JP6541436B2 - 液体吐出ヘッドおよび液体吐出装置 - Google Patents

Description

本発明は、液体吐出装置に用いられる液体吐出ヘッドおよび液体吐出装置に関する。

液体吐出ヘッドでは、吐出に伴って吐出口近傍から吐出泡が生じることがある。吐出に伴って発生した吐出泡は、自らの浮力により流路内を浮上し、流路上方に溜まる。吐出動作によって流路内の液体の流量が増えると、流路内の液体流速が大きくなり、流路上方に溜まった吐出泡起因の小泡が流されて吐出素子基板に向けて下降する。このように加工した小泡が吐出口にまで到達すると、液体を吐出しなくなる不吐出を引き起こすことがある。このような不吐出は、発生場所やタイミングがランダムに分散している場合は、視認しにくいため、官能的な画像品位を低下させることは少ない。

比較的長い吐出口列を備えた吐出素子基板に液体を供給する液体吐出ヘッドでは、吐出素子基板の長穴状の液体供給口へと液体を導く、長穴状に広く開口された長穴流路を有するものがある。このような構造は、吐出素子基板の直ぐ上流に急な絞りを伴う流路の構造に比べ、吐出素子基板全体に同時多量かつ均一な液体供給が可能である。

特許文献１には、長穴流路の製造過程での変形防止のための補強等を目的として、流路内に梁状部材を設けた液体吐出ヘッドが開示されている。

特開２０１１−０７９２４６号公報

液体吐出ヘッドの構造によっては、長穴流路の長手方向における一方と他方とで、流速が異なることがある。特許文献１のように流路に梁状部材を設け、梁状部材の両側の流路の流速差が大きいと、梁状部材の下流側終端部で、流速の速い流路から流速の遅い流路へと向かう流れが生じる。この時、液体の流れと共に下降してきた小泡も、流速の遅い流路側へと流されることになるが、小泡は梁状部材の下流側終端部を通過する際に、吐出素子基板の吐出口へと向かう流れに吸い込まれることが多い。そのため、梁状部材の直下に対応する吐出口では不吐出が多発し画像品位を低下させることがあった。

そこで本発明は、画像品位の低下を抑制することができる液体吐出ヘッドおよび液体吐出装置を提供することを目的とする。

よって本発明の液体吐出ヘッドは、液体を吐出する吐出素子基板を備えた液体吐出ヘッドにおいて、前記吐出素子基板へ液体を導く流路は、前記流路を複数の流路に分ける第１の梁状部材と、前記第１の梁状部材の、液体が流れる方向における下流側に、前記第１の梁状部材を液体が流れる方向に延長した線を挟むように設けられた複数の第２の梁状部材と、を備え、前記流路は、液体が流れる方向に延在した前記第１の梁状部材によって第１の流路と第２の流路との２つの流路に分けられ、前記第１の流路と前記第２の流路とでは、それぞれ液体の流れる速度が異なることを特徴とする。

本発明によれば、画像品位の低下を抑制することができる液体吐出ヘッドおよび液体吐出装置を実現することができる。

液体吐出装置を示した斜視図である。 液体吐出ヘッドを示す分解斜視図である。 図２のＩＩＩ−ＩＩＩによる断面図である。 第１の梁状部材、第２の梁状部材が設けられた流路領域を示した図である。 比較例の流路領域を示した図である。 液体吐出ヘッドに変形例を示した図である。 他の実施形態における液体吐出ヘッドの流路を示した図である。

（第１の実施形態）
以下、図を参照して本発明の第１の実施形態を説明する。
図１は、本実施形態を適用可能な液体吐出装置２００を示した斜視図である。液体吐出ヘッドを搭載するキャリッジ１０２は、主走査方向に沿って延びたガイド１０３に沿って往復移動可能に支持されている。液体供給チューブが接続されたキャリッジ１０２は、キャリッジモータ（不図示）により、駆動される。用紙等のプリント媒体は、給紙機構の給紙モータ(不図示)によりギア列を介して駆動される給紙ローラ（不図示）によって給紙され、搬送ローラ１０４及びピンチローラ（不図示）によりプラテン１０６上へ送り出される。搬送ローラ１０４及び排紙ローラ（不図示）によりプラテン１０６上を搬送されるプリント媒体に対し、液体吐出ヘッドの吐出口から液体が吐出されてプリントが行われる。

プリント媒体へのプリントに際しては、キャリッジ１０２は停止状態から、加速された後にプリント動作の走査範囲を通して一定速度で移動する。このとき、液体吐出ヘッドの吐出口からプリント媒体へ液体を吐出して画像を形成する。１回又は複数回の走査によって１ライン分のプリントが終了した後、キャリッジ１０２は減速されて停止する。次いで、搬送ローラ１０４及び排紙ローラの回転によりプリント媒体を所定量だけ紙送りする。

図２は、第１の実施形態における液体吐出ヘッド１００を示す分解斜視図である。液体吐出ヘッド１００は、液体供給ユニット１１０と、液体供給ユニット１１０から液体の供給を受けて液体（以下、液体ともいう）をプリント媒体に吐出するための吐出素子ユニット１５０により構成されている。この液体吐出ヘッド１００は、液体吐出装置（不図示）に設けられているキャリッジ１０２の位置決め手段および電気的接点によってキャリッジ１０２に固定支持されるとともに、キャリッジ１０２に対して着脱可能となっている。

液体吐出装置２００には、液体タンク（不図示）と接続された液体供給チューブが設けられており、その先端には液体コネクタが設けられている。液体吐出ヘッド１００が搭載された際、液体コネクタと液体コネクタ挿入口１１３とが気密接続され、液体タンク内の液体が液体吐出ヘッド１００へと供給される。本実施形態では、６種類の液体を搭載可能な液体吐出ヘッドであり、それぞれの液体供給チューブに対応して、液体コネクタ挿入口１１３ａから１１３ｆが設けられ、個別に供給路が形成されている。

吐出素子ユニット１５０は、２つの吐出素子基板１５５ａ、１５５ｂ、第１の支持部材１５１、第２の支持部材１５２、電気配線テープ１５３、電気コンタクト基板１５４を備えている。第１の支持部材１５１、第２の支持部材１５２は、本実施形態では焼成したアルミナで形成されているが、筐体１１１と同様に樹脂モールドで形成してもよい。

吐出素子ユニット１５０の吐出素子基板１５５には、厚さ０．５〜１ｍｍのＳｉ基板の片面に液体を吐出するために利用されるエネルギを発生するエネルギ発生素子を備えている。本実施形態においてはエネルギ発生素子として複数のヒータを用い、各ヒータに電力を供給する電気配線とが成膜技術により形成されている。そして、このヒータに対応する複数の液体流路と複数の吐出口とがフォトリソグラフィ技術により形成されているとともに、複数の液体流路に液体を供給するために吐出口液室（不図示）が裏面に開口するように形成されている。なお、用いるエネルギ発生素子は、ピエゾ素子であってもよい。

第１の支持部材１５１には吐出素子基板用の開口を有する第２の支持部材１５２が接着固定されており、この第２の支持部材１５２を介して、電気配線テープ１５３が吐出素子基板１５５（１５５ａ、１５５ｂ）に対して電気的に接続されるように保持されている。この電気配線テープ１５３は、吐出素子基板１５５に液体を吐出するための電気信号を印加するためのものである。電気配線テープ１５３の端部には、液体吐出装置２００からの電気信号を受け取るための外部信号入力端子を有する電気コンタクト基板１５４が、異方性導電フィルム（不図示）を用いて熱圧着され電気的に接続されている。

吐出素子基板１５５は、液体供給口１５６を備える第１の支持部材１５１に接着固定されている。第１の支持部材１５１には、６つの液体供給口１５６ａから１５６ｆが設けられており、筐体１１１に設けられた第３の液室１２３ａから１２３ｆとそれぞれ接続されている。

図３は、液体コネクタ挿入口１１３ｃから吐出素子ユニット１５０への液体供給を示す図２のＩＩＩ−ＩＩＩによる断面図である。液体コネクタ挿入口１１３ａを含む液体供給系など他の５個の液体供給系も同様の構造を有する。液体コネクタ挿入口１１３ｃから供給された液体は、吐出口への異物の混入を防止するフィルタ１１４ｃを通り、第１の液室１２１ｃ、第２の液室１２２ｃ、第３の液室１２３ｃを経て吐出素子ユニット１５０へ供給される。筐体１１１と蓋部材１１２は樹脂モールド部品を採用している。

第１の液室１２１ｃ、第２の液室１２２ｃ、第３の液室１２３ｃ、液体供給口１５６ｃはいずれも吐出口配列方向に長穴状に設けられた流路であり、これらは連通して長穴状の連通流路１３０ｃを形成する。連通流路１３０ｃは、フィルタ１１４ｃの直ぐ下流の長穴流路の中心が、吐出素子基板１５５ａの吐出口配列方向にシフトした偏り供給路である。偏り供給路の偏りの量は、液体吐出ヘッド１００の大きさ、複数色の液体の供給路のレイアウトにより決められる。また、連通流路１３０ｃに隣接する流路（不図示）は、図３の略中心軸Ｂ-Ｂに対して左右反転した構造としている。これにより各々の流路を密集させ液体吐出ヘッドの小型化を実現している。斜面１２４は、連通流路１３０ｃの液体流や小泡の滞留を防ぐ斜面であり、偏り供給路には設けることが好ましい構造である。

図４は、本実施形態における液体吐出ヘッド１００の第１の梁状部材、第２の梁状部材が設けられた流路領域を示した図である。液室１２３ｃと液体供給口１５６ｃとには、各々梁状部材が設けられている。液室１２３ｃにおいて流路の上流（フィルタ側）から下流（吐出素子側）へ延在する第１の梁状部材１３１ｃは、吐出口配列方向の幅が約２６ｍｍの液室１２３ｃの幅方向における略中央に配置される。その結果、液室１２３ｃは、梁状部材１３１ｃの左側の液室１２３ｐと右側の液室１２３ｑとの２つに分けられる。左液室１２３ｐはフィルタ１１４ｃが設けられている側にあり、偏り側の流路である。また、右液室１２３ｑは、フィルタ１１４ｃが設けられていない側にあり、反偏り側の流路である。第２の液室１２２ｃに対して、図の左斜め上方から流れた液体は、第２の液室１２２ｃを経て、第３の液室１２３ｃに供給される。液体の流れは縦に延在した梁状部材１３１により一部が整流され、液体は吐出素子基板１５５ａに達する。

１組の第２の梁状部材１３２ｉ、１３２ｊは、約１０ｍｍの間隔で、第１の梁状部材１３１の延長線Ｌを挟むように、液体供給口１５６ｃの支持部材１５１と筐体１１１との接合部付近に設けられている。

第１の梁状部材１３１ｃは、樹脂である液室１２３ｃの長穴形状の樹脂成型時の変形を防止する補強部材として、補強に好適な液室１２３ｃの中央に配置される。一方、第２の梁状部材１３２ｉ、１３２ｊは、アルミナ焼成時の変形に対する補強部材として設けられている。第２の梁状部材を設けることで、液体供給口１５６ｃ内の流抵抗を減らす観点から、梁状部材１３２の数は少ない方が有利である。しかし、梁状部材１３２が１つの場合には問題が生じる。これについては、後述する比較例で説明する。

次に、本実施形態における吐出時の流路内の小泡の挙動を説明する。
吐出に伴い吐出口より発生した吐出泡を起因とする小泡は、浮力により連通流路１３０ｃを浮上し、フィルタ１１４ｃに張られたメニスカスにより、フィルタ１１４ｃより下流の、第１の液室１２１ｃの上方に浮かんで蓄積される。一部は、第２の液室１２２ｃにも蓄積される。吐出の際の連通流路１３０ｃの流量が比較的小さい場合、小泡は第１の液室１２１ｃ等の上方に残る。しかし高速吐出の際に連通流路１３０ｃを流れる液体の流量が増えて、小泡を下流に押す力が小泡の流力を上回ると、小泡１４０は、流れ１４１のような経路を経て下流へ向け降下する。下流に運ばれる小泡の数は、流速が大きいほど多い。

本実施形態のような偏り供給路を備えた液体供給ユニット１１０の場合、吐出が吐出口配列方向に帯状のパターンのように、配列された吐出口から液滴の吐出の分布に顕著な偏りがない場合でも、偏り流路では、偏り側の流路の流量は反偏り側の流量より多くなる。よって、流速も偏り側の流路が大きくなる。つまり、第３の液室１２３ｃでは、左液室１２３ｐの流速が右液室１２３ｑの流速より大きくなる。そのため、左液室１２３ｐにおいて、右液室１２３ｑよりも多くの小泡が降下する。

左液室１２３ｐを流れた液体は、梁状部材１３２ｉによって２つの流れ１４１ａ、１４１ｂに分けられる。そのうちの一方の流れ１４１ｂは、梁状部材１３１ｃの下端の直下で右液室１２３ｑの流れ１４１ｄと合流し、左液室１２３ｐにおける流れより流速を落とし、液体供給口１５６ｃの梁状部材１３２ｉと梁状部材１３２ｊとの間の領域１５８ｂを流れる。左液室１２３ｐにおける他方の液体の流れ１４１ａは、梁状部材１３２ｉの左側を通過して、液体供給口１５６ｃの端部の広がり１５７のために流速を落とす。

右液室１２３ｑを流れた液体は、梁状部材１３２ｊによって２つの流れ１４１ｃ、１４１ｄに分けられる。そのうちの一方の流れ１４１ｄは、梁状部材１３１ｃの下を流れてきた左液室１２３ｐの流れ１４１ｂと合流し、右液室１２３ｑにおける流れより流速を上げて、液体供給口１５６ｃの梁状部材１３２ｉと梁状部材１３２ｊとの間の領域１５８ｂを流れる。右液室１２３ｑにおける他方の液体の流れ１４１ｃは、梁状部材１３２ｊの左側を通過して、液体供給口１５６ｃの端部の広がり１５７のために流速を落とす。

これらの結果、梁状部材１３２ｉ、１３２ｊにより分けられる液体供給口１５６ｃの３つの領域１５８ａ、１５８ｂ、１５８ｃにおける隣接する領域の流速差は、左液室１２３ｐと右液室１２３ｑの流速の差よりも緩和される。隣接する領域での流速差が小さいことから、梁状部材１３２ｉと梁状部材１３２ｊとの下端部では、各領域間を流れる流れはほとんど生じない。その結果、液体供給口１５６ｃの３つの領域に運ばれた小泡１４０は、梁状部材の下部に集中することなく、分散して各領域の下流の吐出口液室を経て吐出口近傍へ運ばれる。

吐出内容に伴う第３の液室１２３ｃの左右の液室の流量に応じ、梁状部材１３１の左右の液室から領域１５８ｂに運ばれる小泡の量が変化する。仮に全吐出口から連続して液滴吐出するならば、左液室１２３ｐの流量は右液室１２３ｑより多い。また左液室１２３ｐから領域１５８ｂへ流れる流量は、右液室１２３ｑから領域１５８ｂへ流れる流量よりも多い。そのため、左液室１２３ｐから領域１５８ｂに運ばれる小泡は、右液室１２３ｑから領域１５８ｂへ運ばれる小泡より多くなる。

このように、液体供給口１５６ｃに運ばれた小泡は、１組の梁状部材１３２で分けられた３つの領域において各々分散して降下し、特定の場所に集中することはない。よって、降下した小泡は吐出口に飛び込む可能性があるが、その場所が吐出口配列方向に分散されるため、視認できる吐出不良になりにくい。

図５（ａ）は、本実施形態の比較例である液体吐出ヘッドの梁状部材が設けられた流路領域を示した図である。比較例の液体吐出ヘッドでは、第３の液室１２３ｃに設けられる補強の梁状部材１３１は、図４の本願発明の液体吐出ヘッドと同じ構造であり、液体供給口１５６ｃには、吐出素子基板１５５ａから図４の例と同じ距離に１個の梁状部材１３２が設けられる。梁状部材１３２は、１個の梁状部材で長穴状の液体供給口１５６ｃの変形を防止するために好適な位置である液体供給口１５６ｃの中央、すなわち梁状部材１３１の直ぐ下流に設けられる。

図５（ｂ）は、比較例の液体吐出ヘッドにおける小泡の移動状態を説明するものである。この時、液体流に運ばれる小泡は、流れ１４１のような経路を経て下流へ向け降下する。梁状部材１３１の下端と梁状部材１３２ｋとの隙間は、梁状部材１３２の下方の空間より小さいため、左液室１２３ｐから領域１５８ｅへの液体流は、梁状部材１３２ｋの下端を通る経路１４１ｂを移動する。

本願発明の梁状部材を２つ設けた構成では、小泡が吐出口配列方向に分散したのに対し、本比較例では、梁状部材１３２ｋの直下で吐出素子基板１５５ａに沿って一定の流れが生じる。この中のある一定の割合の小泡は、梁状部材１３２ｋ直下に対応する吐出口への流れに吸い込まれ、この付近の吐出口の突発的な不吐出を引き起こす。突発的な不吐出が一部の領域に集中することで、視認できる吐出不良が生じてしまう。

なお、１組の梁状部材１３２ｉ、１３２ｊの形状は異なってもよい。例えば、偏り側の梁状部材１３２ｉの上下方向の長さを梁状部材１３２ｊより大きくし、流量が比較的多い左液室１２３ｐからの液体流の整流を行ってもよい。

図６は、本実施形態における液体吐出ヘッドに変形例を示した図である。本実施形態では、偏り供給の構造の連通通路の例を説明したが、偏り供給構造に限定するものではない。例えば図６のような偏り供給ではない長穴状の連通通路でも、吐出する画像によっては、梁状部材１３１ｃの左右に流速差が生じる。この場合、梁状部材１３１ｃと梁状部材１３２ｉ、１３２ｊの位置関係を図６のようにすることで、本実施形態のように、小泡が吐出口に飛び込む位置を分散することができる。

このように、吐出素子基板に繋がる流路を２つに分けている第１の梁状部材の、液体が流れる方向における下流側に、第１の梁状部材を液体が流れる方向に延長した線を挟んで複数の第２の梁状部材を設ける。これによって、画像品位の低下を抑制することができる液体吐出ヘッドおよび液体吐出装置を実現することができた。

（他の実施形態）
以下、図面を参照して本発明の他の実施形態を説明する。なお、本実施形態の基本的な構成は第１の実施形態と同様であるため、以下では特徴的な構成についてのみ説明する。

図７（ａ）から（ｃ）は、本発明の他の実施形態における液体吐出ヘッドの流路を示した図である。図７（ａ）は、梁状部材１３２ｊと延長線Ｌとの距離を梁状部材１３２ｉと延長線Ｌの距離より長くし、領域１５８ｂを領域１５８ａより広くした例である。これによって、隣接する領域の流速差はより小さくなり、小泡は、３つの領域において各々分散して降下し、特定の場所に集中することはない。

また、梁状部材１３２ｉ、１３２ｊの高さ方向の位置が異なっていてもよい。図７（ｂ）は、梁状部材１３１の下端と梁状部材１３２ｊとの上下方向の距離ｄを、梁状部材１３１の下端と梁状部材１３２ｉとの距離より大きくし、右液室１２３ｑから領域１５８ｂへの液体の入り口を大きくした例である。

また、図７（ｃ）のように、流路の補強に支障がなければ、梁状部材１３１を液室１２３の一方へ寄せてもよい。その際は、液体供給口１５６ｃには図のように３つの梁状部材１３２ｉ、１３２ｊ、１３２ｋを設ける。

このように、流路を２つに分けている第１の梁状部材の、液体が流れる方向における下流側に、第１の梁状部材を液体が流れる方向に延長した線を挟んで複数の第２の梁状部材を設ける。これによって、隣接する領域の流速差はより小さくなり、小泡は、３つの領域において各々分散して降下し、特定の場所に集中しなくなることで、画像品位の低下を抑制することができる液体吐出ヘッドおよび液体吐出装置を実現することができた。

１００ 液体吐出ヘッド
１２３ｐ 左液室
１２３ｑ 右液室
１３１ 梁状部材
１３２ 梁状部材

Claims (7)

1. 液体を吐出する吐出素子基板を備えた液体吐出ヘッドにおいて、
   前記吐出素子基板へ液体を導く流路は、
   前記流路を複数の流路に分ける第１の梁状部材と、
   前記第１の梁状部材の、液体が流れる方向における下流側に、前記第１の梁状部材を液体が流れる方向に延長した線を挟むように設けられた複数の第２の梁状部材と、を備え、
   前記流路は、液体が流れる方向に延在した前記第１の梁状部材によって第１の流路と第２の流路との２つの流路に分けられ、前記第１の流路と前記第２の流路とでは、それぞれ液体の流れる速度が異なることを特徴とする液体吐出ヘッド。
2. 複数の前記第２の梁状部材は、２つの前記第２の梁状部材であり、一方の前記第２の梁状部材は前記第１の流路からの流れを２つに分け、他方の前記第２の梁状部材は、前記第２の流路からの流れを２つに分けることを特徴とする請求項１に記載の液体吐出ヘッド。
3. 前記第１の梁状部材によって２つに分けられた流路の下流の流路は、前記第２の梁状部材によって３つの領域に分けられ、
   ３つの前記領域のうち、２つの前記第２の梁状部材で挟まれた領域が、最も広い領域であることを特徴とする請求項２に記載の液体吐出ヘッド。
4. ２つの前記第２の梁状部材のうちの一方の前記第２の梁状部材から、前記第１の梁状部材を液体が流れる方向に延長した前記線までの距離よりも、他方の前記第２の梁状部材から、前記第１の梁状部材を液体が流れる方向に延長した前記線までの距離の方が長いことを特徴とする請求項３に記載の液体吐出ヘッド。
5. ２つの前記第２の梁状部材のうちの一方の前記第２の梁状部材は、他方の前記第２の梁状部材の液体が流れる方向における下流側に設けられていることを特徴とする請求項２に記載の液体吐出ヘッド。
6. 複数の前記第２の梁状部材は、３つの前記第２の梁状部材であることを特徴とする請求項１に記載の液体吐出ヘッド。
7. 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を備えていることを特徴とする液体吐出装置。