JP7516122B2 - 液体吐出ヘッドおよび液体吐出装置 - Google Patents

Description

本発明は液体吐出ヘッドおよび液体吐出装置に関する。

液滴の吐出によって記録を行うインクジェット記録装置等の液体吐出装置には、圧電アクチュエータを有する液体吐出ヘッドを備えたものがある。液体吐出ヘッドには、共通液室と、圧力室と、吐出口とを含む液体流路が構成されている。例えば、特許文献１には、共通液室から個別供給路（絞り流路）を介して圧力室に連通し、さらに圧力室から吐出流路（ディセンダ流路）を介して吐出口に連通する液体流路を有する液体吐出ヘッドが記載されている。圧力室を構成する壁の一部に圧電アクチュエータが配置されている。共通液室から圧力室へ向かう方向と、圧力室から吐出口へ向かう方向は実質的に反対向きである。すなわち、液体の流れ方向は、共通液室から個別供給路を介して圧力室に向かった後に、実質的に１８０度転換して圧力室から吐出流路を介して吐出口へ向かう。このように屈曲し、かつ一部が細くなっている液体流路では、共通液室において混入した気泡が液体流路の細い部分に詰まると、液体吐出不良を生じる可能性がある。そこで、特許文献１に記載の発明では、共通液室を画定する壁面に凸部が形成されている。この凸部が気泡を捕捉して、液体流路の細い部分に気泡が進入することを抑えている。

特開2016-68313号公報

特許文献１に記載の構成では、流体流路中に凸部が存在し、この凸部が液体の流れに対する抵抗になるため、圧力損失が大きくなる。
そこで、本発明の目的は、液体流路の細い部分に気泡が詰まることを抑えるとともに、圧力損失の増大を抑え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にある。

本発明の液体吐出ヘッドは、液体を吐出する複数の吐出口と、複数の吐出口にそれぞれ接続されている複数の圧力室と、複数の圧力室にそれぞれ対応して配置されている複数のエネルギー発生素子と、複数の圧力室に接続されている共通液室と、を有し、共通液室から圧力室を介して吐出口に至る液体流路が構成されており、共通液室に気泡捕捉用の凹部が設けられており、前記共通液室には、複数の前記圧力室にそれぞれ接続されている複数の個別供給路が接続されており、前記共通液室の、複数の前記個別供給路のそれぞれとの接続部分が、１つまたは複数の列をなすように配置されており、前記凹部は、前記個別供給路の入口から離れるにつれて、開口部から底部までの深さが次第に大きくなる形状を有していることを特徴とする。

本発明によると、液体流路の細い部分に気泡が詰まることを抑えるとともに、圧力損失の増大を抑え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ができる。

本発明の第１の実施形態の液体吐出ヘッドの一部を透視した斜視図である。 図１のＡ－Ａ線断面図である。 本発明の第２の実施形態の液体吐出ヘッドの一部を透視した斜視図である。 図３のＡ－Ａ線断面図である。 本発明の第３の実施形態の液体吐出ヘッドの一部を透視した斜視図である。 図５のＡ－Ａ線断面図である。 本発明の第４の実施形態の液体吐出ヘッドの一部を透視した斜視図である。 図７のＡ－Ａ線断面図である。 本発明の液体吐出装置の一例を示すブロック図である。

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。
［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１の一部を透視した斜視図である。図２は図１のＡ－Ａ線断面図である。液体吐出ヘッド１は、基板２と、基板２に積層された吐出口形成部材３とを有する。基板２は複数のプレートが積層された積層体であり、図２には各プレートの接合面を点線で示している。吐出口形成部材３には、液体を吐出する貫通孔である複数の吐出口４が形成されている。基板２の内部には、共通液室５と、複数の圧力室６と、共通液室５と圧力室６とを接続する複数の個別供給路７と、圧力室６を吐出口形成部材３の吐出口４に接続する複数の吐出流路８と、が形成されている。こうして、共通液室５から圧力室６を介して吐出口４に至る液体流路が構成されている。さらに、基板２には、各圧力室６にそれぞれ対応するエネルギー発生素子である圧電アクチュエータ９が配置されている。圧電アクチュエータ９は、圧力室６を構成する壁の一部に配置されている。圧電アクチュエータ９、圧力室６、個別供給路７、吐出流路８および吐出口４はそれぞれ同じ数だけ設けられている。複数の圧力室６にそれぞれ接続されている複数の個別供給路７が１つの共通液室５に接続されており、その接続部分１４は、個別供給路７の延びる方向（Ｘ方向）に直交する方向（Ｙ方向）に複数の列をなすように配置されている。なお、図示しないが、接続部分１４は、個別供給路７の延びる方向（Ｘ方向）に直交する方向（Ｙ方向）に１つの列をなすように配置されている構成にすることもできる。

この液体吐出ヘッド１では、共通液室５から個別供給路７を介して圧力室６に液体（例えば液体インク）が供給された状態で、図示しない配線基板および電気配線から圧電アクチュエータ９に電力が印加される。圧電アクチュエータ９は、電力が印加されると、圧力室６の内側に向かって撓むように変形する。圧電アクチュエータ９の変形によって圧力室６の容積が小さくなるとともに、圧力室６内において液体に圧力が加えられる。圧力室６内において液体に圧力が加えられると、液体の一部が液滴として吐出口４から吐出する。

本実施形態の液体吐出ヘッド１では、基板２の、吐出口４が形成された吐出口形成部材３に近接する位置に共通液室５が設けられており、圧力室６は、基板２の、吐出口形成部材３と反対側の面に近接する位置に設けられている。基板２と吐出口形成部材３との積層方向であって吐出口４からの液体の吐出方向に平行な方向（±Ｚ方向）において、共通液室５から圧力室６に向かう方向（＋Ｚ方向）と、圧力室６から吐出口４に向かう方向（－Ｚ方向）とは、互いに反対向きである。言い換えると、吐出口４からの液体の吐出方向と平行な方向において、圧力室６から見て吐出口４は共通液室５と同じ側に位置する。また、共通液室５と圧力室６とを結ぶ流路（個別供給路７）の少なくとも一部は、液体の流れる方向に関し、吐出口形成部材３の吐出口４が形成された吐出口形成面から離れる方向に延びている。従って、基板２と吐出口形成部材３との積層方向において、液体の流れは共通液室５から個別供給路７を介して圧力室６へ到達した後に、実質的に１８０度方向転換してから、吐出流路８を介して吐出口４に至る。その上、個別供給路７の一部において、基板２および吐出口形成部材３の面に平行に延びている。この液体流路は、大幅な方向転換部分や細くなった部分を含んでいる。そのため、液体中に混入した気泡がこのような方向転換部分や細くなった部分に詰まることを抑制することが必要である。

本実施形態では共通液室５に、気泡捕捉用の凹部１０が設けられている。共通液室５に収容されている液体に気泡が混入していたとしても、その気泡は凹部１０に捕捉される。凹部１０に捕捉された気泡は個別供給路７および圧力室６へは進入しない。従って、個別供給路７および圧力室６に気泡が進入することが抑えられ、液体流路の細くなった部分に気泡が詰まることが抑えられ、気泡に起因する液体吐出不良の発生を抑制できる。さらに、本実施形態によると、共通液室５から吐出口４に至る液体流路において、気泡を捕捉するための凸部ではなく、気泡を捕捉するための凹部１０が設けられている。そのため、流路を狭くすることがなく、圧力損失を小さく抑えられる。また、凹部１０を有することによって、凸部を有する場合に比べて小さい気泡を捕捉し易く、凸部を含む層が存在しないため形成し易いという効果がある。

凹部１０は、共通液室５の個別供給路７との接続部分１４に隣接し、かつ接続部分１４に近接する位置に設けられることが好ましい。ここで言う隣接とは、ある一方向において並んで位置する場合のみならず、共通液室の角部を挟んで位置する場合も含む。ただし、凹部１０の位置は限定されず、共通液室５の内壁の何処に設けられていても構わない。また、共通液室５に設けられている凹部の数は限定されない。本実施形態では、１つの個別供給路７に対して１つの凹部１０が共通液室５に設けられているが、１つの個別供給路７に対して複数の凹部１０が共通液室５に設けられていてもよい。本実施形態の凹部１０は、Ｙ方向に直交する断面において矩形の断面形状を有しているが、このような形状に限定されず、様々な形状に形成することができる。なお、凹部１０は、個別供給路７や吐出流路８と同時に形成することが可能である。また、圧電アクチュエータ９に代えて、液体を吐出するためのエネルギーを発生する他のエネルギー発生素子（例えば発熱素子）を設けることもできる。

［第２の実施形態］
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。第１の実施形態と同様な部分については同一の符号を付与し、説明を省略する。図３は、本発明の第２の実施形態の液体吐出ヘッド１の一部を透視した斜視図である。図４は図３のＡ－Ａ線断面図である。
本実施形態では、共通液室５の個別供給路７との接続部分１４に近接する位置と、接続部分１４から離れた位置とに、溝状の凹部１１がそれぞれ設けられている。溝状の凹部１１は、個別供給路７の延びる方向（Ｘ方向）に直交する方向（Ｙ方向）であって、個別供給路７との接続部分１４の配列方向に沿って延びている。図３に示すように、凹部１１は、基板２の両端部間を延びる溝状である。すなわち、溝状の凹部１１は、基板２の両端部において開口している。この構成では、溝状の凹部１１に捕捉した気泡を、液体と一緒に共通液室５の外部へ排出することができる。それにより、気泡の個別供給路７への進入をより確実に抑制できる。なお、図示しないが、基板２の両端部における溝状の凹部１１の開口部から気泡とともに排出された液体を受けられる液体受けが設けられることが好ましい。また、溝状の凹部１１が１つだけ設けられている構成にすることも可能であり、その場合には接続部分１４に近接する位置に溝状の凹部１１を設けることが好ましい。

［第３の実施形態］
次に、本発明の第３の実施形態について説明する。第１の実施形態と同様な部分については同一の符号を付与し、説明を省略する。図５は、本発明の第３の実施形態の液体吐出ヘッド１の一部を透視した斜視図である。図６は図５のＡ－Ａ線断面図である。
本実施形態の凹部１２は、共通液室５の個別供給路７との接続部分１４に近接する位置にあり、共通液室の内側に向けて開口する開口部よりも底部側の少なくとも一部に、開口端よりも広がっている部分を有する。すなわち、凹部１２の内部の、凹部１２の開口部と平行な少なくとも一つの断面は、開口部よりも大きい。特に、凹部１２は、Ｙ方向に直交する断面、言い換えると吐出口４が形成された吐出口形成面及び接続部分１４の列をなす方向と直交する面内で、開口部から底部に向かって広がる台形状の断面形状を有している。すなわち、液体の吐出方向（Ｚ方向）に対して凹部１２の両側の側壁が傾斜して、凹部１２の底面積が開口面積よりも大きくなっている。このような形状の凹部１２によると、捕捉した気泡が凹部１２の外に脱出して、個別供給路７へ向かう液体の流れに乗ることが抑制できる。なお、このような台形状の断面形状を有する凹部１２を、第２の実施形態と同様にY方向に延びる溝状に形成してもよい。また、凹部１２の一方の側壁が、共通液室５の凹部１２が設けられた内壁面と垂直で、これと対向する側壁が共通液室５の当該内壁面に対して傾斜していてもよい。

［第４の実施形態］
次に、本発明の第４の実施形態について説明する。第１の実施形態と同様な部分については同一の符号を付与し、説明を省略する。図７は、本発明の第４の実施形態の液体吐出ヘッド１の一部を透視した斜視図である。図８は図７のＡ－Ａ線断面図である。
本実施形態の凹部１３は、共通液室５の個別供給路７との接続部分１４に近接する位置にある。凹部１３は、Ｙ方向に直交する断面、言い換えると吐出口４が形成された吐出口形成面及び接続部分１４の列をなす方向と直交する面内で、凹部１３の開口部と平行な断面の面積が底部から開口部に向かって増大する不等辺直角三角形状の断面形状を有している。すなわち、液体の吐出方向（Ｚ方向）において、凹部１３の一方の側壁が共通液室の内壁面に対して垂直に延び、他方の側壁が共通液室の内壁面に対して傾斜して延びて、両側壁が１箇所で交わっている。この凹部１３は、個別供給路７の入口から離れるにつれて、開口部から底部までの深さが次第に大きくなる形状を有している。このような形状の凹部１３は、捕捉した気泡は凹部１３の中で個別供給路７から遠い位置に導かれて保持される。第３の実施形態と同様に、この凹部１３によると、捕捉した気泡が凹部１３の外に再び脱出して、個別供給路７へ向かう液体の流れに乗ることが抑制できる。さらに、本実施形態では、気泡は凹部１３の中で個別供給路７から遠い位置に保持されるため、振動や衝撃等によって凹部１３内の気泡が凹部１３の外に脱出して個別供給路７へ向かうおそれがより小さい。なお、このような不等辺三角形状の断面形状を有する凹部１３を、第２の実施形態と同様にY方向に延びる溝状に形成してもよい。

以上、本発明の液体吐出ヘッドの４つの実施形態を説明したが、これらの構成に限られず、様々な変更例が可能である。凹部の形状については限定されず、共通液室５を構成する壁の一部に配置され、気泡を捕捉可能であればどのような形状であってもよい。凹部は、吐出口４が形成された吐出口形成面及び接続部分１４の列をなす方向と直交する面内で、多角形の角部が丸くなった断面形状を有していてもよい。

［液体吐出装置］
図９に、本発明の液体吐出装置の一例であるインクジェット記録装置を模式的に示している。本発明に係る液体吐出ヘッド１に、共通液室５に液体を供給するためのタンクを含む液体供給手段２１が接続されている。液体吐出ヘッド１には、圧電アクチュエータ９に駆動電力を供給する制御手段２２が接続されている。制御手段２２には、図示しない記録媒体を搬送する搬送手段２３も接続されている。制御手段２２が、適宜のタイミングで複数の圧電アクチュエータ９を選択的に駆動するとともに、記録媒体を順次搬送するように搬送手段２３を駆動する。こうして、液体吐出ヘッド１から記録媒体への液体吐出と、記録媒体の搬送とを交互に行うことにより、記録媒体への記録を行う。

１ 液体吐出ヘッド
４ 吐出口
５ 共通液室
６ 圧力室
９ 圧電アクチュエータ（エネルギー発生素子）
１０～１３ 凹部

Claims (10)

1. 液体を吐出する複数の吐出口と、複数の前記吐出口にそれぞれ接続されている複数の圧力室と、複数の前記圧力室にそれぞれ対応して配置されている複数のエネルギー発生素子と、複数の前記圧力室に接続されている共通液室と、を有し、
   前記共通液室から前記圧力室を介して前記吐出口に至る液体流路が構成されており、
   前記共通液室に気泡捕捉用の凹部が設けられており、
   前記共通液室には、複数の前記圧力室にそれぞれ接続されている複数の個別供給路が接続されており、前記共通液室の、複数の前記個別供給路のそれぞれとの接続部分が、１つまたは複数の列をなすように配置されており、
   前記凹部は、前記個別供給路の入口から離れるにつれて、開口部から底部までの深さが次第に大きくなる形状を有していることを特徴とする液体吐出ヘッド。
2. 前記凹部は、前記吐出口が形成された吐出口形成面及び前記接続部分の前記列をなす方向と直交する面内で、前記凹部の前記開口部と平行な断面の面積が前記底部から前記開口部に向かって増大する三角形状の断面形状を有している、請求項１に記載の液体吐出ヘッド。
3. 液体を吐出する複数の吐出口と、複数の前記吐出口にそれぞれ接続されている複数の圧力室と、複数の前記圧力室にそれぞれ対応して配置されている複数のエネルギー発生素子と、複数の前記圧力室に接続されている共通液室と、を有し、
   前記共通液室から前記圧力室を介して前記吐出口に至る液体流路が構成されており、
   前記共通液室に気泡捕捉用の凹部が設けられており、
   前記共通液室には、複数の前記圧力室にそれぞれ接続されている複数の個別供給路が接続されており、前記共通液室の、複数の前記個別供給路のそれぞれとの接続部分が、１つまたは複数の列をなすように配置されており、
   前記凹部の内部の、前記凹部の開口部と平行な少なくとも１つの断面は、前記開口部よりも大きく、
   前記凹部の、前記吐出口が形成された吐出口形成面及び前記接続部分の前記列をなす方向と直交する面内で、多角形の角部が丸くなった断面形状を有することを特徴とする液体吐出ヘッド。
4. 前記凹部は、前記吐出口が形成された吐出口形成面及び前記接続部分の前記列をなす方向と直交する面内で、前記開口部から底部に向かって広がる台形状の断面形状を有している、請求項３に記載の液体吐出ヘッド。
5. 前記共通液室と前記圧力室とを結ぶ流路の少なくとも一部は、液体の流れる方向に関し、前記吐出口が形成された吐出口形成面から離れる方向に延びる、請求項１から４のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。
6. 前記吐出口からの液体の吐出方向と平行な方向において、前記圧力室から見て前記吐出口は前記共通液室と同じ側に位置する、請求項１から４のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。
7. 前記凹部は、前記共通液室の前記接続部分に隣接する位置に設けられている、請求項１から６のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。
8. １つの前記個別供給路に対して１つの前記凹部が設けられている、請求項１から７のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。
9. 前記凹部は、前記接続部分の配列方向に沿って、当該凹部が設けられている基板の両端部間を延びる溝状である、請求項１から７のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。
10. 請求項１から９のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッドと、記録媒体を搬送する搬送手段と、前記エネルギー発生素子と前記搬送手段とを駆動する制御手段と、を有する液体吐出装置。

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