(57)【要約】【課題】液体吐出時に発生する圧力波による圧力変動を良好に吸収することを可能にし、液体吐出動作の信頼性を向上する。【解決手段】インクを吐出する吐出口１４と、この吐出口１４に連通するインク室１３と、このインク室１３に配されたヒータ１２と、複数のインク室１３に連通する共通液流路２４と、共通液流路２４に連通すると共に大気に連通していないダンパー部１０とを備える。そして、ダンパー部１０は、共通液流路２４に連通するダンパー流路１８と、ダンパー流路１８と連通し流路断面積がダンパー流路１８よりも大きいダンパー室１９と、ダンパー室１９に一端が連通し他端が閉塞された流路断面積がダンパー室１９よりも小さいダンパー調整流路２０とを有している。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体を吐出する吐出口と、該吐出口に連通する液室と、該液室に配された吐出エネルギー発生素子と、複数の前記液室に連通する共通液流路と、該共通液流路に連通すると共に大気に連通していないダンパー部と、を備える液体吐出ヘッドにおいて、
前記ダンパー部は、前記共通液流路に連通するダンパー流路と、前記ダンパー流路と連通し流路断面積が前記ダンパー流路よりも大きいダンパー室と、前記ダンパー室に一端が連通し他端が閉塞された流路断面積が前記ダンパー室よりも小さいダンパー調整流路とを有していることを特徴とする液体吐出ヘッド。
【請求項２】
前記ダンパー調整流路の容積は、前記ダンパー流路の容積よりも大きい請求項１に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項３】
前記ダンパー調整流路による流動方向は、前記ダンパー流路による流動方向と平行に設けられている請求項１または２に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項４】
前記ダンパー調整流路による流動方向は、前記ダンパー流路による流動方向に直交して設けられている請求項１または２に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項５】
前記ダンパー調整流路の一端は、外部に連通する開口を有し、該開口が気密に封止されている請求項４に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項６】
前記ダンパー調整流路の流路断面積は、前記共通液流路の流路断面積よりも大きい請求項１ないし５のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項７】
前記ダンパー調整流路の流路断面積は、前記ダンパー流路の流路断面積よりも大きい請求項１ないし６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、例えばインク滴等の液体を吐出するための液体吐出ヘッドに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の液体吐出ヘッドとしては、電気熱変換型のインクジェットヘッドが知られている。図１０に示すように、電気熱変換型のインクジェットヘッド２０１の内部には、４つの共通液室２０４が形成されている。各共通液室２０４は、インクジェットヘッド２０１のインク吐出面に開口された吐出口２０２に連通路２０３を介して連通されていると共に、図１１に示すように、継手２０６によって接続された供給管２０５介してインク供給部（不図示）に接続されている。
【０００３】
従来のインクジェットヘッド２０１は、図１１（ａ）に示すように、各供給管２０５を通して供給されるインク２１１が、各共通液室２０４内に充満されている。このインクジェットヘッド２０１は、各液流路２０３に設けられた吐出エネルギー発生素子であるヒータ２１０に吐出信号が印加されると、図１１（ｂ）に示すように、ヒータ２１０の近傍のインクが急激に気化してバブル２１４が発生する。そして、このインクジェットヘッド２０１では、バブル２１４の圧力でインク２１１が各吐出口２０２から被記録材（不図示）に向けて吐出される。インク２１１の吐出が完了したとき、図１１（ｃ）に示すように、バブル２１４は急速に消滅し、吐出口２０２にメニスカス２１６が形成され、表面張力によって液流路２０３内にインク２１１が再充填（リフィル）される。
【０００４】
バブル２１４の圧力によって発生する圧力波は、吐出口２０２に向う方向のみならず共通液室２０４へ向う圧力波となって伝わっていく。特に、多数の吐出口２０２から同時にインクを吐出させるときは、この圧力波の影響は無視できないものとなる。すなわち、圧力波による圧力変動の伝達が発生した場合、共通液室２０４のみならず供給管２０５内のインク２１１にも及び、インク供給方向とは逆方向の圧力がインク２１１に作用し、インクの供給が妨害されてインク２１１のリフィル速度が遅くなる。その結果、リフィルが不完全な状態のままでヒータ２１０に次の吐出信号が印加されて吐出が開始されることで、吐出される液滴が小さくなることや、最悪の場合には不吐出が発生するという問題点があった。
【０００５】
上述の問題点を解決するために、従来のインクジェットヘッドとしては、インク吐出時に発生する圧力波による圧力伝達を吸収するためのダンパー室を備える構成が開示されている（特許文献１参照。）。
【０００６】
図１２に、特許文献１に開示されている従来のインクジェットヘッドの構成を示す。従来のインクジェットヘッドは、図１２に示すように、共通液室３０４に連通路３０７を介して連通されたダンパー室３０５が設けられている。この従来のインクジェットヘッドは、ダンパー室３０５に蓄えられた気泡によって、共通液室３０４に連通された液流路３０３を介して吐出口３０２からインクを吐出するインク吐出時に発生する圧力波による圧力伝達が吸収される。
【特許文献１】特開平８−２０１１１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上述した特許文献１に開示されている従来のインクジェットヘッドの構成では、ダンパー室内に形成された気泡が、例えば、減圧、振動、高温低温の繰り返し等の環境変化によって小さくなることがあった。このため、従来のインクジェットヘッドは、圧力波による圧力伝達を充分に吸収することが困難になることがあるという問題があった。
【０００８】
そこで、本発明は、液体吐出時に発生する圧力波による圧力変動を良好に吸収することを可能にし、液体吐出動作の信頼性を向上す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】
【０００９】
上述した目的を達成するために、本発明に係る液体吐出ヘッドは、液体を吐出する吐出口と、この吐出口に連通する液室と、この液室に配された吐出エネルギー発生素子と、複数の液室に連通する共通液流路と、この共通液流路に連通すると共に大気に連通していないダンパー部とを備える。そして、ダンパー部は、共通液流路に連通するダンパー流路と、このダンパー流路と連通し流路断面積がダンパー流路よりも大きいダンパー室と、このダンパー室に一端が連通し他端が閉塞された流路断面積がダンパー室よりも小さいダンパー調整流路とを有している。
【発明の効果】
【００１０】
上述したように、本発明によれば、液体吐出時に発生する圧力波による圧力変動を、ダンパー部によって良好に吸収することが可能になり、環境変化などにおける液体吐出動作の信頼性を向上することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
【００１２】
（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態のインクジェットヘッドを説明するための図であり、（ａ）がインクジェットヘッドを吐出口側から見た平面図、（ｂ）が（ａ）におけるＡ−Ａ断面図、（ｃ）が（ｂ）におけるＢ−Ｂ断面図を示す。
【００１３】
図１に示すように、インクジェットヘッドは、吐出口１４を有する素子基板１１と、この素子基板１１側にインクを供給する流路基板１５およびダンパー部形成基板１６とを備えている。
【００１４】
図１に示すように、素子基板１１には、吐出エネルギー発生素子として複数のヒータ１２が形成されている。素子基板１１上には、ノズル材料をパターニングすることで、各ヒータ１２に対してインク室１３と吐出口１４が設けられている。素子基板１１には接着剤（不図示）によって流路基板１５が接合されている。流路基板１５およびダンパー部形成基板１６は、例えば変性ポリフェニレンエーテル（ＰＰＥ）樹脂等の同一材料によって形成されており、超音波溶着によって接合されている。インク連通口１７は、図示しないが、インク吸収体が収容されたインク貯蔵室に連通されている。このインクジェットヘッドでは、素子基板１１の貫通穴（インク供給口）２２からインク連通口１７までの間の流路が共通液流路２４とされている。
【００１５】
図１（ｂ），（ｃ）に示すように、ダンパー部形成基板１６には、ダンパー部１０が形成されている。このダンパー部１０は、共通液流路２４に連通されたダンパー流路１８と、このダンパー流路１８に連通されたダンパー室１９と、このダンパー室１９に一端が連通され他端が閉塞されたダンパー調整流路２０とを有している。ダンパー流路１８は、例えば流路断面積が１ｍｍ×１ｍｍ、長さが３ｍｍで、容積が３ｍｍ3程度に形成されている。ダンパー室１９は、流路断面積が６ｍｍ×１ｍｍ、長さが５ｍｍで、容積が３０ｍｍ3程度に形成されている。ダンパー調整流路２０は、流路断面積が２ｍｍ×１ｍｍ、長さが７ｍｍで、容積が１４ｍｍ3程度に形成されている。
【００１６】
すなわち、ダンパー室１９は、流路断面積がダンパー流路１８よりも大きくされている。また、ダンパー調整流路２０は、流路断面積がダンパー室１９よりも小さくされている。また、ダンパー調整流路２０による流動方向は、ダンパー流路１８による流動方向と平行に設けられている。
【００１７】
次に、本実施形態のインクジェットヘッドの動作について説明する。
【００１８】
［１］インク貯蔵室（不図示）からインク連通口１７、共通液流路２４を介して、各インク室１３内にインクが供給される。このインクの供給動作は、吐出口１４に負圧をかけて吸引すること、あるいは共通液流路２４側から加圧することによって行われ、各インク室１３内および共通液流路２４内にインクが充填される。このとき、ダンパー部１０は、一端が共通液流路２４に連通され、他端が閉塞されたいわゆる袋小路に構成にされているので、ダンパー部１０内には空気などの気体がほぼ満たされている。
【００１９】
［２］上述の［１］の状態から、ヒータ１２に駆動回路（不図示）から吐出信号が印加されたとき、ヒータ１２の表面近傍のインクが急激に気化して発泡し気泡が発生する。その気泡の圧力によってインクは吐出口１４から液滴となって記録用紙等の被記録材（不図示）へ向けて吐出される。このとき、気泡による圧力波による圧力変動は、共通液流路２４中のインクに向けて伝達されるが、インクを介してダンパー部１０内の空気を圧縮することで、圧力波による圧力変動が吸収される。
【００２０】
［３］上述の［２］の後、気泡は急速に消泡を開始し、インク室１３内にインクが再充填される。
【００２１】
以上説明したように、本実施形態のインクジェットヘッドは、ヒータ１２上での気泡の発泡および消泡を繰り返すことで、液滴の吐出を行っている。このとき、ダンパー部１０内の空気は、発泡による圧力波の圧力変動を吸収するという大きな役割を担っている。圧力変動を吸収することで、インク室１３内へのインクの再充填性（リフィル性）を良好にし、安定した吐出性能を確保することができる。
【００２２】
続いて、ダンパー部１０による効果について、比較実験を行った結果を以下に説明する。
【００２３】
インクジェットヘッドとしては、ノズル数３１０個、吐出体積３０ｐｌの仕様のものを使用した。印字パターンとしては、図２（ａ）に示す１ドット１スペース、つまり全ノズル１回吐出して、全ノズル１回吐出をしない印字パターンを用いた。また、他の印字パターンとしては、図２（ｂ）に示す２ドット２スペース、図２（ｃ）に示す４ドット４スペース、図２（ｄ）に示す８ドット８スペース、図２（ｅ）に示す１６ドット１６スペースをそれぞれ用意した。そして、これらの印字パターンで、駆動周期を１ｋＨｚ〜１５ｋＨｚ（１ｋＨｚ毎）として印字を行った。印字状態の評価は、印字物において、全ての印字パターンで罫線の大きな乱れがなかったものを良好（ＯＫ）とし、罫線に不吐出やドットの小さいものが発生したものを不良（ＮＧ）とした。
【００２４】
図３は、不良と評価した印字状態を説明するための模式図である。図３（ａ）に示すように、２ドット２スペースの印字パターンで不吐出やドットの小さいものが発生し、また図３（ｂ）に示すように、４ドット４スペースの印字パターンで不吐出やドットが小さいものが発生した。
【００２５】
また、比較実験では、ダンパー部がダンパー調整流路を有していない比較例のインクジェットヘッドを用いた。図４に示すように、比較例のインクジェットヘッドは、ダンパー部形成基板６６に、ダンパー流路６８と、このダンパー流路６８に連通するダンパー室６９が設けられている。比較実験では、ダンパー部の気泡の容積と、インク室からダンパー部の気泡までの容積とを変化させて行った。その結果を表１および図５に示す。
【００２６】
【表１】
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【００２７】
表１および図５に示すように、印字状態は、インク室からダンパー部の空気までの容積が小さく、また、ダンパー室内の空気の容積が大きい方が良好であった。したがって、ダンパー部の気泡は、インク室から近い位置で大きいほど、発泡による圧力波の圧力変動を吸収し易い。
【００２８】
そして、本実施形態のインクジェットヘッドでは、インク室１３からダンパー部１０の気泡までの容積が５０ｍｍ3、ダンパー部１０の気泡の容積が４０ｍｍ3であり、圧力変動を充分に吸収することができ、良好な印字状態が得られた。
【００２９】
さらに、減圧試験、振動試験、温度サイクル試験（高温、低温の繰り返し）などを行うことによって、ダンパー部１０の気泡の大きさが変化した。
【００３０】
図６は、比較例のインクジェットヘッドにおけるダンパー部の気泡が変化する状態を説明するための横断面図である。
【００３１】
比較例では、図６（ａ）に示すように、ダンパー部６０の初期状態で、インク２１がダンパー流路６８内に入り込んでいるが、ダンパー室６９内は空気で充填されている。図６（ｂ）に示すように、温度サイクル試験後の状態では、ダンパー流路６８内のインク２１がダンパー室６９直前まで入り込んでいるが、ダンパー室６９内は空気で充填されている。図６（ｃ）に示すように、減圧試験後のダンパー部６０の状態では、インク２１がダンパー流路６８内からダンパー室６９内にまで入り込んでいる。
【００３２】
図６に示すように、減圧試験、振動試験、温度サイクル試験（高温、低温の繰り返し）などによって、ダンパー部６０へインクが入り込んだ場合、ダンパー流路６８はダンパー室６９よりも流路断面積が小さいため、メニスカスによる保持力で気液界面を保持する。しかし、ダンパー流路６８の容積を越える量のインク２１が入り込んでしまった場合には、ダンパー流路６８からダンパー室６９内へインク２１が流入してしまう。このとき、ダンパー室６９内の空気は、インク中を浮遊する気泡（浮遊泡）となっていることもある。
【００３３】
図６（ｃ）に示す状態では、ダンパー室６９内の空気の容積が小さく、また浮遊泡であるため、ダンパー部６０の空気の容積が小さい上に、インク室１３からダンパー室６９までの空気の容積も変動する。このため、比較例のインクジェットヘッドは、発泡による圧力波の圧力変動を充分に吸収することが困難になり、特定の印字パターンにおいて、欠陥を招く結果となった。
【００３４】
一方、本実施形態のインクジェットヘッドは、図１に示すように、ダンパー室１９に連通された袋小路を構成するダンパー調整流路２０が設けられている。
【００３５】
図７は、本実施形態のインクジェットヘッドにおけるダンパー部の状態を説明するための横断面図である。
【００３６】
本実施形態では、図７（ａ）に示すように、ダンパー部１０の初期状態で、インク２１がダンパー流路１８内に入り込んでいるが、ダンパー室１９内が空気で充填されている。図７（ｂ）に示すように、温度サイクル試験後のダンパー部１０の状態では、ダンパー流路１８内のインク２１がダンパー室１９直前まで入り込んでいるが、ダンパー室１９内が空気で充填されている。図７（ｃ）に示すように、減圧試験後のダンパー部１０の状態では、インク２１がダンパー流路１８内とダンパー調整流路２０内にそれぞれ入り込んでいるが、ダンパー室１９内が空気で充填されている。
【００３７】
図７に示すように、減圧試験、振動試験、温度サイクル試験（高温、低温の繰り返し）などによって、ダンパー部１０内へインクが入り込む。このような場合、ダンパー流路１８は、ダンパー室１９よりも流路断面積が小さいため、メニスカスによる保持力で気液界面を保持する。そして、ダンパー流路１８の容積を越える量のインクが入り込むと、次に、ダンパー調整流路２０内にインクが入り込む。これは、ダンパー調整流路２０がダンパー室１９よりも流路断面積が小さく、メニスカスによる保持力が高いためである。
【００３８】
この結果、ダンパー室１９内の空気を充分に確保できる。また、ダンパー室１９内に浮遊泡が発生することがなく、インク室１３からダンパー部１０までの空気の容積を安定に保つことができる。これによって、発泡による圧力波の圧力変動を充分に吸収することができる。また、ダンパー調整流路２０の容積をダンパー流路１８の容積よりも大きくすることで、信頼性が更に向上される。
【００３９】
上述したように、本実施形態のインクジェットヘッドによれば、インク吐出時に発生する圧力波による圧力変動を吸収することができ、しかも環境変化などにおいても充分に信頼性が高いインクジェットヘッドを提供することができる。
【００４０】
本実施形態のインクジェットヘッドによれば、ダンパー室１９と連通する袋小路をなすダンパー調整流路２０が設けられることによって、環境変化などでダンパー部１０に入り込んでしまったインク２１がダンパー調整流路２０内へ導かれる。このため、このインクジェットヘッドでは、ダンパー室１９内の気泡を安定に保持することが可能になる。したがって、このインクジェットヘッドは、ダンパー室１９内の気泡によって共通液流路２４内で発生した圧力変動が良好に吸収されるので、クロストークが低減され、吐出動作の信頼性を向上することができる。
【００４１】
（第２の実施形態）
図８は、第２の実施形態のインクジェットヘッドを説明するための図であり、（ａ）がインクジェットヘッドを吐出口側から見た平面図、（ｂ）が（ａ）におけるＡ−Ａ断面図、（ｃ）が（ｂ）におけるＢ−Ｂ断面図を示す。
【００４２】
図８に示すように、素子基板１１には、複数のヒータ１２が形成されている。素子基板１１上には、ノズル材料をパターニングすることで、各ヒータ１２に対応するインク室１３と吐出口１４が設けられている。素子基板１１は、接着剤（不図示）を介して流路基板１５と接合されている。流路基板１５およびダンパー部形成基板１１６は、例えば変性ＰＰＥ樹脂等の同一材料によって形成されており、超音波溶着によって接合されている。インク連通口１７はインク貯蔵室（不図示）に連通されている。このインクジェットヘッドでは、素子基板１１の貫通穴２２からインク連通口１７までの流路が共通液流路２４とされている。
【００４３】
図８（ｂ），（ｃ）に示すように、ダンパー部形成基板１１６に形成されたダンパー部１１０は、ダンパー流路１１８と、このダンパー流路１１８に連通されたダンパー室１１９と、このダンパー室１１９に連通されたダンパー調整流路１２０とを有している。また、ダンパー調整流路１２０は、流動方向が、ダンパー流路１１８による流動方向に直交して設けられている。
【００４４】
ダンパー流路１１８は、断面積が１ｍｍ×１ｍｍ、長さが３ｍｍで、容積が３ｍｍ3程度に形成されている。ダンパー室１１９は、断面積が６ｍｍ×１ｍｍ、長さが５ｍｍで、容積が３０ｍｍ3程度に形成されている。ダンパー調整流路１２０は、ダンパー部形成基板１１６を貫通させ、貫通穴を封止剤１２３で気密に封止することで形成されている。ダンパー調整流路１２０は、φ２ｍｍ、長さが５ｍｍで、容積が１５．７ｍｍ3程度に形成されている。
【００４５】
図９は、本実施形態のインクジェットヘッドにおけるダンパー部の状態を説明するための断面図である。
【００４６】
本実施形態のインクジェットヘッドでは、図９（ａ），（ｂ）に示すように、ダンパー部１１０の初期状態で、インク２１がダンパー流路１１８内に入り込んでいるが、ダンパー室１１９内は空気で充填されている。図９（ｃ），（ｄ）に示すように、温度サイクル試験後のダンパー部１１０の状態では、インク２１がダンパー室１１９直前まで入り込んでいるが、ダンパー室１１９内が空気で充填されている。図９（ｅ），（ｆ）に示すように、減圧試験後のダンパー部１１０の状態では、インク２１がダンパー流路１１８内とダンパー調整流路１２０内にそれぞれ入り込んでいるが、ダンパー室１１９内が空気で充填されている。
【００４７】
図９に示すように、減圧試験、振動試験、温度サイクル試験（高温、低温の繰り返し）などによって、ダンパー部１１０へインク２１が入り込む。この場合、ダンパー流路１１８は、ダンパー室１１９よりも流路断面積が小さいため、メニスカスによる保持力で気液界面を保持し、ダンパー流路１１８の容積を越える量のインクが入り込んだとき、ダンパー調整流路１２０にインクが入り込む。これは、ダンパー調整流路１２０がダンパー室１１９よりも流路断面積が小さく、メニスカスによる保持力が高いためである。
【００４８】
この結果、ダンパー室１１９内の空気を充分に確保できる。また、ダンパー室１１９内に浮遊泡が発生することがなく、インク室１３からダンパー部１１０までの空気の容積を安定に保つことができる。これにより、発泡による圧力波の圧力変動を充分に吸収することができる。また、ダンパー調整流路１２０の容積をダンパー流路１１８の容積よりも大きくすることで、信頼性が更に向上されている。
【００４９】
本実施形態によれば、インク吐出時に発生する圧力波による圧力変動を吸収することができ、しかも環境変化などにおいても充分に信頼性が高いインクジェットヘッドを提供することができる。
【００５０】
本発明の液体吐出ヘッドは、第１および第２の実施形態に限定されるものではなく、ダンパー室内に進入したインクをダンパー調整流路へ導くという構成であれば、本発明に含まれることは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】第１の実施形態のインクジェットヘッドを説明するための図である。
【図２】比較実験での印字パターンを説明するための模式図である。
【図３】印字状態の不良を説明するための模式図である。
【図４】比較例のインクジェットヘッドを説明するための断面図である。
【図５】ダンパー部の空気と印字状態との関係を示す図である。
【図６】比較例のインクジェットヘッドにおけるダンパー部の状態を説明するための横断面図である。
【図７】第１の実施形態のインクジェットヘッドにおけるダンパー部の状態を説明するための断面図である。
【図８】第２の実施形態のインクジェットヘッドを説明するための図である。
【図９】第２の実施形態のインクジェットヘッドにおけるダンパー部の状態を説明するための断面図である。
【図１０】従来のインクジェットヘッドを示す斜視図である。
【図１１】従来のインクジェットヘッドの吐出動作を説明するための断面図である。
【図１２】従来の他のインクジェットヘッドを説明するための図である。
【符号の説明】
【００５２】
１０  ダンパー部
１１  素子基板
１２  ヒータ
１３  インク室
１４  吐出口
１５  流路基板
１６  ダンパー部形成基板
１７  インク連通口
１８  ダンパー流路
１９  ダンパー室
２０  ダンパー調整流路
２１  インク
２２  貫通穴
２４  共通液流路
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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