JP5863337B2 - インクジェット記録ヘッド - Google Patents

Description

本発明は、液体を吐出可能なインクジェット記録ヘッドに関する。

インクを吐出可能なインクジェット記録ヘッドでは、長時間にわたってインクを吐出しない状態が続くと、インクが吐出されるノズルからインク中の水分が蒸発する。これにより、ノズル内のインクが増粘したり、インクと外気との間の界面にインクの固体状膜が形成されたりする。

これにより、インクジェット記録ヘッドでは、長時間にわたってインクを吐出しない状態が続いた後に、ノズル内におけるインクの流抵抗が高くなることがある。そのため、ノズルからのインクの吐出速度の低下などが生じ、適切にノズルからインクが吐出されなくなることがある。

また、インクジェット記録ヘッドでは、ノズルからのインク中の水分の蒸発により、ノズル内のインクの色素の濃度が高くなる。これにより、インクジェット記録ヘッドが記録媒体にインクを付着させて行う記録動作において、該記録動作の開始時のみインクの色が濃くなる現象が生じる。このような現象は、特に色素の濃度の薄いインクを使用する場合に顕著に表れる。

一般的に、インクジェット記録ヘッドでは、上記の問題を抑制するために、非記録動作時に、ノズルをキャップで被覆することや、ノズルからのインクの吸出すことなどの対策が講じられる。

ノズルからのインク中の水分の蒸発によるノズル内のインクの増粘や色素の高濃度化は、ノズルが微細な場合に発生しやすくなる。一方、近年、インクジェット記録ヘッドには、記録媒体への記録の高画質化の要求に応じて、ノズルの高密度化が求められている。ノズルの高密度化のためには、ノズルの微細化が有効である。

したがって、インクジェット記録ヘッドには、ノズルの微細化に伴い、上記の問題を解決するためのさらなる対策が求められている。

特許文献１に、そのような対策が講じられたインクジェット記録ヘッドが開示されている。このインクジェット記録ヘッドは、共通液室から、複数の液室にインクが供給される構成を有している。各液室には、インクを吐出するために利用されるエネルギーを発生する素子であるヒータが設けられている。

このインクジェット記録ヘッドの各液室には、ヒータに対向する位置にノズルが形成されている。一方、インクジェット記録ヘッドの吐出面には、ノズルのある位置に凹形状に形成された溝部が設けられている。溝部は、隣接するノズルを接続している。

このインクジェット記録ヘッドでは、共通液室から各液室に供給されたインクによって、各ノズルと溝部とが満たされる。インクは、表面張力の作用により、溝部においてメニスカスを形成し、溝部内に保持される。

この状態で、ヒータが駆動すると、液室内のインクの発泡に伴って発生する圧力によって、インクがノズルを勢いよく通過する。そして、ノズルを通過したインクの圧力が溝部におけるインクの表面張力に打ち勝ち、溝部の、ノズルに対応する位置からインクが吐出される。

インクが吐出された後、インクは、共通液室から各液室に供給される。また、インクを吐出していない液室がある場合、当該液室に対応するノズル付近の溝部内のインクが、インクを吐出したノズル付近の溝部に供給される。これにより、再び、液室、ノズル、および溝部がインクで満たされ、溝部にメニスカスが形成される。

このインクジェット記録ヘッドでは、記録動作時に、インクを吐出していないノズル付近の溝部内のインクも移動する。したがって、記録動作時に、長時間インクを吐出しないノズルがある場合にも、溝部にはインクが留まり続けることがない。したがって、このインクジェット記録ヘッドでは、記録動作時に、溝部内のインクの増粘や色素の高濃度化が抑制される。

特開２００６−０９５８５７公報

しかしながら、特許文献１に開示されたインクジェット記録ヘッドにおいても、非記録動作時には、溝部内にインクが長時間留まることがある。これにより、溝部からのインク中の水分の蒸発し、溝部内のインクの増粘や色素の高濃度化が発生することがある。

そこで、本発明は、インク中の水分の蒸発による影響の低減を図ることができるインクジェット記録ヘッドを提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明のインクジェット記録ヘッドは、共通液室から複数の液室に供給された液体を、該各液室から延びたノズルを介して吐出面から吐出するインクジェット記録ヘッドであって、前記吐出面の、各々の前記ノズルのある位置に凹形状に形成された溝部と、該溝部に接続された排出口と、を有し、前記共通液室、前記液室、前記ノズル、前記溝部、前記排出口の順番に液体が流動する流路を形成している。

本発明によれば、インク中の水分の蒸発による影響の低減を図ることができるインクジェット記録ヘッドを提供することができる。

本発明の第１の実施形態に係るインクジェット記録ヘッドの概略構成図である。 本発明の第２の実施形態に係るインクジェット記録ヘッドの概略構成図である。 本発明の第３の実施形態に係るインクジェット記録ヘッドの概略構成図である。

次に、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の実施形態に係るインクジェット記録ヘッドの概略構成図である。図１（ａ）は吐出面Ｐを拡大して示した平面図であり、図１（ｂ）は図１（ａ）のＡ−Ａ線に沿った断面図であり、図１（ｃ）は吐出面Ｐの斜視図である。図１（ａ）および図１（ｃ）では、実際には見えない構成要素を透視して破線で示している。

このインクジェット記録ヘッドは、ヒータ２およびノズル形成部材５が基板１上に形成されている。ヒータ２はインクなどの液体を吐出するために利用されるエネルギーを発生する発熱素子である。ノズル形成部材５は、基板１との間に、共通液室１０、該共通液室１０から複数延びるインク流路１１、および該各インク流路１１によってそれぞれ共通液室１０に接続されている液室１２を形成している。隣接するインク流路１１は、ノズル形成部材５の一部である流路壁６によって隔てられている。

ノズル形成部材５には、ヒータ２に対向する位置に、ノズル９および溝部７が形成されている。溝部７は吐出面Ｐに凹形状に形成されている。各ノズル９は、細孔であり、各液室１２と溝部７とを連通している。

本実施形態では、基板１との間に共通液室１０、インク流路１１および液室１２を形成する部分と、ノズル９と溝部７を形成する部分とが、ノズル形成部材５として一体に設けられている。しかし、基板１との間に共通液室１０、インク流路１１、および液室１２を形成する部分と、ノズル９と溝部７を形成する部分と、を別部材として設け、両者を張り合わせてもよい。

図１に示すように、液室１２は共通液室１０に沿って一列に配列されている。そのため、ノズル９も液室１２と同様に一列に配列されている。溝部７は、一列に配列された全てのノズル９を連通させるように帯状に形成されている。

インクタンク（不図示）等から、共通液室１０に供給されたインクは、各液室１２、各ノズル９、および溝部７に充填される。溝部７では、インクの表面張力の作用により、インクは、吐出面Ｐ付近にメニスカスを形成し、溝部７内に保持される。インクのメニスカスは、溝部７の全体にわたって帯状に形成される。

本実施形態に係るインクジェット記録ヘッドは、記録媒体の搬送機構や、インク供給機構や、制御機構などを備えたインクジェット記録装置（液体吐出記録装置）に搭載して使用される。このインクジェット記録ヘッドは、インクジェット記録装置からの記録画像のデータに応じて、その記録画像を形成するのに必要な画素を形成するために、各ヒータ２が選択的に駆動させられる。

ヒータ２が駆動すると、液室１２内のインクの発泡に伴って発生する圧力によって、ノズル９を勢いよく通過したインクが、溝部７におけるインクの表面張力に打ち勝って、溝部の、ノズル９に対応する位置から吐出される。このように、本実施形態に係るインクジェット記録ヘッドでは、ノズル９の径に応じた微細なインクの液滴が溝部７から吐出される。

インクが吐出された後、インクは、共通液室１０から各液室１２に供給される。また、インクを吐出していない液室１２がある場合、当該液室１２に対応するノズル９付近の溝部７内のインクが、インクを吐出したノズル９付近の溝部７に供給される。これにより、再び、液室１２、ノズル９、および溝部７がインクで満たされ、溝部７にメニスカスが形成される。

溝部７の長手方向の端部には排出口１６が設けられている。排出口１６は、このインクジェット記録ヘッドが非記録動作時に、溝部７内のインクを吸い込む。これにより、このインクジェット記録ヘッドが非記録動作時に、溝部７には、図１（ａ）に矢印で示す方向の排出口１６に向かうインクの流れが生じる。

溝部７における排出口１６に向かうインクの流れが生じることに伴い、溝部７には、インク流路１１、液室１２、ノズル９を介して共通液室１０からのインクが供給される。したがって、このインクジェット記録ヘッドには、図１（ｃ）に矢印で示す、共通液室１０、各液室１２、各ノズル９、溝部７、排出口１６の順番にインクが流動する流路が形成される。

本実施形態では、共通液室１０には圧力がＰ１である第１の圧力室（不図示）に接続されており、排出口１６には圧力がＰ１よりも小さいＰ２である第２の圧力室（不図示）に接続されている。したがって、共通液室１０の圧力はＰ１であり、排出口１６の圧力はＰ２である。そのため、共通液室１０と排出口１６との圧力差により、図１（ｃ）に矢印で示すような共通液室１０から排出口１６に向かうインクの流れが発生する。なお、２つの圧力室内の圧力は、水頭などにより制御可能である。

このように、本実施形態に係るインクジェット記録ヘッドでは、インクを吐出しない非記録動作時に、図１（ｃ）に示すインクの流れを発生させることにより、溝部７には、フレッシュなインクが順次送り込まれる。そのため、このインクジェット記録ヘッドでは、非記録動作時にも、溝部７にインクが留まらないため、溝部７のインク中の水分が蒸発することによる影響は発生しにくい。
（第２の実施形態）
図２は本発明の第２の実施形態に係るインクジェット記録ヘッドの概略構成図である。図２（ａ）は吐出面Ｐを拡大して示した平面図であり、図２（ｂ）は図２（ａ）のＢ−Ｂ線に沿った断面図である。図２（ａ）では、実際には見えない構成要素を透視して破線で示している。本実施形態に係るインクジェット記録ヘッドは、以下に説明する構成以外は、第１の実施形態に係るインクジェット記録ヘッドと同様に構成されている。

本実施形態に係るインクジェット記録ヘッドには、吐出面Ｐにノズル９の列に沿って凹形状に形成された共通流路１７が設けられている。共通流路１７は、複数の排出口１６に接続されている。溝部７は各ノズルごとに仕切られている。１つの列をなすいずれの溝部も共通流路１７に接続されている。

したがって、本実施形態に係るインクジェット記録ヘッドの流路では、共通液室１０、各液室１２、各ノズル９、溝部７、共通流路１７、各排出口１６の順番にインクが流動する。

このインクジェット記録ヘッドでは、溝部７と共通流路１７とが近いため、インクが溝部７を流動する時間が短い。そのため、インクが溝部７を流動する際に、インク中の水分が蒸発することを抑制することができる。

また、溝部７が各ノズルごとに仕切られているため、ノズル９からインクを吐出する際に溝部７内のインクに加わる圧力が、他のノズル９付近の溝部７に伝播しない。したがって、ノズル９からのインクの吐出が、他のノズル９によるインクの吐出に影響を与える、いわゆるクロストークを低減することができる。

なお、本実施形態では、溝部７の２つに１つの割合で排出口１６を設けているが、排出口１６は、共通流路１７に接続されていれば、その数や配置に制限はない。
（第３の実施形態）
図３は本発明の第３の実施形態に係るインクジェット記録ヘッドの概略構成図である。図３（ａ）は吐出面Ｐを拡大して示した平面図であり、図３（ｂ）は図３（ａ）のＣ−Ｃ線に沿った断面図である。図３（ａ）では、実際には見えない構成要素を透視して破線で示している。本実施形態に係るインクジェット記録ヘッドは、以下に説明する構成以外は、第１の実施形態に係るインクジェット記録ヘッドと同様に構成されている。

本実施形態に係るインクジェット記録ヘッドには、吐出面Ｐにノズル９の列に沿って、該ノズル９の列の両側に、凹形状に形成された２つの共通流路１７が設けられている。共通流路１７は、複数の排出口１６に接続されている。溝部７は各ノズルごとに仕切られている。１つの列をなすいずれの溝部も２つの共通流路１７に接続されている。

また、共通液室１０内のインクを各液室１２に供給するためのインク供給口１８が各液室１２の両側にある。各液室１２に対してインク供給口１８が２つ設けられているため、共通液室１０内のインクの各液室１２へのインクの供給がスムーズに行われる。

したがって、本実施形態に係るインクジェット記録ヘッドの流路では、共通液室１０、各液室１２、各ノズル９、溝部７、共通流路１７、各排出口１６の順番にインクが流動する。

このインクジェット記録ヘッドは、図３（ａ）に示すように、ノズル９の列を挟んで対称に構成されている。これにより、上記の流路におけるインクの流動が安定して行われる。

図３（ｃ）は本実施形態の変形例に係るインクジェット記録ヘッドの図３（ａ）に対応する平面図である。このインクジェット記録ヘッドでは、溝部７の幅がノズル９の内径より小さい。このような構成であっても、図３（ａ）に示したインクジェット記録ヘッドと同様の効果が得られる。

７ 溝部
９ ノズル
１０ 共通液室
１２ 液室
１６ 排出口

Claims (2)

1. 液体を吐出するために利用されるエネルギーを発生する素子を内部に備える複数の液室と、複数の前記液室内の液体を吐出する複数のノズルの開口が第１の方向に配列されるノズル開口列と、を備えるインクジェット記録ヘッドであって、
   前記ノズル開口列を底面に備え、前記第１の方向に延伸する溝部と、前記溝部の底面に形成され、前記溝部を介して複数の前記ノズルと連通する排出口と、が形成されており、
   前記溝部には、前記ノズルの開口を覆って液体のメニスカスが形成され、
   前記液室内の液体は、前記ノズル、前記溝部、前記排出口の順番に流動するインクジェット記録ヘッド。
2. 前記排出口における圧力は、前記液室における圧力よりも低い、請求項１に記載のインクジェット記録ヘッド。
   

Images