(57)【要約】【課題】発泡液がヒータ近傍で滞留したり、加熱されて温度が上昇した状態の発泡液が発泡室に繰り返し出入りすることを防止することで、発泡液の良好な状態を維持し、所望の吐出を得る事ができる液体吐出ヘッドを提供すること。【解決手段】発泡室への発泡液の入口となる上流側連結部と発泡液の出口となる下流側連結部において、上流側連結部よりも下流側連結部に多くの連通口を設け、下流側連結部に設けた少なくとも１つの連通口を開閉可能にする。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１液体を吐出する吐出口と、前記吐出口と連通した第一流路と、可動分離膜によって前記第一流路と分離された第二流路と、を備え、前記第二流路には、第２液体が流入する流入部と前記第２液体が流出する流出部とを備えた発泡室が設けられ、該発泡室における前記第２液体の発泡作用によって、前記第一流路に流れている前記第１液体が前記吐出口から吐出する液体吐出ヘッドにおいて、
前記流入部には前記第２液体が流れる第１連通口が設けられており、前記流出部には前記第２液体が流れる第２連通口が設けられており、前記第１連通口よりも前記第２連通口が多く設けられており、前記流出部に設けられている第２連通口の少なくとも１つは開閉可能な連通口であることを特徴とする液体吐出ヘッド。
【請求項２】
開閉可能な前記第２連通口の連通口は、前記可動分離膜によって開閉可能であることを特徴とする請求項１に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項３】
開閉可能な前記第２連通口の連通口は、前記第２液体の前記発泡作用によって前記可動分離膜が可動することで閉じられることを特徴とする請求項２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、熱エネルギ等による気泡の発生に伴ってインクを吐出して記録を行う液体吐出ヘッドに関し、更に詳しくは、気泡の発生を利用して変位する可動分離膜を備えた液体吐出ヘッドに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
微細なインク等の液滴を液体吐出ヘッド（以下、記録ヘッドともいう）から吐出して記録媒体に付着させて記録を行うインクジェット記録方式の記録装置は、ランニングコストが低く、記録時の静粛性に優れているため広く用いられている。また、このインクジェット記録方式の記録装置は、複数色のインクを用いることによって比較的容易にカラーでの記録を行えるというメリットもある。また、インクジェット記録方式において、液滴を吐出するための圧力発生素子としてヒータを用いた、いわゆるバブルジェット（登録商標）記録方法は、ヒータを高密度に配列するのが比較的容易で、そのため高解像度の記録を行うのに有利な方式である。
【０００３】
その一方で、従来のバブルジェット（登録商標）記録方法においては、ヒータがインクに接した状態で加熱を繰り返すため、ヒータの表面にインクの焦げによる堆積物が発生するおそれがあった。この場合、堆積物の量が多くなると、吐出時にインクに充分な熱を供給することができなくなり良好な吐出が行われないおそれがあった。また、吐出すべき液体（インク等）が熱によって劣化しやすい液体の場合や、十分に発泡が得られにくい液体の場合においては、ヒータによる直接加熱によって気泡を形成する方法では、良好な吐出が行われないおそれもあった。
【０００４】
このような問題に対して、特許文献１のように、発泡液と吐出液とを分離する可動分離膜を介して、発泡液を熱エネルギによって発泡させて可動分離膜を変形させ、吐出液を吐出する方法が提案されている。この方法における可動分離膜と発泡液との構成は、可動分離膜がノズルの一部に設けられているものである。それに対して、記録ヘッド全体を上下に分離する大きな膜を用いる構成が特許文献２に開示されている。この大きな可動分離膜は、液路を形成する２つの板材によって挟持されることによって、２つの液路内の液体が互いに混合されないことを目的として設けられたものである。
【０００５】
また、特許文献３のように、可動分離膜の変形を効率よく吐出液の吐出に利用するために、可動分離膜の形状や可動域を規制するものもある。
【０００６】
【特許文献１】特開昭５５−８１１７２号公報
【特許文献２】特開昭５９−２６２７０号公報
【特許文献３】特開２０００−００９７３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
従来の吐出液（インク等）しか用いないインクジェット記録ヘッドにおいては、液滴が熱量を持って記録媒体へ吐出されるため、吐出することが記録ヘッド外への排熱作用としても機能していた。しかしながら、分離膜を用いた液体吐出方式においては、加熱を受けた発泡液が記録ヘッド内部の流路を循環する。このように、積極的な排熱作用がないため、連続吐出時において、発泡液および記録ヘッドの温度の上昇が問題となることがある。
【０００８】
図６は、可動分離膜８００（図７参照）を変形させ、吐出液を吐出する従来の記録ヘッドの発泡室７００を示した上面図である。図６ように、従来の記録ヘッドにおける発泡室７００では、発泡室７００と供給口７０９とを連結する上流側連結部７０１と、発泡室７００と排出口７１０とを連結する下流側連結部７０２とは、対称な形状になっていた。
【０００９】
図７（ａ）は、発泡時の発泡室７００を側面から見た断面図であり、図７（ｂ）は、消泡時の発泡室７００を側面から見た断面図である。
【００１０】
このように単に連結部を対象に設けただけでは、連結部で、流入抵抗と流出抵抗とに差が無く上流部と下流部どちらも同じ形状であるため、図７（ａ）のように発泡時に発泡室７００から流出する発泡液の量は上流部と下流部で等しくなる。また、同様に、図７（ｂ）のように消泡時に発泡室に流入する発泡液の量も上流側と下流側で等しくなる。発泡液室７００の近傍には発泡液の供給口７０９と排出口７１０が設けられているが、流れがヒータ７０８を中心として対称となるため、供給口７０９から発泡室７００を経て排出口７１０へと向かう一方向の流れが生じない。そのため発泡室７００の周辺の発泡液が発泡室７００に流入、流出を繰り返し、何度も加熱を受けていた。
【００１１】
このように、ヒータ近傍の発泡液が滞留したり、温度上昇した発泡液が発泡室に繰り返し出入りすることによって、何度も加熱を受けて過剰に昇温してしまうと、正常な発泡が阻害されたり、発泡液が変質するおそれがある。しかし、これまで提案された分離膜を用いた吐出方法において、この問題に言及しているものは無かった。
【００１２】
よって本発明は、発泡液がヒータ近傍で滞留したり、加熱されて温度が上昇した状態の発泡液が発泡室に繰り返し出入りすることを防止することで、発泡液の良好な状態を維持し、所望の吐出を得る事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】
【００１３】
そのため本発明の液体吐出ヘッドは、第１液体を吐出する吐出口と、前記吐出口と連通した第一流路と、可動分離膜によって前記第一流路と分離された第二流路と、を備え、前記第二流路には、第２液体が流入する流入部と前記第２液体が流出する流出部とを備えた発泡室が設けられ、該発泡室における前記第２液体の発泡作用によって、前記第一流路に流れている前記第１液体が前記吐出口から吐出する液体吐出ヘッドにおいて、前記流入部には前記第２液体が流れる第１連通口が設けられており、前記流出部には前記第２液体が流れる第２連通口が設けられており、前記第１連通口よりも前記第２連通口が多く設けられており、前記流出部に設けられている第２連通口の少なくとも１つは開閉可能な連通口であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、液体吐出ヘッドの流入部に第２液体が流れる第１連通口を設け、流出部には第２液体が流れる第２連通口を設け、第１連通口よりも第２連通口を多く設け、流出部に設けられている第２連通口の少なくとも１つを開閉可能にする。これによって、発泡液がヒータ近傍で滞留したり、加熱されて温度が上昇した状態の発泡液が発泡室に繰り返し出入りすることを防止することで、発泡液の良好な状態を維持し、所望の吐出を得る事ができる液体吐出ヘッドを実現することができた。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、図面を参照して本発明の一実施形態を説明する。  
図１は、本実施形態の液体吐出ヘッド１０００を分解して示した分解斜視図である。気泡発生素子（以下、ヒータともいう）、ノズル、吐出口を備えた吐出エレメント１０１と電気配線基板１０２がセラミックプレート１００の上に配置された構成になっている。吐出エレメント１０１内の共通液室は流路形成部材１１０の内部に設けられた流路に接続され、さらに、流路形成部材１１０のインク供給口と不図示のインクタンクが接続されており、このインクタンクから吐出エレメント１０１にインク（第１液体）が供給される。
【００１６】
図２（ａ）は、本実施形態における液体吐出ヘッド吐出チップ２００を示した上面概略図であり、図２（ｂ）は、（ａ）のＡ−Ａ’における断面図である。本実施形態の液体吐出ヘッド１０００（図１参照）は、発泡液（第２液体）とインク（以下、吐出液ともいう）とを分離する可動分離膜２０３を有し、発泡液の発泡作用に伴う可動分離膜２０３の変位を利用して吐出液を吐出する。
【００１７】
可動性分離膜２０３の材質としては、ポリフェニレンサルファイド、ポリイミド、ポリエチレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエーテルサルフォン、ポリサルフォンなどのエンジニアリングプラスティックに代表される耐熱性、耐溶剤性、成形性や薄膜フィルム化良好な樹脂の他、シリコーンゴム、塩素化ポリエチレン、フッ素系エラストマーなどの上記特性に加え、弾力性のある樹脂およびそれらの化合物が望ましい。また可動性分離膜の厚さは、分離膜としての強度を達成でき、膨張、収縮が良好に動作するという観点からその材質と形状を考慮して決定すればよいが、０．５μｍ〜１０μｍ程度が望ましい。この可動分離膜２０３によって、ヒータボード２０５、第１流路壁２０２、第２流路壁２０４およびノズルプレート２０１によって形成された空間は、第１流路２０６と、第２の流路２０７とに分割されている。すなわち、第２流路２０７は第２流路壁２０４と、可動分離膜２０３とにより形成されており、第１流路２０６は、第１流路壁２０２と、ノズルプレート２０１と、可動分離膜２０３とにより形成されている。第１流路２０６には、記録媒体への記録を行うための記録液が供給され、第２流路２０７にはヒータによって気泡を発生させるための発泡液が供給される。これら流路は、可動分離膜によって液密状態に分割されており、発泡液と記録液とが混合するのを完全に防止することができるようになっている。
【００１８】
ここで、記録液としては、所定の色材を含んだインクの他に、インクの発色性、耐候性
などを向上させるために記録媒体に付与される記録品質向上液などがある。また、発泡液
は、ヒータ２０８の発する熱によって安定した気泡が形成可能な発泡特性を有しており、インクのように色材を含まず、ヒータ２０８に堆積物が付着しないものとなっている。そして、この発泡液は、図外の発泡液供給源からヒータボードに設けられた複数の供給口２０９を介して第２流路２０７に供給されると共に、ヒータボード２０５に対向して設けられた排出口２１０から排出されて所定のフィルタを経て図外の発泡液供給源へと戻される。こうした発泡液の循環は、発泡液供給源に連結された図外のポンプの駆動力によって行われる。一方、第２流路２０７内においてヒータ２０８間に設けられた第２流路壁２０４、各ヒータ２０８の周囲を囲むように配置されている。この第２流路壁２０４、ヒータボード２０５、および可動分離膜２０３とによって、各ヒータに対応して互いに独立した第２流路２０７が形成されている。第２流路２０７には、ヒータ２０８を挟む２箇所に第２流路２０７に連通する上流側連結部４０１と下流側連結部４０２とが形成されている。この実施形態では、図１に示すように、上流側連結部４０１に供給口２０９が隣接しており、下流側連結部４０２に排出口２１０が隣接している。
【００１９】
図３（ａ）から（ｆ）は、本実施形態の液体吐出ヘッド１０００の吐出原理を示す概略図である。図３（ａ）において、第一流路には吐出液が、第二流路内には発泡液が満たされている。この状態でヒータ２０８にエネルギを印加すると、ヒータ２０８が急激に加熱され、ヒータ２０８に接している発泡液には膜沸騰による気泡３００が発生する（図２（ｂ））。この気泡３００の発生に伴う圧力は、圧力波となって第二流路２０７内の発泡液を伝播し、可動分離膜２０３に作用してこれを変位させる。可動分離膜２０３の変位に伴って第一流路２０６内の吐出液が移動し（図２（ｃ））、吐出口３０３から吐出が開始される。初期の高圧力により気泡３００が急速に成長すると、可動分離膜２０３は更に変形して第一流路２０６内の吐出液を押し出して液柱３０１を形成する（図２（ｄ））。その後気泡３００が収縮過程に入ると、可動分離膜２０３は逆方向へ変位を開始し（図２（ｅ））、やがて初期の位置に復帰する。この時、吐出液は第一流路２０６内に引き込まれる方向に移動するため、液柱３０１は千切れて、主滴３０２とサテライト３０４を形成し（図２（ｆ））、これら主滴３０２とサテライト３０４は不図示の記録媒体へ向かって飛翔する。
【００２０】
図４は、本実施形態の液体吐出ヘッド１０００における第二流路２０７の一部の発泡室４００を表わした図であり、（ａ）は上面図、（ｂ）は側断面図をそれぞれ示している。本実施形態では、上流側連結部４０１と下流側連結部４０２に、上流側連結部４０１には１箇所の連通口４０３（第１連通口）、下流側連結部４０２には２箇所の下部連通口４０４、上部連通口４０５（共に第２連通口）が設けてある。このように、連通口の数を変えることで上流と下流とで流抵抗を異ならせている。
【００２１】
連通口４０３と下部連通口４０４は可動分離膜２０３のいかなる変位によっても閉鎖することの無い位置に設ける必要があり、発泡室４００での消泡工程に必ず流量が同一もしくはほぼ同等になる口径に設定する。上部連通口４０５は可動分離膜２０３と第二流路壁との接合部分により近い部分に設け、更に可動分離膜２０３の変位軌道上で閉鎖可能な位置に設ければよい。特に発泡室４００での消泡工程において最先に閉鎖されるように配置する。また上部連通口４０５の口径は連通口４０３および下部連通口４０４と必ずしも同じにする必要は無く流量のバランスを考慮し設定すればよい。
【００２２】
以下に、発泡室４００における発泡工程と消泡工程での発泡液の流れについて説明する。
【００２３】
図５（ａ）は、発泡工程の発泡室４００を側面から見た断面図であり、図５（ｂ）は、消泡工程の発泡室４００を側面から見た断面図である。下流側連結部４０２の上部に設けられている上部連通口４０５は、可動分離膜２０３によって開閉が可能に設けられている。ヒータ２０８を加熱し気泡３００が発生する発泡工程には可動分離膜２０３は上に押上げられて上部連通口４０５が開く。これによって、上流側連結部４０１は１箇所の連通口４０１を通じて発泡室４００内の発泡液が流出するのに対し、下流側連結部４０２は下部連通口４０４および上部連通口４０５の２箇所の連通口を通じて発泡液が流出する。すなわち下流側連結部４０２の流量が多く、上流側連結部４０１の流量が少なくなる為、総じて下流側へ発泡液が流動する。一方、気泡が収縮する消泡工程に入ると可動分離膜２０３もそれに応じて下がり、最初に下流側連結部４０２の上部連絡口４０５が可動膜２０３によって塞がれるため、上流側連結部４０１と下流側連結部４０２それぞれ１箇所の連絡口からのみ発泡液が発泡室４００へ流入する。すなわち上流側連結部４０２と下流側連結部の流量は等しくなる。これによって、上流側連結部４０１と下流側連結部４０２とでは流出量に差がある反面流入量は等しいため、全体としては供給口２０９から排出口２１０へと向かう流れが生じる。このように可動分離膜２０３の動きに伴って発泡液が供給口２０９から発泡室４００に入り、発泡によって押し出され、排出口２１０から出るという循環が生じることになる。
【００２４】
なお、本実施形態では上流側連結部４０１に１つの連通口を設け、下流側連結部４０２に２つの連通口を設けたが、これに限定するものではなく、上流側連結部４０１よりも多い数の連通口を下流側に設けて、発泡液の流出時と流入時の流量差を設けていれば本発明の目的を達成することができる。
【００２５】
また、同様に上流側連結部４０１に設ける連通口と、下流側連結部４０２に設ける上部連通口４０５を大きくして、発泡工程における発泡液の流出量を更に大きくしてもよい。これによっても本発明の目的を達成することができる。
【００２６】
このように、発泡室４００への発泡液の入口となる上流側連結部と発泡液の出口となる下流側連結部において、上流側連結部４０１よりも下流側連結部４０２に多くの連通口を設けて上流側連結部４０１より下流側連結部４０２を発泡液の流量を多くする。また下流側連結部に設けた少なくとも１つの連通口を可動分離膜２０３の動きによって開閉可能にし、発泡室４００における消泡時は上流側連結部４０１と下流側連結部４０２の発泡液の流量を略同一にする。これによって、発泡液がヒータ近傍で滞留したり、加熱されて温度が上昇した状態の発泡液が発泡室に繰り返し出入りすることを防止することが可能になり、発泡液の良好な状態を維持し、所望の吐出を得る事ができる液体吐出ヘッドを実現することができた。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本実施形態の液体吐出ヘッドを分解して示した分解斜視図である。
【図２】（ａ）は、本実施形態における液体吐出ヘッド吐出チップを示した上面概略図であり、（ｂ）は、（ａ）のＡ−Ａ’における断面図である。
【図３】（ａ）から（ｆ）は、本実施形態の液体吐出ヘッドの吐出原理を示す概略図である。
【図４】本実施形態の液体吐出ヘッドにおける第二流路の一部の発泡室を表わした図であり、（ａ）は上面図、（ｂ）は側断面図をそれぞれ示している。
【図５】（ａ）は、発泡時の発泡室を側面から見た断面図であり、（ｂ）は、消泡時の発泡室を側面から見た断面図である。
【図６】可動分離膜を変形させ、吐出液を吐出する従来の記録ヘッドの発泡室を示した上面図である。
【図７】（ａ）は、発泡時の発泡室を側面から見た断面図であり、（ｂ）は、消泡時の発泡室を側面から見た断面図である。
【符号の説明】
【００２８】
２０３  可動分離膜
２０６  第一流路
２０７  第二流路
２０９  供給口
２１０  排出口
４００  発泡室
４０１  上流側連結部
４０２  下流側連結部
４０３  連通口
４０４  連通口
４０５  連通口
１０００  液体吐出ヘッド
【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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【図６】
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【図７】
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