィルタの配列方向の外側に突出した部分の体積をＶとし、
   隣り合うノズルの前記液体流路入口の間の距離をＬ、
   前記液体供給口と前記液体流路の間における、前記記録素子が形成された基板の表面と前記液体流路の天井までの距離をＨとしたとき、
   Ｌ＞（２Ｖ／（Ｈ×Ｌ１））を満たすことを特徴とする液体吐出ヘッド。
3. 一つの前記ノズルに対して二つのノズルフィルタが割り当てられ、前記ノズルフィルタの間の距離Ｌ２は、前記二つのノズルフィルタの間の距離であることを特徴とする請求項１または２に記載の液体吐出ヘッド。
4. 前記吐出口が円形に形成され、
   前記ノズルフィルタの間の距離Ｌ２は、吐出口径よりも小さく形成されていることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の液体吐出ヘッド。

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