(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
吐出口から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エネルギー発生素子を備える記録素子基板と、
該記録素子基板に液体を供給するための液室と、一面に形成され、該液室と連通し前記記録素子基板と流体的に接続されている第一の供給口と、該一面の裏面に形成され、前記液室と連通する第二の供給口と、を備え、前記記録素子基板を支持する支持部材と、
前記第二の供給口に対して液体を供給する流路形成部材と、
を有する液体吐出ヘッドであって、
前記第一の供給口よりも小さい前記第二の供給口は前記第一の供給口の長手方向における一端部側に対応する位置に形成されており、前記液室の、前記裏面から前記一面に向かう方向に直交する断面は、該向かう方向に関して徐々に増加している部分を備えており、
前記直交する方向の前記第二の供給口の断面積をＳ１、前記向かう方向に関する前記液室の最大の断面積をＳ２としたとき、Ｓ２／Ｓ１≦１．５となることを特徴とする液体吐出ヘッド。
【請求項２】
前記液室は複数並置して形成されており、複数の前記液室が配列される方向に関して前記第二の供給口は千鳥配置されてい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】
前記流路形成部材と前記支持部材とは連結部材を介して接続されていることを特徴とする請求項１または２に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項４】
前記支持部材はセラミック材料で、前記流路形成部材は樹脂材料で、前記連結部材は弾性を有する材料で構成されていることを特徴とする請求項３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、記録液（例えばインク）を吐出して記録動作をおこなう記録装置に適用される液体吐出ヘッドに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
インクジェット記録装置に用いられる液体吐出ヘッドにおいて、インクを吐出する記録素子基板へインクを供給するための共通液室内に気泡が残留すると印字不良の原因となる場合がある。そのため、共通液室の形状をインク供給口から記録素子基板に向かって末広がり状に形成し滞留を防止するもの（特許文献１の図１）が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平６−９１８７４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
このような特許文献１の構成により、例えば吸引回復時におけるノズル列における、端部のノズルと中央部のノズルとのインク流速差が低減され良好な回復性が得られていた。しかし、印字速度の向上を狙いノズル列の長さがさらに長くなった結果、図９に示すように共通液室内の一部のインクの流れが乱流となって、共通液室から十分な気泡の排出ができなくなるといった事象が起こってきた。  本発明の目的は、ノズル列の長さが長くなった場合でも、吸引回復時等に共通液室内での気泡の滞留を軽減する構成を備える液体吐出ヘッドを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的を達成するため本発明は、吐出口から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エネルギー発生素子を備える記録素子基板と、該記録素子基板に液体を供給するための液室と、一面に形成され、該液室と連通し前記記録素子基板と流体的に接続されている第一の供給口と、該一面の裏面に形成され、前記液室と連通する第二の供給口と、を備え、前記記録素子基板を支持する支持部材と、前記第二の供給口に対して液体を供給する流路形成部材と、を有する液体吐出ヘッドであって、前記第一の供給口よりも小さい前記第二の供給口は前記第一の供給口の長手方向における一端部側に対応する位置に形成されており、前記液室の、前記裏面から前記一面に向かう方向に直交する断面は、該向かう方向に関して徐々に増加している部分を備えており、前記直交する方向の前記第二の供給口の断面積をＳ１、前記向かう方向に関する前記液室の最大の断面積をＳ２としたとき、Ｓ２／Ｓ１≦１．５となることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００６】
以上の構成によれば、吸引回復時等の液室内におけるインクの乱流を減少させることが可能となる。それにより、気泡の滞留を軽減することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】本発明の実施に好適なインク供給システムの全体構成。
【図２】本発明の液体吐出ヘッドを搭載する記録装置における回復系機構の説明図。
【図３】本発明の液体吐出ヘッドの分解斜視図。
【図４】（ａ）、（ｂ）は本発明の第１の実施形態の液体吐出ヘッドにおける支持部材を示す図。
【図５】図４（ａ）における矢視Ａ方向からの断面およびインクの流れの模式図。
【図６】支持部材内の共通液室形状別のインクの流れを示す模式図であり、（ａ）、（ｂ）は比較例、（ｃ）は第１の実施形態、（ｄ）は第２の実施形態を示す。
【図７】（ａ）、（ｂ）は第３の実施形態の液体吐出ヘッドにおける支持部材を示す図。
【図８】図７（ａ）における矢視Ａ方向からの断面図。
【図９】従来構成における共通液室内のインクの流れを示す模式図。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。図１に本発明の液体吐出ヘッドの実施に好適なインクジェット記録装置の全体構成を示す。本発明の一実施形態のインクジェット記録装置は、１２色のインクにより印刷を行うインクジェット記録装置であって、記録媒体の幅方向に往復移動を行うキャリッジ４０００に搭載される、液体吐出ヘッド１０００を備える。また、キャリッジ４０００上から隔離し、記録装置本体側に配置され、ヘッドユニットに供給する１２色のインクがそれぞれ充填された１２個のインクカートリッジ２０００を備える。さらには、可撓性のチューブにより構成され、インクカートリッジ２０００と液体吐出ヘッド１０００との間をインクが流通可能に接続するインク供給路３０００を備える。
【０００９】
インクジェット記録装置においては、液体吐出ヘッドの正常なインク吐出状態を維持するため、あるいは吐出口に目詰まりが生じた場合にこれを解消して正常なインク吐出状態に回復させるために回復用のポンプを配設している。このポンプの負圧によって吐出口からインクを吸い出すことで液体吐出ヘッドの回復を行っている。この回復用のポンプとして、可撓性チューブ内の体積変化を利用して負圧を発生させるチューブポンプを使用ことがある。このチューブポンプは、構造が簡単であり、低コストで小型軽量のポンプを構成し得るという利点がある。
【００１０】
図２はインクジェット記録装置に搭載されるチューブポンプの概略構成を示す断面図である。液体吐出ヘッド１０００の吐出口が形成される面５１にキャップ２の開口部を接触させて吐出口５２を密閉する。キャップ２の背面の通孔にはチューブ３が接続され、チューブ３はチューブポンプ４へ延びている。チューブポンプ４は、ポンプベース５にガイドローラ６を回転可能に支持するとともに、ガイドローラ６に加圧コロ７を回転可能に支持した構造を有する。すなわち、チューブ３を加圧するための加圧コロ７の軸８がガイドローラ６に回転可能に支持されており、ガイドローラ６の軸９がポンプベース５に回転可能に支持されている。ポンプベース５には、ガイドローラ６の軸９と同心円弧状の溝１０が形成されており、この溝１０内にチューブ３が装着されている。また、チューブ３の他端（下流側端部）は、吐出口５２から吸引したインクを貯留するための廃インク処理部材１１に接続されている。
【００１１】
次に、本実施形態の液体吐出ヘッドについて説明する。図３は、本発明が適用される好適な液体吐出ヘッドの構成を示す分解斜視図である。本実施形態の液体吐出ヘッド１０００は、インク供給ユニット１１００と、インク供給ユニット１１００から記録液のインクの供給を受けてインクを記録媒体に吐出するための記録素子ユニット１２００により構成されている。
【００１２】
この液体吐出ヘッド１０００は、インクジェット記録装置本体に載置されているキャリッジ４０００の位置決め手段および電気的接点によってキャリッジに固定支持されるとともに、キャリッジに対して着脱可能となっている。
【００１３】
記録素子ユニット１２００は、３つの記録素子基板１２０６ａ、１２０６ｂ、１２０６ｃ、第一の支持部材１２０１、第二の支持部材１２０２、電気配線テープ１２０３、電気コンタクト基板１２０４、で構成されている。また、インク供給ユニット１１００は流路形成部材１１０１、サブタンクを保持する筺体１１０２、から構成されている。
【００１４】
記録素子ユニット１２００の記録素子基板１２０６（１２０６ａ〜１２０６ｃ）には、厚さ０．５〜１ｍｍのＳｉ基板の片面に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エネルギー発生素子を備えている。本実施形態においてはエネルギー発生素子として複数の電気熱変換素子を用い、各電気熱変換素子に電力を供給する電気配線とが成膜技術により形成されている。そして、この電気熱変換素子に対応する複数のインク流路と複数の吐出口とがフォトリソグラフィ技術により形成されているとともに、複数のインク流路にインクを供給するためにインク供給口が裏面に開口するように形成されている。
【００１５】
また、記録素子基板１２０６は、インク供給口を備える第一の支持部材１２０１に接着固定されている。さらに、第一の支持部材１２０１には、開口を有する第二の支持部材１２０２が接着固定されており、この第二の支持部材を介して、電気配線テープ１２０３が記録素子基板１２０６に対して電気的に接続されるように保持されている。この電気配線テープ１２０３は、記録素子基板１２０６にインクを吐出するための電気信号を印加するためのものである。電気配線テープは、記録素子基板１２０６に対応する電気配線と、電気配線部に位置しプリンタ本体からの電気信号を受けとる外部信号入力端子とを有し、この外部信号入力端子は、筺体の背面に位置決め固定されている。
【００１６】
第一の支持部材１２０１は、たとえば、厚さ０．５〜１０ｍｍのアルミナ等のセラミック材料で形成されている。ここで第一の支持部材１２０１の材料は、アルミナに限られるものではなく、記録素子基板１２０６の材料の線膨張率と同等の線膨張率を有し、かつ記録素子基板１２０６の材料と同等もしくはそれ以上の熱伝導率を有する材料で作られてもよい。たとえば、シリコン、窒化アルミニウム、ジルコニア、窒化ケイ素、炭化ケイ素、モリブデン、タングステンなどのいずれであってもよい。
【００１７】
第一の支持部材１２０１の一面である記録素子基板１２０６が設けられる側には、図４（ａ）で示すように記録素子基板１２０６にインクを供給するためのインク供給口１２１０（第一の供給口）が設けられている。インク供給口１２１０は、記録素子基板１２０６に設けられているノズル列それぞれに対応するように、ここでは、１２本設置されている。また、図４（ｂ）に示すように第一の支持部材１２０１の一面の裏面には、樹脂材料から形成される流路形成部材１１０１からのインクを供給するためのインク供給口１２０９（第二の供給口）が形成されている。図に示すようにインク供給口１２０９は複数の共通液室が配列される方向に関して千鳥配置されている。このインク供給口１２０９と共通液室１２０８とインク供給口１２１０とは互いに流体的に連通している。このインク供給口１２０９の開口面積はインク供給口１２１０の開口面積より小さく形成されている。またインク供給口１２０９は各共通液室１２０８（図５参照）の長手方向における端部側に設けられており、さらに隣り合う共通液室とは異なる側の端部に設けられている。これにより流路形成部材１１０１に、ジョイント口１１０３を配置する際にスペースに余裕ができる。また、これらが略等ピッチで配置されているため、弾性部材からなる連結部材１２０５を別々に用意する必要がなく、同一形状の連結部材１２０５を２か所に適用できるのでコストとの面でも好ましい。
【００１８】
記録素子基板１２０６と電気配線テープ１２０３との電気接続部分は、第一の封止材（不図示）および第二の封止材により封止され、インクによる腐食や外的衝撃から保護されている。第一の封止材は、主に電気配線テープ１２０３の電極端子と記録素子基板１２０６のバンプとの接続部の裏面側と記録素子基板の外周部分を封止し、第二の封止材は、この接続部の表側を封止している。
【００１９】
さらに、電気配線テープ１２０３の端部には、プリンタ本体からの電気信号を受け取るための外部信号入力端子を有する電気コンタクト基板１２０４が、異方性導電フィルム等を用いて熱圧着され電気的に接続されている。
【００２０】
インク供給ユニット１１００は、プリンタ本体側から供給されるインクを保持するために設けられているサブタンク（不図示）を保持する筺体１１０２とそのサブタンクから記録素子ユニット１２００へインクを導くための流路形成部材１１０１とからなる。
【００２１】
ここで、筺体１１０２と流路形成部材１１０１は、超音波溶着にて溶着され記録素子ユニット１２００にそれぞれ対応するインクを供給する流路を形成している。
【００２２】
本実施形態の液体吐出ヘッド１０００は、インク供給ユニット１１００と記録素子ユニット１２００を結合することで完成する。共通液室における流路形成部材側のインク供給口１２０９とインク供給ユニットのジョイント口１１０３との間には、インクがリークしないように連結部材１２０５を設け、連結部材１２０５を圧着するようにビス１２０７で固定する。この際同時に、記録素子ユニット１２００はインク供給ユニットのＸ、Ｙ、Ｚの各方向の基準位置に対して正確に位置決め固定される。
【００２３】
（第１の実施形態）
以下、本発明の第１の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。図５は本発明における第一の支持部材１２０１に記録素子基板１２０６が固定されている状態で、図４の矢視Ａ方向からみた側断面図である。
【００２４】
第一の支持部材１２０１にはインクを安定供給するために、記録素子基板１２０６側のインク供給口１２１０から流路形成部材のジョイント口１１０３に対して断面積が減少するテーバー形状の共通液室１２０８が形成されている。つまり共通液室１２０８は、流路形成部材のジョイント口１１０３と接続されるインク供給口１２０９からインク供給口１２１０へ向かう方向に、この方向に直交する断面積が徐々に増加する部分を備えている。ここで、流路形成部材１１０１からインクの供給を受けるインク供給口１２０９は、インク供給口１２１０の長手方向に関する記録素子基板１２０６の端部の直上近傍に設けられている。また、第一の支持部材１２０１に形成されている共通液室１２０８の稜線の成す角は９０°以下となっている。また図５に示すようにインク供給口１２０９はインク供給口１２１０の長手方向に関して、インク供給口１２１０の一端部側に対応する位置に形成されている。
【００２５】
本実施形態では、第一の支持部材１２０１の厚さを８ｍｍ、記録素子基板１２０６を支持する面における第一の支持部材１２０１のインク供給口１２１０の長さを２３．２ｍｍとした。また、第一の支持部材１２０１と流路形成部材１１０１が結合される側のインク供給口１２０９の長さを２ｍｍし、共通液室１２０８の幅は全域にわたり１ｍｍとした。
【００２６】
従来の構成では、第一の支持部材１２０１の厚さは約４ｍｍ程度であり、これは、回復時に必要最小限の吸引量とするためと、印字中の記録素子基板１２０６からの発熱による昇温を抑えるために必要な発熱量を受容するために必要な厚さとして用いられてきた。しかしながら図３および図４に示すように、本構成の液体吐出ヘッド１０００は第一の支持部材１２０１上に、一つの基板に４列の吐出口列をもつ記録素子基板１２０６が３枚並列に配置されている。さらにそれぞれの吐出口列が従来と比較して長くなっているため、印字中の発熱量が従来の液体吐出ヘッドと比較して著しく多くなる。このような発熱量を多い液体吐出ヘッドにおいても従来と同等の昇温値とするために、第一の支持部材１２０１を厚くして対応した。このような厚みの第一の支持部材内に共通液室を形成する場合、従来のようにインク供給口１２０９を中央寄りに設置する構成では、インク供給口１２１０からインク供給口１２０９方向の流れである逆方向流とその逆向きの流れである順方向流の分岐点が共通液室１２０８のかなり下のほうにあり、その部分に気泡が滞留しやすいことが確認された（図６ａ）。これを受けて、図６（ｂ）に示すように共通液室１２０８の高さを３ｍｍと低くした形状でも検討したが、やはり気泡が滞留しやすいことが確認された。
【００２７】
そこで図５に示すようにインク供給口を共通液室の端部側に形成し液体を供給したところ、逆方向流と順方向流の分岐点は若干量形成されたが、液室の天井部近傍（共通液室の稜線付近）であるため逆流がかなり弱く気泡が滞留しにくいことが見いだされた（図６ｃ）。このようにインク供給口１２０９を共通液室の端部側に形成することで、第一の支持部材１２０１に形成された共通液室１２０８内に残留する気泡が少なく良好な回復性を得ることができた。
【００２８】
（第２の実施形態）
次に図６（ｄ）に示す本発明の第２の実施形態について説明する。本実施形態では、図６（ｄ）に示すように、インク供給口１２０９が共通液室１２０８の端部よりも１ｍｍ程度中央側に寄っている。この程度であれば、回復時のインクの流れを流路形成部材１１０１側からのインク供給口１２０９からのインク流を反対側の端部へと一方向に導くことができるため気泡の排出性が確保されている。
【００２９】
本実形態施に係る液体吐出ヘッドの気泡除去性能を評価する上で、同一の吸引条件で第１の実施形態および第２の実施形態と、比較例１として図６（ｂ）の構成、比較例２の構成として図６（ａ）の構成で対比したところ、表１の結果が得られた。表１においての◎は気泡が実質的に完全に除去できたことを示し、○は若干の気泡は残るが印字には影響が出ないものを示す。また、△は初期の印字は可能であるが、連続印字では気泡の影響で次第に不吐となってしまうもの、×は気泡の排出がうまくいかず、すぐに不吐となってしまうものであることを示している。
【００３０】
表１より、第一の支持部材１２０１におけるインク供給口１２０９の位置は、共通液室の端部に配置することで、よりよい効果が得られることがわかる。また、共通液室の高さｈ（図５参照）は、流路形成部材１１０１からのインク供給口より供給されるインクが共通液室１２０８の反対側の端部へと流れる際の流速がより速くなるため、低い方が好ましい。しかしながら、あまりに低すぎてしまうと、印字中や保存期間中に発生した気泡が徐々に成長または、記録素子基板１２０６の方へ到達し連続印字中などにインクの供給不良を起こしやすくする可能性がある。
【００３１】
さらに、図５に示すように流路形成部材からのインク供給口１２０９の断面積Ｓ１は、共通液室においてＬ１とＬ２の交点から記録素子基板側へ引いた垂線に対応する断面積Ｓ２に対して、大きい方が好ましく、本実施形態によれば、Ｓ２／Ｓ１≦１．５となっていることが望ましい。ここでＳ２はインク供給口１２０９からインク供給口１２１０へ向かう方向（図５における左から右方向）に関する、共通液室の最大の断面積である。
【００３２】
【表１】
0005814644.tif 000002
【００３３】
（第３の実施形態）
図７に本発明の第３の実施形態の液体吐出ヘッドの構成、図８に図７（ａ）のＡ―Ａ断面図を示す。第１の実施形で説明した図４の構成と同様に第一の支持部材１２０１は厚さ０．５〜１０ｍｍのアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）材料で形成されている。本実施形態では第一の支持部材１２０１の厚さを８ｍｍ、インク供給口１２１０の、長さが２３ｍｍ、開口幅が１ｍｍ、但し、両端部の４ｍｍの領域は、開口幅が０．６５ｍｍとなるような形状となっている。このようにインク供給口１２１０の端部の開口幅を中央部の幅に比べて細くすることで、その部位における流速を相対的に速めることができるので、端部に溜まりやすい残留気泡の排出性を高めることができる。
【００３４】
本実施形態で示した液体吐出ヘッドを用いて回復性の検討を行ったところ、第一の支持部材１２０１の共通液室１２０８内に残留する泡が少なく、かつ回復機構に過大な負荷をかけることなく良好な回復性が得られた。
【符号の説明】
【００３５】
１０００  液体吐出ヘッド
１１００  インク供給ユニット
１１０１  流路形成部材
１１０３  ジョイント口
１２００  記録素子ユニット
１２０１  第一の支持部材
１２０２  第二の支持部材
１２０３  電気配線テープ
１２０４  電気コンタクト基板
１２０６  記録素子基板
１２０８  共通液室
１２０９  共通液室における流路形成部材側のインク供給口
１２１０  共通液室における記録素子基板側のインク供給口
【図１】
0005814644.tif 000003
【図２】
0005814644.tif 000004
【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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【図８】
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【図９】
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