JP7418102B2 - インクジェットヘッド - Google Patents

Description

本発明は、インクジェットヘッドに関するものである。

インクを吐出するインクジェットヘッドは、一般に、ほこりやちり等の異物が吐出口に詰まることを抑制するために、異物を捕集するフィルタを有する。しかしながら、例えば、フィルタの網目よりも小さい異物がフィルタを透過することや、フィルタの一部がインクジェットヘッドの流路内に落ちることにより、異物が吐出口に詰まる場合がある。異物が吐出口に詰まるとインクの正常な吐出が困難となり、記録品位が低下する。

そこで、特許文献１においては、インクジェットヘッド内に正常な吐出が困難な吐出口が存在するときには、その吐出口の近傍にある他の吐出口からインクを吐出して記録を補完することにより記録品位の低下を抑制するインクジェットヘッドが提案されている。

特開２００６－１８７８７２号公報

本発明者の検討によると、インク注入口からインクジェットヘッド内にインクを注入する際に、複数の吐出口が配列されてなる吐出口列の端部付近に異物が集まりやすいことが確認された。異物が特定の場所に集まると、吐出口により詰まりやすくなるため、吐出口列の端部に位置する吐出口は、正常な吐出が困難となりやすい。

一方、吐出口列の端部に位置する吐出口は、吐出口列の端部に位置していることにより、近傍の他の吐出口による記録の補完を行えない場合がある。したがって、吐出口列の端部に位置する吐出口が異物により吐出困難となると、記録の補完も行えないために記録品位が低下する恐れがある。

本発明は、上記の課題を鑑みてなされたものであり、記録の補完が困難な吐出口に異物が詰まることにより記録品位が低下することを抑制することができる、インクジェットヘッドを提供することを目的とする。

上記課題は、以下の本発明によって解決される。即ち本発明は、インクを吐出する複数の吐出口が配列された吐出口列を有し、複数の前記吐出口列が配列されたインク吐出基板と、前記記録素子基板を支持する支持部材と、異物を捕集するフィルタと、前記インク吐出基板にインクを注入するためのインク注入口と、を有し、前記インク吐出基板、前記支持部材および前記フィルタが、下方から上方に向かってこの順番に配置されているインクジェットヘッドにおいて、前記支持部材は、前記吐出口列の一番端に位置する吐出口のうち、前記インク注入口がある側とは反対側の端にある吐出口の上方に梁を有することを特徴とする。

本発明によれば、記録の補完が困難な吐出口に異物が詰まることにより記録品位が低下することを抑制することができる、インクジェットヘッドを提供することができる。

本実施形態のインクジェットヘッドを示す斜視図。 図１に示すインクジェットヘッドの分解斜視図。 第１の支持部材の上面図を示す概略図。 図１に示すＡ－Ａ断面の概略図。 インク吐出基板１０１を示す概略図。 第２の実施形態におけるインクジェットヘッドを示す概略図。 比較例のインクジェットヘッドを示す概略図。 比較例のインクジェットヘッドにインクを注入する際の挙動を示す概略図。 比較例のインクジェットヘッドの異物の分布を示す図。

以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。

（第１の実施形態）
（液体吐出ヘッド）
本実施形態のインクジェットヘッドについて、図１および図２を参照しながら説明する。図１（ａ）は、本実施形態のインクジェットヘッドの斜視図である。図１（ｂ）は、図１（ａ）に示すＡ－Ａ断面図であり、インクジェット記録ヘッドの実使用姿勢、すなわちインクを下向きに吐出する際の姿勢を示す。図２は、図１に示すインクジェットヘッドの分解斜視図である。なお、図１（ａ）および図２においては、インク吐出基板１０２に形成される吐出口１０２の数を実際の吐出口の数よりも少なくして図示している。

図２に示すように、インクジェットヘッド００１は、記録素子ユニット１０と、流路部材５０１と、から主に構成されている。記録素子ユニット１０は、インク吐出基板１０１と、第１の支持部材２０１と、電気配線基板４０１と、第２の支持部材３０１と、から構成される。インク吐出基板１０１は、インクを吐出するための部材であって、インクを吐出する吐出口が複数個配列された吐出口列を有する。第１の支持部材２０１は、インク吐出基板１０１を支持して固定する部材である。電気配線基板４０１は、インクを吐出するための信号をインク吐出基板１０１に伝達するための部材である。第２の支持部材３０１は、電気配線基板４０１を支持する部材である。流路部材５０１は、記録素子ユニット１０にインクを導くインク流路が形成された部材であって、記録装置本体に備えられたインクタンクと接続されるインク注入口５０２を有する。インク注入口５０２は、インク吐出基板１０１に供給するインクを貯留するインク貯留部にインクを注入するための注入口である。図１（ｂ）に示すように、インクジェットヘッド００１は、インク吐出基板１０１、第１の支持部材２０１、インク貯留部８、フィルタ５０３が、下方から上方に向かってこの順番で形成されている。

インク吐出基板１０１の吐出口列の端部には、不吐補完の困難な吐出口１０２ａ（以下、不吐補完困難吐出口と称す。）が配置している。ここにおいて、不吐補完の困難な吐出口１０２ａとは、インク滴を吐出する補完用吐出口のような補完手段を近傍に備えていない吐出口を表す。具体的には、インク吐出基板の端部に位置する吐出口であって、吐出口列の配列方向の隣接する位置に吐出口がない吐出口である。

流路部材５０１の内部には、インクジェットヘッド００１のインク流路に内在する異物を捕集するフィルタ５０３が設けられている。フィルタ５０３は、一般にＳＵＳ（ステンレス）繊維を焼結してなるＳＵＳ不織布フィルタや、一定のパターンで織り込んだＳＵＳメッシュフィルタ等が用いられる。流路部材５０１の製造工程においては、フィルタ５０３は、熱溶着法で流路部材５０１と接合したり、流路部材５０１と一体的にインサート成型したりすることで、流路部材５０１に固定される。

（インク吐出基板）
インク吐出基板１０１について、図５を参照しながら説明する。図５は、本実施形態におけるインク吐出基板１０１の一部を示す概略図である。図５に示すように、インク吐出基板１０１には、インクを吐出する吐出口１０２と、インクを吐出しない所謂ダミー吐出口１０２ｂが形成されている。したがって、以下、単に吐出口と称する場合には、インクを吐出する吐出口１０２のみを指すこととする。複数の吐出口１０２がＹ方向に配列することで、吐出口列１０３が形成されている。吐出口列の最も端部に位置する吐出口は、吐出口１０２ａとなる。また、複数の吐出口列１０３は、Ｘ方向に配列している。

吐出口列１０３ａに配置されている吐出口１０２が液体を吐出することが困難な状態となった場合には、例えば、吐出口列１０３ｂのうちの、その吐出が困難となった吐出口と隣接する紙面左側の吐出口を使用して吐出の補完を行うことと設定したとする。したがって、この場合には、例えば吐出口１０２ｃが吐出困難となると、吐出口１０２ｄを使用して吐出の補完を行うこととなる。

しかしながら、吐出口列１０３ａの端部に位置する吐出口１０２ａについては、隣接する吐出口列１０３ｂに、吐出口１０２ａに対して紙面左側に吐出口が存在しないため、吐出口１０２ａの吐出を補完することができず、不吐補完困難吐出口となる。即ち、吐出口列の端部に位置する吐出口を隣接する吐出口列に吐出口列の配列方向（Ｘ方向）に平行移動させたとき、平行移動させた吐出口の両側に吐出口がない吐出口が不吐補完困難吐出口となる。

（第１の支持部材）
第１の支持部材２０１が備える梁２０２について、図３および図４を参照しながら説明する。図３は、第１の支持部材２０１の上面図を示す概略図である。図４は、図１に示すＡ－Ａ断面の概略図であって、インク注入時にインク吐出基板１０１に向かうインクの流れの様子を示した概略図である。図中の矢印は、インクの流れを示す流線である。

図３に示すように、第１の支持部材２０１は、インク吐出基板１０１にインクを供給するためのインク供給口２０３を有する。また、第１の支持部材２０１は、インク供給口２０３の短手方向（Ｘ方向）に延在する梁であって、インク供給口２０３の長手方向（Ｙ方向）における端部近傍に設けられる梁２０２を有する。第１の支持部材は、例えばアルミナ（酸化アルミニウム）により形成されている。

インクを注入する際には、インク注入口５０２にインク注入針（不図示）が挿入される。このとき、インクジェットヘッド００１は、インク吐出基板１０１の吐出口が鉛直方向下向き（Ｚ方向）となる姿勢でインク注入装置（不図示）に固定されている。また、インク吐出基板１０１が覆われるように、電気配線基板４０１にキャップゴム７００が押圧されてキャッピングされる。一般に、インクの注入方式には、加圧方式や減圧方式がある。ここでは、インク吐出基板１０１側に設置したキャップゴム７００からインクジェットヘッド００１内を吸引してインクを充填する減圧方式を採用した例を示している。

具体的には、インク注入口５０２を閉じたうえで、一度インクジェットヘッド００１内を－６０ｋＰａ程度に減圧する。その後、インク注入口５０２を開放して（インク注入口５０２にインク注入針を挿入して）、約３．０秒間インクを注入する。インクの注入の完了後、インクジェットヘッド００１内を大気開放する。このように、減圧、大気開放を繰り返して行う、所謂チョーク吸引方式でインクを注入する。

詳しくは後述するが、インク注入口５０２からインクを注入する際、インクの流れに乗って吐出口列の端部、即ち、不吐補完困難吐出口１０２ａに異物が集まりやすい。不吐補完困難吐出口１０２ａに異物が集まると、不吐補完困難吐出口１０２ａに異物が詰まって吐出不良になる恐れがある。吐出不良となると、不吐補完困難吐出口であるため、他の吐出口を用いて記録の補完をすることができず、記録品位に影響を及ぼす。

そこで、異物が集まりやすい吐出口列の端部に位置する不吐補完困難吐出口１０２ａの上方に、梁２０２を設ける。これにより、図４に示すように、インク注入口５０２から供給されたインクは、フィルタ５０３を通過した後、この梁２０２にぶつかって流れが変わる。このため、不吐補完困難吐出口１０２ａに向かうインクの流れが減少し、不吐補完困難吐出口１０２ａに異物が集まることを抑制することができる。したがって、梁２０２は、インク注入時に不吐補完吐出口１０２ａに向かうインクの流れの流線上に設けることが好ましい。即ち、吐出口列１０３の端部に位置する不吐補完困難吐出口１０２ａの上方（Ｚ方向における線上）に、梁２０２が設けられることが好ましい。吐出口列の端部に位置する不吐補完困難吐出口１０２ａの上方に梁２０２があるとは、図４に示す姿勢において、次のことをいう。即ち、鉛直方向上方向からインクジェットヘッド００１を見たときに、吐出口列の一番端に位置する吐出口から、吐出口列の中心に向かって２０個目の吐出口までの位置に梁２０２があることをいう。

梁２０２を第１の支持部材２０１に設けるのは、インク吐出基板１０１により近い位置に梁を形成することが異物の集中を抑制する観点から好ましいからである。インク吐出基板１０１から遠い位置に梁がある場合には、梁によりインクの流れが変わったとしても、インク吐出基板１０１にインクが到達する位置においてはインクの流れが元に戻ってしまう。しかしながら、第１の支持部材２０１に梁２０２があることにより、インク吐出基板１０１の位置においては、確実にインクの流れが変化する。また、インクの流れを変化させるために、梁はある程度の大きさが必要である。したがって、インク吐出基板に梁を設けようとしてもインク吐出基板に設けることができる梁は大きさの制約があり大きくできないため、梁は第１の支持部材２０１に設けることが好ましい。

本実施形態におけるインクジェットヘッド００１の構成においては、インク供給口２０３の長手方向（Ｙ方向）の片側にインク注入口５０２が、反対側に梁２０２が設けられている。これは、後述する比較例を示す図８に示すように、インク注入口５０２の反対側の端部に異物が集まりやすいためである。しかしながら、片側の端部のみならず、もう片方の端部にも梁（第２の梁）を設けてもよい。両側に梁を設けることにより、両側にある不吐補完困難吐出口に異物が詰まることを抑制することができる。また、第１の支持部材２０１が左右対称となるため、熱等による第１の支持部材２０１の反りなどを抑制することができる。

（第２の実施形態）
本発明の第２の実施形態について、図６を参照しながら説明する。なお、第１の実施形態と同様の箇所については同一の符号を付し、説明は省略する。図６（ａ）は、本実施形態におけるインクジェットヘッド００２を示す概略図である。図６（ｂ）は、本実施形態におけるインクジェットヘッド００２の支持部材２０４を示す概略図である。本実施形態の特徴部分は、図６に示すように、支持部材２０４が、吐出口列の中央部に相当する位置のインク供給口２０３の開口に梁２０２を有することである。

インク供給口２０３の開口の中央部に第３の梁２０２を設けることにより、記録によりインク吐出基板１０１に蓄熱された熱を、梁２０２を介して速やかに外部に放熱することができるようになる。ここで、中央部とは、インク供給口２０３の長手方向（Ｙ方向）の中心から、インク供給口２０３のＹ方向における全長の３分の１までの長さの範囲内にある領域の部分のことをいう。本実施形態によれば、不吐補完困難吐出口が吐出不良となることを抑制しつつ、例えば、熱によるインクジェットヘッド００２の変形を抑制することができる。

（比較例）
本発明の比較例について、図７ないし図９を参照しながら説明する。図７は、比較例にかかるインクジェットヘッド００３を示す概略図である。図８は、比較例のインクジェットヘッド００３のインク注入する際の流れおよび異物の挙動を示す概略図である。図８（ａ）は、予めフィルタ５０３面に均等に配置した異物（仮想の粒径５μｍの球状異物）が等間隔で配置されている初期状態を示す。図８（ｂ）は、インク注入口５０２からのインクの注入開始から０．１７６秒後の様子である。図８（ｃ）は、注入開始から０．２８５秒後の様子である。また、図８中の矢印は、インクの流線を示す。図９は、比較例のインクジェットヘッド００３にインクを充填後、全吐出口を観察して集計した異物の分布を示すグラフである。グラフの横軸は、０～１２８ｓｅｇ、１２９～２５６ｓｅｇ，２５７～３８４ｓｅｇ…１１５３～１２７９ｓｅｇと、吐出口列を１０ブロックに分けた吐出口を示す。グラフの縦軸は、各ブロックにおける吐出口に集まった異物の総数を示す。

図８のインクの流線が示すように、紙面左から右に向かってインクが注入され、右端から下への流れが生じ、これによりフィルタ５０３の右側の異物が先にフィルタ５０３の下に落下し始める。また、インクの流れは、図８（ｃ）に示すように、右端から左へ生じる循環流となる。このようなインクの流れにより、図９に示すように、インク吐出基板１０１の紙面右側の端部（Ｅｎｄ側）の方がその他の領域に比べて異物が落下しやすくなる。

一方、上述したように、本発明によれば、異物が落下しやすい端部の位置に梁を設けることにより、端部の吐出口に異物が詰まって吐出不良となることを抑制することができる。

００１ インクジェットヘッド
１０１ インク吐出基板
２０１ 支持部材
２０２ 梁
５０３ フィルタ

Claims (8)

1. インクを吐出する複数の吐出口が配列された吐出口列を有し、複数の前記吐出口列が配列されたインク吐出基板と、
   前記インク吐出基板を支持する支持部材と、
   異物を捕集するフィルタと、
   前記インク吐出基板に供給するインクを貯留するインク貯留部と、
   前記インク吐出基板にインクを注入するためのインク注入口と、を有し、
   前記インク吐出基板、前記支持部材、前記インク貯留部および前記フィルタが、下方から上方に向かってこの順番に配置されているインクジェットヘッドにおいて、
   前記支持部材は、前記吐出口列の一番端に位置する吐出口のうち、前記インク注入口がある側とは反対側の端にある吐出口の上方に梁を有することを特徴とするインクジェットヘッド。
2. 前記支持部材は、前記インク吐出基板にインクを供給するためのインク供給口を有し、
   前記梁は、前記インク供給口の長手方向における端部の位置に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。
3. 前記梁は、前記インク供給口の短手方向に延在する請求項２に記載のインクジェットヘッド。
4. 前記支持部材は、前記吐出口列の前記インク注入口がある側の端部に位置する吐出口の上方の位置に第２の梁をさらに有する請求項２または請求項３に記載のインクジェットヘッド。
5. 前記支持部材は、前記インク供給口の長手方向における中央部の位置に設けられている第３の梁をさらに有する請求項２ないし請求項４のいずれか１項に記載のインクジェットヘッド。
6. 前記支持部材は、酸化アルミニウムで形成されている請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載のインクジェットヘッド。
7. 前記フィルタは、ステンレスの不織布フィルタで形成されている請求項１ないし請求項６のいずれか１項に記載のインクジェットヘッド。
8. 前記フィルタは、ステンレスのメッシュフィルタで形成されている請求項１ないし請求項６のいずれか１項に記載のインクジェットヘッド。

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