(57)【要約】【課題】第２共通インク流路と第１共通インク流路との連通部に発生する澱みの領域を減少させることで、気泡の排出性を向上させ、気泡の残留を防止する。【解決手段】第２共通インク流路５０のインク供給部５２からインクが導入され、第２共通インク流路５０に充填される。第２共通インク流路５０に充填後、各連通部５４から各第１共通インク流路１４に充填されていく。連通部５４は気泡が残留しやすいが、階段部５４Ａを設けているのでインクの流れの遅い澱みの領域が少なくなる。従って、連通部５４ではインクはスムーズに流れ、気泡の排出性が向上し、気泡の残留が防止される。【選択図】    図３
2004284291.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ノズルと、
該ノズルに連通した圧力室と、
該圧力室に接して該圧力室内のインクを加圧し、前記ノズルからインク滴を吐出させるアクチュエータと、
前記圧力室に連通し、該圧力室にインクを供給するインク供給路と、
を有するイジェクタと、
前記イジェクタの前記インク供給路の前記開口部にインクを流す支流と、
支流より上方に配置され、インクタンクからインクを供給される本流と、
を備えるインクジェット記録ヘッドであって、
前記支流と前記本流との間に形成される少なくとも一つ以上の連通部にインクの流れ方向に突出した一段以上の階段部が設けられていることを特徴とするインクジェット記録ヘッド。
【請求項２】
ノズルと、
該ノズルに連通した圧力室と、
該圧力室に接して該圧力室内のインクを加圧し、前記ノズルからインク滴を吐出させるアクチュエータと、
前記圧力室に連通し、該圧力室にインクを供給するインク供給路と、
を有するイジェクタを備え、
該イジェクタの前記インク供給路の開口部から前記インク供給路にインクを供給する第１共通インク流路と、
該第１共通インク流路の上方に配置され、該第１共通インク流路にインクを供給する第２共通インク流路と、
を備えたインクジェット記録ヘッドにおいて、
前記第１共通インク流路と前記第２共通インク流路との連通部にインクの流れ方向に突出した一段以上の階段部が設けられていることを特徴とするインクジェット記録ヘッド。
【請求項３】
前記階段部の第２共通インク流路側からｎ段目のステップの高さをＨｎ、前記ｎ段目のステップ面のインク流れ方向の幅をＬｎとしたとき、
０．１≦Ｈｎ／Ｌｎ≦３．０
の関係を有することを特徴とする請求項２に記載のインクジェット記録ヘッド。
【請求項４】
前記ステップの高さＨｎと前記ステップ面の幅Ｌｎが、
０．３≦Ｈｎ／Ｌｎ≦２．６
の関係を有することを特徴とする請求項３に記載のインクジェット記録ヘッド。
【請求項５】
前記ステップの高さＨｎと前記ステップ面の幅Ｌｎが
Ｈｎ／Ｌｎ＝１．５
の関係を有することを特徴とする請求項４に記載のインクジェット記録ヘッド。
【請求項６】
前記第１共通インク流路は、該第１共通インク流路となる孔が形成された２枚以上のプールプレートを積層することで構成され、前記連通部となる前記孔の孔壁をずらして形成して前記階段部を構成し、前記第２共通インク流路側からｎ番目の前記プールプレートの厚みが前記ステップの高さＨｎとなり、前記ｎ番目とｎ＋１番目の前記プールプレートの孔の孔壁のずれ幅が前記ステップ面の幅Ｌｎとなることを特徴とする請求項２乃至は請求項５に記載のインクジェット記録ヘッド。
【請求項７】
前記第２共通インク流路に複数の前記第１共通インク流路が連通し、前記イジェクタがマトリックス状に行列配置されていることを特徴とする請求項２乃至は請求項６に記載のインクジェット記録ヘッド。
【請求項８】
前記アクチュエータが、電気エネルギーを機械エネルギーに変換する圧電素子であることを特徴とする請求項１乃至は請求項７に記載のインクジェット記録ヘッド。
【請求項９】
前記アクチュエータが、前記圧力室内のインクを加熱し発泡させることで加圧する発熱抵抗体であることを特徴とする請求項１乃至は請求項７に記載のインクジェット記録ヘッド。
【請求項１０】
請求項１乃至は請求項９に記載のインクジェット記録ヘッドを使用することを特徴とするインクジェット記録装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、インクジェット記録ヘッド及びインクジェット記録装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
インクジェット記録装置はインクジェット記録ヘッドを主走査方向に往復させ、また記録紙等を複走査方向に搬送させて、複数のノズルから選択的にインク滴を吐出させることで記録紙等に文字や画像を印刷する。インクジェット記録ヘッドは圧力室内のインクをアクチュエータ、例えば、電気エネルギーを機械エネルギーに変換する圧電素子を用いて加圧することで、各イジェクタの圧力室に連通するノズルからインク滴を吐出する方法が知られている。
【０００３】
さて、近年、インクジェット記録装置は高速化の傾向が強まっている。このためインクジェット記録ヘッドを長尺化し、インクジェット記録ヘッド、一つあたりのノズル数を増やしてマトリックス状に行列配置することで、より短時間に広い領域に画像形成することが可能なインクジェット記録ヘッドが作られている。
【０００４】
このようにノズルをマトリックス状に配置する場合、インク供給部から導入されたインクは、まず、第２共通インク流路に充填され、第２共通インク流路から分岐した各第１共通インク流路に充填される。そして、第１共通インク流路から各イジェクタにインクが充填される構成となっているインクジェット記録ヘッドがある（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００１−３３４６６１号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
このようにインクが第２共通インク流路から分岐した各第１共通インク流路に供給される構成において、第１共通インク流路の上方に第２共通インク流路が配置されている場合、第２共通インク流路と第１共通インク流路との連通部の下流側の角部（図１１のＹ部）は、インクの流れが遅くなる澱みを生じ、スムーズにインクが流れていかない。このため、連通部には気泡が残留する。この残留した気泡は、振動などで移動し圧力室に進入するとインク滴の吐出特性が悪化したり、不吐出を引き起こす。
【０００７】
本発明は、上記問題を解決すべく成されたもので、第２共通インク流路と第１共通インク流路との連通部に発生する澱みの領域を減少させることで、気泡の排出性を向上させ、気泡の残留を防止することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明に係るインクジェット記録ヘッドは、ノズルと、該ノズルに連通した圧力室と、該圧力室に接して該圧力室内のインクを加圧し、前記ノズルからインク滴を吐出させるアクチュエータと、前記圧力室に連通し、該圧力室にインクを供給するインク供給路と、を有するイジェクタと、前記イジェクタの前記インク供給路の前記開口部にインクを流す支流と、支流より上方に配置され、インクタンクからインクを供給される本流と、を備えるインクジェット記録ヘッドであって、前記支流と前記本流との間に形成される少なくとも一つ以上の連通部にインクの流れ方向に突出した一段以上の階段部が設けられていることを特徴としている。
【０００９】
請求項１に記載のインクジェット記録ヘッドによれば、支流と本流との間に形成される少なくとも一つ以上の連通部にインクの流れ方向に突出した一段以上の階段部が設けられているため、インクの流れが遅い澱みの領域が減少する。従って、連通部の気泡の排出性が向上し、気泡の残留が防止される。
【００１０】
尚、連通部に気泡が残留しても、気泡が移動せず、そこに留まっていれば吐出特性に影響を及ぼすことは無い。しかし、振動や衝撃等の何らかの要因で残留していた気泡が移動し、インク供給路を通り圧力室に流入すると、気泡によって圧力室にかけられた圧力が吸収される。そのため、そのイジェクタではインク滴の吐出特性が悪化したり、最悪の場合は不吐出となる。つまり、連通部の気泡の残留は、インクジェット記録ヘッドの信頼性を大きく損なう原因となる。従って、気泡の残留を防止する必要がある。
【００１１】
しかし、上述したように連通部に階段部が設けられ、気泡の残留が防止されているので、圧力室に気泡が進入することに起因する、インク滴の吐出特性の悪化や不吐出が防止される。
【００１２】
請求項２に記載の発明に係るインクジェット記録ヘッドは、ノズルと、該ノズルに連通した圧力室と、該圧力室に接して該圧力室内のインクを加圧し、前記ノズルからインク滴を吐出させるアクチュエータと、前記圧力室に連通し、該圧力室にインクを供給するインク供給路と、を有するイジェクタを備え、該イジェクタの前記インク供給路の開口部から前記インク供給路にインクを供給する第１共通インク流路と、該第１共通インク流路の上方に配置され、該第１共通インク流路にインクを供給する第２共通インク流路と、を備えたインクジェット記録ヘッドにおいて、前記第１共通インク流路と前記第２共通インク流路との連通部にインクの流れ方向に突出した一段以上の階段部が設けられていることを特徴としている。
【００１３】
請求項２に記載のインクジェット記録ヘッドによれば、第１共通インク流路と第２共通インク流路との連通部にインクの流れ方向に突出した一段以上の階段部が設けられているため、インクの流れが遅い澱みの領域が減少する。従って、連通部の気泡の排出性が向上し、気泡の残留が防止される。
【００１４】
従って、請求項１と同様に圧力室に気泡が進入することに起因する、インク滴の吐出特性の悪化や不吐出が防止される。
【００１５】
請求項３に記載の発明に係るインクジェット記録ヘッドは、請求項２に記載の構成において、前記階段部の第２共通インク流路側からｎ段目のステップの高さをＨｎ、前記ｎ段目のステップ面のインク流れ方向の幅をＬｎとしたとき、
０．１≦Ｈｎ／Ｌｎ≦３．０
の関係を有することを特徴としている。
【００１６】
請求項３に記載のインクジェット記録ヘッドによれば、請求項２と同様の作用を奏すが、階段部の第１共通インク流路の底面からｎ段目のステップの高さをＨｎ、ｎ段目のステップ面のインク流れ方向の幅をＬｎとしたとき、上記の関係式を満たしている。このため連通部の落差が段階的に減少するので、インクの流れが遅い澱みの領域が減少する。従って、連通部の気泡の排出性が向上し、気泡の残留が防止される。
【００１７】
請求項４に記載の発明に係るインクジェット記録ヘッドは、請求項３に記載の構成において、前記ステップの高さＨｎと前記ステップ面の幅Ｌｎが
０．３≦Ｈｎ／Ｌｎ≦２．６
の関係を有することを特徴としている。
【００１８】
請求項４に記載のインクジェット記録ヘッドによれば、請求項３と同様の作用を奏すが、ステップの高さＨｎとステップ面の幅Ｌｎが、上記関係を満たしているので、インクの流れが遅い澱みの領域が、より減少するステップの高さＨｎとステップ面の幅Ｌｎの関係となっている。従って、連通部の気泡の排出性がより向上し、気泡の残留も防止される。
【００１９】
請求項５に記載の発明に係るインクジェット記録ヘッドは、請求項４に記載の構成において、前記ステップの高さＨｎと前記ステップ面の幅Ｌｎが
Ｈｎ／Ｌｎ＝１．５
の関係を有することを特徴としている。
【００２０】
請求項５に記載のインクジェット記録ヘッドによれば、請求項４と同様の作用を奏すが、ステップの高さＨｎとステップ面の幅Ｌｎが、上記関係を満たしているので、インクの流れが遅い澱みの領域が、最も減少するステップの高さＨｎとステップ面の幅Ｌｎの関係となっている。従って、連通部の気泡の排出性が最も向上し、気泡の残留も防止される。
【００２１】
請求項６に記載の発明に係るインクジェット記録ヘッドは、請求項２乃至は請求項５に記載の構成において、前記第１共通インク流路は、前記第１共通インク流路となる孔が形成された２枚以上のプールプレートを積層することで構成され、前記連通部となる前記孔の孔壁をずらして積層することで前記連通部に前記階段部を形成し、前記第２共通インク流路側からｎ番目の前記プールプレートの厚みが前記ステップの高さＨｎとなり、前記ｎ番目とｎ＋１番目の前記プールプレートの孔の孔壁のずれ幅が前記ステップ面の幅Ｌｎとなることを特徴としている。
【００２２】
請求項６に記載のインクジェット記録ヘッドによれば、請求項２乃至は請求項５と同様の作用を奏すが、第１共通インク流路は、第１共通インク流路となる孔が形成された２枚以上のプールプレートを積層することで構成され、連通部となる孔の孔壁をずらして積層することで連通部に階段部を形成しているので、容易に低コストで階段部が形成されている。
【００２３】
請求項７に記載の発明に係るインクジェット記録ヘッドは、請求項２乃至は請求項６に記載の構成において、前記第２共通インク流路に複数の前記第１共通インク流路が連通し、前記イジェクタがマトリックス状に行列配置されていることを特徴としている。
【００２４】
請求項７に記載のインクジェット記録ヘッドによれば、請求項２乃至は請求項６と同様の作用を奏すが、第２共通インク流路に複数の第１共通インク流路が連通しているため、多数のマトリックス状に行列配置されているイジェクタに効率良くインクの供給を行うことができる。また、多数のノズルがマトリックス状に行列配置されるので広い領域に画像形成が可能である。
【００２５】
尚、このように多数のイジェクタを接続しているため、第１共通インク流路には多量のインクが流れる。従って、インクを安定して供給する為に、第１共通インク流路へのインクの流量を十分確保する必要がある。このため第２共通インク流路と第１共通インク流路との連通部の深さを深くしたい。
【００２６】
このように連通部の深さが深くなると連通部の下流側の角部の澱みの領域が大きくなる。しかし、連通部には階段部が設けられているの澱みの領域が大きくなることはなく、スムーズにインクが流れる。このため気泡の残留が防止される。
【００２７】
請求項８に記載の発明に係るインクジェット記録ヘッドは、請求項１乃至は請求項７に記載の構成において、前記アクチュエータが、電気エネルギーを機械エネルギーに変換する圧電素子であることを特徴としている。
【００２８】
請求項９に記載の発明に係るインクジェット記録ヘッドは、請求項１乃至は請求項７に記載の構成において、前記アクチュエータが、前記圧力室内のインクを加熱し発泡させることで加圧する発熱抵抗体であることを特徴としている。
【００２９】
請求項１０に記載の発明に係るインクジェット記録装置は、請求項１乃至は請求項９に記載のインクジェット記録ヘッドを使用することを特徴としている。
【００３０】
請求項１０に記載のインクジェット記録装置によれば、請求項１乃至は請求項９に記載のインクジェット記録ヘッドを使用しているので、第１共通インク流路と第２共通インク流路との連通部の澱みの領域が減少している。従って、気泡の排出性が向上し、連通部に気泡が残留することが防止される。このため、気泡が圧力室に進入することに起因する、インク滴の吐出特性の悪化や不吐出が防止されている。
【００３１】
インク滴の吐出特性が悪化したり、不吐出が発生したりした場合等、インクジェット記録ヘッドにキャップ部材を当接させ、ノズルからインクを吸引することで吐出特性を回復する吸引回復動作を行う必要がある。このような吸引回復動作をしばしば行うことは、ユーザーの信頼性を損なうだけでなく、吸引によってインクを浪費するためランニングコストも増加することになる。
【００３２】
インク滴の吐出特性が悪化したり、不吐出が発生したりする原因は、いくつかあげられるが、前述したように、連通部に残留した気泡が、何らかの原因で圧力室に進入することでも発生する。
【００３３】
しかし、本発明のインクジェット記録装置は、請求項１乃至は請求項９に記載のインクジェット記録ヘッドを使用しているので、連通部に残留した気泡に起因する吐出特性の悪化や不吐出を回復する為の吸引回復動作を行うことはない。このためユーザーの信頼性を損なったり、吸引によりインクを浪費しランニングコストも増加することもない。
【００３４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係るインクジェット記録ヘッドの第１実施形態を図１〜図６に基づいて説明する。尚、各図の矢印Ｆはインクの流れを表す矢印である。
【００３５】
図１乃至は図３に示すように、図示しないインクタンクに繋がる４箇所のインク供給部５２から導入されたインクが、それぞれ充填される４個の第２共通インク流路５０を備えている。この各第２共通インク流路５０は５箇所の連通部５４から、インクジェット記録ヘッド１１２を平面視したとき略長方形をした第１共通インク流路１４が、それぞれ平行に伸びている。つまり第２共通インク流路５０を本流とすれば、第１共通インク流路１４は、第２共通インク流路５０から分岐した支流となっている。
【００３６】
第１共通インク流路１４は、後述するように、インクの吐出する方向に見たときにインクの流れる方向が長手方向の略長方形の孔が形成された２枚のプールプレート２４、２６を積層することで構成され、この孔が第１共通インク流路１４となる。また、第２共通インク流路５０との連通部５４の下流側にはインク流れの方向に対して突出している階段部５４Ａが設けられている。図３に示すように、この階段部５４Ａの第２共通インク流路１４のステップの高さＨは、上段にあるプールプレート２６の厚みとなり、ステップ面のインクの流れ方向の幅Ｌは、下段にあるプールプレート２４との孔の孔壁のずれ幅となる。また、その関係は、
０．１≦Ｈ／Ｌ≦３．０
であるのが、望ましく、
更に
０．３≦Ｈ／Ｌ≦２．６
であるのが、より望ましい。
尚、最も望ましいのは、
Ｈ／Ｌ＝１．５
となっていることである。
【００３７】
従って、本実施形態では、上段にあるプールプレート２６の厚み（ステップの高さＨ）は１５０μｍであるので、下段に有るプールプレート２４とのずれ幅（ステップ面の幅Ｌ）は１００μｍとなっている。このような構成とする事で、後述するように、連通部５４の下流側のインクの流れが遅い澱みの領域が減少する為、スムーズにインクが流れる。
【００３８】
尚、第１共通インク流路１４は、２枚のプールプレート２４、２６の連通部５４側の孔の孔壁をずらして積層することで連通部５４に階段部５４Ａを構成しているので、例えば、エッチング加工によって階段部を形成するより、容易に低コストで階段部５４Ａを形成することができる。
【００３９】
図１に示すように、この第１共通インク流路１４には各々１３個のイジェクタ６０が接続し、インクジェット記録ヘッド１１２全体を平面視するとイジェクタ６０がマトリックス状に配置されている。
【００４０】
また、このように第１共通インク流路１４に多数のイジェクタが接続されているため、第１共通インク流路１４には多量のインクが流れる。このため、インクを安定して供給する為に、第１共通インク流路１４へのインクの流量を十分確保する必要がある。従って、第２共通インク流路５０と第１共通インク流路１４との連通部５４は深くなっている。
【００４１】
このように連通部５４の深さが深くなると連通部５４の下流側の角部の澱みの領域が大きくなる。しかし、本実施形態のは連通部５４には階段部５４Ａが設けられているので澱みの領域が大きくなることはなく、スムーズにインクが流れる。また、このため気泡の残留も防止される。
【００４２】
図４及び図５に示すようにイジェクタ６０は、インク滴を吐出するノズル１０と、インクを加圧し連通するノズル１０からインク滴を吐出させ、インクの吐出方向から平面視したとき六角形形状をした圧力室１２と、を備えている。そして、ノズル１０と圧力室１２とを連通するノズル連通室１６と、第１共通インク流路１４の開口部２０と圧力室１２とを連通するインク供給路１８とを備えている。
【００４３】
また、インクの吐出方向を垂直方向としたとき、垂直方向に平面視すると第１共通インク流路１４とインク供給路１８と圧力室１２とが重なるように配置されている。このような配置とすることで、第１共通インク流路１４とインク供給路１８と圧力室１２とが、水平方向に対して高密度に配置可能となる。
【００４４】
更に、圧力室１２の上面には振動板３４が接着され、振動板３４の上面には圧電素子３６が接着し、圧電素子３６の上面にはボール半田４０を介して配線基板３８が接合されている。
【００４５】
次に本実施形態のインクジェット記録ヘッド１１２の製造方法について説明する。インクジェット記録ヘッド１１２の各インク及び各インク流路は、孔が形成された複数のプレートを積層し、その孔によって構成された空間が各インク流路及び各インク流路となる。
【００４６】
具体的には、ノズル１０が形成されるノズルプレート２２と、ノズル連通室１６と第１共通インク流路１４とを形成するインクプールプレート２４、２６と、ノズル連通室１６と第１共通インク流路１４の開口部２０と第２共通インク流路５０とを形成するスループレート２８と、インク供給路１８と第２共通インク流路５０が形成されたインク供給路プレート３０と、圧力室１２と第２共通インク流路５０が形成された圧力室プレート３２とを順番に積層し接合する。
【００４７】
次にノズルプレート２２の表面に撥水コート膜を被覆すると共に、エキシマレーザにてノズル１０を開ける。
【００４８】
そして、ノズル１０を形成後に圧力室プレート３２に振動板３４を接着する。
【００４９】
尚、ノズルプレート２２の材質はポリイミドであり、インクプールプレート２４、２６、スループレート２８、インク供給路プレート３０、圧力室プレート３２、振動板３４の材質はＳＵＳである。尚、インクプールプレート２４、２６、スループレート２８、インク供給路プレート３０、圧力室プレート３２、振動板３４が接合されたものを流路プレートユニットと言う。
【００５０】
次に別途、剥離可能な接着剤、例えば接着後に所定の温度で加熱すると、発泡して接着力が大幅に低下する性質を有する熱発泡性接着フィルムを介して図示しない固定基板に接着された、図示しない圧電プレートに、例えばサンドブラスト加工を用いて、マトリックス状に配列された圧電素子３６を作成する。
【００５１】
この固定基板上にマトリックス状に作成された圧電素子３６の固定基板が接着された逆の面を、前述した流路プレートユニットの振動板３４の面に接着する
尚、圧電プレートの両面には、電極層として第１及び第２電極層がスパッタリングなどで予め形成されており、共通電極として兼用する振動板３４と導電性接着剤で接着することで、第一電極層、すなわち圧電素子３６と振動板３４とは電気的にも接続される。
【００５２】
続いて、固定基板を加熱して熱発泡性接着フィルムの接着力を低減させ、固定基板を剥離する。
【００５３】
剥離後、各圧電素子３６毎にボール半田４０を形成した配線基板３８を圧電素子３６と接合する。前述したように圧電素子３６の両面には第１及び第２電極層が形成されているので、第２電極層、すなわち圧電素子３６と配線基板３８とは電気的に接続されている。また、配線基板３８と振動板３４とは導電性材にて接続されている。
【００５４】
このような製造方法によって本実施の形態のインクジェット記録ヘッド１１２が完成する。
【００５５】
次に第１実施形態の作用について説明する。
【００５６】
第２共通インク流路５０のインク供給部５２からインクが導入され、第２共通インク流路５０に充填される。第２共通インク流路５０に充填後、各連通部５４から各第１共通インク流路１４に充填されていく。
【００５７】
第１共通インク流路１４に充填された後、図４（Ｂ）の矢印Ｆのように共通インク流路１４の開口部２０からインク供給路１８を通って各圧力室１２とノズル連通室１６とにインクが充填され、ノズル１０において表面が圧力室１２側に僅かに凹んだメニスカスを形成する。
【００５８】
このようにインクが充填された状態で、例えばボール半田４０から振動板３４へと通電することで圧電素子３６がたわみ、振動板３４を介して圧力室１２のインクが加圧され、ノズル１０からインク滴が吐出する。
【００５９】
第１共通インク流路１４の第２共通インク流路５０との連通部５４にはインクの流れが遅い澱みの領域が生じる。このような澱みには気泡が残留しやすい。尚、連通部５４に気泡が残留しても、気泡が移動せず、そこに留まっていれば吐出特性に影響を及ぼすことは無い。しかし、振動や衝撃等の何らかの要因で残留していた気泡が移動し、インク供給路１８を通り圧力室１２に流入すると、気泡によって圧力室１２にかけられる圧力が吸収される。そのため、そのイジェクタ６０ではインク滴の吐出特性が悪化したり、最悪の場合は不吐出となる。つまり、連通部５４の気泡の残留は、インクジェット記録ヘッド１１２の信頼性を大きく損なう原因となる。従って、連通部５４の気泡の残留を防止する必要がある。
【００６０】
本実施形態では、第１共通インク流路１４となる孔が形成された上段のプールプレート２６と下段のプールプレート２４との連通部５４側の孔の孔壁ずらすことで、階段部５４Ａが形成されている。この階段部５４Ａのステップの高さＨとステップ面のインクの流れ方向の幅Ｌとの関係は、プールプレート２６の厚みが１５０μｍであり下段にあるプールプレート２４との孔の孔壁のずれ幅が１００μｍとなっているので、
Ｈ／Ｌ＝１５０μｍ／１００μｍ＝１．５
となっている。後述するように、このような関係の形状のステップを有する階段部５４Ａを設けていれば、連通部５４でのインクの流れの遅い澱みの領域が少なくなる。従って、連通部５４では、インクはスムーズに流れ、気泡の排出性が向上し、気泡の残留が防止される。
【００６１】
さて、連通部５４に階段部５４Ａを設ける事で澱み部の領域が少なくり、気泡の残留が防止されることを実験及び三次元解析ソフトウエアによって検証したので、以下に説明する。
【００６２】
先ず、実験による検証について説明する。
【００６３】
実験は観察用のインク充填観察用記録ヘッドを用いて行った。インク充填観察用記録ヘッドとは、振動板、圧電素子、配線基板等が積層されず、圧力室プレートの上が透明な樹脂板等で構成され、インクの流れの澱みに気泡が残留する様子が目視にて観察可能な実験用の記録ヘッドである。
【００６４】
さて、連通部に階段部が設けられていないインク充填観察用記録ヘッドＡ（図１１参照）と連通部に階段部が設けられ、また本実施形態と同様に、そのステップの高さＨが１５０μｍ、ステップ面のインクの流れ方向の幅Ｌが１００μｍであるインク充填観察用記録ヘッドＢ（図３参照）とを用意し、各々のインク充填観察用記録ヘッドＡ、Ｂにインクを充填していき、第１共通インク流路の第２共通インク流路との連通部の気泡の残留状態を目視にて観察した。
【００６５】
この結果、インクの充填に際し、インク充填観察用記録ヘッドＡの連通部には多数の気泡が残留しているのが観察されたが、インク充填観察用記録ヘッドＢの連通部には気泡の残量は観察されなかった。
【００６６】
従って、連通部５４に階段部５４Ａを設けることで、インクがスムーズに流れていき、連通部５４の気泡の排出性が向上し、気泡の残量が防止されることが確認された。
【００６７】
次に、三次元解析ソフトウエアによる検証を説明する。
【００６８】
三次元解析ソフトウエアには、株式会社エス・イー・エー社のＦＬＯＷ−３Ｄ（登録商標）を用いておこなった。このＦＬＯＷ−３Ｄ（登録商標）はコントロール・ボリューム法（有限差分法）を用い、自由表面解析機能を有する３次元熱流体解析ソフトウェアで、自由表面および２流体界面の大変形を伴う複雑な流動現象を精度よく計算する。
【００６９】
図６は、このＦＬＯＷ−３Ｄ（登録商標）によって、階段部を設けない場合（Ｈ／Ｌ＝０）の連通部（図１１参照）の澱み領域を１００％としたとき、階段部を設けた場合のステップの高さＨとステップ面のインクの流れ方向の幅Ｌとの比、Ｈ／Ｌによる、澱みの領域の減少率を表している。尚、澱み領域とは流速が６．０ｃｍ／秒以下の領域と定義した。
【００７０】
このグラフから判るように、高さＨと幅Ｌの関係が
０．１≦Ｈ／Ｌ≦３．０
のときに、澱み部の領域が、階段部が無い（グラフでは、Ｈ／Ｌが０のとき）場合の８５％に、
更に、
０．３≦Ｈ／Ｌ≦２．６
のときに、澱み部の領域が、階段部が無いない場合の約５０％となる。
また、
Ｈ／Ｌ＝１．５
のときに、澱み部の領域が、最も減少し階段部が無い場合の約３０％となる。
【００７１】
尚、階段部５４Ａが１段でなく２段以上の場合も、それぞれのステップにおいて同様の関係を有する。つまり、第２共通インク流路５０側からｎ番目のステップの高さをＨｎとし、ｎ番目のステップ面のインクの流れ方向の幅をＬｎとするとき、
０．１≦Ｈｎ／Ｌｎ≦３．０
の関係であれば澱み部の領域が、減少し、
また、
０．３≦Ｈｎ／Ｌｎ≦２．６
の関係であれば澱み部の領域が、より減少し、
更に、
Ｈｎ／Ｌｎ＝１．５
のときに、澱み部の領域が、最も減少する。
【００７２】
また、連通部に階段部が設けられていない場合と階段部が設けられている場合（ステップの高さＨが１５０μｍ、ステップ面のインクの流れ方向の幅Ｌが１００μｍ）のインクの流れを示すベクトル図を本ソフトウェアを用いて出力した。このベクトル図を元にインクの流速の分布を模式的に表したものが図７である。図７の上図は、連通部に階段部が設けられていない場合の図であり、図７の下図は、階段部が設けられてる場合の図である。これらを比較すると階段部によってインクの流れの速度の遅い領域、すなわち澱みの領域Ｙが少なくなっていることが判る。
【００７３】
次に本発明に係る第２実施形態について図８及び図９に基づいて説明する。尚、第一実施形態で説明した部材には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
【００７４】
第１実施形態では、第１インク共通室１４はインクの吐出する方向に見たときに略長方形の孔が形成された２枚のプールプレート２４、２６を積層することで構成されていたが、本実施径形態では略長方形の孔が形成された３枚のプールプレート２４、２６、２７を積層することで構成されている以外は、第１実施形態と同様である。
【００７５】
連通部５４の下流側にはインク流れの方向に対して突出している２段のステップを有する階段部５４Ｂが設けられている。この階段部５４Ｂは、プールプレート２４、２６、２７の孔の孔壁をずらすことで構成されている。
【００７６】
また、最上段のプールプレート２７の厚み、つまり第２共通インク流路５０側から１段目のステップの高さＨ１と中間のプールプレート２６とのずれ、つまり１段目のステップ面のインクの流れ方向の幅Ｌ１との関係、及び、中間のプールプレート２６の厚み、つまり２段目のステップの高さＨ２と最下段のプールプレート２４とのずれ幅、つまり２段目のステップ面の幅Ｌ２の関係は共に
Ｈ１／Ｌ１＝６０μｍ／４０μｍ＝１．５
Ｈ２／Ｌ２＝９０μｍ／６０μｍ＝１．５
となっている。
【００７７】
次に第２実施形態の作用について説明する。
【００７８】
第２実施形態も連通部５４に階段部５４Ｂを設けており、また、そのステップとの高さと幅の関係も、
Ｈ１／Ｌ２＝Ｈ２／Ｌ２＝１．５
となっているので、第１実施形態同様、澱み部の領域が少なくスムーズにインクが流れていき、気泡の残留が防止される。
【００７９】
尚、連通部５４に設けてある階段部５４Ｂは２段のステップを有しているので、澱み部となる領域がより少なくなり、インクがよりスムーズに流れていく。その結果、気泡の排出がより向上する。
【００８０】
次に本実施形態のインクジェット記録ヘッド１１２、１１３を使用したインクジェット記録装置について説明する。図１０は、インクジェット記録ヘッド１１２又はインクジェット記録ヘッド１１３を備えたインクジェット記録装置１０２の部分断面斜視図である。
【００８１】
インクジェット記録装置１０２はインクジェット記録ヘッド１１２又はインクジェット記録ヘッド１１３を搭載するキャリッジ１０４、キャリッジ１０４を主走査方向Ｍに走査する為の主走査機構１０６、記録媒体としての記録紙Ｐを副走査方向Ｓに走査する為の副走査機構１０８、及びメンテナンスステーション１１０等を含んで構成されている。
【００８２】
インクジェット記録ヘッド１１２、１１３は、ノズル１０が形成されたノズルプレート２２（図４及び図５参照）が、記録用紙Ｐと対向するようにキャリッジ１０４上に搭載されており、主走査機構１０６によって主走査方向Ｍに移動されながら記録用紙Ｐに対してインク滴を吐出することにより、一定のバンド領域ＢＥに対して画像の記録を行う。主走査方向Ｍへの１回の移動が終了すると、副走査機構１０８によって記録用紙Ｐが副走査方向Ｓに搬送され、再びキャリッジ１０４を主走査方向Ｍに移動させながら次のバンド領域ＢＥを記録する。こうした動作を複数回繰り返すことにより、記録用紙Ｐの全面にわたって画像記録を行うことができる。
【００８３】
また、インクジェット記録ヘッド１１２、１１３は、前述したようにマトリックス状に配置された多数のイジェクタ６０を備えている。このためキャリッジ１０４の主走査方向Ｍの一回の移動で、広いバンド領域ＢＥに画像を形成することができる。つまり、少ないキャリッジ１０４の移動回数で記録用紙Ｐの全面にわたって画像記録を行うことができるので、高速に印字できるインクジェット記録装置となっている。
【００８４】
また、メンテナンスステーション１１０は、図示しない、キャップ部材、吸引ポンプ、ダミージェット受け、クリーニング機構等を含んで構成されており、吸引回復動作、ダミージェット動作、クリニーニング動作等のメンテナンス動作を行う。
【００８５】
吸引回復動作とは、インク滴の吐出特性が悪化したり、不吐出が発生したりした場合等、インクジェット記録ヘッド１１２、１１３のノズルプレート２２面にキャップ部材を当接させノズル１０からインクを吸引することで吐出特性を回復する動作のことをいう。尚、このような吸引回復動作をしばしば行う事は、ユーザーの信頼性を損なうだけでなく、吸引によってインクを浪費するためランニングコストも増加することになる。
【００８６】
インク滴の吐出特性が悪化したり、不吐出が発生したりする原因は、いくつかあげられるが、前述したように、連通部５４に残留した気泡が、何らかの原因で圧力室１２に進入することでも発生する。しかし、本実施形態のインクジェット記録ヘッド１１２、１１３は、連通部５４に階段部５４Ａ、５４Ｂが設けられているので、澱みの領域が少ない。従って、連通部５４の気泡の排出性が向上し、気泡の残留が防止されている。このため、連通部５４に残留した気泡に起因する吐出性の悪化や不吐出の為、吸引回復動作を行うことは無く、ユーザーの信頼性を損なったり、吸引によりインクを浪費しランニングコストも増加することもない。
【００８７】
尚、本発明は、上記の実施の形態に限定されるものではない。
【００８８】
例えば、上記実施の形態では、２枚或いは３枚のプールプレート２４、２６、２７から構成されていたが、これに限定されない。４枚以上のプールプレートから構成されていても良い。尚、この場合も
０．１≦Ｈｎ／Ｌｎ≦３．０
であるのが、望ましく、
更に
０．３≦Ｈｎ／Ｌｎ≦２．６
であるのが、より望ましい。
尚、最も望ましいのは、
Ｈｎ／Ｌｎ＝１．５
となっていることである。
【００８９】
このような条件を満たすことで、澱み部の領域が少なくなり、スムーズにインクが流れていき、気泡の残留が防止される。
【００９０】
尚、このように多数のプレートを用いて、連通部に設ける階段部が多数のステップを有しているほうが、澱み部となる領域が、より少なくなり、この結果、よりスムーズにインクが流れていき、気泡の残留が防止されることは言うまでも無い。
【００９１】
また、例えば、上記実施の形態では、複数のプールプレート２４、２６、２７の第１共通インク流路１４となる孔の孔壁ずらして積層することで階段部５４Ａ、５４Ｂを形成していたが、これに限定されない。その他の方法を用いて連通部に階段部を設けてもよい。例えば、エッジング加工、削り出し加工、等を用いて階段部を形成しても良い。
【００９２】
また、例えば、上記実施の形態では、インクジェット記録ヘッド１１２、１１３をキャリッジ１０４によって搬送しながら記録を行ったが、これに限定されるものではない。例えば、ノズルを記録媒体の全幅にわたって配置したインクジェット記録ヘッドを用い、インクジェット記録ヘッドは固定して、記録媒体のみを搬送しながら記録を行っても良い。
【００９３】
また、例えば、上記実施の形態では圧電素子３６は、１枚の圧電素子３６のたわみ振動によって圧力室１２を加圧したが、これに限定されない。例えば、圧電素子を積層する形態であっても良いし、縦振動タイプの圧電素子であっても良い。或いは、その他形態の圧電素子であっても良い。
【００９４】
また、例えば、上記実施の形態では、アクチュエータは圧電素子３６からなっているが、これに限定されない。例えば、圧力室内のインクを加熱し発泡させることで加圧する発熱抵抗体であっても良いし、静電力や磁力を利用したものであっても良い。或いは、その他の形態のアクチュエータであっても良い。
【００９５】
また、例えば、上記実施の形態では、イジェクタ６０につながる第１共通インク流路１４とそれに繋がる第２インク流路５０の連通部５４に階段部５４Ａ、Ｂを設けたが、これに限定されない。例えば、インク供給口からイジェクタの開口部まで第１共通インク流路、第２共通インク流路、第３共通インク流路と３つの流路を有する場合、第２共通インク流路と第３共通インク流路との連通部に階段部を設けることも有効である。
【００９６】
また、本明細書におけるインクジェット記録とは、記録紙上への文字や画像の記録に限定されるものではない。すなわち、記録媒体は紙に限定されるものでなく、また吐出する液体もインクに限定されるものではない。例えば、高分子フィルムやガラス上にインクを吐出してディスプレイ用カラーフィルターを作成したり、溶接状態の半田を基板上に吐出して部品実装用のバンプを形成したりするなど、工業用的に用いられる液滴噴射装置全般に対して本発明を利用することが可能である。
【００９７】
【発明の効果】
以上、説明したように、本発明に係るインクジェット記録ヘッドは第２共通インク流路と第１共通インク流路との連通部に発生する澱みの領域を減少させることで、気泡の排出性を向上させ、気泡の残留を防止している。また、このためこのため、ユーザーの信頼性を損なったり、インクを浪費しランニングコストが増加することのないインクジェット記録装置となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態に係るインクジェット記録ヘッドを示す図である。
【図２】本発明の第１実施形態に係るインクジェット記録ヘッドの第１共通インク流路と第２共通インク流路との連通部を示す断面斜視図である。
【図３】本発明の第１実施形態に係るインクジェット記録ヘッドの連通部及び階段部を示す図である。
【図４】（Ａ）は、本発明の第１実施形態に係るインクジェット記録ヘッドの要部を示す断面斜視図である。（Ｂ）は、（Ａ）のＸ部分の拡大図である。
【図５】（Ａ）は、本発明の第１実施形態に係るインクジェット記録ヘッドの要部を示す断面図である。（Ｂ）は、（Ａ）のＡ−Ａ断面の図である。
【図６】階段部を設けた場合の澱みの領域の減少率を示すグラフである。
【図７】階段部を設けない場合のインクの流れ速度の分布と階段部を設けた場合の速度の分布とを模式的に表した模式図である。
【図８】本発明の第２実施形態に係るインクジェット記録ヘッドの第１共通インク流路と第２共通インク流路との連通部を示す断面斜視図であう。
【図９】本発明の第２実施形態に係るインクジェット記録ヘッドの連通部及び階段部を示す図である。
【図１０】本発明の第１実施形態又は第２実施形態に係るインクジェット記録ヘッドを使用したインクジェット記録装置を示す図である。
【図１１】階段部を設けていない従来のインクジェット記録ヘッドの連通部を示し、連通部の澱みを模式的に表す図である。
【符号の説明】
１０              ノズル
１２              圧力室
１４              第１共通インク流路、支流
２４、２６、２７  プールプレート
３８              圧電素子（アクチュエータ）
５０              第２共通インク流路、本流
５４Ａ、Ｂ        階段部
６０              イジェクタ
１０２              インクジェット記録装置
１１２、１１３      インクジェット記録ヘッド
【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】
2004284291.tif 000009
【図８】
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【図９】
2004284291.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
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