JP6558995B2 - 液体吐出ヘッド - Google Patents

Description

本発明は、液体を吐出する液体吐出ヘッドに関する。

液体を吐出して記録などを行う液体吐出ヘッドでは、一般的に、液体を吐出する吐出口列を備えた記録素子基板が支持部材に実装されている。支持部材の内部には、液体を一時的に蓄える液室と、液室を吐出口列とを接続する流路とが備わっている。
近年、上記のような液体吐出ヘッドでは、記録の高速化などを図るために吐出口列の長尺化が進んでいる。吐出口列の長尺化が進むと、吐出口列から一度に大量の液体が吐出されため、液室などに急激な液体流動が発生することがある。この場合、吐出口近傍における液体のメニスカス振動が大きくなり、その結果、液室内の液体が振動し、印字不良が生じるという問題があった。
これに対して特許文献１に開示されている液体噴射記録ヘッドでは、気泡を蓄えるための空間室であるバッファ室が液室に設けられ、そのバッファ室に蓄えられた気泡の膨張と収縮により、液室内の液体の振動を抑制している。

特開２００６−２４０１５０号公報

しかしながら、特許文献１に記載された液体吐出記録ヘッドでは、液体内の溶存気体が気泡となり、バッファ室に蓄えられた気泡と合体して、バッファ室に蓄えられていた気泡が大きくなることがある。この場合、気泡が吐出口まで到達してしまい、吐出不良を招く恐れがある。

本発明は、上記の問題を鑑みてなされたものであり、気泡による吐出不良を抑制することが可能な液体吐出ヘッドを提供することである。

本発明による第１の液体吐出ヘッドは、
液体を蓄える液室と、前記液室に前記液体を供給する供給口と、前記供給口と前記液室を挟んで対向する位置に設けられ、前記液室に蓄えられた液体を吐出する記録素子基板と、を備え、
前記液室は、前記記録素子基板に対して平行に配され前記供給口と接続する第１の面と、前記記録素子基板から離れる方向に延びる壁面を有し、当該壁面が前記第１の面と接続されている空間室と、前記空間室の壁面および前記記録素子基板と接続する第２の面とを有し、
前記第１の面と前記第２の面とは前記空間室によって分断されており、
前記第１の面を延長した面と前記空間室の壁面との交差部は、前記空間室の壁面と前記第２の面との接続部よりも前記記録素子基板から遠いことを特徴とする。
また、本発明による第２の液体吐出ヘッドは、
液体を吐出する吐出口を備える記録素子基板と、前記記録素子基板を支持する支持部材と、を備える液体吐出ヘッドであって、
前記支持部材は、前記記録素子基板に供給する液体を貯留する液室と、前記液室に液体を供給するための供給口と、前記液室に連通し前記記録素子基板と対向する開口部を備え内部に気泡を備えるバッファ室と、前記供給口と前記バッファ室とを接続する接続面と、を備え、
前記接続面を延長した面は、前記バッファ室の内壁面のうち、前記供給口が設けられる側とは反対側に配される、前記開口部より奥側の内壁面と交差することを特徴とする。

本発明によれば、第１の面を延長した面と空間室の壁面との交差部が空間室の壁面と第２の面との接続部よりも記録素子基板から遠いため、接続部が液室に向けて張り出した構成となる。このため、供給路から液室に供給された液体のうち第１の面に沿って流れた液体により、空間室から溢れた気泡を接続部に押し当てて分離することが可能になる。したがって、気泡が必要以上に大きくなり過ぎることを抑制することが可能になり、その結果、気泡による吐出不良を抑制することが可能になる。

本発明の第１の実施形態のインクジェット記録ヘッドを示す斜視図である。 図１に示すインクジェット記録ヘッドを線分Ａ−Ａで切った断面図である インクジェット記録ヘッドの動作の一例を説明するための図である。 インクジェット記録ヘッドの動作の他の例を説明するための図である。 本発明の第１の実施形態インクジェット記録ヘッドに対する比較例を示す断面図である。 本発明の第２の実施形態のインクジェット記録ヘッドを示す断面図である。 本発明の第２の実施形態インクジェット記録ヘッドに対する比較例を示す断面図である。 本発明の第３の実施形態のインクジェット記録ヘッドを示す断面図である。 本発明の第４の実施形態のインクジェット記録ヘッドを示す断面図である。 本発明の第５の実施形態のインクジェット記録ヘッドを示す断面図である。 本発明の第５の実施形態のインクジェット記録ヘッドを示す透視斜視図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。なお、各図面において同じ機能を有するものには同じ符号を付け、その説明を省略する場合がある。
（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態の液体吐出ヘッドであるインクジェット記録ヘッドを示す斜視図である。図１に示すように本実施形態のインクジェット記録ヘッド１は、筐体２と、筐体２に取り付けられた支持部材３とを備える。筐体２は、例えば、樹脂などで形成される。支持部材３は、図１の例では、ビス４により筐体２に固定されている。支持部材３は、液体を吐出する吐出口が並設された吐出口列５を複数備える記録素子基板６を支持する。また、支持部材３には、記録素子基板６に制御信号などの電気信号を供給する電気配線基板７が取り付けられている。

図２は、図１に示すインクジェット記録ヘッド１を線分Ａ−Ａで切った断面図である。ただし、図２では、図１に対して上下が反転している。図２に示すようにインクジェット記録ヘッド１の支持部材３は、液体を貯留する（より具体的には、液体を一時的に蓄える）液室１１と、液室１１に液体を供給する供給口１２とを備える。液室１１を挟んで供給口１２と対向する位置には、記録素子基板６が設けられる。供給口１２は、図２の例では、記録素子基板６に対して略垂直な方向に延びている。
液室１１は、供給口１２と接続する第１の面２１と、第１の面２１と接続するバッファ室２２と、バッファ室２２および記録素子基板６と接続する第２の面２３とを有する。このため、第１の面２１は、供給口１２とバッファ室２２とを接続する接続面となる。
第１の面２１は、記録素子基板６に対して略平行である。
バッファ室２２は、液室１１の記録素子基板６が設けられる側とは反対側に設けられ、記録素子基板６から離れる方向に延びる内壁面である壁面２２ａを有する空間室であり、後述するように内部に気泡を蓄える。本実施形態では、バッファ室２２の壁面２２ａは、記録素子基板６に対して略垂直に延びている。また、バッファ室２２は、供給口１２を挟んだ両側のそれぞれに１つずつ設けられているが、供給口１２を挟んだ両側のうちの一方にだけ設けられてもよい。
第２の面２３は、バッファ室２２の壁面２２ａとの接続部２５から記録素子基板６と略平行に延びる第１の部分２３ａと、記録素子基板６との接続部から第１の部分２３ａへ延びる第２の部分２３ｂとを有する。本実施形態では、第２の部分２３ｂは記録素子基板６に対して略垂直である。
また、第１の面２１を延長した面とバッファ室２２の壁面２２ａとの交差部２４は、バッファ室２２と第２の面２３との接続部２５よりも記録素子基板６から遠い。なお、バッファ室２２の壁面２２ａは、供給口側の第１の部分と、第１の部分とは反対側の第２の部分とを含み、第１の面２１を延長した面は、第２の部分と交差する。本実施形態では、交差部２４から記録素子基板６までの距離と、接続部２５から記録素子基板６までの距離の差をｈとしている。なお、本実施形態におけるバッファ室２２は、バッファ室２２の壁面２２ａに囲まれる領域、具体的には壁面２２ａと第１の面２１との接続部と、壁面２２ａと第２の面２３との接続部とをつなぐ面を開口面とし、その開口面より奥側の領域である。

図３および図４は、記録素子基板６から液体を吐出する際のインクジェット記録ヘッド１の動作を説明するための図である。
先ず、図３（ａ）に示すように供給口１２から液室１１に液体５０が供給され、液室１１に液体５０が充填される。このとき、液室１１内の空気の多くは、記録素子基板６の吐出口から外に排出されるが、液室１１内の空気の一部はバッファ室２２に気泡５１として残る。このとき、気泡５１はバッファ室２２から溢れない程度に溜まった状態となる。
液室１１に充填された液体５０は、記録素子基板６内の多数の圧力室（図示せず）に充填され、各圧力室に対応する発熱抵抗素子が選択的に駆動することで、記録素子基板６の吐出口から吐出される。本実施形態では、１２ｐｌの液滴を吐出する吐出口が１２００ｄｐｉで１２８０個配置されており、各吐出口の吐出周波数は、最大で２４ｋＨｚである。したがって、インクジェット記録ヘッド１は、全ての吐出口から液滴を吐出する場合、２２ｍｌ／ｍｉｎの流量の液体を吐出することができる。
このような大量の液体が一度に吐出される場合、液室１１内の液体が振動することがある。しかしながら、本実施形態のインクジェット記録ヘッド１では、バッファ室２２に溜まった気泡５１の膨張および収縮によって、その振動を緩和することが可能になる。また、バッファ室２２は記録素子基板６の近傍に配置されているため、液滴が高周波数で吐出された際の液室１１内の急激な負圧の変化による振動にも対応することができる。
なお、本実施形態では、吐出口は記録動作前に例えば４０℃に保温され、吐出口を保温しやすいように支持部材３は熱容量が比較的小さい樹脂で形成される。しかしながら、支持部材３が金属のような樹脂とは異なる材料で形成されていてもよい。支持部材３の材料が樹脂でも金属でも、上記の振動による問題が発生することがあるため、バッファ室２２は有用である。
上記のような吐出動作や吐出機能を維持するための回復動作などが繰り返し行われると、図３（ｂ）に示すように、液体内の溶存気体などによりバッファ室２２内の気泡５１が大きくなる。その後、図３（ｃ）に示すように、気泡５１がバッファ室２２の容量を超え、バッファ室２２から溢れるまで大きくなる。このような状況では、気泡５１の一部は、図中の矢印で示される液体５０の流れによって、図３（ｄ）に示すように第２の壁面とバッファ室２２との接続部２５に押し当てられ、接続部２５により分離される。そして、図４（ａ）に示すように、分離された気泡の５１のうち一方は、バッファ室２２に留まり、他方は、記録素子基板６に向かって流され、記録素子基板６の吐出口から外に排出される。これにより、図４（ｂ）に示すように、気泡５１がバッファ室２２から溢れない程度に溜まった初期の状態に戻る。

図５は、本実施形態のインクジェット記録ヘッド１の比較例を示す断面図である。図５に示す比較例の液室１１１では、第１の面１２１を延長した面とバッファ室１２２の壁面１２２ａとの交差部１２４と、バッファ室１２２の壁面１２２ａと第２の面１２３との接続部１２５とが一致している。このため、交差部１２４と接続部１２５とは、記録素子基板１０６からの距離が互いに等しい。この場合、気泡がバッファ室１２２から溢れるまで大きくなっても、接続部１２５が気泡を分離する機能を果たさないので、気泡がそのまま大きくなり続けてしまう。そのため、気泡が吐出口に到達して、吐出不良が発生することがある。
これに対して本実施形態のインクジェット記録ヘッド１では、交差部２４が接続部２５よりも記録素子基板６から遠いため、接続部２５が液室１１に向けて張り出した構成となる。このため、供給路１２から液室１１に供給された液体のうち第１の面に沿って流れた液体により、バッファ室２２から溢れた気泡を接続部２５に押し当てて分離することが可能になる。したがって、気泡が必要以上に大きくなり過ぎることを抑制することが可能になり、その結果、気泡による吐出不良を抑制することが可能になる。

また、本実施形態では、第２の面２３の第１の部分２３ａが記録素子基板６に対して略平行なため、バッファ室２２の壁面２２ａと第２の面２３との接続部２５は、略直角の角部で形成される。これは、良好な吐出を行う吐出良好性の観点から好ましい。ここで、略平行とは、例えば、第１の面２１と記録素子基板６との成す角度が約５度以下のことであり、略直角は、９０度±５度のことである。
仮に接続部２５が鈍角の角部で形成される場合、つまり、第２の面２３が記録素子基板６と平行な方向に供給口１２から離れるにつれ、記録素子基板６に近づくように傾斜している場合、角部の鋭さが低いので、気泡を分離する泡切れ性が低い。
また、接続部２５が鋭角の角部で形成される場合、つまり、第２の面２３の第１の部分２３ａが記録素子基板６と平行な方向に供給口１２から離れるにつれ、記録素子基板６に遠ざかるように傾斜している場合、角部が鋭いので、泡切れ性は高い。しかしながら、第２の面２３が上記のように傾斜しているため、バッファ室２２とは別に、第２の面２３の第１の部分２３ａと第２の部分２３ｂの接続部周辺に、記録素子基板６から離れる方向に延びる空間が生じる。このため、分離された気泡がそのスペースに入り込んでしまい、気泡を排出する泡抜け性が低くなる。
したがって、接続部２５の形状と吐出良好性の関係は、以下の表１で表される。

なお、泡切れ性、泡抜け性および吐出良好性は、それぞれ良い方から順に、◎、○、△となる。

（第２の実施形態）
図６は、本発明の第２の実施形態のインクジェット記録ヘッド１を示す図である。なお、図６は、図２と同様に図１に示すインクジェット記録ヘッド１を線分Ａ−Ａで切った断面図である。
図６に示すように本実施形態では、第１の実施形態と比較して、液室１１の第１の面が、記録素子基板６と平行な方向に供給口１２から離れるにつれ、記録素子基板６に近づくように傾斜している点で異なる。
本実施形態でも、第１の実施形態と同様に、第１の面２１を延長した面とバッファ室２２の壁面２２ａとの交差部２４が、バッファ室２２の壁面２２ａと第２の面２３との接続部２５よりも記録素子基板６から遠い。このため、第１の実施形態と同様に、気泡による吐出不良を抑制することが可能になる。
図７は、本実施形態のインクジェット記録ヘッド１の比較例の液室を示す断面図である。図７に示す比較例の液室１１１では、第１の面１２１を延長した面とバッファ室１２２の壁面１２２ａとの交差部１２４と、バッファ室１２２の壁面１２２ａと第２の面１２３との接続部１２５とが一致している。このため、交差部１２４と接続部１２５とは、記録素子基板１０６からの距離が互いに等しい。この例では、液体が気泡を接続部１２５に押し当てることができないため、接続部１２５が気泡を分離する分離部として機能しない。このため、気泡が吐出口まで達して吐出不良が発生したり、気泡が全て吐出口から排出されたりするなどの問題が発生することがある。

（第３の実施形態）
図８は、本発明の第３の実施形態のインクジェット記録ヘッド１を示す図である。なお、図８は、図２と同様に図１に示すインクジェット記録ヘッド１を線分Ａ−Ａで切った断面図である。
図８に示すように第３の実施形態は、第２の実施形態と比較して、第２の面２３の第２の部分が記録素子基板６と平行な方向に供給口１２から離れるにつれ、記録素子基板６に近づくように傾斜している点で異なる。
本実施形態でも、第１の実施形態と同様に、交差部２４が接続部２５よりも記録素子基板６から遠いため、気泡による吐出不良を抑制することが可能になる。また、第２の面２３の第１の部分２３ａと第２の部分２３ｂとの接続部２３ｃが鈍角の隅部となるため、接続部２３ｃ周辺に気泡が溜まってしまうことを抑制することが可能になり、泡抜け性を向上することが可能になる。

図９は、本発明の第４の実施形態のインクジェット記録ヘッド１を示す図である。なお、図９は、図２と同様に図１に示すインクジェット記録ヘッド１を線分Ａ−Ａで切った断面図である。
図９に示すように第４の実施形態は、第２の実施形態と比較して、第２の面２３の第１の部分２３ａと第２の部分２３ｂとの接続部２３ｃが、記録素子基板６と平行な方向に供給口１２から離れるにつれ、記録素子基板６に近づくように傾斜している点で異なる。
本実施形態でも、第１の実施形態と同様に、交差部２４が接続部２５よりも記録素子基板６から遠いため、気泡による吐出不良を抑制することが可能になる。また、液室１１の端部付近をより大きくすることが可能になるため、吐出動作や回復動作における液室１１の端部付近の吐出性能を向上させることが可能になる。

図１０は、本発明の第５の実施形態のインクジェット記録ヘッド１を示す図である。なお、図１０は、図２と同様に図１に示すインクジェット記録ヘッド１を線分Ａ−Ａで切った断面図である。
図１０に示すように第５の実施形態は、第２の実施形態と比較して、第２の面２３の全体が、記録素子基板６と平行な方向に供給口１２から離れるにつれ、記録素子基板６に近づくように傾斜している点で異なる。
本実施形態でも、第１の実施形態と同様に、交差部２４が接続部２５よりも記録素子基板６から遠いため、気泡による吐出不良を抑制することが可能になる。また、第２の面２３に隅部が存在しないため、気泡が溜まってしまうことを抑制することが可能になる。

なお、各実施形態では、図１１に示すように、液室１１は支持部材３の内部に設けられ、供給口１２が支持部材３から露出している。図１１では、図１０に示した第５の実施形態の支持部材３を例示しているが、他の実施形態でも同様である。
また、各実施形態で説明したインクジェット記録ヘッド１の支持部材３は、樹脂で形成される場合、金属の型を用いた型抜きで形成することができる。また、支持部材３は、粉体のような物質を、型を用いてプレスすることで形成することもできる。いずれの場合でも、支持部材３は、型からの支持部材３の抜き出しを阻害するような形状を有していないため、従来と同様に容易に作成することができる。
以上説明した各実施形態において、図示した構成は単なる一例であって、本発明はその構成に限定されるものではない。

１ インクジェット記録ヘッド（液体吐出ヘッド）
６ 記録素子基板
１１ 液室
１２ 供給口
２１ 第１の面
２２ バッファ室（空間室）
２２ａ 壁面
２３ 第２の面
２３ａ 第１の部分
２３ｂ 第２の部分
２３ｃ 接続部
２４ 交差部
２５ 接続部

Claims (11)

1. 液体を蓄える液室と、前記液室に前記液体を供給する供給口と、前記供給口と前記液室を挟んで対向する位置に設けられ、前記液室に蓄えられた液体を吐出する記録素子基板と、を備え、
   前記液室は、前記記録素子基板に対して平行に配され前記供給口と接続する第１の面と、前記記録素子基板から離れる方向に延びる壁面を有し、当該壁面が前記第１の面と接続されている空間室と、前記空間室の壁面および前記記録素子基板と接続する第２の面とを有し、
   前記第１の面と前記第２の面とは前記空間室によって分断されており、
   前記第１の面を延長した面と前記空間室の壁面との交差部は、前記空間室の壁面と前記第２の面との接続部よりも前記記録素子基板から遠いことを特徴とする液体吐出ヘッド。
2. 前記空間室の壁面は、前記記録素子基板に対して垂直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。
3. 前記空間室の壁面と前記第２の面との接続部は、角度が９０度±５度の角部で形成される、請求項１または２に記載の液体吐出ヘッド。
4. 前記第２の面は、前記空間室との接続部から前記記録素子基板に対して平行に延びる第１の部分と、前記記録素子基板との接続部から前記第１の部分へ延びる第２の部分とを有することを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。
5. 前記第２の部分は、前記記録素子基板に対して垂直であることを特徴する請求項４に記載の液体吐出ヘッド。
6. 前記第１の部分と前記第２の部分との接続部は、前記記録素子基板と平行な方向に前記供給口から離れるにつれ、前記記録素子基板に近づくように傾斜していることを特徴とする請求項５に記載の液体吐出ヘッド。
7. 前記第２の面は、前記記録素子基板と平行な方向に前記供給口から離れるにつれ、前記記録素子基板に近づくように傾斜している請求項１ないし３のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。
8. 液体を吐出する吐出口を備える記録素子基板と、前記記録素子基板を支持する支持部材と、を備える液体吐出ヘッドであって、
   前記支持部材は、前記記録素子基板に供給する液体を貯留する液室と、前記液室に液体を供給するための供給口と、前記液室に連通し前記記録素子基板と対向する開口部を備え内部に気泡を備えるバッファ室と、前記供給口と前記バッファ室とを接続する接続面と、を備え、
   前記接続面を延長した面は、前記バッファ室の内壁面のうち、前記供給口が設けられる側とは反対側に配される、前記開口部より奥側の内壁面と交差することを特徴とする液体吐出ヘッド。
9. 前記バッファ室の内壁面は、前記供給口側の第１の部分と、前記第１の部分とは反対側の第２の部分とを含み、前記接続面を延長した面は前記第２の部分と交差することを特徴とする請求項８に記載の液体吐出ヘッド。
10. 前記接続面は、前記記録素子基板に沿っていることを特徴とする請求項８または９に記載の液体吐出ヘッド。
11. 前記接続面は、前記供給口から離れるにつれ、前記記録素子基板に近づくように傾斜していることを特徴とする請求項８または９に記載の液体吐出ヘッド。

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