JP7078044B2 - インクジェットヘッド及びインクジェット記録装置 - Google Patents
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Description
このようなインクジェット記録装置では、インクジェットヘッド内に発生した気泡や混入した異物等によって、ノズルが詰まり、射出不良等の問題が生じる場合がある。また、インクの種類によっては、長時間使用しないままにしておくと、インク粒子の沈降等によってノズル付近のインク粘度が高まり、安定したインクの射出性能が得難い場合がある。
例えば、特許文献1には、ヘッド内部に、各圧力室からのインクを排出可能な個別インク排出路と、複数の個別インク排出路が合流する共通インク排出路と、を備えたインクジェットヘッドが開示されている。
図示するヘッドチップ1の外表面DSは、ヘッドチップ1の長手方向に沿った外表面であり、外表面DSに沿ってノズル111及びこれに接続する圧力室131が列(R1,R2)を成す。外表面DSから垂直に内部へ侵入した際の中心面DCまでの間に、ノズル111及びこれに接続する圧力室131の列が例えば図示するように2列構成される。
共通インク排出路133は、外表面DSに沿った方向に列を成す複数の圧力室131からの各個別インク排出路121の合流を受けるために、外表面DSに沿った方向に延設されている。
このようなヘッドチップ1において外表面DSから中心面DCまでを、外表面DSから垂直に内部への深さ方向に図示するように領域D11-D15に分けて説明する。
領域D11-D15に亘って熱的条件は均一ではない。共通インク排出路133は、比較的多くのインクが流通するため冷却効果や断熱効果があるからである。例えば、外表面DSの外に高熱源がある場合の温度分布TDを図中に示す。温度分布TDは濃いほど高温であることを示す。領域D11は、外表面DSまでの間に共通インク排出路133が無いため、外の熱が伝わりやすく高温化する。これに対し領域D13は、外表面DSまでの間に共通インク排出路133が1本あるため、領域D11に比較して熱が伝わりにくく比較的低温である。
したがって、領域D11にある圧力室131のインク温度は比較的高く、領域D13にある圧力室131のインク温度は比較的低くなり、外部に放熱する場合はその逆となり、いずれにしても射出するインクの温度が不均一となるから画質に影響し得るという問題があった。
なお、図16にあっては、外表面DSから中心面DCまでの片側領域のみを示すが、反対側の外表面から中心面DCまでの領域に対称的に構成されることが通常である。
インクを射出する複数のノズルと、
前記複数のノズルの各々に連通し、インクが貯留される複数の圧力室と、
前記複数の圧力室の各々に対応して設けられ、前記圧力室内のインクに圧力を加える複数の圧力発生手段と、
前記複数の圧力室の各々から分岐して設けられ、当該複数の圧力室内のインクを排出可能な複数の個別インク排出路と、
前記複数の個別インク排出路が連結された共通インク排出路と、を備え、
ヘッドチップの相対する2つの外表面に沿った方向に前記複数のノズル及び前記複数の圧力室が列を成し、当該列が前記外表面に垂直な方向に並んで複数設けられ、
前記2つの外表面に沿った方向に、前記共通インク排出路が延設され、
前記共通インク排出路は、前記列を介さず前記外表面の一方に近接する両最外領域及び前記2つの外表面の間の中央領域のうちいずれか一方又は双方の領域のみに配置され、
前記列は、前記圧力室と、インク流路から隔絶された空気室とが交互に配置されて構成され、
前記個別インク排出路は、前記ノズルの軸方向に見て前記空気室に重なるように配置されている。
前記個別インク排出路は、前記複数の圧力室の各々に少なくとも二つ設けられている。
インクを射出する複数のノズルと、
前記複数のノズルの各々に連通し、インクが貯留される複数の圧力室と、
前記複数の圧力室の各々に対応して設けられ、前記圧力室内のインクに圧力を加える複数の圧力発生手段と、
前記複数の圧力室の各々から分岐して設けられ、当該複数の圧力室内のインクを排出可能な複数の個別インク排出路と、
前記複数の個別インク排出路が連結された共通インク排出路と、を備え、
ヘッドチップの相対する2つの外表面に沿った方向に前記複数のノズル及び前記複数の圧力室が列を成し、当該列が前記外表面に垂直な方向に並んで複数設けられ、
前記2つの外表面に沿った方向に、前記共通インク排出路が延設され、
前記共通インク排出路は、前記列を介さず前記外表面の一方に近接する両最外領域及び前記2つの外表面の間の中央領域のうちいずれか一方又は双方の領域のみに配置され、
前記個別インク排出路は、前記複数の圧力室の各々に少なくとも二つ設けられている。
前記両最外領域の双方に前記共通インク排出路が配置されている。
前記中央領域に前記共通インク排出路が配置されている。
インクを射出する複数のノズルと、
前記複数のノズルの各々に連通し、インクが貯留される複数の圧力室と、
前記複数の圧力室の各々に対応して設けられ、前記圧力室内のインクに圧力を加える複数の圧力発生手段と、
前記複数の圧力室の各々から分岐して設けられ、当該複数の圧力室内のインクを排出可能な複数の個別インク排出路と、
前記複数の個別インク排出路が連結された共通インク排出路と、を備え、
ヘッドチップの相対する2つの外表面に沿った方向に前記複数のノズル及び前記複数の圧力室が列を成し、当該列が前記外表面に垂直な方向に並んで複数設けられ、
前記2つの外表面に沿った方向に、前記共通インク排出路が延設され、
前記共通インク排出路は、前記列を介さず前記外表面の一方に近接する両最外領域及び前記2つの外表面の間の中央領域のみに配置されている。
前記列は、前記圧力室と、インク流路から隔絶された空気室とが交互に配置されて構成され、
前記個別インク排出路は、前記ノズルの軸方向に見て前記空気室に重なるように配置されている。
前記個別インク排出路は、前記複数の圧力室の各々に少なくとも二つ設けられている。
前記中央領域に前記共通インク排出路が、前記列を間に介さずに2本配置されている。
前記中央領域に前記共通インク排出路が1本のみ配置されている。
前記列は、3列以上設けられている。
・請求項12に記載の発明は、請求項1から請求項11までのいずれか一項に記載のインクジェットヘッドにおいて、
前記列は、偶数列設けられている。
・請求項13に記載の発明は、請求項1から請求項12までのいずれか一項に記載のインクジェットヘッドにおいて、
一の列に属し、互いに隣り合う2つの前記圧力室の間を通って設けられた前記個別インク排出路により、一の前記共通インク排出路と、前記一の列を介して当該一の共通インク排出路の逆側に配置された他の列に属する前記圧力室とが連結されている。
・請求項14に記載の発明は、請求項1から請求項13までのいずれか一項に記載のインクジェットヘッドにおいて、
前記ヘッドチップは、前記複数のノズルが設けられたノズル基板と、前記複数の個別インク排出路が設けられた流路スペーサー基板と、前記複数の圧力室が設けられた圧力室基板と、が順に積層されて構成されている。
・請求項15に記載の発明は、インクジェット記録装置であって、
請求項1から請求項14までのいずれか一項に記載のインクジェットヘッドと、
前記圧力室から前記個別インク排出路への循環流を発生させるためのインクの供給手段と、
を備える。
インクジェット記録装置200は、図1に示すように、給紙部210と、画像記録部220と、排紙部230と、インクの供給手段としてのインク循環系8(図11参照)等を備える。インクジェット記録装置200は、給紙部210に格納された記録媒体Mを画像記録部220に搬送し、画像記録部220で記録媒体Mに画像を形成し、画像が形成された記録媒体Mを排紙部230に搬送する。
本実施形態のインクジェットヘッド100は、図3A、図3B及び図4等に示すように、ヘッドチップ1と、ヘッドチップ1が配設された配線基板2と、配線基板2とフレキシブル基板3を介して接続された駆動回路基板4と、ヘッドチップ1内の圧力室131に供給するインクを貯留するマニホールド5と、内側にマニホールド5が収納された筐体6と、筐体6の底面開口を塞ぐように取り付けられたキャップ受板7と、筐体6に取り付けられたカバー部材9等を備えている。
なお、図3Aでは、マニホールド5の図示を省略しており、図3B及び図4では、カバー部材9の図示を省略している。
また、本実施形態では、ヘッドチップ1のノズル111の列数が4列である例を基本に説明する。
圧力室131と空気室132は左右方向に交互に配置されるように多数設けられ、前後方向に4列で設けられている。
圧力室131は、略矩形状の断面を有し上下方向に沿って形成されており、圧力室基板13の上面に入口を有し、下面に出口を有している。また、圧力室131は、上方向の端部でインク貯留部51に連通しており、圧力室131には当該インク貯留部51からインクが供給され、圧力室131内部にはノズル111から射出するためのインクを貯留する。また、圧力室131は、圧力室基板13と流路スペーサー基板12とに跨がって、同一面積の略矩形状の断面を有するように上下方向に沿って形成されており、下方向の端部でノズル111に連通している(図9A、図9B等参照)。
第1共通インク排出路134は、圧力室基板13の下面側に、圧力室131及び空気室132が設けられた部分を避けるようにして、ヘッドチップ1の前側、後側、及びそれらの中央部に、3列並んで左右方向に沿って設けられている。また、第1共通インク排出路134の下面側には、流路スペーサー基板12に設けられた個別インク排出路121が複数連結しており、それら個別インク排出路121(第2個別インク排出路123)から流れてくるインクが第1共通インク排出路134で合流できるようになっている(図6B、図7A及び図9A)。また、第1共通インク排出路134は、右端部付近で、ヘッドチップ1外にインクを排出可能な第2共通インク排出路135に連結している。したがって、第1共通インク排出路134は、個別インク排出路121(第2個別インク排出路123)から流れてきたインクが、当該第2共通インク排出路135に向かって流れる流路となっている。
圧力室131は、流路スペーサー基板12と圧力室基板13とを跨がって、同一面積の略矩形状の断面を有するように上下方向に沿って形成されている。
個別インク排出路121は、気泡や異物等をインクとともに排出しやすくする観点から、圧力室131の各々に少なくとも二つ設けられていることが好ましい。また、個別インク排出路121は、例えば、図9A及び図9Bに示すように、圧力室131の前方向と後方向にそれぞれ一つずつ、計二つ設けることが、気泡や異物等をインクとともに排出しやすくする効果を得ることができ、かつ製造効率も高いため好ましい。
また、2つの外表面DS,DSに沿った方向(左右方向)に、第1共通インク排出路134が延設されている。
ヘッドチップ1において一方の外表面DSから他方の外表面DSまでを、外表面DSから垂直に内部への深さ方向に図示するように領域D1-D7に分けて説明する。
第1共通インク排出路134は、いずれのチャネル列R1-R4をも介さず外表面DSの一方に近接する両最外領域(D1+D2,D6+D7)及び2つの外表面DS,DSの間の中央領域D4の双方に配置され、これらの領域のみに配置されている。
すなわち、第1共通インク排出路134は領域D2,D4,D6に配置され、領域D1,D7は、外表面DSまでの外壁部であり、領域D2と中央領域D4の間の領域D3には、2列のチャネル列R1,R2が配置されており、領域D6と中央領域D4の間の領域D5には、2列のチャネル列R3,R4が配置されている。チャネル列R1-R4の列数が3以上かつ偶数である。偶数列とすることで、中心面DCを通る第1共通インク排出路134を配置するとともに、中心面DCの両側に同数のチャネル列を配置することができ、熱的条件を均一化できる。
例えば、前記一の列を、チャネル列R1として説明する。チャネル列R1に属し、互いに隣り合う2つの圧力室131,131の間を通って設けられた個別インク排出路121により、領域D2に配置された第1共通インク排出路134と、チャネル列R2に属する圧力室131とが連結されている。
前記一の列を、チャネル列R2として説明する。チャネル列R2に属し、互いに隣り合う2つの圧力室131,131の間を通って設けられた個別インク排出路121により、領域D4に配置された第1共通インク排出路134と、チャネル列R1に属する圧力室131とが連結されている。
領域D5についても同様である。
かかる構造により、各チャネル列R1-R4の圧力室131は、前後方向の双方に個別インク排出路121を延ばし両側の第1共通インク排出路134,134に連結することができる。これにより、インクの循環性を高めるとともに、ヘッドチップ1内の温度の不均衡を緩和することができる。
例えば、外表面DSの外に高熱源がある場合の温度分布TDを図中に示す。温度分布TDは濃いほど高温であることを示す。領域D1,D7は、外表面DSまでの間に第1共通インク排出路134が無いため、外の熱が伝わりやすく高温化する。領域D3,D5は、外表面DSまでの間に共通インク排出路133が1本あるため、領域D1に比較して熱が伝わりにくく比較的低温であるが、外表面DSまでの間の共通インク排出路133の本数という熱的条件が同一であるため、領域D3,D5内の温度は均一化する。外部に放熱する場合はその逆となり、領域D3,D5より領域D1,D7が低温になるが、領域D3,D5内の温度が均一化することは変わりない。
したがって、すべてのチャネル列R1-R4に属する圧力室131のインク温度の不均衡は緩和され、射出するインクの温度が均一となるから画質に影響し得る熱問題の一つを解消することができる。
図13に、1つの圧力室131から延びる個別インク排出路121を1本とし、近い第1共通インク排出路134に連結した構造を示す。かかるヘッドチップ1の構造であっても、外表面DSまでの間の共通インク排出路133の本数という熱的条件が同一であるため、チャネル列R1-R4のある領域D3,D5内の温度は均一化する。
図14に示すヘッドチップ1において、中央領域D4の2本の第1共通インク排出路134,134間にチャネル列を配置しないのは、そこにチャネル列を配置してしまうと、そのチャネル列と他のチャネル列とで外表面DSまでの間の共通インク排出路133の本数という熱的条件が異なってしまうからである。
第2インクポート54は、第1液室51aの左側上端部に連通されており、第1液室51a内の気泡を除去するために用いられる。また、第2インクポート54の先端部には、第2ジョイント81bが外挿されている。
第3インクポート55は、第2液室51bの左側上端部に連通されており、第2液室51b内の気泡を除去するために用いられる。また、第3インクポート55の先端部には、第3ジョイント82aが外挿されている。
第4インクポート56は、ヘッドチップ1の第2共通インク排出路135に連通する排出用液室57に連通されており、ヘッドチップ1から排出されたインクが、第4インクポート56を通して、インクジェットヘッド100の外部に排出される。
インク循環系8は、インクジェットヘッド100内の圧力室131から個別インク排出路121へのインクの循環流を発生させるためのインクの供給手段である。インク循環系8は、供給用サブタンク81、循環用サブタンク82及びメインタンク83等によって構成されている(図11)。
循環用サブタンク82は、マニホールド5の排出用液室57から排出されたインクが充填されており、インク流路85によって第4インクポート56に接続されている。
また、供給用サブタンク81と循環用サブタンク82は、ヘッドチップ1のノズル面(以下、「位置基準面」ともいう。)に対して、上下方向(重力方向)に異なる位置に設けられている。これによって、当該位置基準面と供給用サブタンク81の水頭差による圧力P1と、当該位置基準面と循環用サブタンク82との水頭差による圧力P2が生じている。
また、供給用サブタンク81と循環用サブタンク82は、インク流路86で接続されている。そして、ポンプ88によって加えられた圧力によって、循環用サブタンク82から供給用サブタンク81にインクを戻すことができる。
以上で説明した本発明の実施形態は、全ての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。すなわち、本発明の範囲は、上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。
8 インク循環系(インクの供給手段)
11 ノズル基板
111 ノズル
12 流路スペーサー基板
121 個別インク排出路
122 第1個別インク排出路
123 第2個別インク排出路
13 圧力室基板
131 圧力室
132 空気室
133 共通インク排出路
134 第1共通インク排出路
135 第2共通インク排出路
136 隔壁(圧力発生手段)
100 インクジェットヘッド
200 インクジェット記録装置
Claims (15)
- インクを射出する複数のノズルと、
前記複数のノズルの各々に連通し、インクが貯留される複数の圧力室と、
前記複数の圧力室の各々に対応して設けられ、前記圧力室内のインクに圧力を加える複数の圧力発生手段と、
前記複数の圧力室の各々から分岐して設けられ、当該複数の圧力室内のインクを排出可能な複数の個別インク排出路と、
前記複数の個別インク排出路が連結された共通インク排出路と、を備え、
ヘッドチップの相対する2つの外表面に沿った方向に前記複数のノズル及び前記複数の圧力室が列を成し、当該列が前記外表面に垂直な方向に並んで複数設けられ、
前記2つの外表面に沿った方向に、前記共通インク排出路が延設され、
前記共通インク排出路は、前記列を介さず前記外表面の一方に近接する両最外領域及び前記2つの外表面の間の中央領域のうちいずれか一方又は双方の領域のみに配置され、
前記列は、前記圧力室と、インク流路から隔絶された空気室とが交互に配置されて構成され、
前記個別インク排出路は、前記ノズルの軸方向に見て前記空気室に重なるように配置されているインクジェットヘッド。 - 前記個別インク排出路は、前記複数の圧力室の各々に少なくとも二つ設けられている請求項1に記載のインクジェットヘッド。
- インクを射出する複数のノズルと、
前記複数のノズルの各々に連通し、インクが貯留される複数の圧力室と、
前記複数の圧力室の各々に対応して設けられ、前記圧力室内のインクに圧力を加える複数の圧力発生手段と、
前記複数の圧力室の各々から分岐して設けられ、当該複数の圧力室内のインクを排出可能な複数の個別インク排出路と、
前記複数の個別インク排出路が連結された共通インク排出路と、を備え、
ヘッドチップの相対する2つの外表面に沿った方向に前記複数のノズル及び前記複数の圧力室が列を成し、当該列が前記外表面に垂直な方向に並んで複数設けられ、
前記2つの外表面に沿った方向に、前記共通インク排出路が延設され、
前記共通インク排出路は、前記列を介さず前記外表面の一方に近接する両最外領域及び前記2つの外表面の間の中央領域のうちいずれか一方又は双方の領域のみに配置され、
前記個別インク排出路は、前記複数の圧力室の各々に少なくとも二つ設けられているインクジェットヘッド。 - 前記両最外領域の双方に前記共通インク排出路が配置されている請求項1から請求項3までのいずれか一項に記載のインクジェットヘッド。
- 前記中央領域に前記共通インク排出路が配置されている請求項1から請求項4までのいずれか一項に記載のインクジェットヘッド。
- インクを射出する複数のノズルと、
前記複数のノズルの各々に連通し、インクが貯留される複数の圧力室と、
前記複数の圧力室の各々に対応して設けられ、前記圧力室内のインクに圧力を加える複数の圧力発生手段と、
前記複数の圧力室の各々から分岐して設けられ、当該複数の圧力室内のインクを排出可能な複数の個別インク排出路と、
前記複数の個別インク排出路が連結された共通インク排出路と、を備え、
ヘッドチップの相対する2つの外表面に沿った方向に前記複数のノズル及び前記複数の圧力室が列を成し、当該列が前記外表面に垂直な方向に並んで複数設けられ、
前記2つの外表面に沿った方向に、前記共通インク排出路が延設され、
前記共通インク排出路は、前記列を介さず前記外表面の一方に近接する両最外領域及び前記2つの外表面の間の中央領域のみに配置されているインクジェットヘッド。 - 前記列は、前記圧力室と、インク流路から隔絶された空気室とが交互に配置されて構成され、
前記個別インク排出路は、前記ノズルの軸方向に見て前記空気室に重なるように配置されている請求項6に記載のインクジェットヘッド。 - 前記個別インク排出路は、前記複数の圧力室の各々に少なくとも二つ設けられている請求項6又は請求項7に記載のインクジェットヘッド。
- 前記中央領域に前記共通インク排出路が、前記列を間に介さずに2本配置されている請求項5から請求項8までのいずれか一項に記載のインクジェットヘッド。
- 前記中央領域に前記共通インク排出路が1本のみ配置されている請求項5から請求項8までのいずれか一項に記載のインクジェットヘッド。
- 前記列は、3列以上設けられている請求項1から請求項10までのいずれか一項に記載のインクジェットヘッド。
- 前記列は、偶数列設けられている請求項1から請求項11までのいずれか一項に記載のインクジェットヘッド。
- 一の列に属し、互いに隣り合う2つの前記圧力室の間を通って設けられた前記個別インク排出路により、一の前記共通インク排出路と、前記一の列を介して当該一の共通インク排出路の逆側に配置された他の列に属する前記圧力室とが連結されている請求項1から請求項12までのいずれか一項に記載のインクジェットヘッド。
- 前記ヘッドチップは、前記複数のノズルが設けられたノズル基板と、前記複数の個別インク排出路が設けられた流路スペーサー基板と、前記複数の圧力室が設けられた圧力室基板と、が順に積層されて構成されている請求項1から請求項13までのいずれか一項に記載のインクジェットヘッド。
- 請求項1から請求項14までのいずれか一項に記載のインクジェットヘッドと、
前記圧力室から前記個別インク排出路への循環流を発生させるためのインクの供給手段と、
を備えるインクジェット記録装置。
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