JP6552282B2 - 液体吐出ヘッド、液体吐出装置および液体吐出ヘッドの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、液体吐出装置に搭載される液体吐出ヘッド、液体吐出装置および液体吐出ヘッドの製造方法に関する。

吐出口から液体を吐出する液体吐出ヘッドでは一般に、良好な吐出状態を維持するために液体吐出ヘッド内の液体（以下、インクともいう）の増粘物や蓄積した気泡を吐出口から吸引することで除去する回復動作が行われる。この際、増粘物や蓄積した気泡を確実に排出するため、液体吐出ヘッド内の液室に収容されているインクも吐出口から吸引排出される。

プリント装置に用いられる液体吐出ヘッドで、大判プリント用の液体吐出ヘッドは、吐出口の数を増加させることで大判プリントに対応させたものがある。吐出口の数を増加させると、回復動作時に排出されるインクの量も増加する。よって液体吐出ヘッドの液室の容量を大きくして多くのインクを収容しておく必要がある。

一方で、吐出口の数を増加させると、必然的にプリント動作中に発生する気泡も増加する。気泡の一部は液室に蓄積されるため、発生した気泡を一定量液室内に蓄積しておくためにも液室の容積を大きくすることが必要である。気泡を蓄積することのできる十分な容積を備えた液室によって、回復動作の回数を低減させることができる。

特許文献１には、液体吐出ヘッド内に、インク中の異物や気泡が吐出口に侵入するのを防ぐフィルタを挟んで２つの液室を配置し、吐出口側の第２の液室内に液室溝構造を設けて、フィルタを挟んだ第１の液室と第２の液室との液体の連通を可能にしている。

特開２００２−３０７７０９号公報

一般的にシリアルスキャン型の液体吐出ヘッドは、コストを抑えるために、インクを吐出する吐出口が設けられた吐出素子基板はコンパクトに構成されている。そのため、吐出素子基板に液体を供給する流路に設けられた液室は、吐出口に近づくにつれ走査方向における幅が狭くなるように構成される。これによって、プリント媒体の走査方向の幅に対する液体吐出ヘッドの走査範囲をより狭くすることができ、より高速なプリントが可能となる。

よって、高速プリントと回復動作の回数低減との両方を実現させるには、液体吐出ヘッド内の液室の容積を大きくしつつ、走査方向における幅を狭くする必要がある。そのためには、液室の高さ方向を大きく構成することが求められる。

ここで、特許文献１の液室を構成する筐体は、モールド成形で製作されるのが一般的である。特許文献１の図１０における第２の液室における液室溝構造は、成形後にフィルタ側に抜く金型にて形成される。金型には抜き勾配を設ける必要があり、抜き勾配を液室溝構造に設けると、溝のフィルタ側の幅に対して吐出口側の幅が狭くなる。

液室を走査方向に狭く、高さ方向に大きく構成する場合、溝のメニスカス力をより高く、すなわち溝幅を狭く設定する必要がある。しかし、特許文献１の液室溝構造を備えた構成で、高さ方向に大きくすると、抜き勾配を設けることにより吐出口側の溝は狭くなりすぎて設けることが困難になる。従って、特許文献１の構成では、高速プリントは可能であるが、液室を高さ方向に大きくすることが困難になるため、回復動作の回数を低減することも困難となる。

よって本発明は、高速プリントと回復動作の回数低減との両方を実現することができる液体吐出ヘッド、液体吐出装置および液体吐出ヘッドの製造方法を提供することを目的とする。

そのため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と、前記吐出素子基板へ液体を導く流路の一部に形成された液室と、を備え、前記液室は、モールド成形によって形成された筐体の一部に形成されている液体吐出ヘッドにおいて、前記液室は、前記流路における上流と下流との連通を可能にし、毛管現象によって液体を供給可能な、接続された複数の供給路であって、幅が異なる複数の前記供給路を備えており、複数の前記供給路は、使用時の姿勢において、鉛直方向における上位に位置する前記供給路ほど、強い毛管力を備えていることを特徴とする。

本発明によれば、高速プリントと回復動作の回数低減との両方を実現することができる液体吐出ヘッド、液体吐出装置および液体吐出ヘッドの製造方法を実現することができる。

液体吐出装置２００を示した斜視図である。 液体吐出ヘッドを示した斜視図である。 液体吐出ヘッドを示した平面図である。 液体コネクタ挿入口から吐出素子基板へのインク供給路を示す断面図である。 図４のＢ部を示した詳細図である。 図４のＶ−Ｖ線に沿った断面図である。 図４のフィルタを取り除いたＶＩ−ＶＩ線に沿った断面図である。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
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１００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、本実施形態の液体吐出ヘッド１００を示した斜視図であり、図３は、液体吐出ヘッド１００を示した平面図である。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の位置決め手段および電気的接点によってキャリッジに固定支持されるとともに、キャリッジに対して着脱可能となっている。液体吐出装置には、インクタンク（不図示）と接続されたインク供給チューブ（不図示）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がキャリッジに搭載された際、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、インクタンク内のインクが液体吐出ヘッドへと供給される。

本実施形態の液体吐出ヘッド１００は、１２種類のインクを吐出可能な液体吐出ヘッドであり、それぞれのインク供給チューブに対応して、液体コネクタ挿入口１１３ａ〜１１３ｌが設けられ個別に供給路が形成されている。

図４は、液体コネクタ挿入口１１３ｉから吐出素子基板１５５へのインクの供給路を示す、図３のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った断面図である。ここからは、液体コネクタ挿入口１１３ｉから吐出素子基板１５５へのインクの供給路について説明するが、他の液体コネクタ挿入口から吐出素子基板１５５へのインクの供給路も同様の構成を備えている。液体コネクタ挿入口１１３ｉから供給されたインクは、第１の液室１２１ｉから、吐出素子基板１５５ｃへの異物の混入を防止するフィルタ１１４ｉを通り、第２の液室１２２ｉを経て吐出素子基板１５５ｃへ供給される。つまりフィルタ１１４ｉは、第２の液室１２２ｉの上流端に設けられている。第２の液室１２２ｉは、モールド部品である筐体１１１に構成されている。また、吐出素子基板１５５ｃには、吐出口（不図示）が形成されており、第２の液室１２２ｉから供給されたインクは、吐出口から吐出される。

吐出素子基板１５５ａ〜１５５ｃは、厚さ０．５〜１ｍｍのシリコンからなる基板（以下、シリコン基板という）と、シリコン基板の片面に設けられ、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とを備えている。本実施形態においては、エネルギ発生素子として複数の発熱抵抗素子（ヒータ）を用いており、各発熱抵抗素子に電力を供給する電気配線が成膜技術によりシリコン基板上に形成されている。シリコン基板には、発熱抵抗素子に対応する複数のインク流路とインクを吐出する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。シリコン基板の裏面に、複数のインク流路にインクを供給するインク供給口が開口している。

吐出素子基板１５５ａ〜１５５ｃは、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、１２個のインク供給口が設けられており、各インクの色に対応した第２の液室とそれぞれ接続されている。電気配線部材１５３は、吐出素子基板１５５に対して電気的に接続されるように保持されている。電気配線部材１５３は、吐出素子基板１５５ａ〜１５５ｃにインクを吐出するための電気信号を印加する。吐出素子基板１５５ａ〜１５５ｃと電気配線部材１５３との電気接続部分は、封止材により封止され、インクによる腐食や外的衝撃から保護されている。電気配線部材１５３の端部には、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。電気コンタクト基板１５４は、インクジェット記録装置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。

図５は、図４のＢ部を示した詳細図であり、図６は、図４のＶ−Ｖ線に沿った断面図であり、図７は、図４のフィルタ１２２ｉを取り除いたＶＩ−ＶＩ線に沿った断面図である。

次に、本発明の特徴的な構成である、モールド成形で成形された筐体１１１に形成された第２の液室１２２と、供給路１４１について詳細に説明する。図５〜図７に示すように、第２の液室１２２ｉには、第２の液室１２２ｉを形成する内壁から突出するリブ１４３（１４３ｉａ、１４３ｉｂ）がそれぞれ４個配置され、屈曲部１４２にて約９０°屈曲されている。また、リブ１４３ｉａ、１４３ｉｂは、それぞれ並列して隣り合うリブ１４３ｉａ同士の間、及び１４３ｉｂ同士の間に形成される溝状の領域にて供給路１４１ｉａ、１４１ｉｂを形成するように配置されている。供給路１４１ｉａ、１４１ｉｂは、第２の液室１２２ｉにおける上流側と下流側との連通を可能にしている。この供給路１４１ｉａ、１４１ｉｂの毛管力によって第２の液室１２２の下流側のインクを上流側に位置するフィルタ１１４ｉまでインクを引き上げている。供給路１４１ｉａの上端はフィルタ１１４ｉとは若干の隙間はあっても良いが、インクをフィルタまで確実に供給するために両者は当接していることが好ましい。図４、図５に液体吐出ヘッドの使用状態の姿勢を示すが、このように第２の液室の高さ（Ｌａ＋Ｌｂ）に対して供給路の毛管力によりインクを引き上げている。そのため、後述するように供給路１４１ｉａ、１４１ｉｂの幅は十分に小さくする必要がある。このようにインクをフィルタ１１４ｉまでより確実に引き上げるために、供給路１４１ａｉの（平均）毛管力を供給路１４１ｉｂの（平均）毛管力より大きくすることが好ましい。

また、供給路１４１ｉａと１４１ｉｂとは、屈曲部１４２を境に供給路の幅が異なっており、供給路１４１ｉａのフィルタ１１４ｉと略当接している部分（供給路１４１ｉａの上流側端部）の幅Ｗ１は、吐出素子基板１５５ｃ側（供給路１４１ｉａの下流側）の供給路１４１ｉｂの幅Ｗ３よりも大きい。本実施形態では、このように、使用時の姿勢における、第２の液室１２２ｉの鉛直方向下方に位置する供給路１４１ｉｂよりも、鉛直方向における上位に位置する供給路１４１ｉａの幅を狭くして、供給路１４１ｉａの方が強い毛管力を備えるようにしている。また、供給路１４１ｉｂは屈曲部１４２にて供給路１４１ｉａと接続されているため、供給路１４１ｉｂの毛管力で引き揚げられたインクは、屈曲部１４２で更に強い供給路１４１ｉａの毛管力で引き揚げられることになる。

また、上述したように筐体１１１は、モールド部品で構成されており、第２の液室１２２は、成形後に図５および図７の上方に金型が抜かれることで形成される。そのため、各部位には、金型を上方に抜くための抜き勾配が設けられている。リブ１４３ｉａ、１４３ｉｂにも、抜き勾配は設けられており、供給路１４１ｉａの先端側幅Ｗ１に対し根元側幅Ｗ２が小さく、供給路１４１ｉｂの先端幅Ｗ３に対し根元側幅Ｗ４が小さく構成されている。つまり、Ｗ１＞Ｗ２、Ｗ３＞Ｗ４となっており、各供給路において、インクの流れ方向に対して流路の幅が徐々に大きくなっている。インクの供給特性を考慮すると流路の幅は流れ方向に対して徐々に小さくなることが好ましいが、本実施形態のように各供給路の幅を十分小さくすること、また、供給路を複数に分割することで安定したインクの供給が可能となる。つまり供給路を複数に分割し、各供給路における長さを短くすることで、金型の抜き勾配の影響を抑えることが可能となる。本実施形態では、第２の液室１２２ｉの抜き勾配を均一に０．５°、Ｗ１を０．３０ｍｍ、Ｗ３を０．５３ｍｍとしている。また、リブ１４３ｉａの金型の抜き方向の長さＬａを６．９０ｍｍ、リブ１４３ｉｂの長さＬｂを４．２６ｍｍとしているため、供給路１４１ｉａのＷ２は、約０．２３ｍｍ、供給路１４１ｉｂのＷ４は、約０．４５ｍｍとなる。

上述したように、供給路１４１ｉａ、１４１ｉｂは、リブ１４３ｉａ、１４３ｉｂにより形成されており、それぞれが屈曲部１４２ｉを境に供給路１４１ｉａに対し供給路１４１ｉｂ幅が広くなる様に構成されている。抜き勾配を設けると、供給路１４１ｉａ、１４１ｉｂは、先端側（金型引き抜き方向手前側）の幅Ｗ１、Ｗ３から、根元側（金型引き抜き方向奥側）の幅Ｗ２、Ｗ４に向かって小さくなる。抜き勾配は傾斜面のため、従来の構成で長さを長くすると、供給路の幅が狭くなり過ぎて構成できなくなってしまう。それに対し、本実施形態のように屈曲部１４２を設け、屈曲部１４２を境に幅を変更することで、抜き勾配を設けた上で、供給路１４１を長く配置することが可能となる。つまりＷ２＜Ｗ３のように、供給路１４１ｉａ、１４１ｉｂのつなぎ部での供給路の幅を変更することで金型の抜き勾配の影響を抑えつつ、インクを重力方向の上方にあるフィルタ１１４ｉまで持ち上げることができる。

これにより、供給路１４１の幅を任意に狭く設定することができ、第２の液室１２２を高さ方法に大きく構成することが可能となる。第２の液室１２２の高さ方法を大きく構成することで、フィルタ下により多くの泡を貯留することができ、吐出口の数（吐出口列の長さ）を多く配置し高速プリントが可能となる。さらに、液室の容量を高さ方向に大きくしていることから、回復動作回数を低減することができ、排出されるインクの量を低減することができる。

なお、本実施形態では、断面が凹字形状の供給路を設けたが、これに限定するものでなく断面Ｖ字形状の供給路でもよい。

また、本実施形態では供給路１４１ｉｂは、垂直部と水平部とを備えた構成となっているが、これに限定するものではなく、斜めに傾斜した供給路であってもよい。

また、本実施形態では、１箇所の屈曲部１４２を設け、屈曲部１４２を境に供給路の幅を変更したが、これに限定するものではなく、複数の屈曲部を設けて、屈曲部ごとに供給路の幅を変更するように構成してもよい。なお、その際は、鉛直方向下方の供給路ほど広い幅を備えるように構成する。

また、本実施形態では、供給路１４１ｉａと供給路１４１ｉｂとは、屈曲部で接続されている構成に好適である。本発明において屈曲とは、上述した実施形態のように略垂直に折れ曲がる構成だけでなく、湾曲する供給路においても適用可能である。
尚、上述した実施形態のように供給路の幅を規定する例を示したがこれに限られず、例えば、供給路１４１ｉａと供給路１４１ｉｂの流路断面積で規定してもよい。

このように、吐出素子基板へ液体を導く流路の一部に形成された液室に、毛管現象によって液体を供給可能な、接続された幅の異なる複数の供給路を備える。これによって、高速プリントと回復動作の回数低減との両方を実現することができる液体吐出ヘッドおよび液体吐出ヘッドの製造方法を実現することができた。

１１１ 筐体
１４１ 供給路
１４２ 屈曲部
１４３ リブ

Claims (15)

1. 液体を吐出する吐出素子基板と、前記吐出素子基板へ液体を導く流路の一部に形成された液室と、を備え、
   前記液室は、モールド成形によって形成された筐体の一部に形成されている液体吐出ヘッドにおいて、
   前記液室は、前記流路における上流と下流との連通を可能にし、毛管現象によって液体を供給可能な、接続された複数の供給路であって、幅が異なる複数の前記供給路を備えており、
   複数の前記供給路は、使用時の姿勢において、鉛直方向における上位に位置する前記供給路ほど、強い毛管力を備えていることを特徴とする液体吐出ヘッド。
2. 幅の異なる複数の前記供給路は、接続部において屈曲して接続されてい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. 前記供給路は、前記液室を形成する壁に設けられたリブに挟まれて形成されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の液体吐出ヘッド。
4. 前記流路における前記液室の上流端には、液体に含まれた異物が下流に流れるのを防止するフィルタが設けられており、使用時の姿勢において、鉛直方向における最も上位に位置する前記供給路の一端は、前記フィルタに当接していることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。
5. 前記流路には、第１の液室と第２の液室とが設けられており、前記供給路は前記第２の液室に設けられており、前記第１の液室と前記第２の液室との間には、前記フィルタが設けられていることを特徴とする請求項４に記載の液体吐出ヘッド。
6. 前記供給路には、金型の抜き勾配が設けられていることを特徴とする請求項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. 前記供給路は、凹字形状の溝であることを特徴とする請求項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. 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を備えていることを特徴とする液体吐出装置。
9. モールド成形によって形成される筐体に、液体が流れる流路の一部である液室を形成する工程を備えた液体吐出ヘッドの製造方法において、
   前記液室に、前記流路における上流と下流との連通を可能にし、毛管現象によって液体を供給可能な、幅の異なる複数の供給路であって、互いに接続された複数の前記供給路を形成する工程と、
   複数の前記供給路に、使用時の姿勢において、鉛直方向における上位に位置する前記供給路ほど、強い毛管力をもたせる工程と、を備えることを特徴とする液体吐出ヘッドの製造方法。
10. 液体を吐出する吐出素子基板と、前記吐出素子基板へ液体を導く流路の一部に形成された液室と、を備えた液体吐出ヘッドにおいて、
    前記液室の内壁面には、第１の供給路と、連通部を介して前記第１の供給路と連通し前記流路において前記第１の供給路よりも前記吐出素子基板の側に位置する第２の供給路と、が設けられており、
    前記第１の供給路は前記第２の供給路よりも毛管力が大きく、前記連通部における前記第１の供給路の幅は、前記連通部における前記第２の供給路の幅よりも小さいことを特徴とする液体吐出ヘッド。
11. 前記第１の供給路の幅は、前記第２の供給路の幅よりも小さいことを特徴とする請求項１０に記載の液体吐出ヘッド。
12. 前記第１の供給路と前記第２の供給路とは、前記連通部から互いに交差する方向に延在して屈曲部を構成していることを特徴とする請求項１０または請求項１１に記載の液体吐出ヘッド。
13. 使用時の姿勢において、前記第１の供給路は前記屈曲部から鉛直方向に沿って延在することを特徴とする請求項１２に記載の液体吐出ヘッド。
14. 前記液室を、第１の液室と、前記第１の液室よりも前記流路における前記吐出素子基板の側に位置する第２の液室と、に仕切るフィルタを備え、
    前記第１の供給路および前記第２の供給路は、前記第２の液室の内壁面に設けられていることを特徴とする請求項１０乃至請求項１３のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。
15. 前記第１の供給路および前記第２の供給路は前記内壁面から突出する複数のリブによって形成されていることを特徴とする請求項１０ないし請求項１４のいずれか1項に記載の液体吐出ヘッド。