JP6516612B2 - 液体吐出ヘッド及び液体吐出装置 - Google Patents

Description

本発明は、紙や布などの記録媒体に対して記録液などの液体を吐出口より吐出させて記録を行う液体吐出ヘッドと、この液体吐出ヘッドを用いた液体吐出装置とに関する。

一般的な液体吐出ヘッドは、例えば、特許文献１に記載されるように、複数の吐出口が列をなして設けられるとともにこの吐出口列ごとに設けられた供給口を備えた記録素子基板と、内部に液室を有する支持部材と、を備えている。記録素子基板を支持部材上に実装することによって、液室と供給口とが接続し、液室から吐出口までの液体の経路が形成される。液室は、液体の供給源である液体タンクから液体の供給を受けるようになっている。また近年、液体吐出ヘッドでは、高速記録への要請から、吐出口列に配列される吐出口の数も多くなってきており、記録液などの液体を高流量で吐出口列に供給できる流路設計が求められるようになってきている。

液体吐出ヘッドでは、吐出口において記録液などの液体のメニスカスが形成された状態で、液体に対してエネルギーを付与することにより、液体の滴を前方に吐出させる。ここで前方とは、吐出口が形成されている面を基準として液体吐出ヘッドから遠ざかる方向を意味する。吐出口においては吐出した滴の体積に等しい液体が供給口側から供給されるが、その際、液体の振動によって吐出口でのメニスカスが大きく振動し、それにより、次の吐出を行う際に吐出される液滴が安定しないことがある。メニスカスの振動により液滴が安定しないと、液体吐出ヘッドが例えばインクジェット記録ヘッドである場合には、記録媒体に形成される画像の品位を著しく劣化させることになる。特に、高密度で多数の吐出口を配置した液体吐出ヘッドでは、単位時間当たりの液体流量が多い。例えば、大量の液体吐出が一気に開始した場合、その時点では液体吐出ヘッド内で液体を前方に移動させようとする慣性力が小さいため、液室から供給口を経た吐出口内への液体の再充填（リフィル）が十分には行われなくなる。このため、吐出口におけるメニスカスが引き込んだ状態で次の吐出が開始されることとなる。また、大量の液体吐出が一気に停止したとき、その時点では液体吐出ヘッド内で液体が前方に移動しようとする慣性力が大きく、この慣性力により吐出口内の液体が押し出されて、吐出口におけるメニスカスが飛び出した状態になる。ところで液体の供給源である液体タンクは、一般に、液体吐出ヘッドの吐出口から液体の垂れが生じないようにするために、液体に対して負圧力を印加させる続けるような構成となっている。このことから、液体タンクから供給される液体には上流側に引き戻そうとする力が作用するため、吐出口でメニスカスが飛び出した状態の液体は、その後、吐出口内に戻る方向に後退しようとする。

このように、液体吐出ヘッドでは、液体の吐出に伴って、吐出開始時や吐出停止後に吐出口のメニスカスが前方に飛び出したり後方へ後退したりする、いわゆるメニスカス振動が誘発される。メニスカス振動は、単位時間当たりの吐出される液体流量が増えるほど大きくなる。そして、メニスカス位置が前方に飛び出した状態や後方に後退した状態で次の吐出のための信号が入力すると、前者では、多数の小さな液滴が飛び散って、記録媒体上にスプラッシュ状の記録が形成されてしまう。また後者では、吐出速度や吐出量が小さくなり、かすれた状態の記録が形成されてしまう。いずれの場合においても記録品位が悪化することになる。

メニスカス振動を抑制して良好な記録品位を保つために、特許文献１，２には、液室内に、あるいはタンクから液室に至る流路に、内部に気泡を蓄積したバッファ室を設けることが開示されている。このバッファ室は、メニスカス振動の原因となる圧力振動を吸収、減衰させるためのものである。気泡を貯えるバッファ室に関し、一般に、液体を吐出する吐出口により近い位置に設ける方が、より速いすなわち高い周波数成分の圧力振動まで減衰できるようになり、また、大きな体積の方が、より振幅が大きい圧力振動まで減衰できるようになる。

特開２００４−１２２４６３号公報 特開２００６−２４０１５０号公報

特許文献１に示されるようにタンクから液室までの液体の流路の途中にバッファ室を設ける場合には、バッファ室の体積を大きくできるので、より大きな圧力振動まで減衰、吸収することができる。しかしながらこの場合、バッファ室の位置が吐出口から遠くなるので、周期が短い圧力振動を減衰しにくくなる。一方、特許文献２に示されるように液室内にバッファ室を設けた場合、吐出口により近い位置にあるため、周期の短い圧力振動まで減衰できるものの、体積を大きくすることが難しく、大きな圧力振動を減衰しにくくなる。結局、バッファ室を設ける場合において、短い周期の圧力振動まで振動を減衰、吸収できるようにすることと、振幅の大きな圧力振動を減衰、吸収できることとが両立しないこととなる。

本発明の目的は、高速記録への要求から吐出口の数が多く高流量のインク供給が必要な場合であっても記録品位悪化の要因である吐出口のメニスカス振動を確実に減衰させ、高品位で高速な記録が可能である液体吐出ヘッドを提供することにある。
本発明の別の目的は、高速記録への要求から吐出口の数が多く高流量のインク供給が必要な場合であっても液体吐出ヘッドにおける吐出口のメニスカス振動を確実に減衰させ、高品位で高速な記録が可能である液体吐出装置を提供することにある。

本発明の液体吐出ヘッドは、液体を吐出する吐出口と吐出口から液体を吐出するためのエネルギーを発生する複数の記録素子が形成された記録素子基板と、記録素子基板を接合固定するとともに記録素子基板に供給される液体を一時的に貯蔵する液室と液室ごとにその液室への液体の流入口とが形成された板状の部材からなる支持部材と、を有する吐出ユニットと、液体を貯溜する液体タンクから吐出ユニットに液体を供給する液体通路を有する流路ユニットと、支持部材と流路ユニットによって挟持されて、流路ユニットの液体通路の出口と支持部材の流入口との間で液体の流通を維持しつつ液体をシールするジョイント部材と、を有し、ジョイント部材、吐出ユニット及び流路ユニットによって画定された空間内に、液室内での液体の振動を抑制するバッファ室が形成されている。

本発明の液体吐出装置は、本発明の液体吐出ヘッドを備え、最大で１５ｇ／ｍｉｎ以上の流量で液体を吐出する。

本発明によれば、吐出口の数が多く高流量のインク供給が必要な場合であっても液体吐出ヘッドにおける吐出口のメニスカス振動を減衰させることができ、これにより、高品位で高速な記録が可能となる。

本発明の第１及び第３の実施形態の液体吐出ヘッドの部品構成と組み立てとを示す分解斜視図である。 第１及び第３の実施形態の液体吐出ヘッドを示す斜視図である。 （ａ），（ｂ）は、第１の実施形態の液体吐出ヘッドの内部構造を示す断面図である。 （ａ）はメニスカス振動をシミュレーションする際のモデルを示す等価回路図であり、（ｂ）はシミュレーションでのノード間のブランチを示す等価回路図であり、（ｃ），（ｄ）はシミュレーション結果を示す図である。 本発明の第２及び第４の実施形態の液体吐出ヘッドの部品構成と組み立てとを示す分解斜視図である。 （ａ），（ｂ）は、第２の実施形態の液体吐出ヘッドの内部構造を示す断面図である。 （ａ），（ｂ）は、第３の実施形態の液体吐出ヘッドの内部構造を示す断面図である。 （ａ），（ｂ）は、第４の実施形態の液体吐出ヘッドの内部構造を示す断面図である。 各実施形態の液体吐出ヘッドを用いる液体吐出装置を示す概略斜視図である。 比較例１の液体吐出ヘッドの内部構造を示す断面図である。 比較例２の液体吐出ヘッドの内部構造を示す断面図である。

次に、本発明の好ましい実施の形態について、図面を参照して説明する。

［第１の実施形態］
図１は、本発明の第１の実施形態に基づくインク等の液体を吐出する液体吐出ヘッドの部品構成と組み立てとを示し、図２は組み立て完了後の液体吐出ヘッドを示している。この液体吐出ヘッド１００は、液体吐出装置に設けられるものであって、吐出口におけるメニスカス振動を確実に減衰できるようにしたものである。以下では、液体吐出ヘッド１００がインクジェット記録ヘッドとして構成されているものとするが、本発明に基づく液体吐出ヘッドは、インクジェット記録ヘッド以外の用途にも使用し得るものである。まず、メニスカス振動を減衰させるための構成を説明する前に、液体吐出ヘッド１００の全体についての概略を説明する。図示される液体吐出ヘッド１００は、記録用の液体として、例えば、黒色（ブラック）のインクと、黒色以外の６色のカラーインクを吐出するものである。黒色インク及びカラーインクを総称して記録液と称する。

液体吐出ヘッドから吐出すべき液体（この例では記録液）を貯溜する液体タンクを保持する筐体３ａに対し、流路プレート３ｂが溶着などにより接合されて流路ユニット３が形成されている。筐体３ａによって隠される位置となるため、図１及び図２には液体タンクは示されていない。

一方、黒色のインクを吐出する吐出口列が形成された記録素子基板２と、カラーインクを吐出する６列の吐出口列が形成された記録素子基板２１が、支持部材１０に対して位置決めされて接合固定されている。支持部材１０は、記録液を取り入れる入口と記録液を一時的に貯蔵する液室とが形成された板状の部材である。各記録素子基板２，２１では、複数の吐出口が列をなして配置されて吐出口列を形成しており、吐出口ごとに圧力室が設けられ、各圧力室には対応する吐出口からインクを吐出するエネルギーを発生する記録素子が設けられている。黒色用の記録素子基板２に形成された吐出口列は、２５．４ｍｍの記録幅に対応した長さを有し、カラーインク用の記録素子基板２１では、各色の吐出口列は、１２．７ｍｍの記録幅に対応した長さを有する。記録素子基板２，２１の各記録素子に対して記録用の電気信号を供給するために、電気配線基板２２が支持部材１０に位置決め接合されており、記録素子基板２，２１にも電気配線が接合されている。支持部材１０、記録素子基板２，２１及び電気配線基板２２によって、吐出ユニット２０が構成される。

以上のような流路ユニット３と吐出ユニット２０とによってジョイント部材９を挟み込み、吐出ユニット２０側からビス２３によって固定する。これにより、ジョイント部材９を挟んで流路ユニット３と吐出ユニット２０とが圧接され固定される。その後、電気配線基板２２は筐体３ａに固定される配線基板３０（図２参照）と接合され、図２に示すように液体吐出ヘッドが完成する。この構成において流路ユニット３は、後述するように、液体タンクから吐出ユニット２０に記録液を供給する液体通路と、液体通路の出口を吐出ユニット２０に連結するための流路連結部とを備えている。ジョイント部材９は、流路ユニット３の支持部材１０と吐出ユニット２０によって挟持されて記録液に対するシールとして機能するものである。ジョイント部材９は、支持部材１０での記録液の入口と流路ユニット３の液体通路の出口との間での記録液の流通を維持しつつ、記録液が支持部材１０と吐出ユニット２０との隙間から漏出しないようにする。ジョイント部材９は、記録液を流路ユニット３から吐出ユニット２０に供給するために貫通する開口を有する必要がある。また、流路プレート３ｂには、ジョイント部材９の開口に嵌合する環状の突起部が流路連結部として形成されおり、この流路連結部の内部に、液体通路の出口が開口することになる。以下の説明では、黒色インクについての液体通路の出口を出口３３ａ，３３ｂとし、これに対応したジョイント部材の貫通する開口を開口９ａ，９ｂとしている。ジョイント部材９は弾性を有する部材、例えば、ゴム部材や接着剤を硬化させた部材で形成されるが、他の部材で形成されてもよい。

本実施形態の液体吐出ヘッドでは、黒色インクに関し、ジョイント部材９、流路ユニット３及び吐出ユニット２０によって画定される空間に、支持部材１０に形成される液室内での記録液の振動を抑制するバッファ室が形成されるようにしている。このバッファ室内には気体が保持されており、この気体によりインクを吐出する際に発生する圧力変動を吸収する。具体的には、吐出ユニット２０と接合される際に形成されるバッファ室空間を得るために、流路ユニット３の流路プレート３ｂにおいて、流路連結部内の領域であって液体通路の出口の周囲となる位置に凹み部を設けている。流路プレート３ｂは一般に樹脂成型で作られる部材であるから、その製造過程において液体通路や流路連結部と同時に凹み部を形成することは容易である。ジョイント部材９、流路ユニット３及び吐出ユニット２０によって挟まれる空間にバッファ室空間を得る他の手法として、ジョイント部材９に仕切りや袋小路部を設けるようにしてもよい。バッファ室空間を得る方法としては、支持部材１０側に凹み部や仕切りを設けるようにしてもよく、ここで述べた手法を組み合わせることによって、バッファ室空間をさらに大きくするようにしてもよい。なお、本実施形態では、カラーインクについては、想定される記録液流量が小さく、また各色ごとの吐出口列の長さも短いことから、ジョイント部材９、流路ユニット３及び吐出ユニット２０によって画定される空間にはバッファ室を設けていない。以下の説明は、本実施形態における黒色インクの供給経路に設けられるバッファ室に関するものである。

以下、本実施形態の液体吐出ヘッドについて、図３を参照してさらに詳しく説明する。図３（ａ）は、液体タンク１から吐出口列５に至るまでの黒色インクの流れを説明する断面図であり、図３（ｂ）は図３（ａ）のＡ−Ａ’線での断面図である。ここでは、説明を簡単にするため、筐体３ａのうち、液体タンク１の側面部分に位置する部分は図示していない。
図３において、液体タンク１が、タンクシールゴム６に対して押さえつけられて、流路ユニット３の筐体３ａの内底面に固定されている。液体タンク１内の記録液は、液体吐出ヘッド１００内を減圧または液体タンク内を加圧することによって、液体吐出ヘッド１００に導入される。まず記録液は、筐体３ａの内底面に設けられた貫通孔から、筐体３ａ及び流路プレート３ｂにより形成された液体通路７に供給される。記録液は直線状の液体通路７の中央部分に供給されるようになっており、この供給位置から見て液体通路７の両端に向けて記録液が分岐することなり、記録液の導入位置から見て液体通路７は相互に反対方向に分岐することとなる。液体通路７の両端の出口は、それぞれ、分岐した記録液を支持部材１０に供給するための出口３３ａ，３３ｂとなっている。流路プレート３ｂに２つの出口３３ａ，３３ｂが形成されることに対応して、支持部材１０にも２つの液室４ａ，４ｂが設けられている。吐出口列５の方向に沿って液室４ａ，４ｂは連続して配置しているが、支持基板１０において両方の液室４ａ，４ｂの間に記録素子基板２に対して突出する部分が存在することにより、液室４ａ，４ｂは相互に分離している。出口３３ａ，３３ｂを介して流路プレート３ｂから流れ出し支持部材１０に供給された記録液は、矢印で示す経路１１ａ，１１ｂにしたがって、液室４ａ，４ｂにそれぞれ充填される。支持部材１０に設けられた入口は、液室４ａ，４ｂに対する記録液の流入口となるので、それぞれ流入口１３ａ，１３ｂと呼ぶ。流入口１３ａ，１３ｂは、ジョイント部材９の開口９ａ，９ｂ内で、出口３３ａ，３３ｂに対してほぼ正対しているが、出口３３ａ，３３ｂと流入口１３ａ，１３ｂの間には、後述するバッファ室１４ａ〜１４ｄに連通するための隙間が形成されている。流入口１３ａ，１３ｂの内直径は、出口３３ａ，３３ｂの内直径に比べてほぼが若干大きくなっている。

２つの出口３３ａ，３３ｂのそれぞれ対応するようにジョイント部材９には２つの開口９ａ，９ｂが設けられている。出口３３ａ，３３ｂ自体はほぼ円形の形状であるが、バッファ室を形成するために開口９ａ，９ｂはいずれも細長い形状となっている。開口９ａ，９ｂの幅は、出口３３ａ，３３ｂをちょうど受け入れることができる幅であるが、長さは出口３３ａ，３３ｂの直径よりもかなり大きくなっている。これにより、流路プレート３ｂ、ジョイント部材９及び支持基板１０で挟まれた空間に、バッファ室１４ａ〜１４ｄが形成されることになる。開口９ａでは、２つのバッファ室１４ａ，１４ｂが出口３３ａの位置を中心にして両側に設けられ、開口９ｂでは、２つのバッファ室１４ｃ，１４ｄが出口３３ｂの位置を中心にして両側に設けられている。各バッファ室１４ａ〜１４ｄに対応して、流路プレート３ｂの表面には、上述した凹み部が形成されている。このとき、バッファ室１４ａ〜１４ｄは、出口３３ａ，３３ｂから流入口１３ａ，１３ｂへの記録液の流れから見て、袋小路状の空間として形成される。このため、バッファ室１４ａ〜１４ｄ内には微小な気泡が常時存在することとなり、記録液に生じた振動は、バッファ室１４ａ〜１４ｄ内のこの気泡によって吸収され、減衰することととなる。この構成では、対応する出口３３ａ，３３ｂと流入口１３ａ，１３ｂの組み合わせごとに、２つずつバッファ室１４ａ〜１４ｄが設けられていることになる。

液室４ａ，４ｂの内部に気泡が滞留しないようにするため、液室４ａ，４ｂの側面は、支持部材１に設けられた流入口１３ａ，１３ｂから記録素子基板２の供給口８の全域に向けて拡がるように、それぞれ傾斜１２ａ，１２ｂを有するように形成されている。すなわち液室４ａ，４ｂは、それぞれ、流入口１３ａ，１３ｂと吐出口列５とを含む平面を考えたときに、この平面内で流入口１３ａ，１３ｂから吐出口列５側に向けて広がるよう形状となっている。液室４ａ，４ｂ内の傾斜１２ａ，１２ｂは、必ずしも円滑なテーパー形状とする必要はなく、記録液や気泡の流れを阻害しない程度の多少の段差を有していてもよい。支持部材１０において記録素子基板２側の表面は、液室４ａ，４ｂの出口側がそれぞれ細長い開口部として露出しており、各液室４ａ，４ｂによる開口部を合わせたものの長さが、ほぼ、吐出口列の長さとなっている。

記録素子基板２には、吐出口列５に沿う方向に延びて両方の液室４ａ，４ｂによる開口から記録液を受け入れる供給口８が設けられている。吐出口ごとの圧力室は供給口８に連通しており、液室４ａ，４ｂに充填された記録液は、供給口８を介して圧力室に充填される。上述したように圧力室には記録素子（不図示）が設けられている。この状態で所定の記録素子を選択的に駆動することで、対応する吐出口から記録液が吐出する。実施形態では、記録素子の１回の駆動で１２ｐｌの液滴を吐出する吐出口が、２５．４ｍｍあたり１２００個の密度で１２８０個配置されている。したがって、吐出口列５の長さとしては、１２８０＊２５．４／１２００＝２７．０９３…であるので、約２７．１ｍｍとなる。各吐出口からの吐出の繰り返し周波数は最大で２４ｋＨｚである。したがってこの液体吐出ヘッドは、全吐出口から液体の吐出を行うことで、２２ｍｌ／ｍｉｎの流量で液体を吐出する液体吐出装置（例えばインクジェット記録装置）に適用することができることになる。ここで示す例において、支持部材１０の厚さ（図３における上下方向の寸法）は３〜５ｍｍ程度とすることができ、記録素子基板２の厚さ（図３における上下方向の寸法）０．５〜１．０ｍｍ程度とすることができる。

次に、本実施形態において上述のようにバッファ室１４ａ〜１４ｄを設けたことの効果について説明する。図４は、液体吐出ヘッドにおいて複数の吐出口から液体の吐出を行った際のメニスカス振動挙動を等価回路計算によりシミュレートした例を示している。等価回路計算とは、流体の解析において、流体の慣性、粘性及び剛性の効果を集中定数に置き換え、線形常微分方程式を解く方法である。この方法では、圧力を電位、体積流量を電流、液体の慣性であるイナータンスをインダクタンス、粘性抵抗を電気抵抗、流路の歪みや液体の圧縮性や流路内の気泡を電気容量（キャパシタンス）に対応させて、電気回路（等価回路）の挙動を計算する。等価回路計算は、一般に、液体吐出ヘッドでの流れの解析に用いられることがある。図４（ａ）は、等価回路計算による液体吐出ヘッドの計算モデルを示している。計算モデルでは、液体吐出ヘッド１００における流路ユニット３に相当する部分を流路部５１とし、支持部材１０の液室４ａ，４ｂに対応する部分を液室部５２とし、記録素子基板２に対応する部分を吐出口部５３としている。そして、液体が流れ得る経路にしたがってノード５５を配置し、ノード５５間をブランチ５６で接続したものである。吐出口部５３の図示上側に配置される各ノード５５は、各吐出口に対応する。またこの計算モデルでは、気泡を含むバッファ室の効果を模擬する際には、所望のノード５５にキャパシタンス要素を付与する。例えば、液室にバッファ室を設ける場合には、そのバッファ室は、液室部５２内に配置された液室バッファとしてキャパシタンスＣ２で表わされる。同様に、液室より上流側での液体の流路にバッファ室を設ける場合には、そのバッファ室は、流路部５１内に配置された流路バッファとしてキャパシタンスＣ１で表わわれる。各ノード５５間を結ぶブランチ５６には、図４（ｂ）に示すように、液体の慣性の効果を表すイナータンス要素Ｍと液体の粘性の効果を表すレジスタンス要素Ｒとが直列接続されている。

図４（ｃ）は、０．１ｍｌ／ｍｉｎで吐出させた場合の、観測対象の吐出口におけるメニスカス振動挙動の計算結果を示す。ここで観測対象の吐出口は吐出口列の中央に位置する非吐出の吐出口である。図４（ｃ）には３通りの結果が示されているが、左から順にバッファ室を設置しない場合（グラフ６１）、液体の流路にバッファ室を設置した場合（グラフ６２）、及び、液室にバッファ室を設置した場合（グラフ６３）のメニスカス振動波形である。流路バッファ及び液室バッファともその体積は２８ｍｍ³であるものとした。図中の０〜４０μｓの時間帯に複数の吐出口から吐出が行われると、吐出された量の液体を補うべく液体タンクから液体吐出ヘッド内へ液体の供給が行われる。このとき、液体吐出ヘッド内の液体の慣性により、吐出口内に再充填される液体は吐出口面をオーバーシュートする。吐出口面を超えた液体は隆起したメニスカス面のラプラス圧により再び液体吐出ヘッド内部へ引き込まれる方向へ動き、結果として図４（ｃ）に示すようなメニスカス振動が発生する。

図４（ｃ）より明らかなように、グラフ６２に示す流路バッファ室の場合、吐出口からバッファ室までの距離が長いので、２００μｓ以降の長周期にメニスカス振動は減衰しているが、２００μｓ以下の短時間におけるメニスカス振動を減衰できない。吐出口から近い液室内にバッファ室を設けた場合（グラフ６３）の方が速い周期のメニスカス振動を減衰していることが分かる。すなわち、図４（ｃ）より、バッファ室を設置していない場合（グラフ６１）において最も振動の振幅と周期が大きく、バッファ室の設置位置が吐出口に近いほど、振動の振幅と周期が小さくなり、メニスカス振動が効果的に抑制できていることが分かる。本実施形態でのバッファ室１４ａ〜１４ｄは、液室への接続位置の直近に位置していて振動吸収における特性は液室内のバッファ室と同等であり、メニスカス振動を効果的に抑制することができる。

このように、バッファ室は吐出口に近い位置にあるほど、多数の吐出口から吐出したときのメニスカス振動を抑制する効果が大きい。これは前述したように、多くの吐出口を駆動したときに発生するメニスカス振動の大きさは、液室及び流路内の液体の慣性の影響を強く受けるためである。液室や流路内に十分な大きさのバッファ室が存在する場合、多数の吐出口を駆動した直後にはバッファ室内の気泡が膨張することにより、吐出されたインクの体積分をバッファ室が補うような働きをする。この働きにより、バッファ室の設置部から液体タンクまでの間の液体の慣性が、メニスカス振動に影響を及ぼす実効的な慣性とみなすことができるようになり、液体吐出ヘッド内の見かけの慣性が小さくなったのと同様の効果を得ることができるのである。

図４（ｄ）は、２４ｋＨｚの吐出周波数で２２ｍｌ／ｍｉｎの流量で吐出させた場合の、液室内に設置するバッファ室の体積を変化させた場合のメニスカス振動波形を示している。このシミュレーションでは液体の密度を１ｇ／ｍｌとしているので、２２ｍｌ／ｍｉｎの体積流量は２２ｇ／ｍｉｎの質量流量に相当する。図４（ｄ）には３通りの結果は、左から順にバッファ室を設置しない場合（グラフ６４）、液室内バッファの体積を１．０ｍｍ³とした場合（グラフ６５）、及び、液室内バッファ室に体積を２０ｍｍ³とした場合（グラフ６６）、のメニスカス振動波形である。図４（ｄ）に示したように、吐出口に近い液室内にバッファ室を設置した場合でも、バッファ室の体積が小さい場合（グラフ６５）には、バッファ室の体積が大きい場合（グラフ６６）に比べ、十分な振動抑制効果が得られないことが分かる。本実施形態においては、バッファ室１４ａ〜１４ｄの体積は、それぞれ５ｍｍ³相当となっており、液室４ａ，４ｂ全体として、２０ｍｍ³相当のバッファ容積を確保することができている。図４（ｄ）に示すように、本実施形態において、高流量での吐出時におけるメニスカス振動についても効果的に抑制することができる。

このように、ジョイント部材９、流路ユニット３及び吐出ユニット２０によって画定される空間に形成されるバッファ室は、大流量の液体吐出ヘッドにおいて特に有効である。例えば、液体の最大吐出量が１５ｍｌ／ｍｉｎあるいは１５ｇ／ｍｉｎ以上である液体吐出ヘッドに本実施形態の構成を適用することが、特に有効である。また、ジョイント部材９、流路ユニット３及び吐出ユニット２０によって画定される空間に形成されるバッファ室は、吐出口列が長くなりがちな液体吐出ヘッドにおいて特に有効である。例えば、同一の液体タンクから液体が供給される吐出口列の長さが全体として２ｃｍ以上である液体吐出ヘッドに本実施形態の構成を適用することが、特に有効である。

［第２の実施形態］
図５は、本発明の第２の実施形態に基づく液体吐出ヘッドの部品構成と組み立てとを示している。第１の実施形態では、黒色インクに関して支持部材１０に２つの液室４ａ，４ｂが設けられていたが、第２の実施形態では、黒色インクに関して支持部材１０には単一の液室しか設けられていない。そのため、流路ユニット３における黒色インク用の液体通路７も分岐しておらず、液体通路７の出口３３は１つしか設けられていない。これらに応じて本実施形態では、図５に示すように、第１の実施形態とは、筐体３ａ、流路プレート３ｂ及びジョイント部材９の形状が一部異なっている。図６は、第２の実施形態の液体吐出ヘッドをさらに詳しく説明するためのものである。図６（ａ）は、液体タンク１から吐出口列５に至るまでの黒色インクの流れを説明する断面図であり、図６（ｂ）は図６（ａ）のＢ−Ｂ’線での断面図である。ここでは、説明を簡単にするため、筐体３ａのうち、液体タンク１の側面部分に位置する部分は図示していない。

上述したように第２の実施形態では、黒色インクに関し、液体通路７が分岐しておらず、支持部材１０には１つの液室４しか設けられていない。これに伴って、液室４への流入口１３も１つであり、液体タンク１からの記録液は、矢印で示す経路１１を介して液室４に充填される。液室４の側面は傾斜１２を有するように形成されている。１つの流入口１３に対応して、第１の実施形態の場合と同様に、２つのバッファ室１４ａ，１４ｂが設けられている。この構成は、吐出口列５の長さが第１の実施形態ほど長くない場合に好適であり、単一の液室しか設けない場合であっても吐出口例５の長さが２ｃｍ以上の場合に特に好適である。吐出口列５があまり長くない場合には、各吐出口からバッファ室までの距離も長くならないので、１つの流入口１３の近傍に設けたバッファ室１４ａ，１４ｂでもメニスカス振動を抑制できる。第２の実施形態の構成は、支持部材１０に複数の液室を設ける構成を取りにくい場合に有効な構成といえる。

本実施形態においても、バッファ室１４ａ，１４ｂは、液室への接続位置の直近に位置していて振動吸収における特性は液室内のバッファ室と同等であり、メニスカス振動を効果的に抑制することができる。バッファ室１４ａ，１４ｂの体積は、それぞれ１０ｍｍ³相当となっており、液室４の全体として、第１の実施形態同様、２０ｍｍ³相当のバッファ容積を確保することができている。そのため、前述同様、図４（ｄ）に示すように、本実施形態においても、高流量での吐出時におけるメニスカス振動を効果的に抑制することができる。

［第３の実施形態］
第３の実施形態の液体吐出ヘッドは、第１の実施形態の液体吐出ヘッドと同様のものであるが、支持部材１０に設けられる液室４ａ，４ｂの形状において第１の実施形態のものと異なっている。したがって、第３の実施形態の液体吐出ヘッドの部品構成と組み立てとは図１に示したものと同じであり、その説明は繰り返さない。図７（ａ）は、第３の実施形態の液体吐出ヘッドにおける液体タンク１から吐出口列５に至るまでの黒色インクの流れを説明する断面図であり、図７（ｂ）は図７（ａ）のＣ−Ｃ’線での断面図である。ここでは、説明を簡単にするため、筐体３ａのうち、液体タンク１の側面部分に位置する部分は図示していない。

本実施形態では、第１の実施形態と異なり、液室４ａ，４ｂの形状をその側面に傾斜面を有するものとするのではなく、ほぼ直方体形状としている。このような直方体形状の液室は、記録液の充填方法を工夫することで液室内に気泡が溜まらないようにできる場合などに好適である。またこの構成は、同じ液室容量を得るために必要な支持部材１０の厚さを減らして支持部材１０を薄くすることが可能なため、精度の向上やコストダウンに有効な構成といえる。本実施形態でもバッファ室１４ａ〜１４ｄは、液室への接続位置の直近に位置していて振動吸収における特性は液室内のバッファ室と同等であり、メニスカス振動を効果的に抑制することができる。また、バッファ室１４ａ〜１４ｄの体積は、第１の実施形態と同じくそれぞれ５ｍｍ³相当となっており、液室４ａ，４ｂ全体として、２０ｍｍ³相当のバッファ室の容積を確保することができている。図４（ｄ）に示したように、本実施形態においても、高流量の吐出時におけるメニスカス振動を効果的に抑制することができる。

［第４の実施形態］
第４の実施形態の液体吐出ヘッドは、第２の実施形態の液体吐出ヘッドと同様のものであるが、支持部材１０に設けられる液室４の形状において第２の実施形態のものと異なっている。したがって、第４の実施形態の液体吐出ヘッドの部品構成と組み立てとは図１に示したものと同じであり、その説明は繰り返さない。図８（ａ）は、第４の実施形態の液体吐出ヘッドにおける液体タンク１から吐出口列５に至るまでの黒色インクの流れを説明する断面図であり、図８（ｂ）は図８（ａ）のＣ−Ｃ’線での断面図である。ここでは、説明を簡単にするため、筐体３ａのうち、液体タンク１の側面部分に位置する部分は図示していない。

第４の実施形態の液体吐出ヘッドが第２の実施形態のものと異なることは、液室４の形状が、その側面が傾斜１２として形成されているものでなく、ほぼ直方体形状のとなっている点である。すなわちこの実施形態は、第２の実施形態及び第３の実施形態の特徴を併せ持つものであって、吐出口列５の長さが第１の実施形態ほど長くなく、かつ、記録液の充填方法を工夫することで液室内に気泡が溜まらないようにできる場合などに好適である。本実施形態でもバッファ室１４ａ，１４ｄは、液室への接続位置の直近に位置していて振動吸収における特性は液室内のバッファ室と同等であり、メニスカス振動を効果的に抑制することができる。また、バッファ室１４ａ，１４ｂの体積は、それぞれ１０ｍｍ³相当となっており、液室４全体として、第１の実施形態と同様に２０ｍｍ³相当のバッファ室の容積を確保することができている。図４（ｄ）に示したように、本実施形態においても、高流量の吐出時におけるメニスカス振動を効果的に抑制することができる。

以上説明した各実施形態の液体吐出ヘッドは、気泡を有するバッファ空間を流路ユニット３、吐出ユニット２０及びジョイント部材９で囲まれた空間内に確保するため、各部品、部材の形状が簡素であって成形性や洗浄性に優れる構成となる。例えば、流路ユニット３の流路プレート３ｂに凹み部を設けてバッファ室に必要な体積空間を確保するのであれば、液体通路７との間に最低限の厚みが残されている限りにおいて流路プレート３に掘り込みを形成するだけでよいことになる。したがって、従来の流路ユニットの形成工程から大きな変更を加えることなく、各実施形態の流路ユニット３を作成することができる。また、支持部材１０や液室４内に袋小路状のバッファ室を直接設ける必要がないので、液体吐出ヘッドとしての洗浄性に優れることになる。ジョイント部材９に関しても、記録液を通過させるための開口を大きく広げるだけでよいため、部材としての自由度が高く、容易に製作することができる。

各実施形態の液体吐出ヘッドを用いることによって、高速記録の要求から吐出口数が多くなり、かつ、高流量での液体供給が必要となる場合においても、記録品位悪化の原因ととなる吐出口内での圧力振動を減衰させることができる。したがって、この液体吐出ヘッドは、高品位で高速な記録を可能にすることができる。また、記録液などの液体の供給を吐出口列内の各吐出口間でほぼ均一化することができ、各吐出口への液体の再充填速度のほぼ均一にでき、再充填量としても十分な量を確保することができる。したがって、各実施形態の液体吐出ヘッドは、吐出口列内の吐出口間での変動要因による記録劣化を防ぐ効果も併せ持つ。

図９は、上述した各実施形態の液体吐出ヘッドを備える液体吐出装置の概略構成を示している。この液体吐出装置は、紙や布などの記録媒体１１０に対して記録を行うものである。記録媒体１１０の搬送経路の上方に一対のガイドシャフト１１１が設けられ、これらのガイドシャフト１１１にキャリッジ１１２が図示Ｘ方向で往復運動可能であるように取り付けられている。キャリッジ１１２は、液体タンクを含めた液体吐出ヘッド１を保持するものであり、液体吐出ヘッド１は、キャリッジ１１２の中央部に設けられた開口部に、キャリッジ１１２を貫通するように差し込まれている。このとき、液体吐出ヘッド１の吐出口面は、キャリッジ１１２の底面（記録媒体１１０に対向する面）において露出し、かつ記録媒体１１０の上面からわずかに上方に位置する。上記のＸ方向と直交する方向をＹ方向として、記録媒体１１０は搬送ローラ１１３，１１４上に保持されて図示Ｙ方向に搬送されるようになっている。この液体吐出装置で記録媒体１１０に対して記録を行うときには、記録媒体１１０を図示Ｙ方向に搬送しつつ、ガイドシャフト１１１に沿ってキャリッジを図示Ｘ方向に往復運動させ、記録信号に応じて記録素子を駆動させる。これにより、記録媒体１１０上に記録液などの液体による記録を連続して形成できる。

［比較例］
以下、本発明に基づく液体吐出ヘッドとの対比のため、比較例となる液体吐出ヘッドを説明する。図１０は、比較例１として、液体通路の途中にバッファ室を設けた構成を示している。図１０に示す液体吐出ヘッドは、第２の実施形態の液体吐出ヘッドと類似した構成を有するが、バッファ室の位置で異なっている。図１０に示すものでは、流路ユニット３内の液体通路７から分岐する形態で、流路ユニット３内にバッファ室４４が設けられている。この構成では、バッファ室４４の体積を大きくすることができるので、振幅の大きな圧力振動も減衰できるが、吐出口から遠いため、周期の速い圧力振動を減衰しにくいという課題を有する。

図１１は、比較例２として、液室内にバッファ室を設けた構成を示している。図１１に示す液体吐出ヘッドは、第２の実施形態の液体吐出ヘッドと類似した構成を有するが、バッファ室の位置で異なっている。図１１に示すものでは、斜面１２において液室４に対して直接開口する小空間として、バッファ室４４ａ，４４ｂが設けられている。このバッファ室４４ａ，４４ｂは、吐出口に近い位置に配置されているから、より速い周期で変動する圧力振動を減衰できるが、体積を大きく取ることができないため、振幅の大きな圧力振動を減衰しにくい。しかも図１１の構成では、液室４の内部に気泡を滞留させないように液室４は傾斜を有する側壁を有しており、その分、体積の大きなバッファ室を設けることがさらに困難になっている。支持部材１０の厚さを増すことでバッファ室のための空間を確保することもできるが、支持部材１０は、記録素子基板２を精度よく位置決めする機能を有するともに、高い放熱性と高いガスバリア性が要求される。支持基板１０を厚くすると支持部材１０の精度が悪くなったり放熱性が悪くなり、また、コストも上昇するので、バッファ室に必要十分な体積を確保できるほど支持部材１０を厚くすることは困難である。また、バッファ室４４を大きく確保してしまうと、気泡を滞留させないように液室４の側壁が傾斜１２を有しているので、バッファ室４４内の気泡も除去されてしまう恐れも生ずる。バッファ室４４はその内部の気泡によって圧力を吸収するものであるから、バッファ室４４から気泡が除去されると、バッファ室として機能しなくなる。液室４内のバッファ室４４は、液室４に接続する袋小路部であるため、バッファ室４４内の洗浄が不十分となったり、洗浄後の乾燥に長い時間を費やしてしまうといった課題も有している。

１ 液体タンク
２，２１ 記録素子基板
３ 流路ユニット
３ｂ 流路プレート
４，４ａ，４ｂ 液室
５ 吐出口列
７ 液体通路
８ 供給口
９ ジョイント部材
９ａ，９ｂ 開口
１０ 支持部材
１１，１１ａ，１１ｂ 経路
１２，１２ａ，１２ｂ 傾斜
１３，１３ａ，１３ｂ 流入口
１４ａ〜１４ｄ バッファ室
２０ 吐出ユニット
３３，３３ａ，３３ｂ 出口
１００ 液体吐出ヘッド

Claims (9)

1. 液体を吐出する吐出口と前記吐出口から前記液体を吐出するためのエネルギーを発生する複数の記録素子が形成された記録素子基板と、前記記録素子基板を支持するとともに前記記録素子基板に供給される前記液体を貯蔵する液室と前記液室に当該液室への前記液体の流入口とが形成された板状の部材からなる支持部材と、を有する吐出ユニットと、
   前記液体を貯溜する液体タンクから前記吐出ユニットに前記液体を供給する液体通路を有する流路ユニットと、
   前記支持部材と前記流路ユニットによって挟持されて、前記流路ユニットの前記液体通路の出口と前記支持部材の前記流入口との間で前記液体の流通を維持しつつ前記液体をシールするジョイント部材と、
   を有し、
   前記ジョイント部材、前記吐出ユニット及び前記流路ユニットによって画定された空間内に、内部に気体を保持するバッファ室が形成されている液体吐出ヘッド。
2. 前記ジョイント部材は、前記出口から前記流入口までの前記液体の経路と前記バッファ室が形成される位置とを含むように形成された開口を有するゴム部材で構成され、前記支持部材に対して前記流路ユニットが前記ジョイント部材を介して圧接する、請求項１に記載の液体吐出ヘッド。
3. 前記支持部材に複数の液室を備えて液室ごとに前記流入口が設けられ、前記液体通路は前記液室の数に応じて分岐して分岐ごとに前記出口を備え、対応する前記出口と前記流入口との組み合わせごとに前記バッファ室を有する、請求項１に記載の液体吐出ヘッド。
4. 前記ジョイント部材は、対応する前記出口と前記流入口との組み合わせごとに、当該出口から当該流入口までの前記液体の経路と前記バッファ室が形成される位置とを含むように形成された開口を有するゴム部材で構成され、前記支持部材に対して前記流路ユニットが前記ジョイント部材を介して圧接する、請求項３に記載の液体吐出ヘッド。
5. 前記ジョイント部材の前記開口ごとに複数のバッファ室が形成される、請求項２または４に記載の液体吐出ヘッド。
6. 前記出口の周囲で前記バッファ室の位置に対応して前記流路ユニットの表面に凹み部が設けられている、請求項１乃至５のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。
7. 前記流入口から前記記録素子基板に向かって前記記録素子基板の吐出口列を含む平面内で広がるように、前記液室の側面が傾斜を有して形成されている、請求項１乃至６のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。
8. 前記記録素子基板は複数の吐出口を有して前記複数の吐出口からなる吐出口列の長さが
   ２ｃｍ以上である、請求項１乃至７のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。
9. 請求項１乃至８のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッドを備え、最大で１５ｇ／ｍｉｎ以上の流量で液体を吐出する液体吐出装置。
   

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