JP2009248328A - 液体吐出ヘッド及びそれを用いた記録装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 液体供給路を構成する液体導入路と液室のうち、液室で発生する気泡が記録に与える影響を低減する。
【解決手段】 液体導入路の下端よりも液室の上端が、鉛直方向に関して上方に位置し、その液室の上端と液体導入路の下端との差が、液室の短手方向の長さ（液室幅Ｗ）の半分よりも大きいことを特徴とする液体供給路とする。
【選択図】 図２

Description

本発明は、インク等の液体を吐出する液体吐出ヘッド及びそれを備える記録装置に関する。

液体吐出ヘッドとして、インクジェット記録ヘッド（以下、記録ヘッド）が知られている。記録ヘッドにはインク等の液体を吐出するための記録素子基板が備えられており、インクタンクに保持・貯留されたインクがインク供給路を介して記録素子基板に供給されることで記録が行われる。

複数種類のインクが用いられるカラープリンタでは、複数種類のインクが供給される記録素子基板が記録ヘッドに搭載される。近年、ますますプリンタの低価格化が進んでおり、特にコストの高い記録素子基板について、基板面積を縮小する努力がなされている。

図１２に示すように記録素子基板Ｈ１１０１には複数の吐出口列Ｈ１１０８（１つのインク供給口に対応する吐出口群を１列の吐出口列とする）が所定の間隔で設けられている。これら吐出口列の間隔（各色間）を短くすることで、記録素子基板の面積増大にともなうコストの上昇を抑えている。また、吐出口列Ｈ１１０８に対応して、各インク供給口Ｈ１１０２が形成されている。

記録素子基板に形成されたインク供給口にインクが供給されるまでの流れを、インクを保持・貯留するインクタンクを一体に備えた記録ヘッドを例として説明する。特許文献１に開示されているインクタンク一体型の記録ヘッドの外観図を図１４（ａ）に、その内部構造を図１４（ｂ）に示す。

インクタンク一体型で複数種類のインクを供給可能な記録ヘッドＨ１０００は、図１４（ｂ）に示すようにインクを保持するための複数のインク収容部Ｈ２００１〜Ｈ２００３を有する。図１５は記録ヘッドＨ１０００の断面図であり、図１６はインク供給路の形状を説明するための図である。

図１６（ｂ）に示すインク供給路Ｓ０１〜Ｓ０３のうち、インク供給路Ｓ０１の形状を説明するため、インク供給路Ｓ０１で切断したインクタンクＨ１５００の断面の斜視図を図１５（ａ）に、及びその断面の斜視図の一部分を拡大した図を図１５（ｂ）に示す。図１５（ａ）、（ｂ）に示すように、インク収容部Ｈ２００１に収容されるインクは、フィルターＨ１７０１を介してインク導入路Ｈ２１０１を通り、液室Ｈ２２０１を通ってインク供給口Ｈ１１０２に到達する。このようにして、液室からインク供給口を介して、複数の吐出口に共通にインクが供給される。なお、図１６（ａ）に示すように、本明細書において「インク供給路」とは液体導入路としての「インク導入路」及び「液室」で構成される部分をいい、インク導入路と液室との接続部分を連通部Ｃとする。

ここで、記録素子基板とインク供給路との関係について説明する。図１２で説明したように、記録素子基板Ｈ１１０１には各吐出口列Ｈ１１０８に対応してインク供給口Ｈ１１０２が設けられている。図１６（ｂ）は記録ヘッドＨ１０００に対応するインク供給路Ｓ０１〜Ｓ０３、及び記録素子基板Ｈ１１０１を表した図である。図１６（ｂ）に示すように、これらインク供給路の一部である液室Ｈ２２０１〜Ｈ２２０３は各インク供給口Ｈ１１０２に対応して並列に配された構造となっている。したがって、図１６（ｃ）に示すように、少なくとも内側のインク供給路Ｓ０１の液室幅Ｗは、前述したように各色間の距離が短いために、一般にインク供給口の幅Ｗ’（図１２）に合わせて決定され、０．６〜０．８ｍｍ程度となっている。

一方、インク供給路等のインク中には、インクに溶け込んだ気体（溶存気体）や、樹脂等で形成されるインクタンクを透過して外部から入る気体が存在することが知られている。これらの気体が気泡として液室内で発生した場合、液室よりもｙ方向に幅の広いインク導入路に気泡が連通して抜けきるまで、液室に気泡が長時間残留する場合や、液室に気泡が留まったままとなる場合があった。これは、液室幅Ｗが狭いために液室において気泡が移動しにくいことが原因である。このように、液室に気泡が長時間残留、滞留した場合には、記録に悪影響を与えることがあった。

このような場合には、例えば、記録ヘッドの吐出口形成面にキャップと称される部材を接合させ、キャップ内をポンプ等で減圧することによって吸引力を作用させ、気泡を除去すること（吸引回復）が一般的に行われている（特許文献２）。
特開２００６−０１５７３３号公報 特開２００３−０８０７３８号公報

上述したように、吸引回復により液室に残存した気泡を低減することは可能であるが、従来の記録ヘッドでは吸引回復を頻繁に行う必要があり、吸引回復の度に記録に寄与しないインクが消費されるという問題点があった。

その問題を解決する方法として、液室の気泡の存在が記録に悪影響を与えにくいように、液室幅Ｗを広くすることで液室に気泡が残留しにくいようにし、吸引回復の頻度を低減する方法が考えられる。しかしながら、図１６（ｂ）に示したように液室はインク供給口Ｈ１１０２に対応して並列に配されており、少なくとも内側にある液室は両側に他のインクの液室が存在するため、液室幅Ｗ（図１６（ｃ））を広げることが困難である。ここで各インク供給口間の距離を大きくし、液室幅Ｗを広くすることも考えられるが、記録素子基板の面積が増大しコストが上昇してしまうため、望ましくない。

一方、液室における気泡の発生及び成長について詳しく検討したところ、気泡は図１７（ａ）〜（ｆ）に表すような挙動を示すことが分かった。すなわち、図１７（ａ）液室の端部で気泡が発生し、図１７（ｂ）〜（ｄ）気泡は端部に留まったまま成長を続け、図１７（ｅ）振動などをきっかけに、連通部Ｃへ向けて一気に移動し、図１７（ｆ）連通部Ｃでインク流がほぼ閉塞状態となることが明らかになった。なお、振動は記録ヘッドを装着する際や、インクタンクを装着する際に起こる。

このような問題を解決するために、連通部Ｃでインク流が閉塞状態とならないように、連通部Ｃにおけるｘ方向の長さＣｘ（図１６（ａ））を長くすることが考えられる。しかしながら、図１６（ｂ）、（ｃ）に示すようにインク供給路Ｓ０１〜Ｓ０３の位置関係による制限などにより、内側のインク供給路Ｓ０１におけるＣｘの長さを十分に確保できない場合があった。

そこで本発明の目的は、液室で気泡が発生した場合でも、安定して記録を行うことが可能なインクジェット記録ヘッドを提供することである。

本発明の液体吐出ヘッドは、液体を吐出するための複数の吐出口と、該複数の吐出口に共通に液体を供給するための液室と、該液室に液体を導入するための液体導入路と、を備え、
該液体吐出ヘッドが使用される状態において、鉛直方向に関して、前記液室の上方に前記液体導入路が位置し、
前記液室は鉛直方向に垂直な面に関して細長の断面形状を有し、
前記細長の断面形状の短手方向に関して、前記液体導入路の長さが前記液室の長さより大きく、
前記細長の断面形状の長手方向に関して、前記液体導入路の前記液室との連通部の長さが前記液室の長さより小さく、かつ、前記短手方向に関する前記液室の長さより大きく、
鉛直方向に関して、前記液室の上端が前記液体導入路の下端より上方に位置し、
鉛直方向に関する前記液室の上端と前記液体導入路の下端との間隔が、前記液室の長さＷの半分より大きいことを特徴とするものである。

本発明の構成を用いれば、液体導入路と液室との連通部において、気泡が連通しやすく、気泡が液室から液体導入路へ移動しやすいため、液室の気泡が記録に与える影響を小さくし、安定して記録することが可能なインクジェット記録ヘッドを提供することができる。

本発明の構成について図面を参照して説明する。

図１０から図１２は、本発明に係る液体吐出ヘッドとしてのインクジェット記録ヘッドを説明するための説明図である。以下、これらの図面を参照して各構成要素について説明する。

なお、本明細書において「記録」とは、文字や図形など有意の情報を形成する場合のみならず、有意無意を問わず、また人間が視覚で知覚し得るように顕在化したものであるか否かを問わない。また、広く記録媒体上に画像、模様、パターンなどを形成する場合、または媒体の加工を行う場合をも包含する。

また、「記録媒体」とは、一般的な記録装置で用いられる紙のみならず、布、プラスチックフィルム、金属板、ガラス、セラミックス、木材、皮革などのインクを受容可能な物をも含むものである。

さらに、「インク」（「液体」と記述する場合もある）とは、上記「記録」の定義と同様に広く解釈されるべきである。つまり、「インク」は記録媒体に付与されることによって、画像、模様、パターンなどの形成または記録媒体の加工あるいはインクの処理（例えば記録媒体に付与されるインク中の色材の凝固や不溶化など）に供され得る液体を含む。したがって本明細書で言う「インク」とは、記録に関して用いることが可能なあらゆる液体を包含している。

＜液体吐出ヘッド＞
本発明を適用可能な液体吐出ヘッドは、電気信号に応じてインク等の液体に膜沸騰を生じさせるための電気熱変換体を用いたインクジェット記録ヘッド（記録ヘッド）である。なお、電気熱変換体はインク吐出口と対向するように配置されている。

本発明の適用が可能な記録ヘッドＨ１００１の分解斜視図を図１０に示す。記録ヘッドＨ１００１は、インクタンク一体型のものであって、複数種類のインク、例えばカラーインク（シアンインク、マゼンタインク、イエローインク）を充填可能な形態を有する。

また、記録ヘッドＨ１００１は、少なくとも記録素子基板Ｈ１１０１、電気配線部材としての電気配線シートＨ１３０１、インク貯留部材としてのインクタンクＨ１５０１で構成されている。

他に、４種類のインクを充填可能な記録ヘッドＨ１００２は、図１１に示すようにインクタンクＨ１５０２の内部形状が異なる以外は、記録ヘッドＨ１００１と同様の形態を有する。よって、図１１において、図１０と同一符号を付したもの説明を省略する。

図１２は、記録素子基板Ｈ１１０１の構成を説明するための図で、一部破断して示す斜視図である。記録素子基板Ｈ１１０１は、インク供給口Ｈ１１０２、電気熱変換体Ｈ１１０３、電気配線、電極部Ｈ１１０４等が形成されたシリコン基板Ｈ１１１０と、そのシリコン基板上にインク流路壁Ｈ１１０６や吐出口Ｈ１１０７とから構成される。なお、インク流路壁Ｈ１１０６や吐出口Ｈ１１０７は、シリコン基板上に樹脂材料でフォトリソグラフィ技術によって形成される。電気熱変換体Ｈ１１０３を駆動するための電気信号や電力を供給するための電極部Ｈ１１０４にはＡｕ等からなるバンプＨ１１０５が形成される。

図１２に示すように３種類のインクを吐出可能な記録素子基板Ｈ１１０１では、例えばシアン、マゼンタ、イエロー用の３個のインク供給口Ｈ１１０２が並列して形成される。それぞれのインク供給口Ｈ１１０２を挟んでその両側に電気熱変換体Ｈ１１０３と吐出口Ｈ１１０７とが一列に並んで設けられる。

また、４種類のインクを吐出可能な記録素子基板（不図示）では、記録素子基板Ｈ１１０１と同様に、例えばシアン、マゼンタ、イエロー、ブラック用の４個のインク供給口が並列して形成される。

図１０に示す電気配線シートＨ１３０１は、記録素子基板Ｈ１１０１に対してインクを吐出するための電気信号等を印加する電気信号経路を形成するものであり、ポリイミドのベース基材上に銅箔の配線パターンを形成することで構成されている。

さらに、電気配線シートＨ１３０１には、本体装置からの電気信号を受け取るための外部信号入力端子Ｈ１３０２が形成されている。

図１０に示す液体貯留部材としてのインクタンクは、樹脂を成形することにより形成されている。樹脂材料には、インクタンクＨ１５０１の剛性を向上させるためにガラスフィラーを５〜４０％混入した樹脂材料を使用することが望ましい。

インクタンクＨ１５０１に設けられているインク供給路の下流部には、記録素子基板Ｈ１１０１に形成されたインク供給口Ｈ１１０２にインクが連通するように、記録素子基板Ｈ１１０１がインクタンクＨ１５０１に対して位置精度良く接着固定される。

また、記録素子基板Ｈ１１０１周囲の平面には、電気配線シートＨ１３０１の一部の裏面が接着剤により接着固定される。記録素子基板Ｈ１１０１と電気配線シートＨ１３０１との電気接続部分は、封止剤により封止されることによりインクによる腐食や外的衝撃から保護されている。さらに電気配線シートＨ１３０１の未接着部は折り曲げられ、インクタンクＨ１５０１において液室Ｈ２２０１〜Ｈ２２０３が形成されている面にほぼ直交した側面に熱カシメもしくは接着等で固定される。

インクタンクＨ１５０１から記録素子基板Ｈ１１０１にインクを供給するためのインク供給路の具体的な構成については、後述する実施例において詳細に説明する。

＜＜本発明のメカニズム＞＞
具体的な実施例を説明する前に、液体で満たされたインク供給路の液室内に発生した気泡が、連通部においてどのような挙動を示すのかについて説明し、その後、本発明のメカニズムについて模式図を用いて説明する。説明を簡単にするため、インク供給路が、直方体形状のインク導入路及び直方体形状の液室で構成される場合について、比較例の構成を参照して説明する。

本明細書において、インク供給路は、インク導入路と液室との接続部においてインクが連通する構成であり、記録ヘッドが使用される状態において、液室の鉛直上方（ｚ方向）にインク導入路が位置する構成となっている。また、鉛直方向に垂直な面に関して、液室は細長の断面形状を有しており、その断面形状の長手方向をｘ方向、短手方向をｙ方向とする。

まず、ｘ方向について連通部Ｃの長さＣｘより短い長さの気泡が液室に発生してから、インク導入路に抜けるまでの挙動を、図１（ａ）〜（ｃ）を用いて説明する。

図１（ａ）のＪ−Ｊ断面図に示すように、液室幅Ｗが狭いために気泡が液室の壁で挟まれて扁平な形状となる場合、液室の壁に接していない気泡の端部の断面はほぼ半円の形状をとり、その曲率半径ｒｂは、液室幅Ｗ（ｙ方向の長さ）で律則すると考えられる。したがって、気泡端部の断面の曲率半径ｒｂは、ｒｂ＝Ｗ／２と近似することができる。これについての詳しい説明は後に述べる。

次に、気泡にかかる力について説明する。気泡には鉛直上方（ｚ方向）に液体と気体との密度差による浮力が働き、鉛直下方には、気泡の移動を妨げる力が働く。この気泡の移動を妨げる力は、気泡が液室の壁に接していることに起因する力であり、この力を付着力とする。付着力は液体の表面張力や液室幅Ｗ、気泡の液室の壁との接触面積などに依存すると考えられる。すなわち、液体の表面張力が大きい場合、液室の幅が短い場合、接触面積が大きい場合に付着力は増大すると考えられる。

気泡にかかる力が前述の浮力と付着力のみで、浮力＞付着力の場合、例えば、図１（ａ）に示す位置にある気泡は、液室内を上昇する。そして、気泡が液室の壁に接触している部分（以下、気泡の付着部分とする）が連通部Ｃに到達する（図１（ｂ））。この気泡の付着部分が連通部Ｃに達すると、気泡は連通部Ｃで連通状態となり、ｙ方向について液室より幅の広いインク導入路に移動する（図１（ｃ））。インク導入路側に気泡が移動した分、液室側の気泡が減り、付着部分が減るため、浮力はそのままで付着力が小さくなって行くと考えられる。したがって、いったん気泡の連通が始まれば、液室を移動する時間に比べて、気泡は短時間でインク導入路側に移動することができる。なお、インク導入路側の気泡の浮力が液室側の付着力より大きくなるまでは、気泡は分離しないままインク導入路へ移動を続ける。インク導入路側の気泡が液室側の気泡から分離するか否かは、気泡の大きさなどに依存する。

上述したように、気泡は液室の壁に接触しているため、液室において気泡が浮力により上昇する方向に移動する際には、気泡に浮力以外に付着力がかかる。したがって、液室に振動などが与えられない限り、液室の壁に多くの付着部分を有する気泡は非常に遅い速さでしか移動できない。

また、液室内部で気泡が発生して成長した場合、液室の体積に対して気泡の体積が占める割合が大きく、液室はインク供給口に近いため、気泡の存在が記録に与える影響が大きい。したがって、気泡を液室からインク導入路へ移動させることが重要となる。

ここで、ｒｂ＝Ｗ／２と近似することができる理由について図１（ｄ）を用いて説明する。気泡は、インク等の液体で濡れている液室を、上昇する方向に移動する。よって、少なくとも移動方向の気泡の付着部分は液体で濡れている状態であると考えられる。つまり、気泡は液体の薄膜を介して液室の壁に接していると言える。

このように、気泡と接している液室の壁が濡れている状態の場合には、気泡の端部は自由曲面を形成するため、ｘ方向に関して垂直な面の気泡端部の断面は半円形状となり、気泡端部の断面の曲率半径ｒｂは、ｒｂ＝Ｗ／２と近似することができる。なお、図１（ｅ）に示すように、気泡と接している液室の壁が濡れていない状態（気泡が直接、液室の壁に接している状態）の場合は、液体の表面張力や液室の幅に依存して、気泡端部の断面の形状が決まる。この場合、気泡端部の断面の曲率半径は前述の曲率半径ｒｂよりも大きくなるため、気泡の端部（気泡が液室の壁に接触していない部分）は、液室の壁が濡れている場合（図１（ｄ））に比べて小さくなる。また、付着部分が同じ面積であっても、液室の壁が濡れていない方が濡れている方に比べて付着力が増大し、気泡が液室の壁から剥がれにくいことが考えられる。

以上、液室内に発生した気泡が連通部においてどのような挙動を示すのかについて説明した。以下、ｘ方向について、連通部Ｃの長さＣｘよりも大きい長さを持つ気泡が、連通部Ｃに到達する場合の気泡の挙動について、本発明の構成と比較例の構成とを対比して説明する。

図２に示す本発明のインク供給路、図３に示す比較例のインク供給路を示している。図２（ａ）、図３（ａ）にはｚ方向から見た投影図を、図２（ｂ）、図３（ｂ）にはｙ方向から見た投影図を示している。図２（ｃ）には、図２（ｂ）のＫーＫ断面及びＬーＬ断面（ｙ軸及びｚ軸を含む面）を、図３（ｃ）には、図３（ｂ）のＭーＭ断面（ｙ軸及びｚ軸を含む面）を示している。液室からインク導入路へ向かうときに、ｙ方向について幅が広くなる境界を連通部Ｃとする。なお、連通部Ｃは点線で表している。

本発明の前提となる構成は、インク導入路と液室との関係が、
（１）ｘ方向について、液室の長さ＞連通部Ｃにおけるインク導入路の長さＣｘ＞液室幅Ｗ
（２）ｙ方向について、インク導入路の長さ＞連通部Ｃにおける液室の長さ（液室幅Ｗ）
となる場合である。

なお（１）左辺と中辺との関係式は、連通部Ｃで気泡によりインク流が閉塞状態となりやすい、という本発明の課題が生ずる場合を表している。また、（１）の中辺と右辺との関係式、及び（２）の関係式を満たせば、少なくともインク導入路のｘ方向及びｙ方向の長さを液室幅Ｗよりも少しでも大きくすることで、液室よりもインク導入路の方が、気泡が移動しやすい構成とすることができる。なお、インク導入路のｘ方向及びｙ方向の長さは、気泡が連通部Ｃで連通してインク導入路側に移動したときに、インク導入路側の気泡の膨張を妨げない程度の長さであれば良い。したがって、インク導入路の構成として、連通部Ｃから鉛直上方に向かうにつれて、インク導入路のｘ方向、又はｙ方向の長さが大きくなって行く構成としても良い。

次に、本発明と比較例との違いについて具体的に説明する。

本発明（図２）及び比較例（図３）とも、インク供給路をｚ方向から見た場合に、連通部Ｃの投影面（図２（ａ）、図３（ａ））を有する。一方、ｘ方向から見た場合には、本発明は連通部Ｃの投影面（図２（ｃ））を有するが、比較例（図３（ｃ））は連通部Ｃの投影面を有さない。言い換えると、本発明においては、液室の上端はインク導入路の下端よりも鉛直上方に位置する。

このような構成の違いにより、ｘ方向について連通部Ｃにおけるインク導入路の長さＣｘより大きい幅の気泡が、例えば鉛直方向の下方から連通部Ｃに到達した場合、比較例の構成と本発明の構成とでは、次のような違いがある。

比較例の構成では、図３（ｂ）に示すように液室の上端まで移動した気泡について、ｘ方向について連通部Ｃよりはみ出した部分の気泡は液室の上端の壁面から垂直抗力を受ける。この状態で気泡にかかる力は、鉛直上方については浮力、鉛直下方については付着力及び垂直抗力がかかり、これらの力は釣り合った状態となる。したがって、比較例の構成では、気泡は連通部Ｃの近傍で滞留した状態となり、気泡が連通部Ｃで連通してインク導入路へ移動することは困難である。

一方、本発明の構成では、図２（ｂ）に示すように、鉛直下方から連通部Ｃに向かって気泡が上昇すると、気泡の付着部分が連通部Ｃに達し、気泡が連通を始める。気泡が連通を始めると、液室側の気泡は液室の上端まで上昇しないで、インク導入路側で気泡は膨張しながら上昇する。したがって、本発明の構成では、Ｃｘよりも大きい長さの気泡が連通部Ｃに到達したとしても、気泡の連通を促すことができる。また、図２（ｃ）のＬ−Ｌ断面と図３（ｃ）Ｍ−Ｍ断面のインク連通部分を比較すると、気泡が連通部Ｃで連通している間、本発明の構成では比較例の構成に比べて連通部Ｃのインク流が多くなる。このように連通部Ｃにおける気泡の連通を促すための条件として、連通部Ｃをｘ方向から見た場合の投影面のｚ方向の長さであるＣｚ（液室の上端とインク導入路の下端との間隔）、及び気泡の端部の曲率半径ｒｂについて、
Ｃｚ＞ｒｂ
の関係を満たすことが必要である。前述したように、気泡端部の曲率半径ｒｂは、ｒｂ＝Ｗ／２と近似できるため、Ｃｚ＞ｒｂ＝Ｗ／２の関係を満たせばよい。すなわち、Ｃｚの長さを液室幅Ｗの半分より大きくすることで、連通部Ｃで気泡が連通しやすく液室からインク導入路へ移動しやすい構成とすることができる。また、気泡が連通している間も、一定量のインク流を確保することができる。

なお、液室がｘ方向に関して、鉛直上方（ｚ方向）の壁面が液室の端部からインク導入路に向かって傾斜する傾斜面を有している場合について、図４（ａ）の本発明の構成と、図４（ｂ），（ｃ）の比較例Ａ，Ｂの構成とを比較して説明する。

図４（ａ）に示すように、傾斜面に沿って気泡が連通部Ｃに到達した場合でも、Ｃｚ＞Ｗ／２の関係を満たせば本発明の効果を得ることができる。すなわち、図４（ａ）に示すように、気泡が傾斜角θの傾斜面に沿っているため、気泡の上端部がインク導入路側へ、はみ出すことができる。この際、Ｃｚ＞Ｗ／２の関係を満たせば、少なくとも気泡の付着部分の上端は、連通部Ｃのうち鉛直方向に垂直な面（鉛直方向の投影面）でインク導入路に連通することができる。一方、図４（ｂ）に示すように、インク導入路のｘ方向の長さ及び液室が傾斜角θを有する比較例Ａの構成では、気泡の上端部がインク導入路側へはみ出すことはできても、必ず気泡の付着部分の上端がインク導入路に到達できるとは限らない。また、比較例の構成において気泡を連通させるには、図５（ｃ）のように傾斜角をθよりも大きいθ’にする必要があり、設計上の制約が大きい。

なお、液室が傾斜面を有する場合において、一端のみ傾斜面を有する構成としても良いし、両端に傾斜面を有する構成としても良い。また両端の傾斜面の傾斜角が異なっていても良い。

以上説明したように、本発明の構成を用いれば、比較例の構成に比べて気泡が記録に与える影響を小さくすることができる。

以下、本発明の実施例について説明する。

実施例１について、図５、図６及び図１０を用いて説明する。

本実施例では一般的なインクジェット記録ヘッドと同様、図１０に示す通り内部にシアン、マゼンタ、イエローのインクを保持するためのインク収容部Ｈ２０１１〜Ｈ２０１３を有している。また、記録素子基板Ｈ１１０１の各インク供給口Ｈ１１０２にインクを導くための独立したインク供給路をそれぞれ備えている。

図５（ａ）は、インクタンクＨ１５０１の断面の斜視図（説明を明確にするため、蓋部材Ｈ１９０１等は不図示とする）である。

本実施例のインク供給路の形状について詳しく説明するため、図５（ａ）の一部分の拡大図を図５（ｂ）に示す。同図（ｂ）に示すように一定の幅Ｗを有する液室Ｈ２２１１と、ｘ方向について液室の長さよりも短く液室幅Ｗよりも長い長さを有するインク導入路Ｈ２１１１との接続部分を連通部Ｃとする。本実施例では連通部Ｃはインク供給口に対向する１面（ｘ軸及びｙ軸を含む面）、その面に垂直で液室長手方向を向いている２面（ｘ方向に垂直な面）の３面で構成される。

図６（ａ）はインク供給路Ｓ１１の断面の模式図である。前述した連通部Ｃを構成する面のうち、インク供給口に対向する面（水平面とする）のｘ方向の長さをＣｘ１（長さ３．２ｍｍ）、液室長手方向（ｘ方向）を向いている２面（垂直面とする）のｚ方向の長さをＣｚ１（長さ１．４ｍｍ）とする。

本実施例では液室の端部に発生する気泡を連通部Ｃに移動させやすくするため、液室が傾斜角θの傾斜面を有している。

本実施例における液室幅Ｗは０．６５ｍｍであり、この値からＣｚ１をＣｚ１＞０．６５／２＝０．３２５ｍｍの関係を満たすように設計した。

なお、連通部Ｃの垂直面の上端について２面の上端をそれぞれ異なる高さにすることも可能であるが、吐出口からインクを吸引する等して吸引回復する際に、上端の高さが異なると気泡が発生する原因となる場合がある。したがって、垂直面の上端の高さについては同じ高さにすることが望ましい。

本実施例においては、連通部Ｃに到達した液室の気泡のｘ方向の長さが連通部Ｃのｘ方向の長さＣｘより短い場合について説明する。このような場合には、本発明及び比較例の構成ともに、気泡は連通部Ｃで連通してインク導入路へ移動することは可能である。なお、気泡のｘ方向の長さが連通部Ｃのｘ方向の長さＣｘより長い場合の本発明の効果は、図２で説明した場合と同様である。

本発明と比較例の構成の違いを表したインク供給路の模式図を図６（ｂ）に示す。液室幅Ｗやテーパ角の大きさが同じであれば、液室における気泡の単位時間あたりの移動距離は本発明及び比較例で同じであるとみなせる。

本発明では、連通部Ｃが水平面だけでなく垂直面も有しているため、水平面におけるｚ方向への移動分と、垂直面におけるｘ方向への移動分について、気泡はインク導入路に移動することができる。一方、比較例においては、連通部Ｃが水平面のみで構成されるので、水平面におけるｚ方向への移動分のみしか、気泡はインク導入路に移動できない。

さらに、連通部Ｃについて、本発明では２面ある垂直面のうち、一方の垂直面において気泡がインク導入路に連通するため、その気泡の大部分がインク導入路へ移動するまでの間、少なくとももう一方の垂直面、又は水平面においてインクの連通状態が保たれる。一方、比較例においては、連通部Ｃが水平面のみであるため、気泡が水平面で連通してその気泡の大部分がインク導入路へ移動するまでの間は、水平面におけるインクの連通面積が少なくなる。

以上説明した構成により、本実施例では、液室で発生した気泡が連通部Ｃで連通しやすく、液室からインク導入路に移動しやすいという効果を奏する。さらに、連通部Ｃを構成するいずれかの面において気泡がインク導入路に連通することで、他の面においてインクの連通状態を保つことができるという効果も奏する。

なお、液室の傾斜面の傾斜角をより大きくすることで、液室で発生した気泡が連通部Ｃに移動しやすく、さらに連通部Ｃを通過してインク導入路に移動しやすい構成とすることができる。

実施例１の変形例である実施例２について、図７を用いて説明する。

実施例２では実施例１と比較して連通部Ｃにおける垂直面の高さＣｚが短い場合を示す。図７（ａ）に示すＣｚ２は０．４０ｍｍであり、Ｃｚの長さがＷ／２＝０．６５／２ｍｍ＝０．３２５ｍｍに近い場合である。このような場合であっても、Ｃｚ＞Ｗ／２の関係を満たせば、本発明の効果を得ることが確認できた。なお、Ｃｘ２の長さは３．４ｍｍである。このように、Ｃｚに比較してＣｘが長い場合は、連通部Ｃの水平面において気泡が連通しやすい構成となる。

このような構成とすることで、液室で発生した気泡が連通部Ｃで連通しやすく、液室からインク導入路に移動しやすいという効果を奏する。さらに、実施例１と同様に、連通部Ｃを構成するいずれかの面において気泡がインク導入路に連通することで、他の面においてインクの連通状態を保つことができるという効果も奏する。

以上、内側のインク供給路Ｓ２１の構造について説明したが、次に他のインク供給路についても図７（ｂ）を参照して具体的に説明する。なお、実施例１のインク供給路についても以下に説明するインク供給路と同様の構成を有する。

図１０に示したインクタンクＨ１５０１内に３つのインク供給路Ｓ２１〜２３を適切に配置した例を図７（ｂ）に示す。このように複数のインク供給路を配置することで、記録ヘッドが大型化することを避けつつ、複数色のインクの供給を可能にしている。

外側のインク供給路については、内側のインク供給路よりも設計自由度が高いため、例えば、図７（ｂ）に示すインク供給路Ｓ２３においては、連通部のｘ方向の幅Ｃｘ’２を長くすることが可能である（最大でｘ方向の液室の長さと同じ）。また、図７（ｃ）に示すように、液室の壁面の上端の差Ｃｚ’２をＷ／２より大きくすることで、より気泡が連通しやすい構成とすることができる。このような構成とすることで、成長した気泡が連通部に到達したとしても、インクの連通状態を保つことができる。

実施例３について、図８、図９及び図１１を用いて説明する。

実施例１及び２では３色のインクを吐出可能な記録素子基板を有するインクジェット記録ヘッドの構成について述べたが、実施例３では４色のインクジェット記録ヘッドの場合について述べる。

本実施例では、図１１に示す４色のインクを吐出可能な記録ヘッドＨ１００２に適用されるインク供給路について説明する。同図に示す通り、インクタンクＨ１５０２は内部にシアン、マゼンタ、イエロー、ブラックのインクを保持するためのインク収容部Ｈ２０３１〜Ｈ２０３４を有している。また、４列の吐出口列が形成された記録素子基板（不図示）の各インク供給口にインクを導くための独立したインク供給路をそれぞれ備えている。

図１１に示したインクタンクＨ１５０２内に４つのインク供給路Ｓ３１〜３４を適切に配置した例を図９（ｃ）に示す。実施例１及び２との主な違いは、内側のインク供給路Ｓ３１及びＳ３３にある。

内側のインク供給路Ｓ３１の構成について、図８を参照して詳しく説明する。なお、インク供給路Ｓ３３の構成もほぼ同様であり、同様の効果を奏するので、説明を省略する。

図８（ａ）は、インクタンクＨ１５０２の断面の斜視図（説明を明確にするため、蓋部材Ｈ１９０１等は不図示とする）である。

本実施例のインク供給路の形状について詳しく説明するため、図８（ａ）の一部分の拡大図を図８（ｂ）に示す。同図（ｂ）に示すように、本実施例では連通部Ｃは水平面と垂直面の２面で構成される。

図９（ａ）に示すように、インク供給路Ｓ３１はインク導入路Ｈ２１３１と液室Ｈ２２３１とで構成される。前述した連通部Ｃにおける水平面のｘ方向の長さをＣｘ３（長さ３．１ｍｍ）、垂直面のｚ方向の長さをＣｚ３（長さ１．４ｍｍ）とする。

例えば、図９（ｂ）に示す位置に気泡が発生した場合、連通部Ｃに到達した気泡は水平面でインク導入路に連通する。その際、本発明の構成では、気泡が水平面で連通している間、垂直面でインクの連通状態を保つことができる。なお、気泡が垂直面で連通する場合には水平面においてインクの連通状態を保つことができる。一方、比較例においては、水平面のみで構成される連通部Ｃに気泡が到達した場合、気泡が水平面で連通している間は、インクの連通が少ない状態となる。

また、実施例１や２の構成と比較して、本実施例では、液室の傾斜面の傾斜角を大きくしやすい構成であるため、気泡が液室をｚ方向に移動する速さをより速くすることができ、気泡が連通部Ｃに到達しやすい構成とすることができる。

また、垂直面のｚ方向の長さＣｚ３が、短い場合でも、Ｃｚ３＞Ｗ／２の条件を満たせば、実施例２と同様の効果を得ることができる。

以上説明したように、連通部Ｃを２面で構成した場合でも、実施例１及び２と同様に、連通部Ｃで気泡が連通しやすく、さらに少なくとも１つの面でインクの連通状態を保つことができるという効果を奏する。

なお、実施例１〜３において、連通部Ｃを構成する面として、垂直面、水平面を例に挙げて説明したが、インク導入路と液室とが接続する面は、垂直または水平でなくとも構わない。また、連通部Ｃを構成する面は２面以上であっても良い。すなわち、連通部Ｃがｘ方向から見た投影面、及びｚ方向から見た投影面を有し、ｘ方向から見た投影面のｚ方向の長さが、液室幅Ｗの１／２よりも大きければ良い。

なお、連通部Ｃを通過した気泡は、インク導入路で蓄積されるが、吸引回復ではこの部分に蓄積された気泡は除去されにくい場合がある。よって、インク導入路の体積はインク導入路に気泡が蓄積しても記録に影響を与えにくい程度の大きさにすることが望ましい。

＜記録装置＞
図１３は、本発明の記録ヘッドを搭載可能な記録装置の一例であって、内部を概観する模式的上面図である。

図１３を参照してわかるように、この記録装置は、図１０や図１１に示した記録ヘッドが位置決めされて交換可能に搭載されるキャリッジ１０２を有している。

キャリッジ１０２には、記録ヘッドを構成する電気配線シートに設けられている外部信号入力端子を介して各電気熱変換体に電気信号等を伝達するための電気接続部が設けられている。

また、キャリッジ１０２には、蓋部材Ｈ１９０１に設けられた蓋ガイドＨ１９０２（図１０及び図１１）に対応して、装着用ガイドレール（不図示）が設けられている。蓋ガイドＨ１９０２を装着用ガイドレールに支持させることで、装着用ガイドレールに沿って記録ヘッドをキャリッジ１０２に装着させることができる。また記録ヘッドを構成するインクタンクには、キャリッジ１０２のヘッド装着位置に記録ヘッドを案内するための装着ガイドＨ１５６０（図１０及び図１１）が設けられている。

記録ヘッドは、上述した装着ガイドＨ１５６０や蓋ガイドＨ１９０２、記録ヘッドを記録装置に固定するための係合部Ｈ１９３０（図１０及び図１１）等により、キャリッジ１０２の所定位置へ案内されて固定される。

キャリッジ１０２は、主走査方向に延在して装置本体に設置されたガイドシャフト１０３に沿って往復移動可能に支持されている。記録ヘッドは、吐出口の並び方向（吐出口列方向）がキャリッジ１０２の走査方向に対して交差する方向になるようにキャリッジ１０２に搭載される。そして記録ヘッドは、搬送手段としてのピックアップローラ１３１と搬送ローラ１０９とにより吐出口と対向する位置にまで搬送された記録媒体１０８に対して、吐出口列から液体を吐出して記録を行う。

１００は回復系機構であり、記録ヘッドの吐出口形成面を保護するために用いられるキャップ部材を有し、記録ヘッドの吐出口からインクを吸引して、記録ヘッドを吐出可能な状態に吸引回復させる動作を行う。キャップ部材は不図示のモータにより吐出口形成面に対し接合／離脱位置に設定可能であって、接合状態において不図示の吸引ポンプ等によりキャップ部材内部に負圧を生じさせることで記録ヘッドの吸引回復動作等が行われる。また、記録装置の非使用時にもキャップ部材を接合状態としておくことで、記録ヘッドの吐出口形成面を保護することができる。

なお、記録装置としてキャリッジ１０２に記録ヘッドが着脱可能に搭載される例を示したが、記録ヘッドを構成する記録素子基板とキャリッジ１０２とを一体とし、インクタンクのみを着脱可能に搭載する構成としてもよい。

また、記録装置としては、インクを吐出して記録を行う一般的なプリンタ、複写機、通信システムを有するファクシミリ、あるいはこれらの装置の有する機能を複合して備える多機能記録装置等に本発明の記録ヘッドを適用することができる。それらの他、インク以外の液体を吐出して媒体上に図形や模様を描画する装置にも本発明の記録ヘッドを適用することができる。

気泡の挙動の説明図。 本発明のインク供給路。 比較例のインク供給路。 液室が傾斜面を有する場合のインク供給路。 実施例１のインクタンクの断面図。 実施例１の説明図。 実施例２の説明図。 実施例３のインクタンクの断面図。 実施例３の説明図。 実施例１及び実施例２のインクジェット記録ヘッド。 実施例３のインクジェット記録ヘッド。 一般的に用いられる記録素子基板。 インクジェット記録装置の一例。 従来のインクジェット記録ヘッド。 従来のインクタンクの断面図。 従来のインクタンクにおけるインク供給路。 気泡の発生及び成長の過程を表した模式図。

符号の説明

Ｈ１００１ 記録ヘッド
Ｈ１１０１ 記録素子基板
Ｈ１１０２ インク供給口
Ｈ１１０７ 吐出口
Ｈ１５０１ インクタンク
Ｈ２１１１ インク導入路
Ｈ２２１１ 液室
Ｓ１１ インク供給路

Claims (7)

1. 液体を吐出するための複数の吐出口と、該複数の吐出口に共通に液体を供給するための液室と、該液室に液体を導入するための液体導入路と、を備える液体吐出ヘッドであって、
   該液体吐出ヘッドが使用される状態において、鉛直方向に関して、前記液室の上方に前記液体導入路が位置し、
   前記液室は鉛直方向に垂直な面に関して細長の断面形状を有し、
   前記細長の断面形状の短手方向に関して、前記液体導入路の長さが前記液室の長さより大きく、
   前記細長の断面形状の長手方向に関して、前記液体導入路の前記液室との連通部の長さが前記液室の長さより小さく、かつ、前記短手方向に関する前記液室の長さより大きく、
   鉛直方向に関して、前記液室の上端が前記液体導入路の下端より上方に位置し、
   鉛直方向に関する前記液室の上端と前記液体導入路の下端との間隔が、前記短手方向に関する前記液室の長さの半分より大きいことを特徴とする液体吐出ヘッド。
2. 前記連通部は２面以上の面で構成され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. 前記連通部は、少なくとも前記長手方向に垂直な面を含むことを特徴とする請求項１又は２に記載の液体吐出ヘッド。
4. 前記連通部は、前記鉛直方向に垂直な面を含むことを特徴とする請求項３に記載の液体吐出ヘッド。
5. 前記短手方向に関して、液室が一定の長さ有することを特徴とする請求項１乃至３に記載の液体吐出ヘッド。
6. 前記液室は、鉛直上方の壁面が前記長手方向に関して、前記液室の端部から前記液体導入路に向かって上方に傾斜する傾斜面を有していることを特徴とする請求項１乃至５に記載の液体吐出ヘッド。
7. 請求項１乃至６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を備え、前記液体吐出ヘッドから液体を吐出して前記記録媒体に記録を行う記録装置。

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