(57)【要約】【課題】  流路内の異物を良好に流動させることができる液体吐出ヘッドを提供すること。【解決手段】  流路の内部に第一のポンプと第二のポンプとが設けられており、流路はエネルギー発生素子を含む圧力室を有し、圧力室の内部の液体は前記第一のポンプまたは前記第二のポンプによって前記圧力室の外部との間で循環することが可能であり、前記第一のポンプは、前記流路の延在方向における前記流路の中間点より一方の側に設けられており、前記第二のポンプは、前記流路の延在方向における前記流路の中間点より他方の側に設けられていることを特徴とする液体吐出ヘッド。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
供給口を有する基板と、前記基板の上に、エネルギー発生素子と、液体が流れる流路及び液体が吐出される吐出口とを形成する部材と、を有する液体吐出ヘッドであって、
前記流路の内部には第一のポンプと第二のポンプとが設けられており、前記流路は前記エネルギー発生素子を含む圧力室を有し、前記圧力室の内部の液体は前記第一のポンプまたは前記第二のポンプによって前記圧力室の外部との間で循環することが可能であり、
前記第一のポンプは、前記流路の延在方向における前記流路の中間点より一方の側に設けられており、前記第二のポンプは、前記流路の延在方向における前記流路の中間点より他方の側に設けられていることを特徴とする液体吐出ヘッド。
【請求項２】
前記第一のポンプと前記第二のポンプとは、前記流路の中間点から異なる距離の地点に配置されている請求項１に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項３】
前記第一のポンプと前記第二のポンプとは、前記流路の中間点から等しい距離の地点に配置されている請求項１に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項４】
前記第一のポンプまたは前記第二のポンプは複数設けられている請求項１乃至３のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項５】
前記第一のポンプ及び前記第二のポンプの数は３つ以下である請求項１乃至４のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項６】
前記流路の延在方向に沿う長さに関して、前記第一のポンプと前記第二のポンプとの長さが異なる請求項１乃至５のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項７】
前記流路の前記供給口につながる端部の位置にフィルタを有する請求項１乃至６のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項８】
前記流路の中間点に対して一方の側に前記エネルギー発生素子と前記第一のポンプの組が、前記流路の中間点に対して他方の側に前記エネルギー発生素子と前記第二のポンプの組が、それぞれが設けられている請求項１乃至７のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項９】
第一のポンプと前記第二のポンプとが千鳥配置である請求項８に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項１０】
前記一方の側に設けられたエネルギー発生素子の数が複数である請求項１乃至７のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項１１】
前記供給口は、複数の前記圧力室に対応して１つ設けられている請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項１２】
前記供給口は各々が独立した複数の供給口であり、前記圧力室ごとに個別の供給口が設けられている請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項１３】
前記第一のポンプと前記第二のポンプとは、独立して駆動する請求項１乃至１２のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項１４】
前記第一のポンプと前記第二のポンプとは、交互に駆動する請求項１３に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項１５】
前記第一のポンプを駆動させることによって引き起こされる前記流路の内部の液体の流れの方向と、前記第二のポンプを駆動させることによって引き起こされる前記流路の内部の液体の流れの方向とは、逆の方向である請求項１乃至１４のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液体を吐出する液体吐出ヘッドに関する。
【背景技術】
【０００２】
インクジェットプリンタに代表される液体吐出装置は、液体を吐出する液体吐出ヘッドを備えている。液体吐出ヘッドは、液体を吐出するためのエネルギーを発生させるエネルギー発生素子と、エネルギー発生素子によってエネルギーを与えられた液体が吐出される吐出口とを有する。
【０００３】
液体吐出装置において、液体吐出ヘッド中の液体に異物が含まれると、液体の吐出等に影響が出るという課題がある。例えば、液体中に気泡や凝集した色材が混在していると、液体の供給性が低下したり、液体の吐出方向が安定しなくなったりする。
【０００４】
特許文献１では、液体吐出ヘッドの流路内に、エネルギー発生素子とは別にポンプを設けることが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第５７００８７９号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１に記載されているようなポンプを用いれば、液体中の異物を流動させて、流動した異物を例えば吐出口から吸引して除去することが可能と考えられる。しかしながら、本発明者らの検討によれば、特許文献１に記載の方法では、液体中の異物を十分に流動させることができない場合があった。特許文献１に記載されているポンプによると、基本的には流路内に一方向の流れしか生み出すことができない。この為、例えば流路の湾曲した部分に引っかかった異物が、液体の流れの方向によっては流動しにくい場合があった。
【０００７】
従って、本発明は、流路内の異物を良好に流動させることができる液体吐出ヘッドを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
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、供給口を有する基板と、前記基板の上に、エネルギー発生素子と、液体が流れる流路及び液体が吐出される吐出口とを形成する部材と、を有する液体吐出ヘッドであって、前記流路の内部には第一のポンプと第二のポンプとが設けられており、前記流路は前記エネルギー発生素子を含む圧力室を有し、前記圧力室の内部の液体は前記第一のポンプまたは前記第二のポンプによって前記圧力室の外部との間で循環することが可能であり、前記第一のポンプは、前記流路の延在方向における前記流路の中間点より一方の側に設けられており、前記第二のポンプは、前記流路の延在方向における前記流路の中間点より他方の側に設けられていることを特徴とする液体吐出ヘッドである。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、流路内の異物を良好に流動させることができる液体吐出ヘッドを提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】液体吐出ヘッドを示す図。
【図２】液体吐出ヘッドの流路の構造を示す上面図。
【図３】液体吐出ヘッドの流路の構造を示す上面図。
【図４】液体吐出ヘッドの流路の構造を示す上面図。
【図５】液体吐出ヘッドの流路の構造を示す上面図。
【図６】液体吐出ヘッドの流路の構造を示す上面図。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明を実施するための形態について、図面に基づきつつ説明する。尚、各図及び説明において、同一の部材については同一の参照番号を付し、重複する説明は省略する場合がある。
【００１２】
図１は、液体吐出ヘッドを示す図であり、液体吐出ヘッド用基板と呼称されることもある。このような液体吐出ヘッドは、基板１と、基板上に設けられたエネルギー発生素子２と、部材３と、外部からエネルギー発生素子２に電力を供給するための電気接点４とを有する。基板１は、例えばシリコンの単結晶基板で形成されている。エネルギー発生素子２は、例えば発熱抵抗体や圧電素子で形成されている。図１に示す液体吐出ヘッドは、部材３が、吐出口５と、圧力室７と、流路９を形成している。部材３は樹脂（例えば感光性樹脂）や金属（例えばステンレス）で形成されており、流路形成部材や吐出口形成部材と呼称される。圧力室７は流路９の一部であり、圧力室７の内部にエネルギー発生素子２が設けられている。エネルギー発生素子２に対応する位置に、吐出口５が開口している。
【００１３】
基板１には、基板１を貫通する液体の供給口６が形成されている。図１では、供給口６は、複数の圧力室７に対応して共通して１つ設けられている。液体は、供給口６からそれぞれの流路９へと供給され、流路９の内部を流れる。永代は、流路９内の圧力室７へと流れ、圧力室７が有するエネルギー発生素子２からエネルギーを与えられる。液体は、このエネルギーによって吐出口５から吐出され、紙等の記録媒体に着弾する。このようにして、画像等の記録が行われる。
【００１４】
図１に示す液体吐出ヘッドを吐出口が開口する側と対向する側（吐出口面と対向する側、図１でいうと上方側）からみた図であって、流路９の一部を拡大した図を、図２に示す。図２では、流路や吐出口を形成する部材を省略しており、液体吐出ヘッドにおける１つの吐出口５と、この吐出口５に対応する流路９、及びその周辺を拡大して示している。図２（ａ）に示すように、本発明の液体吐出ヘッドは、１本の流路９の内部に、第一のポンプ８ａと、第二のポンプ８ｂとが設けられている。１本の流路９とは、供給口６から出た液体が、基板上を流れ、再び供給口６に戻るまでの間の流路のことである。上述した通り、圧力室７は、流路９の構造の一部である。圧力室７の内部にはエネルギー発生素子２が備えられている。圧力室７の内部の液体は、第一のポンプ８ａまたは第二のポンプ８ｂによって、圧力室７の外部との間で循環することができる。
【００１５】
本発明では、圧力室７の内部の液体を外部との間で循環するために第一のポンプ８ａや第二のポンプ８ｂを駆動させるが、第一のポンプ８ａ及び第二のポンプ８ｂは、流路９内の異物を流動させるためにも用いる。この第一のポンプ８ａと第二のポンプ８ｂとによって形成する、流路９内の液体の流れについて説明する。第一のポンプ８ａと第二のポンプ８ｂとは、独立して駆動することができる。図２（ｂ）では、第一のポンプ８ａを駆動したときに、第一のポンプ８ａによって引き起こされる液体の流れを、黒の矢印で示している。供給口６から供給された液体は、第一のポンプ８ａによって引き起こされた流れに基づいて、第一のポンプ８ａ上、さらに第二のポンプ８ｂ上を流れ、続いて圧力室７を通って供給口６の方へと戻るように流れる。このとき、流路９に供給口６から流入した位置と、流路９から供給口６に流出する位置は異なっている。図２（ｃ）では、第二のポンプ８ｂによって引き起こされる液体の流れを、黒の矢印で示している。今度は図２（ｂ）で説明したものとは逆に、供給口６からまず圧力室７へと液体が供給され、第二のポンプ８ｂ上、さらに第一のポンプ８ａ上を流れ、供給口６への方へと戻るように流れる。即ち、図２（ｂ）と図２（ｃ）では、液体の流れの方向が逆になっている。
【００１６】
以上説明したような液体の流れは、第一のポンプ８ａと第二のポンプ８ｂとの配置によって形成される。本発明では、流路９内における第一のポンプ８ａと第二のポンプ８ｂとの位置を、流路９の延在方向の中間点９ａに対して、それぞれ逆側とする。即ち、第一のポンプ８ａは、流路９の延在方向における流路９の中間点９ａより一方の側に設けられており、第二のポンプ８ｂは、流路９の延在方向における流路９の中間点９ａより他方の側に設けられている。流路の延在方向は、図２では湾曲した方向となっている。流路９ａの中間点とは、流路の延在方向において、流路９の供給口６につながる２つの端部の間の、流路９の長さが半分になる位置である。第一のポンプ８ａと第二のポンプ８ｂとをこのように配置すると、例えば第一のポンプ８ａからみると、流路９の長さは、第二のポンプ８ｂがある側の方が、第二のポンプ８ｂがない側よりも長くなっている。このような状況で第一のポンプ８ａを駆動すると、図２（ｂ）に示すように、流路９の長さが長い方に向かう方向（順方向）に、主な液体の流れが生じる。これは、流路９内の流体ダイオード特性（すなわち、流体の一方方向への流れ）によるものである。逆に、このような状況で第二のポンプ８ｂを駆動させると、同様の原理で、図２（ｃ）に示すような逆方向の液体の流れが生じる。
【００１７】
本発明では、以上のような構成によって、流路９内において、液体の流れの方向を反転させることができる。液体の流れの方向を反転させることによって、流路９内の液体に異物が混入し、例えば流路の壁に引っかかっている場合にも、流路９の内部で異物を流動させやすくなる。
【００１８】
第一のポンプ８ａ及び第二のポンプ８ｂは、流路９内において液体を流すことができるポンプであればよい。例えば、基板１の上面に酸化物層（シリコン酸化膜など）を形成し、その上面にＡｌやＴａＳｉＮからなる金属層、ＳｉＮからなる絶縁層等を形成することで、ポンプとすることができる。勿論、これに限られるものではなく、圧電アクチュエーターポンプ、静電ポンプ（ｅｌｅｃｔｒｏｓｔａｔｉｃ  ｐｕｍｐ）、電気流体力学ポンプ（ｅｌｅｃｔｒｏｈｙｄｒｏｄｙｎａｍｉｃ  ｐｕｍｐ）等を用いることもできる。第一のポンプ８ａと第二のポンプ８ｂとは、同じ材料で形成してもよいし、異なる材料で形成してもよい。また、エネルギー発生素子２も、第一のポンプ８ａ及び第二のポンプ８ｂと、同じ材料で形成してもよいし、異なる材料で形成してもよい。製造上の観点からは、エネルギー発生素子２、第一のポンプ８ａ、及び第二のポンプ８ｂは、同じ材料で一括して形成することが好ましい。尚、同じ材料とは、厳密に組成が一致していることを意味するのではなく、例えばいずれもＴａＳｉＮで形成されていれば、製造誤差等があったとしても、同じ材料で形成されているとみなす。
【００１９】
エネルギー発生素子２や、第一のポンプ８ａ、及び第二のポンプ８ｂの駆動方法は限定されるものではないが、例えば基板１が有する追加の集積回路によって選択的に駆動させることができる。この追加の集積回路としては、各エネルギー発生素子２に関連付けられている電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）等の駆動トランジスタがあげられる。エネルギー発生素子２は、各々のエネルギー発生素子２を個別に作動させることができる専用の駆動トランジスタを有している。各々の第一のポンプ８ａ及び各々の第二のポンプ８ｂは、専用の駆動トランジスタを有していなくてもよい。これは、各々の第一のポンプ８ａ及び各々の第二のポンプ８ｂは、個別に駆動させなくてもよいからである。この場合、１つの駆動トランジスタが、１つのグループの全ての第一のポンプ８ａに、同時に電力を供給する。また別の駆動トランジスタが、１つのグループの全ての第二のポンプ８ｂに同時に電力を供給する。
【００２０】
第一のポンプ８ａと第二のポンプ８ｂとは独立して駆動できることが好ましい。異物を流動させる際の第一のポンプ８ａ及び第二のポンプ８ｂの駆動タイミングとしては、例えば第一のポンプ８ａと第二のポンプ８ｂとを交互に駆動させる方法がある。この方法によれば、異物を流動させやすい場合がある。また、あるタイミングにおいては、第一のポンプ８ａと第二のポンプ８ｂとを同時に駆動してもよい。但し、第一のポンプ８ａと第二のポンプ８ｂとは、同時に駆動すると互いに干渉する可能性があるので、一方が駆動しているときは他方は駆動させないことが好ましい。
【００２１】
図３は、図２で説明した流路構造に対して、各ポンプの配置や大きさを変えた例である。図３（ａ）では、流路９内における第一のポンプ８ａと第二のポンプ８ｂとの位置を、流路９の中間点９ａに対して一方の側と他方の側に配置している。この点は図２と同様であるが、図２では流路９内における第一のポンプ８ａと第二のポンプ８ｂとを、中間点９ａから異なる距離の地点に配置している。これに対して、図３（ａ）では、流路９内における第一のポンプ８ａと第二のポンプ８ｂとを、中間点９ａから等しい距離の地点に配置している。このような配置をすることで、第一のポンプ８ａや第二のポンプ８ｂの回路設計がしやすい。ここでの等しいとは、製造誤差を含む意味である。
【００２２】
図３（ｂ）は、第一のポンプ８ａが、１本の流路９内で複数（２つ）設けられた構成を示している。このような構成によれば、第一のポンプ８ａの１つが使用できなくなった場合にも、もう１つの第一のポンプ８ａによって液体の流れを発生させることができる。但し、流路設計の点からは、１本の流路９における第一のポンプ８ａの数は３つ以下とすることが好ましい。同様の理由から、第二のポンプ８ｂも、１本の流路９内で複数設けてもよく、この場合の第二のポンプ８ｂの数は３つ以下とすることが好ましい。１本の流路９に第一のポンプ８ａや第二のポンプ８ｂを複数設けた場合、それらは複数を同時に駆動してもよいし、個別に駆動してもよい。
【００２３】
図３（ｃ）は、第一のポンプ８ａと第二のポンプ８ｂの大きさが異なる構成を示している。具体的には、流路９の延在方向に沿う長さが、第一のポンプ８ａの方が第二のポンプ８ｂよりも長くなっている。このような構成とすることで、第一のポンプ８ａから第二のポンプ８ｂに向かう方向の液体の流れを強くして、圧力室７付近で滞留する異物を流動させやすくなる。両方のポンプを大きくすることでも、圧力室７付近の異物は流動しやすくなるが、第二のポンプ８ｂは圧力室７に相対的に近い位置にある。従って、製法や流路設計の点から、第二のポンプ８ｂまで大きくせずに、第一のポンプ８ａを長くすることで、上記のような異物の流動を良好に行うことができる。
【００２４】
図３（ｄ）は、第一のポンプ８ａと第二のポンプ８ｂの大きさが異なる構成で、流路９の延在方向に沿う長さが、第一のポンプ８ａの方が第二のポンプ８ｂよりも短くなっている例を示している。本発明では、設計上の制約等がある場合や、第二のポンプ８ｂによる液体の流れを強くしたい場合、このような構成をとることも可能である。
【００２５】
図４（ａ）及び図４（ｂ）は、図２に対応した流路９の構成を示す図である。図２と異なる点は、流路９の内部にフィルタを有している点である。図４（ａ）では、流路９の供給口６につながる２つの端部の位置に、フィルタ１０ａとフィルタ１０ｂとを設けている。このような位置にフィルタを設けることで、供給口６から圧力室７に異物が入りにくくなる。また、流路９内においては、フィルタを利用して、第一のポンプ８ａや第二のポンプ８ｂによる液体の流れを発生させやすくなる。図４（ｂ）では、図４（ａ）と比較して、第二のポンプ８ｂとエネルギー発生素子２との間に、さらにフィルタ１０ｃを有している。フィルタ１０ｃは、圧力室７に異物がより入りにくくする役割を果たす。フィルタは、ここでは円柱形状のフィルタを示しているが、例えば多角柱形状のフィルタであってもよい。
【００２６】
図５は、１本の流路９の内部に、エネルギー発生素子が複数設けられた構成を示す。図５（ａ）では、流路９の中間点９ａに対して、一方の側に第一のエネルギー発生素子２ａ及び第二のポンプ８ｂの組を配置し、他方の側に第二のエネルギー発生素子２ｂ及び第一のポンプ８ａの組を配置している。このような配置とすることで、吐出口５の配列密度を高くすることができる為、好ましい。
【００２７】
図５（ｂ）は、図５（ａ）に対して、エネルギー発生素子及びポンプの配置（第一のポンプ８ａと第二のポンプ８ｂとの配置）が千鳥配置になったものである。このような配置によれば、吐出口５の配列密度をより高くすることができる。特に、図５（ｂ）の構成の場合、供給口６に近い側の吐出口（ここでは吐出口５ａ）の開口面積を相対的に大きくし、供給口６から遠い側の吐出口（ここでは吐出口５ｂ）の開口面積を相対的に小さくすることで、液体供給のバランスをよくすることができる。尚、図５（ｂ）では、吐出口の開口面積は同じにして表示している。
【００２８】
図５（ｃ）は、図２（ａ）に対して、エネルギー発生素子２、吐出口５、圧力室７を２つずつ設けた構成を示す図である。２つずつ設けられたエネルギー発生素子２、吐出口５、圧力室７は、流路９の中間点９ａに対して、一方の側に設けられている。このような構成によっても、吐出口５の配列密度を高くすることができる。
【００２９】
図５（ｄ）は、図５（ａ）に対してフィルタ１０ａとフィルタ１０ｂとを追加した図である。この構成によれば、吐出口５の配列密度を高くし、圧力室７への異物の混入を抑制することができる。
【００３０】
ここまで、複数の圧力室７に対応して共通して１つの供給口６が設けられた例を用いて説明した。本発明では、各々の供給口６が独立していて供給口６が複数あり、圧力室７毎に個別の供給口６が設けられていてもよい。図６（ａ）では、供給口６ａと供給口６ｂとが、独立して設けられた構成を示している。１本の流路９は、供給口６ｂから出た液体が、基板上を流れ、供給口６ａに戻るまでの間の流路のことである。このような構成によれば、供給口を高密度に配置できる点で好ましく、このような構成であっても、これまで説明したのと同様にして、流路９の内部の異物を流動させることができる。また、流路９の形状は湾曲しているものに限られず、図６（ｂ）に示すように直線状の形状をしていてもよい。
【符号の説明】
【００３１】
１  基板
２  エネルギー発生素子
３  部材
５  吐出口
６  供給口
８ａ  第一のポンプ
８ｂ  第二のポンプ
９  流路
【図１】
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【図２】
2020168781.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2020168781.tif 000008