JP2002144540A - 記録ヘッド及びインクジェット記録装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は、放熱効果をさらに向上させた記録
ヘッド及びこれを備えたインクジェット記録装置を提供
することを目的としている。 【解決手段】 上記課題を解決するために、本発明に係
るインクジェット記録装置は、主走査方向に移動するキ
ャリッジ23上に搭載される記録ヘッド１であって、イン
クを吐出させるエネルギーを発生する吐出部５と、前記
吐出部５の熱を伝導される支持部材４と、前記支持部材
４を支持する筐体３とを有し、前記筐体３と支持部材４
との間に外気に通じる空間を設けたことを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はシリアル方式のイン
クジェット記録ヘッドに関し、特にヒータを有する吐出
部を支持体に装着して構成した記録ヘッド及びこれを有
するインクジェット記録装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】インクジェット記録装置の記録ヘッドに
おいては、液路からインクを吐出させるためのエネルギ
ーを発生するエネルギー変換手段を有し、インクを供給
口から液室を介して上記液路に導き、エネルギー変換手
段からインクに吐出エネルギーを与え、吐出口から飛翔
的液滴となして被記録材に向けて飛翔、着弾させること
により記録が行われるように構成している。

【０００３】中でも熱エネルギーを利用してインクを吐
出する記録ヘッドは、記録用のインク滴を吐出して飛翔
用液滴を形成するためのインク吐出口を高密度に配列す
ることができるために、高解像度の記録を行うことが可
能であるほか、全体的に装置の小型化も容易であること
などの利点を有している。

【０００４】このようなインクジェット記録装置は、記
録ヘッドの温度が上昇するとインクの粘度が変わること
によりインク滴の吐出特性が変化し、安定した画像品質
が得られなくなる。そのため記録ヘッドにおいては、吐
出圧（エネルギー）発生部を有する吐出部と支持体とを
熱伝導性の良い接着剤で張り合わせ、吐出圧発生部で生
じる高熱を空中と同時に支持体にも放熱する構成として
いる。また記録ヘッドが昇温した場合には強制的に記録
を休止するといった防衛策も採られている。

【０００５】記録ヘッドの冷却の例としては、インパク
トドットプリンタにおいて記録ヘッドの蓄熱を抑えるた
めに記録ヘッド近傍に冷却ファンを設けたり、冷却水を
循環させて強制的に冷却したりするものが提案されてい
る。しかし装置が複雑で簡易性に欠き、生産コストも割
高であるため、多くの採用を得るに至っていない。しか
もインクジェット記録装置では冷却ファンを記録中に動
作させるとなるとインク滴の着弾精度に影響するため、
流速に限界があることもわかっている。そこで実際は、
記録ヘッドに熱伝導率の高い放熱板を取り付けて放熱す
る構成が最も簡便で、比較的効果も高く、生産コストも
安価であるため、多くの記録ヘッドに最も一般的な方法
として採用されている。

【０００６】従来のインクジェット記録装置における記
録ヘッドの構成について図12を用いて説明する。図に示
す記録ヘッド100はインクを貯蔵するタンク101を筐体10
2に装着し、筐体102下部の支持部材103に吐出部104を設
け、この吐出部104へ電気信号を伝えるフレキシブルケ
ーブル105を有している。

【０００７】支持部材103は裏面を筐体102に固定されて
いる。吐出部104は支持部材103の表面に接着されている
が、吐出部104の精度はきわめて重要であるため、支持
部材103には耐熱性や平面度が求められ、通常は金属や
セラミックなどが使用されている。また吐出部104は図
示しないエネルギー変換手段を有し、フレキシブルケー
ブル105からの電気信号によってインクを吐出するよう
電気接続されている。ここでフレキシブルケーブル105
は通常その電気抵抗を下げるために支持部材103と概略
同じ面積を有し、支持部材103の吐出側表面を概略覆っ
ている。

【０００８】上記構成にあって、吐出部104の許容熱容
量は微小であるため、すぐさまその熱は支持部材103へ
と伝播し、支持部材103は放熱手段として機能する。し
かし支持部材103はその裏面が空気に触れることがない
ため表面の空気の流れに放熱を頼っており、実際にはさ
らにフレキシブルケーブル105を介して放熱を行ってい
る。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかし近年は、記録速
度の高速化、高画質のための吐出口の高密度化によって
入力エネルギーは増加し、熱の拡散するスペースは減少
している。このため昇温に対してはますます不利な状況
が進む傾向にあり、せっかく記録速度が速くなったもの
の、すぐに記録動作を休止しなければならないという状
態になりかねず、熱対策はさけられない問題となってい
る。

【００１０】しかも熱は支持部材103に伝播するもの
の、あまり拡散性がよいものでもなく、その支持体の体
積を大きくしても周辺部は放熱効果が期待できないこと
が実験的に確認されている。

【００１１】そこで本発明は、放熱効果をさらに向上さ
せた記録ヘッド及びこれを備えたインクジェット記録装
置を提供することを目的としている。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明に係るインクジェット記録装置は、主走査方
向に移動するキャリッジ上に搭載される記録ヘッドであ
って、インクを吐出させるエネルギーを発生するエネル
ギー変換手段と、前記エネルギー変換手段の熱を伝導さ
れる放熱手段と、前記放熱手段を支持する筐体とを有
し、前記筐体と放熱手段との間に外気に通じる空間を設
けたことを特徴とする。

【００１３】

【発明の実施の形態】［第１実施形態］本発明に係る記
録ヘッド及びインクジェット記録装置の第１実施形態に
ついて、図を用いて説明する。図１は本実施形態に係る
記録ヘッドの側面図、図２は記録ヘッドの部品を説明す
る分解説明図、図３は空間内の空気の流れを説明する記
録ヘッドの断面図、図４は空間内の空気の流れを説明す
る記録ヘッドの下面分解図、図５は放熱手段からの放熱
の様子を説明する記録ヘッドの断面図である。

【００１４】図１に示す記録ヘッド１は各色のインクタ
ンク２を筐体３に装着し、筐体３下部に固定した支持部
材４に吐出部５を取り付けている。記録ヘッド１は図示
しないキャリッジに装着されることにより記録装置本体
に取り付けられ、主走査軸26に沿って走査される。

【００１５】図２に示すようにインクタンク２の下部に
はフィルタを有するジョイント部２ａが設けられ、イン
ク７をヘッドに供給する際に不純物を取り除くよう配慮
されている。インクタンク２は図示しない脱着機構によ
り筐体３に着脱され、装着した際にはインクタンク２の
ジョイント部２ａが筐体３と連結される。筐体３の内部
にはジョイント部２ａから支持部材４のインク供給穴４
ａ入り口まで貫通した流路８が形成されている。

【００１６】吐出部５は熱エネルギーを利用してインク
を吐出させるエネルギーを発生するエネルギー変換手段
を有しており、筐体３とフレキシブルケーブル６によっ
て接続されることにより吐出部５を駆動するための電気
信号が伝えられる。この吐出部５は支持部材４に熱伝導
性のよい接着剤で張り合わされており、支持部材４は放
熱手段として機能する。

【００１７】支持部材４には、流路８から供給されたイ
ンク７を吐出部５まで導くためのインク供給穴４ａが形
成されている。また支持部材４は筐体３の下部に主走査
方向に立設した保持部３ａに固定されることにより、筐
体３と支持部材４との間に空間としてのダクト９を形成
している。すなわちダクト９は流路８を囲むように形成
されると共に、支持部材４の裏面、すなわち筐体側の面
の一部（保持部３ａに固定されない部分）を開放してい
る。

【００１８】図３に示すように、ダクト９は主走査方向
にダクト入口９ａを開口し、さらに主走査方向反対側に
ダクト出口９ｂを開口している。また図４に示すように
ダクト９内においては流路８の周囲に貫通部９ｃを有
し、ダクト入口９ａからダクト出口９ｂまで主走査方向
に貫通させて構成している。またダクト入口９ａ、ダク
ト出口９ｂには斜面10を形成し、内部に向かって断面積
が小さくなるように、かつ上方に向かって断面積が小さ
くなるように形成している。

【００１９】上記構成の記録ヘッド１を用いて画像を記
録すると、まず吐出部５を駆動させてインクを吐出する
ことにより、エネルギー変換手段から熱が発生する。こ
の発生した熱は支持部材４に伝達され、支持部材４が加
熱する。

【００２０】ところで図示しないキャリッジに記録ヘッ
ド１を搭載して主走査軸26に沿って移動させることによ
り、記録装置内の空気11が記録ヘッド１に対して相対的
に移動する。これにより空気11は記録ヘッド１表面を流
れ、吐出部５から発生した熱を吐出部５表面から、及び
支持部材４表面からフレキシブルケーブル６を介して奪
っていく。

【００２１】このとき同時に空気11の一部は図１に示す
ようにダクト入口９ａから流入し、図４に示すように貫
通部９ｃを流れ、図３に示すように筐体３の反対側のダ
クト出口９ｂから流出する。これにより空気11は支持部
材４の裏側（筐体側）及び流路８近傍を流れ、支持部材
４裏面から熱を奪っていく。このように支持部材４裏面
からも放熱をすることにより、従来よりはるかに効率的
な冷却を行うことができる。

【００２２】またダクト入口９ａに上記の如く斜面10を
形成したことにより、流入する空気11は記録ヘッド１中
央部で流速を速めることとなる。これは流速が速いほど
放熱効果が高いためである。またダクト出口９ｂにも斜
面を形成したことにより、流出する際の抵抗とならない
よう構成されている。なお、キャリッジは主走査方向に
往復移動するため、復路においては空気11の流れ、及び
ダクト入口９ａとダクト出口９ｂの作用は逆転する。

【００２３】また斜面10によってダクト９が上方に向か
って断面積が小さくなるように形成されていることによ
り、図５に示すように、記録ヘッド１が静止している場
合であっても、支持部材４によって昇温した空気12を上
方に逃がしやすくする効果を得ることができる。

【００２４】また吐出部５が所定温度以上に昇温した場
合に、従来は画像記録を休止し、キャリッジを停止して
冷却を待っていた。しかし本実施形態においては空気放
熱が高い構造となっていることから、画像記録は休止す
るが、キャリッジの移動を継続させている。これにより
吐出部５の冷却を促進することができ、早期に記録ヘッ
ド１を回復させることができる。

【００２５】また、このように冷却のためだけにキャリ
ッジを移動させる場合には、インク滴の着弾精度を考慮
する必要がない。従ってキャリッジを画像を記録する際
よりも高速に走査させることができ、これにより更なる
冷却効果を得ることができる。またダクト９を流れる空
気11の速度が速いほうが冷却効果が高いため、加減速の
割合ができるだけ少なくなるように、キャリッジを移動
可能な最大幅で走査するよう制御するのが望ましい。

【００２６】またキャリッジは主走査方向に往復移動す
るが、片方向の移動においてのみしか画像を記録しない
場合は、逆方向の移動速度を速めることにより冷却効果
を高めることができる。

【００２７】［第２実施形態］本発明に係る記録ヘッド
及びインクジェット記録装置の第２実施形態について図
を用いて説明する。図６は本実施形態に係る記録ヘッド
１の斜視図、図７は記録ヘッド底面を説明する部分分解
図、図８は記録ヘッド底面を説明する参考図である。上
記第一実施形態と説明の重複する部分については、同一
の符号を付して説明を省略する。

【００２８】第一実施形態に示した如くダクト９内には
流路８が配置されているが、本実施形態に係る記録ヘッ
ド13は、図６に示す如く、ダクト入口９ａに整流部14を
設けたことを特徴としている。

【００２９】吐出部５にはインクの供給が必要であるた
め、ダクト９の内部にはインクの流路８が必然的に存在
することとなり、ダクト９として理想的な貫通穴を形成
することは困難である。しかし図８に示すように、ダク
ト９内を流れる空気11はダクト９内に流路８があること
によりその外壁に衝突して乱流を生じ、空気の流抵抗と
なり、少なからず放熱効果を減少させてしまうおそれが
ある。

【００３０】そこで本実施形態においては、図７に示す
如く流路８の主走査方向外側に空気11の流れを導く整流
部14を設け、流路８の壁面で渦を巻くことなく円滑に流
れさせることにより、空気の流抵抗を最小限におさえる
ことができる。

【００３１】なお本実施形態においては流路８に整流部
14を設けて示したが、保持部３ａに同様の整流部材を設
けることでも本発明の効果を得ることができる。

【００３２】［第３実施形態］本発明に係る記録ヘッド
及びインクジェット記録装置の第３実施形態について図
を用いて説明する。図９は本実施形態に係るインクジェ
ット記録装置の要部構成図、図10はキャリッジを説明す
る斜視図、図11はキャリッジ及び記録ヘッドのダクト内
を説明する平面断面図である。上記各実施形態と説明の
重複する部分については、同一の符号を付して説明を省
略する。

【００３３】図９に示すのはインクジェット記録装置20
であって、積載されたシートＳを分離給送する給送ロー
ラ21、シートＳを間欠搬送する搬送ローラ22、記録ヘッ
ド１を着脱可能に搭載するキャリッジ23、キャリッジ23
を主走査方向に往復駆動するタイミングベルト24、キャ
リッジ23を沿わせる主走査軸25、26、及びシートを排出
するための排出コロ27を有している。

【００３４】画像を記録する際にはキャリッジ23を主走
査方向（矢印Ａ方向）に走査させながら、キャリッジ23
に搭載した記録ヘッド１からインクを吐出する。そして
１ライン分の画像が記録されると搬送ローラ22によって
１ライン分シートＳを間欠搬送し、再びキャリッジ23を
走査させて次の１ラインの画像を形成する。これをシー
トＳ全面について繰り返すことにより、１枚の画像が形
成される。

【００３５】ここで従来の画像形成装置においては、記
録ヘッド１の冷却を吐出部５及び支持部材４表面からの
放熱しか考えられていなかったため、キャリッジ23は記
録ヘッド１の側面を覆っているのが通常であった。

【００３６】しかし本発明に係る記録ヘッド１を採用す
る場合には、ダクト９によって記録ヘッド１内部からも
放熱することができるようになっている。かかる記録ヘ
ッド１を従来のキャリッジに取り付けた場合にも、理論
的にはその脱着構造上間隙が生じるために空気が流通す
るということができるが、きわめてその効率は悪く、ほ
ぼ発明の効果が得られない。

【００３７】そこで図10に示すように、本実施形態にお
いてはキャリッジ23の主走査方向側面に空気を取り込む
ための開口部28を形成している。この開口部28は記録ヘ
ッド１に設けたダクト９と略対応した位置に設けてお
り、ダクト９に外気を導く際の流抵抗を最小限に抑える
よう構成されている。

【００３８】図11を用いて空気11の流れについて説明す
る。図において空気11はキャリッジ23に設けた開口部28
から流入し、ダクト９を通過して支持部材４の裏面及び
流路８を冷却し、主走査方向反対側の開口部28から流出
する。すなわちキャリッジ23側面に開口部を設けない場
合に比して格段に空気11の流量を確保することができ、
冷却効果を大幅に向上させることができる。

【００３９】［インクジェット記録方式］ここで本実施
形態に用いられるインクジェット記録方式について説明
する。本発明は、特にインクジェット記録方式の中でも
インク吐出を行わせるために利用されるエネルギーとし
て熱エネルギーを発生する手段（例えば電気熱変換体や
レーザー光等）を備え、前記熱エネルギーによりインク
の状態変化を引き起こさせる方式の記録ヘッド、記録装
置に於いて優れた効果をもたらすものである。

【００４０】その代表的な構成や原理については、例え
ば、米国特許第4723129号明細書、同第4740796号明細書
に開示されている基本的な原理を用いて行うものが好ま
しい。

【００４１】この方式は特にオンデマンド型の場合に
は、液体（インク）が保持されているシートや液路に対
して配置されている電気熱変換体に、記録情報に対応し
ていて核沸騰を越える急速な温度上昇を与える少なくと
も一つの駆動信号を印加することによって、電気熱変換
体に熱エネルギーを発生せしめ、記録ヘッドの熱作用面
に膜沸騰させて、結果的にこの駆動信号に一対一対応し
液体（インク）内の気泡を形成できるので有効である。
この気泡の成長、収縮により、吐出用開口を介して液体
（インク）を吐出させて少なくとも一つの滴を形成す
る。

【００４２】この駆動信号をパルス形状とすると、即時
適切に気泡の成長収縮が行われるので、特に応答性に優
れた液体（インク）の吐出が達成でき、より好ましい。
このパルス形状の駆動信号としては、米国特許第446335
9号明細書、同第4345262号明細書に記載されているよう
なものが適している。尚、上記熱作用面の温度上昇率に
関する発明の米国特許第4313124号明細書に記載されて
いる条件を採用すると、更に優れた記録を行うことがで
きる。

【００４３】記録ヘッドの構成としては、上述の各明細
書に開示されているような吐出口、液路、電気熱変換体
の組み合わせ構成（直線上液路又は直角液流路）の他に
熱作用部が屈曲する領域に配置されている構成を開示す
る米国特許第4558333号明細書、米国特許4459600号明細
書を用いた構成も本発明に含まれるものである。

【００４４】加えて、複数の電気熱変換体に対して、共
通するスリットを電気熱変換体の吐出部とする構成を開
示する特開昭59年第123670号公報や、熱エネルギーの圧
力波を吸収する開孔を吐出部に対応させる構成を開示す
る特開昭59年第138461号公報に基づいた構成としても本
発明は有効である。

【００４５】

【発明の効果】上記説明した如く、本発明に係る記録ヘ
ッド及びインクジェット記録装置においては、記録ヘッ
ドの筐体と吐出部の熱を伝導される放熱手段との間に外
気に通じる空間を設けたことにより、放熱手段の両面か
ら冷却を行うことがでる。従って従来の記録ヘッドの吐
出部及び放熱手段の表面からのみ冷却を行っていた構成
と比して、はるかに効率的な冷却を行うことができる。
このことから、より長時間に渡って高品質の画像を安定
して記録することが可能となる。また将来的に、より記
録ヘッドの発熱量が増加した場合であっても、安定した
インクの吐出を行うことが可能である。

【００４６】また記録ヘッドが所定温度以上に上昇した
場合にも、積極的にキャリッジを動かすことにより冷却
を促進させることができ、画像記録を休止する時間を短
縮させて早期に記録ヘッドを回復させることができる。
従って高い稼働率にも耐えることのできるインクジェッ
ト記録装置を低価格に提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１実施形態に係る記録ヘッドの側面図であ
る。

【図２】記録ヘッドの部品を説明する分解説明図であ
る。

【図３】空間内の空気の流れを説明する記録ヘッドの断
面図である。

【図４】空間内の空気の流れを説明する記録ヘッドの下
面分解図である。

【図５】放熱手段からの放熱の様子を説明する記録ヘッ
ドの断面図である。

【図６】第２実施形態に係る記録ヘッド１の斜視図であ
る。

【図７】記録ヘッド底面を説明する部分分解図である。

【図８】記録ヘッド底面を説明する参考図である。

【図９】第３実施形態に係るインクジェット記録装置の
要部構成図である。

【図１０】キャリッジを説明する斜視図である。

【図１１】キャリッジ及び記録ヘッドのダクト内を説明
する平面断面図である。

【図１２】従来の記録ヘッドの構成を説明する図であ
る。

【符号の説明】

Ｓ …シート １ …記録ヘッド ２ …インクタンク ２ａ …ジョイント部 ３ …筐体 ３ａ …保持部 ４ …支持部材 ４ａ …インク供給穴 ５ …吐出部 ６ …フレキシブルケーブル ７ …インク ８ …流路 ９ …ダクト ９ａ …ダクト入口 ９ｂ …ダクト出口 ９ｃ …貫通部 10 …斜面 11 …空気 12 …空気 13 …記録ヘッド 14 …整流部 20 …インクジェット記録装置 21 …給送ローラ 22 …搬送ローラ 23 …キャリッジ 24 …タイミングベルト 25 …主走査軸 26 …主走査軸 27 …排出コロ 28 …開口部

Claims (16)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 主走査方向に移動するキャリッジ上に搭
   載される記録ヘッドであって、 インクを吐出させるエネルギーを発生するエネルギー変
   換手段と、 前記エネルギー変換手段の熱を伝導される放熱手段と、 前記放熱手段を支持する筐体とを有し、 前記筐体と放熱手段との間に外気に通じる空間を設けた
   ことを特徴とする記録ヘッド。
2. 【請求項２】 前記エネルギー変換手段はインクを吐出
   させる吐出部に配置され、前記放熱手段は前記吐出部の
   支持部材であることを特徴とする請求項１記載の記録ヘ
   ッド。
3. 【請求項３】 前記支持部材は板状体であって、 一方の面に前記吐出部を支持すると共に、 他方の面に隣接して前記空間を設けていることを特徴と
   する請求項２記載の記録ヘッド。
4. 【請求項４】 前記吐出部にインクを供給する流路の外
   壁の少なくとも一部が前記空間内に露出することを特徴
   とする請求項２記載の記録ヘッド。
5. 【請求項５】 前記筐体と放熱手段の間に設けた空間
   は、前記キャリッジの移動方向である主走査方向のいず
   れか一方側に開口していることを特徴とする請求項１記
   載の記録ヘッド。
6. 【請求項６】 前記筐体と放熱手段の間に設けた空間
   は、前記キャリッジの移動方向である主走査方向に貫通
   していることを特徴とする請求項１記載の記録ヘッド。
7. 【請求項７】 前記空間は、内部に向かって断面積が小
   さくなるよう傾斜を有していることを特徴とする請求項
   １記載の記録ヘッド。
8. 【請求項８】 前記空間は、上方に向かって断面積が小
   さくなるよう傾斜を有していることを特徴とする請求項
   １記載の記録ヘッド。
9. 【請求項９】 前記支持部材は、前記筐体に主走査方向
   に設けた保持部によって取り付けられていることを特徴
   とする請求項１記載の記録ヘッド。
10. 【請求項１０】 前記空間内に、該空間内を流れる気流
    を導く整流部を設けたことを特徴とする請求項１記載の
    記録ヘッド。
11. 【請求項１１】 主走査方向に移動可能であり、請求項
    １乃至１０のいずれか１項記載の記録ヘッドを搭載しう
    るキャリッジと、シートを副走査方向に間欠搬送しうる
    搬送手段とを有することを特徴とするインクジェット記
    録装置。
12. 【請求項１２】 前記キャリッジの側面に、前記記録ヘ
    ッドに設けた空間に外気を導く開口部を設けたことを特
    徴とする請求項１１記載のインクジェット記録装置。
13. 【請求項１３】 前記キャリッジの開口部は、前記記録
    ヘッドに設けた空間と略対応した位置に設けたことを特
    徴とする請求項１２記載のインクジェット記録装置。
14. 【請求項１４】 前記記録ヘッドの温度が所定温度以上
    に上昇した場合に、 画像記録を休止し、 画像を記録することなく前記キャリッジを走査させるこ
    とを特徴とする請求項１１記載のインクジェット記録装
    置。
15. 【請求項１５】 前記記録ヘッドの温度が所定温度以上
    に上昇した場合に、 画像記録を休止し、 画像を記録することなく、画像を記録する際よりも高速
    に前記キャリッジを走査させることを特徴とする請求項
    １４記載のインクジェット記録装置。
16. 【請求項１６】 前記記録ヘッドの温度が所定温度以上
    に上昇した場合に、 画像記録を休止し、 画像を記録することなく、前記キャリッジを移動可能な
    最大幅で走査させることを特徴とする請求項１４記載の
    インクジェット記録装置。