(57)【要約】      （修正有）【課題】常に良好な吐出特性を維持することができ且つ吸引動作では容易に気泡を排出できる液体噴射ヘッド及び液体噴射装置を提供する。【解決手段】複数のノズル開口を有するヘッド本体と、液体供給手段と前記ヘッド本体とを繋ぐ液体供給路を構成する第１の液体流路を有する第１の部材と、前記液体供給手段と前記第１の液体流路とを繋ぐ第２の液体流路を有する第２の部材と、前記第１の部材と前記第２の部材２６とに挟持されたフィルター２７とを具備し、前記第２の部材が前記液体供給手段側から順次、ストレート部８１と、漸次拡径する第１テーパー部８２と、より大きな傾斜で漸次拡径する第２テーパー部８３とを具備し、前記ストレート部の内面には、流路方向に延びる第１溝８４が形成され、且つ第１テーパー部の内面には前記ストレート部側から延びる第２溝８５が形成されている。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
液滴を吐出する複数のノズル開口を有するヘッド本体と、液体供給手段と前記ヘッド本体とを繋ぐ液体供給路の一部を構成する第１の液体流路を有する第１の部材と、前記液体供給手段と前記第１の液体流路とを繋いで前記液体供給路の一部を構成する第２の液体流路を有する第２の部材と、前記第１の部材と前記第２の部材とに挟持されたフィルターとを具備し、
前記第２の部材が前記液体供給手段側から順次、流路断面がほぼ一定のストレート部と、このストレート部に連通して前記フィルター側に向かって漸次拡径する第１テーパー部と、この第１テーパー部に連続して当該第１テーパー部より大きな傾斜で漸次拡径する第２テーパー部とを具備し、
前記ストレート部の内面には、流路方向に延びる第１溝が形成され、前記第１テーパー部は、その内面と前記フィルターとに球状の気泡が内接するように形成され、且つ第１テーパー部の内面には前記ストレート部側から前記気泡の内接位置まで延びる第２溝が形成されていることを特徴とする液体噴射ヘッド。
【請求項２】
前記第２の部材の流路断面形状が円形であり、前記第１溝が前記第１テーパー部の上流側始端まで形成され始端に臨む部分が漸次浅くなるように形成されていることを特徴とする請求項１に記載の液体噴射ヘッド。
【請求項３】
前記第１溝の浅くなる程度が、前記第２テーパー部の拡径の割合と同一であることを特徴とする請求項２に記載の液体噴射ヘッド。
【請求項４】
前記第２溝が、前記内接位置側ほど漸次浅くなるように形成されていることを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の液体噴射ヘッド。
【請求項５】
前記第１溝と前記第２溝とが連続して形成されていることを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載の液体噴射ヘッド。
【請求項６】
前記第１溝及び第２溝が、それぞれ複数設けられていることを特徴とする請求項１〜５の何れか１項に記載の液体噴射ヘッド。
【請求項７】
前記第１の部材が、前記液体供給手段が保持される保持部材であり、前記第２の部材が、前記液体供給手段に挿入される液体供給針であることを特徴とする請求項１〜６の何れかに記載の液体噴射ヘッド。
【請求項８】
請求項１〜７の何れか１項に記載の液体噴射ヘッドを具備することを特徴とする液体噴射装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ノズル開口から液滴を噴射する液体噴射ヘッド及び液体噴射装置に関し、特に、インクカートリッジからインクを供給してノズル開口からインク滴を吐出するインクジェット式記録ヘッド及びインクジェット式記録装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
液体噴射ヘッドの代表例であるインクジェット式記録ヘッドでは、一般的に、インクが充填されたインクカートリッジから、このインクカートリッジに挿入されるインク供給針及びインクカートリッジが保持される保持部材の流路を介してヘッド本体にインクが供給され、ヘッド本体に供給されたインクは圧電素子等を駆動させることによりノズル開口から吐出される。
【０００３】
このようなインクジェット式記録ヘッドでは、インクカートリッジのインク内に存在する気泡、あるいはインクカートリッジを着脱する際にインク内に混入した気泡がヘッド本体に供給されてしまうと、この気泡によるドット抜け等の吐出不良が発生するという問題がある。このような問題を解決するために、インクカートリッジに挿入されるインク供給針と、このインク供給針が固定される基台との間に、インク内の気泡等を除去するためのフィルターを装着するようにしたものがある（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
このようにフィルターを設けることにより、インク吐出時にはフィルターによって気泡がトラップされるため、ヘッド本体（記録ヘッド）に気泡が流れ込むのを防止することができる。また、フィルターにトラップされた気泡は、一般的に、ノズル開口からインクを吸引する、いわゆる吸引動作によってノズル開口から排出される。すなわち、ノズル開口からインクを吸引して通常のインク吐出時のインクの流速よりも速い流速をインクに生じさせることで、気泡はインクと共にフィルターを通過してノズル開口から排出される。
【０００５】
ここで、フィルター部分に蓄積された気泡の体積が増加すると、それに伴ってインク吸引時（インク吐出時又は吸引動作時）のフィルター部分での圧力損失が上昇する。そして、この圧力損失が一定値以上となると、インク吐出時でも、気泡がインクと共にフィルターを通過してしまいドット抜け等の吐出不良が生じてしまうという問題がある。
【０００６】
このような問題は、上述した吸引動作を比較的頻繁に実行することで解消することはできる。しかしながら、吸引動作時には上述のようにインク吐出時よりも速い流速をインクに生じさせるため、吸引動作を頻繁に行うと大量のインクを消費してしまい実際の印字等に使用するインク量が減少してしまうという問題があるので、これを解消するために、フィルター室内に溝を設けてインク吐出時の圧力損失上昇による気泡の通過を防止するようにしたものが提案されている（特許文献２参照）。
【０００７】
しかしながら、この場合、吸引動作時においても圧力損失が十分に上昇しないで、吸引動作による気泡排出が容易にできない場合がある。
【０００８】
なお、このような問題は、インク滴を吐出するインクジェット式記録ヘッドだけでなく、他の液体噴射ヘッドにおいても同様に存在する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開平１１−１０９０４号公報（第１図等）
【特許文献２】特開２００７−１３６６８７号公報（図４等）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は、このような事情に鑑み、インクの消費量を抑えつつ常に良好な吐出特性を維持することができ且つ吸引動作では比較的容易に気泡を排出できる液体噴射ヘッド及び液体噴射装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決する本発明の一態様は、液滴を吐出する複数のノズル開口を有するヘッド本体と、液体供給手段と前記ヘッド本体とを繋ぐ液体供給路の一部を構成する第１の液体流路を有する第１の部材と、前記液体供給手段と前記第１の液体流路とを繋いで前記液体供給路の一部を構成する第２の液体流路を有する第２の部材と、前記第１の部材と前記第２の部材とに挟持されたフィルターとを具備し、前記第２の部材が前記液体供給手段側から順次、流路断面が一定のストレート部と、このストレート部に連通して前記フィルター側に向かって漸次拡径する第１テーパー部と、この第１テーパー部に連続して当該第１テーパー部より大きな傾斜で漸次拡径する第２テーパー部とを具備し、前記ストレート部の内面には、流路方向に延びる第１溝が形成され、前記第１テーパー部は、その内面と前記フィルターとに球状の気泡が内接するように形成され、且つ第１テーパー部の内面には前記ストレート部側から前記気泡の内接位置まで延びる第２溝が形成されていることを特徴とする液体噴射ヘッドにある。
かかる本発明では、フィルターの上流側に蓄積されて気泡が第１テーパー部とフィルターに内接する球の大きさになっても、吐出動作時には第１溝及び第２溝を介して液体の流れる流路が確保されるので、吐出不良の発生が抑えられる。また、フィルター上流に大量の気泡が蓄積されるので、吸引動作の間隔を比較的長くすることができ、また、吸引動作で確実に気泡を排出できる。
【００１２】
ここで、前記第２の部材の流路断面形状が円形であり、前記第１溝が前記第１テーパー部の上流側始端まで形成され始端に臨む部分が漸次浅くなるように形成されているのが好ましい。これにより、第１溝が比較的容易に形成でき、液体の流路がより確実に確保される。
【００１３】
また、前記第１溝の浅くなる程度が、前記第２テーパー部の拡径の割合と同一であるのが好ましい。これにより、第１溝が比較的容易に形成でき、液体の流路がより確実に確保される。
【００１４】
また、前記第２溝が、前記内接位置側ほど漸次浅くなるように形成されているのが好ましい。これにより、急激に圧力損失が上昇するのが防止でき、液体の流路の確保がより確実に行える。
【００１５】
また、前記第１溝と前記第２溝とが連続して形成されているのが好ましい。これにより、気泡の蓄積がさらに進んで気泡の下部が第１テーパー部とフィルターに内接する球状となり且つ上部がストレート部に入り込む大きさになっても、液体の流路が確実に確保される。
【００１６】
また、前記第１溝及び第２溝が、それぞれ複数設けられているのが好ましい。これにより、液体の流路がより確実に確保される。
【００１７】
また、前記第１の部材が、前記液体供給手段が保持される保持部材であり、前記第２の部材が、前記液体供給手段に挿入される液体供給針であるのが好ましい。これにより、保持部材に保持された液体供給手段からの液体が液体供給針を介して確実に供給される。
【００１８】
さらに、本発明の他の態様は、上述した液体噴射ヘッドを具備することを特徴とする液体噴射装置にある。
かかる本発明では、インク吐出時にはフィルターを通過しない状態でできる限り大きな気泡を保持できるようにし且つ吸引動作で比較的容易に気泡を排出できる液体噴射装置が実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】一実施形態に係る記録装置の概略を示す斜視図である。
【図２】一実施形態に係る記録ヘッドの分解斜視図である。
【図３】一実施形態に係る記録ヘッドの断面図である。
【図４】一実施形態に係る記録ヘッドのインク供給針部分の拡大断面図である。
【図５】一実施形態に係るインク供給針部分の変形例を示す拡大断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下に本発明を実施形態に基づいて説明する。
（実施形態１）
図１は、本発明の実施形態１に係る液体噴射装置の概略斜視図である。本実施形態の液体噴射装置であるインクジェット式記録装置１０は、図１に示すように、インク滴を吐出するインクジェット式記録ヘッド（以下、記録ヘッドと呼ぶ）１１がキャリッジ１２に固定され、この記録ヘッド１１には、ブラック（Ｂ）、シアン（Ｃ）、マゼンダ（Ｍ）、イエロー（Ｙ）等の複数の異なる色の顔料インクが貯留された液体供給手段であるインクカートリッジ１３がそれぞれ着脱可能に固定されている。
【００２１】
記録ヘッド１１が搭載されたキャリッジ１２は、装置本体１４に取り付けられたキャリッジ軸１５に軸方向移動自在に設けられている。そして、駆動モーター１６の駆動力が図示しない複数の歯車およびタイミングベルト１７を介してキャリッジ１２に伝達されることで、キャリッジ１２はキャリッジ軸１５に沿って移動される。一方、装置本体１４にはキャリッジ軸１５に沿ってプラテン１８が設けられており、図示しない給紙装置等により給紙された紙等の被記録媒体Ｓがプラテン１８上を搬送されるようになっている。
【００２２】
また、キャリッジ１２のホームポジションに対応する位置、すなわち、キャリッジ軸１５の一方の端部近傍には、記録ヘッド１１のノズル形成面を封止するキャップ部材１９を有するキャッピング装置２０が設けられている。このキャップ部材１９によってノズル形成面を封止することにより、インクの乾燥を防止している。また、このキャップ部材１９は、フラッシング動作時のインク受けとしても機能する。さらに、キャップ部材１９には、チューブポンプ等で構成される吸引装置（図示なし）が接続されている。そして、所定のタイミングで、この吸引装置によってキャップ部材１９内を吸引する吸引動作を実行することで、ノズル詰まりや、ドット抜け等の吐出不良の発生を防止している。なお、この吸引動作では、インク吐出時よりも速い流れをインクに発生させることで、ノズル開口から粘度の上昇したインクや、後述するフィルター部分に溜まった気泡を強制的に排出させている。
【００２３】
ここで、本実施形態に係る記録ヘッドについて説明する。なお、図２は、本実施形態に係る記録ヘッドの分解斜視図であり、図３はその断面図である。また、図４はインク供給針部分の拡大断面図である。
【００２４】
これらの図面に示すように、記録ヘッド１１を構成する保持部材であるカートリッジケース２１は、第１の部材に相当し、上述したインクカートリッジ１３がそれぞれ装着されるカートリッジ装着部２２を有する。また、カートリッジケース２１の底面には、一端が各カートリッジ装着部２２に開口し、他端が後述するヘッドケース側に開口する複数のインク供給路（第１の液体供給路）２４がそれぞれ形成された管状の流路形成部２５が突設されている。
【００２５】
また、カートリッジケース２１の上面側、すなわち、各カートリッジ装着部２２のインク供給路２４の開口部分には、インクカートリッジ１３に挿入される複数のインク供給針２６が、インク内の気泡や異物を除去するためのフィルター２７を介して固定されている。
【００２６】
これらの各インク供給針２６は、第２の部材に相当し、図４に示すように、カートリッジケース２１の各インク供給路２４に連通する貫通路（第２の液体供給路）２８をそれぞれ有すると共にカートリッジケース２１側の端部近傍にフランジ部２９を有する。なお、これらインク供給針２６の貫通路２８及びカートリッジケース２１のインク供給路２４はインクカートリッジと後述するヘッド本体とを繋ぐインク流路を構成するものである。
【００２７】
また、各インク供給針２６は、超音波融着により、カートリッジケース２１に固着されている。
【００２８】
また、インク供給針２６の貫通路２８は、インクカートリッジ側から順次、流路の径がほぼ一定の円筒状であるストレート部８１と、ストレート部８１に連通して流路がフィルター２７側に向かって漸次拡径する第１テーパー部８２と、この第１テーパー部８２に連続して当該第１テーパー部８２より大きな傾斜で漸次拡径する第２テーパー部８３とからなる。これにより、インク供給路２４との接続領域には、第１テーパー部８２および第２テーパー部８３とフィルター２７とで囲まれた内径の広い空間が形成されるようにし、フィルター２７の面積を大きくしてインクが通過する際の抵抗をできるだけ小さくするようにしている。
【００２９】
ここで、第１テーパー部８２は、フィルター２７との間の空間に内接する球状の気泡ができるだけ大きくなるように、その位置や傾斜が設計されているのが好ましい。また、第２テーパー部８３は、第１テーパー部８２の傾斜より大きな傾斜で拡径したものであり、フィルター２７の大きさをできるだけ大きくできるように設計されているのが好ましい。なお、第１テーパー部８２および第２テーパー部８３は、内面の断面形状が直線状でなくてもよく、緩やかな凹面または凸面でもよい。
【００３０】
そして、本発明では、ストレート部８１および第１テーパー部８２は、それぞれの内面に流路の流れ方向に延びる第１溝８４および第２溝８５を有する形状となっている。第１溝８４および第２溝８５は、それぞれ内面の周方向に複数本ずつ形成されている。本実施形態では、等間隔で４本形成しているが、これより多くてもよいし、少なくてもよい。また、第１溝８４は、ストレート部８１の長手方向（流れ方向）全体に亘って設けられ、その端部は第１テーパー部８２の内面に臨むように設けられている。すなわち、第１溝８４の第１テーパー部８２側の端部は第１テーパー部８２の内面に沿って設けられ、結果的に溝の深さが漸次浅くなっている。第２溝８５は、ストレート部８１側から第１テーパー部８２の内面の途中、具体体には、第１テーパー部８２とフィルター２７との間の空間に球状の気泡の内接した場合の内接位置まで延設されている。
【００３１】
なお、第１溝８４および第２溝８５は、連続して形成されているのが好ましく、本実施形態では、連続して形成されている。また、このような第１溝８４および第２溝８５の流路断面形状は、本実施形態では略矩形であるが、これに限定されず、例えば、略半円形等、他の形状としてもよい。また、第１溝８４および第２溝８５の幅、あるいは深さは一定である必要はなく、例えば、フィルター２７側ほど幅が徐々に広くなるようにしてもよいし、また深さが浅くなるようにしてもよい。内接位置に近づくほど浅くなるような形状とした第２溝８５Ａを有する例を図５に示す。
【００３２】
ここで、第１溝８４および第２溝８５，８５Ａは、フィルター２７の上流側に蓄積して大きくなった気泡Ａが、吐出動作時にストレート部８１および第１テーパー部８２の上流側の空間を塞ぐようになった場合にも、インクの流路が確保できるように機能するものである。これにより、インク吐出動作時に圧力損失が大きく上昇して気泡がフィルター２７を通過してしまうことが防止される。図４および図５の気泡Ａは、インク吐出動作時の気泡の状態を示すものである。
【００３３】
一方、吸引動作時には、図４および図５の点線で示す気泡Ｂのように、少なくとも気泡の下部が第１テーパー部８２とフィルター２７との間の空間に内接するようになる。これにより、第２溝８５，８５Ａがほとんど機能しなくなり、圧力損失が著しく上昇するので、気泡Ｂはフィルター２７を容易に通過し排出されることになる。
【００３４】
なお、カートリッジケース２１の下面側には、複数の圧電素子３４を有する圧電素子ユニット３５を保持すると共に、カートリッジケース２１とは反対側の端面に圧電素子３４の駆動によってノズル開口からインク滴を吐出するヘッド本体３６が固定されるヘッドケース３７を有し、これらカートリッジケース２１とヘッドケース３７との間には、シール部材３８及び回路基板３９が挟持されている。
【００３５】
シール部材３８は、流路形成部２５とヘッドケース３７に設けられる複数のインク導入路４０が開口する突出部４１との間に挟持されることにより、インク供給路２４とインク導入路４０との接続部分を密封してこの接続部分からのインクの漏れを防止している。回路基板３９は、圧電素子３４を駆動するための信号を供給するためのものであり、回路基板３９の一端部には、外部配線（図示なし）を接続するためのコネクター４３が固定されている。また、回路基板３９には、圧電素子３４に接続されたＦＰＣ等の接続配線４４が挿通される挿通孔４５が設けられており、この挿通孔４５を介して回路基板３９と接続配線４４とが接続される。さらに、この挿通孔４５の両側には各インク導入路４０に対応して、各インク導入路４０が開口する突出部４１が係合する貫通孔４６が設けられている。
【００３６】
なお、カートリッジケース２１の一方の側面、すなわち、回路基板３９のコネクター４３が配置される側の側面には、回路基板３９のコネクター４３が露出される露出口４７を有し、この露出口４７を介して外部配線（図示なし）がコネクター４３に接続されるようになっている。
【００３７】
また、回路基板３９及びシール部材３８を介してカートリッジケース２１の下面側に固定されるヘッドケース３７には、複数の圧電素子３４を有する圧電素子ユニット３５（３５Ａ，３５Ｂ）を収容して圧電素子３４を位置決め固定するための収容室４８が並設されている。例えば、本実施形態の記録ヘッド１１は、ブラックインクを吐出するための圧電素子ユニット３５Ａと、カラーインクを吐出するための圧電素子ユニット３５Ｂとを有するため、ヘッドケース３７には、これらの圧電素子ユニット３５Ａ，３５Ｂを収容する２つの収容室４８が並設されている。
【００３８】
なお、上述した記録ヘッド１１は、カートリッジケース２１の下面側に、シール部材３８、回路基板３９、ヘッドケース３７及びヘッド本体３６の順で積層され、その外側にヘッド本体３６のノズル開口を露出する窓部５０を有する枠体５１を填め込み、ネジ５２によってカートリッジケース２１に固定することで形成される（図３参照）。
【００３９】
以上説明したように、本実施形態では、インク供給針２６のストレート部８１および第１テーパー部８２に第１溝８４および第２溝８５を設けるようにしたので、吐出動作時には蓄積された気泡の体積増加に伴う圧力損失の上昇が抑えられ、且つかなり大きな体積となるまで保持できる。このため、フィルター２７の上流に蓄積された気泡がインク吐出時のインクの流れによってフィルター２７を通過してヘッド本体３６に供給されドット抜け等の吐出不良が発生するのを比較的長期間に亘って防止することができる。よって、フィルター室３１に溜まった気泡を排出させるための吸引動作の間隔、すなわちメンテナンス間隔を長くすることができ、インクの消費量を大幅に削減することができる。
【００４０】
さらに、吸引動作時のインクの流速は、インク吐出時のインク流速よりも速いが、大幅に大きくしなくても、気泡Ｂが第２テーパー部８３およびフィルター２７との間の空間に内接させるだけで、圧力損失を大きく上昇させることができ、比較的容易な吸引動作によってフィルター２７の上流側に溜まった気泡Ｂを良好に排出することができる。
【００４１】
（他の実施形態）
以上、本発明の実施形態に基づいて詳細に説明したが、勿論、本発明は上述した実施形態に限定されるものではない。例えば、上述の実施形態では、ストレート部８１および第１テーパー部８２に第１溝８４および第２溝８５をインクの流れ方向に沿って設けるようにしたが、これに限定されず、第１溝８４および第２溝８５はインクカートリッジ１３側からフィルター２７側に向かって形成されていればよく、例えば、インクの流れ方向に対して傾斜する方向に直線状に形成されていてもよく、また、曲線状に形成されていてもよい。
【００４２】
なお、上述した実施形態においては、第１の液体供給路（インク供給路）を有する第１の部材として保持部材を例示し、また第２の液体供給路（貫通路）を有する第２の部材としてインク供給針を例示したが、これら第１の部材及び第２の部材が、これら例示した部材に限定されるものではないことは言うまでもない。
【００４３】
また、上述した実施形態においては、本発明の液体噴射ヘッドとしてインクジェット式記録ヘッドを例示したが、液体噴射ヘッドの基本的構成は上述したものに限定されるものではない。本発明は、広く液体噴射ヘッドの全般を対象としたものであり、例えば、プリンタ等の画像記録装置に用いられる各種の記録ヘッド、液晶ディスプレー等のカラーフィルターの製造に用いられる色材噴射ヘッド、有機ＥＬディスプレー、ＦＥＤ（電界放出ディスプレー）等の電極形成に用いられる電極材料噴射ヘッド、バイオｃｈｉｐ製造に用いられる生体有機物噴射ヘッド等にも適用することができる。
【符号の説明】
【００４４】
１０  インクジェット式記録装置、  １１  記録ヘッド、  ２１  カートリッジケース、  ２４  インク供給路、  ２６  インク供給針、  ２７  フィルター、  ２８  貫通路、  ３６  ヘッド本体、  ８１  ストレート部、  ８２  第１テーパー部、  ８３  第２テーパー部、  ８４  第１溝、  ８５  第２溝
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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