JP2004098467A - インクジェット記録ヘッド - Google Patents
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Abstract
【課題】基板に搭載された吐出エネルギー発生素子からの熱による印字信頼性の低下を防ぎ、印字信頼性の向上させる。
【解決手段】インク液室の後壁面の基板側下端部において奥行き方向に延在する溝部を形成し、この溝部の内壁面と前記基板によって囲繞された凹部によってインク液室を拡大する。
【選択図】 図１２
【解決手段】インク液室の後壁面の基板側下端部において奥行き方向に延在する溝部を形成し、この溝部の内壁面と前記基板によって囲繞された凹部によってインク液室を拡大する。
【選択図】 図１２
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、記録用のインクをインク吐出口から吐出して記録媒体に付着させることにより記録を行うインクジェット記録装置に関し、さらに詳しくは複数のエネルギー発生素子を有する基板と、インク吐出口、インクノズル、インク液室およびインク流路部を有する樹脂成形部材とを接合することにより構成されるインクジェット記録ヘッドに関する。
【０００２】
【従来の技術】
インクジェット記録方式は、記録ヘッドに設けられた微細な吐出口よりインク滴を飛翔させ、そのインク滴を記録紙面上に着弾させることで所望の記録を行うものである。
【０００３】
図１６は、このようなインクジェット記録方式に用いられる従来のインクジェット記録ヘッドの一部を概略的に示す断面図である。
【０００４】
図１６において、１０１は電気熱変換素子などの吐出エネルギー発生素子が配設される基板である。樹脂成形部１０２は、複数のインク吐出口１０３と、インク吐出口１０３に連通したインク流路となるインクノズル部１０４と、インクノズル部１０４ヘインクを供給するインク液室１０５と、インク液室１０５と図示しないインクタンクユニットとを連通させるインク流路部１０７等を有し、これらが一体成形若しくはレーザー加工成形されている。１０８は基板１及び樹脂成形部１０２を支持するためのＡｌ部材である。１０９は基板１０１と樹脂成形部１０２を機械的荷重により密着接合させるためのばね部材である。
【０００５】
このようなばね部材１０９などによる機械的荷重によって基板１０１と樹脂成形部１０２とが密着接合されているインクジェットヘッドに関しては、特許文献１、特許文献２等で提案されている。
【０００６】
図１６を用いて、上記公報に提案されたインクジェットヘッドについてさらに説明する。通常、インクジェット記録ヘッドにおいては、吐出口１０３より安定したインク吐出を行い、良好な印字状態を維持するために、定期的に若しくは必要に応じて、プリンタ本体に備えられた、吸引回復装置を用いて、図１６に示したインク吐出口１０３、インクノズル部１０４、インク液室１０５、インク流路部１０７などの気泡除去、インク充填を行っている。吸引回復装置は、全ての吐出口１０３をカバーする吸引回復キャップ、この吸引回復キャップを介してインクを吸引するためのポンプなどを有している。
【０００７】
次に、図１６に基づき従来のインクジェット記録ヘッドのインクの流れに関して説明する。インク流通路でのインク流れは二種類に分類できる。
【０００８】
まず、インク吐出時の第１のインク流れについて説明する。初期状態では、吐出口１０３の表面ではインク表面張力によってインクメニスカスが保持され、吐出口表面からインクタンクユニットまでインクが満たされている。エネルギー発生素子による熱によってインクノズル１０４内に気泡が発生すると、その圧力により吐出口１０３からインクが飛翔する。
【０００９】
次の状態では、飛翔したインクの体積分インクメニスカス面がインクノズル１０４内で後退し、その後インクメニスカス面は毛管力によって吐出口１０３の表面まで復帰し、初期状態に復元する。このような一連のインク吐出動作により、インクの体積補完が必要となり、インクタンクユニットからインク吐出口１０３に向かう緩やかなインク流が発生する。
【００１０】
次に、吸引回復動作を行った際の第２のインク流れに関して説明する。
【００１１】
ポンプによる吸引回復は、全インク流路中にインクがほとんどなくインク充填の必要がある場合、またはインク流路中の残留気泡及び長期の未使用状態によって成長した気泡を除去するために行われる。この吸引回復によって発生するインク流路中のインク流は、非常に高い圧力差によって発生するために、非常に速い。この速いインク流によって残留気泡のないインク充填とインク流路中の気泡除去が可能になる。
【００１２】
このようなインク流路中の気泡除去処理は、良好な印字、高い印字信頼性を維持するためには必要不可欠である。こうしたインク液室内及びインク流路中の残留気泡の低減と、放置による気泡の成長を抑制するための従来技術としては、特許文献３などがある。
【００１３】
【特許文献１】
特開平３−１０１９５５号公報
【００１４】
【特許文献２】
特開平８−１４２３２９号公報
【００１５】
【特許文献３】
特開平８−２６７７５１号公報
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、最近のインクジェット記録装置では、より高解像度且つ高精細な記録が求められており、インクドットの高密度化が必要となっている。この紙面上でのインクドットの高密度化を実現するにあたって必要となるのが、飛翔させるインク滴の小液滴化である。
【００１７】
小インク滴化は、前記インク吐出口１０３を小面積とすることにより実現可能である。しかしながら、前記インク吐出口１０３の小面積化を行うと、上記従来技術の場合、インクジェット記録ヘッドの吸引回復時、即ちインクタンクユニットからインクノズル１０４、インク液室１０５、インク流路部１０７へインクを充填する時、若しくはインクノズル１０４、インク液室１０５、インク流路部１０７中の泡を除去する時に、小面積化されたインク吐出口１０３による高い流抵抗によるインク流速の低下によって、インク充填、泡溜りの除去が不十分となる場合が発生する。
【００１８】
インク充填、泡溜り除去が十分に行えない場合、印字途中のインク不吐出や、インクジェットヘッドの放置後の再使用時に、インク切れを発生する等の不具合が発生する。
【００１９】
これは、主に上記従来技術のインク液室１０５の形状に問題があると考えられる。
【００２０】
すなわち、記録紙面上にて形成される画像の解像度を、１インチ四方当たり３６０インクドット（すなわち３６０ｄｐｉ）とすると、この解像度に最適なインク滴の量は４０〜９０ｐｌ（ピコリットル：１×１０−９リットル）であり、このインク量を吐出するために最適なインク吐出口面積は３６０〜９００μｍ２である。
【００２１】
この吐出口面積の場合は、従来の吸引回復ポンプが発生する−０．３〜０．６ｋｇｆ／ｃｍ２の程度の吸引圧力によって、インクジェットヘッド内の充分な気泡除去及びインク充填が可能であった。
【００２２】
しかしながら、記録解像度を６００ｄｐｉに上げると、最適なインク滴量は１５〜２０ｐｌまで下げられ、これに対応するインク吐出口面積は２３０μｍ２前後となり、したがってインク吐出口での流抵抗は著しく高くなる。
【００２３】
この結果、従来の液室形状では、同じ吸引回復ポンプによって回復動作を行った際、インク液室内に充分なインク流速を得る事ができず、泡残りが発生した。特に、図１６において、インク流路部１０７からインク液室１０５へその幅が急拡大する部分、すなわちＡ，Ｂ領域等では、渦流が発生し、主にこの領域に泡残りが発生した。
【００２４】
また、従来のインク液室１０５は、図１６に示すように、基板１０１とインクノズル１０４の直後のインク液室上面壁とのなす角度を４５度前後として、インクノズル１０４の近傍の気泡除去を主目的とする液室形状を呈していた。
【００２５】
ところで、通常のインクジェット記録ヘッドのインク吐出口の数は６４〜１２８ノズルで、吐出周波数は６．２５ｋｈｚ程度であるが（吐出周波数：１ノズル当たりの１秒間の吐出回数）、最近は、インクジェットプリンタの印字速度向上も求められており、このためには、１回の印字スキャンでの印字領域の拡大のためのインクノズル数の増加と、印字スキャン速度の向上のための吐出周波数の上昇が必要となる。
【００２６】
ところが、インクノズル数が増加し吐出周波数が上昇すると、基板１０１に搭載されたエネルギー発生素子が発生する熱量も増加し、インクジェットヘッド内の残留気泡が熱によって体積膨張し印字信頼性の悪化を招く、インクジェットヘッドの昇温によりインク吐出量が増加し画像品位の劣化を引き起こす等の問題点が発生した。
【００２７】
このように、従来技術においては、高精細な画像を得るための高密度化されたインクジェットヘッドの残留気泡の除去性の悪化と、印字速度向上のための多インクノズルおよび高吐出周波数のインクジェットヘッドの熱による印字信頼性の悪化が問題であった。
【００２８】
本発明は上記のような問題点を考慮してなされたもので、基板に搭載された吐出エネルギー発生素子からの熱による印字信頼性の低下を防ぎ、印字信頼性の高いインクジェット記録ヘッドを提供する事を解決課題としている。
【００２９】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明では、インクを吐出する複数のインク吐出口と、該複数のインク吐出口にそれぞれ連通する複数のインクノズル部と、これら複数のインクノズル部とつながるインク液室と、このインク液室とインクタンクユニットとをつなぐインク流路部とを有する成形部材と、前記インクを吐出するための複数の吐出エネルギー発生素子が配列され、前記成形部材に固定される基板とを備えたインクジェット記録ヘッドにおいて、前記インク液室の後壁面の基板側下端部において奥行き方向に延在する溝部を形成し、この溝部の内壁面と前記基板によって囲繞された凹部によってインク液室を拡大するようにしている。
【００３０】
請求項２の発明では、請求項１の発明において、前記基板との接合面におけるインク液室の面積から前記基板との接合面における前記凹部の面積を差し引いた面積に対する前記基板との接合面におけるインク液室の面積の比を２．１以下とするようにしている。
【００３１】
請求項３の発明では、請求項１の発明において、前記凹部の間隙幅を０．１７ｍｍ〜０．２ｍｍとすることを特徴としている。
【００３２】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照してこの発明の実施形態を説明する。
【００３３】
図１は本発明にかかるインクジェット記録ヘッドが搭載されるインクジェットプリンタのキャリッジ移動機構の一実施形態を示すものである。
【００３４】
図１に示すインクジェットプリンタにおいては、キャリッジ３０上に２つのインクタンクユニット４０が搭載されている。２つのインクタンクユニット４０としては、黒インク用、カラーインク用、定着用処理液用、淡色インク用などのものから１つあるいは２つを適宜選択して搭載することができる。
【００３５】
キャリッジ３０は図示しないガイドシャフトに支持されるとともに一対のプーリ３１間に掛け渡された無端ベルト３２に固定されており、無端ベルト３２の移動によって往復移動可能となっている。一方のプーリ３１の回転軸はキャリッジ駆動モータに連結されている。６０はインクジェットヘッド内のインク充填及び気泡除去を行う吸引回復装置である。
【００３６】
図２はインクジェットカートリッジ５０の概観構成を示すものである。
【００３７】
インクジェットカートリッジ５０は、ホルダユニット４１と、このホルダユニット４１に上方から着脱可能に装填される１つ又は２つのインクタンクユニット４０と、ホルダユニット４１の下面側に固定的に設けられているインクジェット記録ヘッド１０とで構成されている。
【００３８】
まず、図３〜図１１を用いてインク液室の泡抜け性に関する改良に関して説明する。
図３は本発明にかかるインクジェット記録ヘッド１０の一実施形態の概観構成を示す斜視図であり、図４はインクジェット記録ヘッド１０の分解状態を示す組み立て図である。
【００３９】
これら図３および図４に示すように、インクジェット記録ヘッド１０は、後述する形態でインク流路、インク液室、インクノズル、インク吐出口が形成されている樹脂成形部材２と、インク吐出用エネルギー発生素子を具備している基板３と、基板３を支持するアルミニウムなどで構成される支持プレート４と、弾性を有するバネ体で構成され基板３を樹脂成形部材２に押圧しこれらを密着固定する押圧部材５と、基板３とプリンタ本体とを電気的に接合する配線基板６と、樹脂成形部材２に形成された複数のインク吐出口７と、樹脂成形部材のインク流路を上記ホルダーユニット４１を介して上記インクタンクユニットに連結するためのゴムなどで構成されたシール部材８とを有している。
【００４０】
樹脂成形部材２は、インク流路、インク液室、インクノズル、インク吐出口などが一体成形されるかあるいはレーザー加工によって一体形成される。これらの樹脂成形部材２は、インクに侵されにくい材料がで構成されており、具体的な材料としてはポリサルフォンが望ましい。
【００４１】
インク吐出用エネルギー発生素子を具備する基板３は、熱エネルギーをインクに加えることによりインクに膜沸騰を発生させて記録を行うもので、基板３には、Ｓｉ基板上に列状に配設された複数のエネルギー発生素子と、これに電力を供給する成膜技術によって形成されるＡｌ等の電気配線と、シフトレジスタと、駆動用トランジスタなどが内蔵されている。この基板３と樹脂成形部材２は、高精度で組み立てられている。
【００４２】
基板３とプリンタ本体とを電気的に接続するのが配線基板６であり、片側に基板３とＴＡＢでつながっており、もう一方はプリンタ本体から電気信号を受けるためのコネクションパットを有している。コネクションパッドは、精度良く樹脂成形部材２に接着固定されている。
【００４３】
また、基板３は、支持プレート４を介して押圧部材５によって樹脂成形部材２に押圧固定されている。なお、基板３を支持プレート４に接着固定し、樹脂成形部材２を基板３を介してバネ部材５で押圧することで、樹脂成形部材２と基板３とを接合してもよい。
【００４４】
このような構成のインクジェット記録ヘッド１０は、シール部材８、封止剤等の連結材によってホルダーユニット４１と気密接合され、ネジ、かしめ等によってホルダユニット４１に固定される。
【００４５】
つぎに、本発明の要部であるインク液室形状に関して説明する。
【００４６】
図５は本発明の一実施形態のインク液室などを示すものであり、図６は図５の中心線Ｏ−Ｏ´に沿って紙面に垂直な方向にインク液室を切断した状態を示すものである。すなわち、図６はインク液室を図５の矢印Ｃの正面方向から見た断面図である。
【００４７】
これら図５および図６は、６００ｄｐｉの高精細ヘッドに適したインク液室の形状を示すものである。
【００４８】
図５および図６において、１２はインク液室１３と前記インクタンクユニット４０とを連通するインク流路である。１３はインク流路１２から供給されたインクを複数のインクノズル１４に供給するインク液室である。１４は樹脂成形部材２に予め形成されている若しくはレーザー加工によって形成されるインクノズル部である。１５は樹脂成形部材２にレーザー加工等によって形成されるインク吐出口である。また、１６はエネルギー発生素子を具備する基板であり、樹脂成形部材２に密着接合される。
【００４９】
このインクジェット記録ヘッドがプリンタ本体に搭載された状態において、プリンタ本体に具備されている吸引回復装置６０の吸引回復キャップは、図５のＣ方向からインクジェット記録ヘッドのインク吐出口を有するフェース面に当接密着し、吸引回復ポンプによって発生される負圧によりインクジェット記録ヘッド内のインクを吸引する。すなわち、吸引回復キャップがインクジェットヘッドのフェース面に当接密着された後、吸引回復動作が実行され、前述したインクジェット記録ヘッド内でのインク流が発生する。
【００５０】
ここで、本インク液室１３においては、まず、図５に示すように、インク流路１２の最下部におけるインクノズル１４の長手方向に沿った長さすなわち奥行き方向の幅ｄ１と、インク液室１３の最上部（インク流路１２との接合面）における同奥行き方向の幅ｄ２との比ｄ２／ｄ１を１．７／１以下とするようにしている。すなわち、比ｄ２／ｄ１を１．７／１以下とすることにより、先の図１６に示したような、インクノズルの長手方向に延びる大きな泡溜まり部Ａ，Ｂを形成しないようにしており、これにより、インク流路１２からインク液室１３に流れるインク流による渦流の発生が抑制され、速度の遅いインク流であってもインク液室１３に泡溜りを残すこと無く、回復動作を行う事が可能となる。なお、上記比ｄ２／ｄ１は、１．１／１〜１．７／１の範囲で残泡性に関して所定の効果が得られることが確認されている。
【００５１】
次に、本インク液室１３においては、インクノズル部１４の直後に位置するインク液室１３の前面壁１７の基板３に対する角度θＦをθＦ＞６０°としている。
【００５２】
これにより、インク液室１３中のインク流路１２の直後で幅が広くなるＡ，Ｂ部分が、インク流線がカーブする領域とはならず、インク流線が図５の矢印で示すように直線状となるので、吸引回復時に、Ａ，Ｂ部分において従来のような流速低下が発生しない。
【００５３】
また、このインク液室１３においては、インク液室１３を形成する側面壁１８の基板３に対する角度θＲ，θＬ（図６参照）と、インク液室１３の後面壁１９の基板３に対する角度θＢを６０°〜１１０°の角度としている。
【００５４】
この場合、図６に示すように、インク液室１３とインク流路１２のインク吐出口の並設方向の幅Ｗ２，Ｗ１に関する比Ｗ２／Ｗ１は２／１程度となっているが、こちらの方向に関してはインクノズル１４が並設されているため、インクはインク液室１３の幅方向全域にわたって流れ、図４中に矢印で示すようなインク流線が発生し、泡溜りは発生しにくい。
【００５５】
さらに、本インク室１３においては、図５に示すように、インク液室の奥行き方向の平均幅ｄａに対するインク液室１３のインク流路部との接合面までの高さｈの比ｈ／ｄａを１．５／１としている。すなわち、従来に比べ、インク室を縦長とし、これによりインク液室１３にインク流速の変化によるヘッド内の圧力変化を吸収するだけの緩衝体積を得る事が可能となり、インク吐出量、インク吐出速度等を安定することができる。
【００５６】
また、本インク室１３によれば、θＦを急角度にし、かつインク液室を縦長にしているので、万が一、残留気泡が発生した場合においても、残留気泡はインク液室１３の高所側に移動し、印字に対して悪影響を及ぼしにくい効果も併せ持っている。なお、上記比ｈ／ｄａは、１．１／１〜１．５／１の範囲で所定の効果が得られることが確認されている。
【００５７】
つぎに、図８〜図１１に示す４つのタイプ（タイプ１〜タイプ４）によるインク液室を用いて泡抜け性（液室内へのインク充填性、気泡除去性）、印字持続性、放置後印字持続性などの性能評価を行った実験結果を図７に示す。
【００５８】
図８に示すタイプ１のインク液室では、θＦ＝８０°とし、比ｈ／ｄａ＝１．１２とし、比ｄ２／ｄ１＝１．７としている。
【００５９】
図９に示すタイプ２のインク液室では、θＦ＝６０°とし、比ｈ／ｄａ＝１．５とし、比ｄ２／ｄ１＝１．３５としている。
【００６０】
図１０に示すタイプ３のインク液室では、θＦ＝４５°とし、比ｈ／ｄａ＝０．８４とし、比ｄ２／ｄ１＝１．４４としている。
【００６１】
図１１に示すタイプ４のインク液室では、θＦ＝３０°とし、比ｈ／ｄａ＝０．７１とし、比ｄ２／ｄ１＝１．５としている。
【００６２】
この場合は、図７の実験結果からも判るように、タイプ１およびタイプ２のインク液室において、泡抜け性、印字持続性、放置後印字持続性の面で優れた結果が得られているが、θＦおよび比ｈ／ｄａの条件を満足していないタイプ３，４のインク液室ではこれらの性能に関して満足すべき結果は得られなかった。
【００６３】
以上が高精細インクジェットヘッドの泡抜け性に関する説明である。
【００６４】
つぎに、図１２〜図１５を用いてインク液室の放熱性能に関する改良について説明する。
【００６５】
図１２は、前述した泡抜け性に加えて、高印字周波数及び多ノズル数の際の放熱特性も改良したインク液室１３の側断面形状を示すものである。また、図１３は図１２のＤ−Ｄ断面図である。なお、図１２は図１３のＥ−Ｅ断面図である。
【００６６】
これら図１２および図１３に示すインク室においては、インク液室１３の後壁面１９の基板３側の下端部に奥行き方向に延在する溝部７０を形成し、この溝部７０の内壁面７１と前記基板３の表面によって囲繞された凹部７０によってインク液室１３自体およびインク液室１３の基板３との接合面を拡大するようにしている。
【００６７】
凹部７０は、図１３に示すように，面積Ｓ２の略ブーメラン状の平面形状を呈している。凹部７０以外のインク液室１３の基板３との接合面７２の面積はＳ１である。
【００６８】
インク液室１３の基板３との接合面において、基板３との接合面におけるインク液室１３の面積（Ｓ１＋Ｓ２）から前記基板３との接合面における前記凹部７０の面積Ｓ２を差し引いた面積Ｓ１に対する前記基板との接合面におけるインク液室の面積（Ｓ１＋Ｓ２）の比、すなわち（Ｓ１＋Ｓ２）／Ｓ１は２．１以下とすると、放熱性能の面で所定の効果を得ることができる。
【００６９】
すなわち，このインク液室１３においては、基板３と接合する面において、それ以外の上方部分の面積に対し，その面積が最大となっている。
【００７０】
また、上記凹部７０の隙間幅ｑ１は、０．１７ｍｍ〜０．２ｍｍが、最も泡抜け性の面で適当である。
【００７１】
このように、このインク液室１３においては、液室拡大部（凹部）７０を設けることによってインク液室１３内のインクと基板３の接触面積を増大させるようにしているので、インク吐出時に基板３より発生する熱がインク液室１３内のインクに積極的に伝導され、これにより放熱効果を高めることが可能となる。
【００７２】
図１４にインク液室に液室拡大部７０を具備していないインクジェット記録ヘッドの温度上昇の経時特性を示し、図１５にインク液室に液室拡大部７０を具備しているインクジェット記録ヘッドの温度上昇の経時特性を示す。
【００７３】
これらの実験では、インク吐出量を２０ｐｌ、吐出周波数を９．６ｋｈｚ、ノズル数を１２０とし、Ａ４用紙相当分インク吐出させた場合のインクの温度上昇を測定している。
【００７４】
図１４の場合は、インクは５６℃まで上昇しているのに対し、図１５の場合はインクは５１℃までしか上昇しておらず、両者には約５℃の差がある。
【００７５】
この測定条件は、Ａ４用紙１枚のみの場合であり、連続して印字が行われた場合には、更に温度差は拡大していく。また、この測定は１２０ノズル使用時であり、ノズル数が更に増加した場合においても昇温差は拡大する。
【００７６】
このようにこの図１２および図１３に示す実施形態においては、インク液室１３の基板接合面に液室拡大部７０を具備するようにしたので、インクジェットヘッドのインク吐出によって発生する温度上昇を抑制する事が可能となり、残留気泡の成長による印字不良の発生、インクジェットヘッドの昇温によるインク吐出量の変化等を防止、抑制する事ができ、印字信頼性の高い高精細のインクジェットヘッドを提供する事が可能となる。
【００７７】
なお、上記実施形態では、インクジェット記録ヘッドとインクタンクユニットと分離可能としているが、インクジェット記録ヘッドとインクタンクユニットとが一体的に構成されたタイプのインクジェットカートリッジに本発明を適用するようにしてもよい。
【００７８】
（その他）
なお、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として熱エネルギを発生する手段（例えば電気熱変換体やレーザ光等）を備え、前記熱エネルギによりインクの状態変化を生起させる方式の記録ヘッド、記録装置において優れた効果をもたらすものである。かかる方式によれば記録の高密度化，高精細化が達成できるからである。
【００７９】
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。この方式は所謂オンデマンド型，コンティニュアス型のいずれにも適用可能であるが、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応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１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を発生せしめ、記録ヘッドの熱作用面に膜沸騰を生じさせて、結果的にこの駆動信号に一対一で対応した液体（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１つの滴を形成する。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４４６３３５９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。なお、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、さらに優れた記録を行うことができる。
【００８０】
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，電気熱変換体の組合せ構成（直線状液流路または直角液流路）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，米国特許第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。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５９−１２３６７０号公報や熱エネルギ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５９−１３８４６１号公報に基いた構成としても本発明の効果は有効である。すなわち、記録ヘッドの形態がどのようなものであっても、本発明によれば記録を確実に効率よく行うことができるようになるからである。
【００８１】
さらに、記録装置が記録できる記録媒体の最大幅に対応した長さを有するフルラインタイプの記録ヘッドに対しても本発明は有効に適用できる。そのような記録ヘッドとしては、複数記録ヘッドの組合せによってその長さを満たす構成や、一体的に形成された１個の記録ヘッドとしての構成のいずれでもよい。
【００８２】
加えて、上例のようなシリアルタイプのものでも、装置本体に固定された記録ヘッド、あるいは装置本体に装着されることで装置本体との電気的な接続や装置本体からのインクの供給が可能になる交換自在のチップタイプの記録ヘッド、あるいは記録ヘッド自体に一体的にインクタンクが設けられたカートリッジタイプの記録ヘッドを用いた場合にも本発明は有効である。
【００８３】
また、本発明の記録装置の構成として、記録ヘッドの吐出回復手段、予備的な補助手段等を付加することは本発明の効果を一層安定できるので、好ましいものである。これらを具体的に挙げれば、記録ヘッドに対してのキャッピング手段、クリーニング手段、加圧或は吸引手段、電気熱変換体或はこれとは別の加熱素子或はこれらの組み合わせを用いて加熱を行う予備加熱手段、記録とは別の吐出を行なう予備吐出手段を挙げることができる。
【００８４】
また、搭載される記録ヘッドの種類ないし個数についても、例えば単色のインクに対応して１個のみが設けられたものの他、記録色や濃度を異にする複数のインクに対応して複数個数設けられるものであってもよい。すなわち、例えば記録装置の記録モードとしては黒色等の主流色のみの記録モードだけではなく、記録ヘッドを一体的に構成するか複数個の組み合わせによるかいずれでもよいが、異なる色の複色カラー、または混色によるフルカラーの各記録モードの少なくとも一つを備えた装置にも本発明は極めて有効である。
【００８５】
さらに加えて、以上説明した本発明実施例においては、インクを液体として説明しているが、室温やそれ以下で固化するインクであって、室温で軟化もしくは液化するものを用いてもよく、あるいはインクジェット方式ではインク自体を３０℃以上７０℃以下の範囲内で温度調整を行ってインクの粘性を安定吐出範囲にあるように温度制御するものが一般的であるから、使用記録信号付与時にインクが液状をなすものを用いてもよい。加えて、熱エネルギによる昇温を、インクの固形状態から液体状態への状態変化のエネルギとして使用せしめることで積極的に防止するため、またはインクの蒸発を防止するため、放置状態で固化し加熱によって液化するインクを用いてもよい。いずれにしても熱エネルギの記録信号に応じた付与によってインクが液化し、液状インクが吐出されるものや、記録媒体に到達する時点ではすでに固化し始めるもの等のような、熱エネルギの付与によって初めて液化する性質のインクを使用する場合も本発明は適用可能である。このような場合のインクは、特開昭５４−５６８４７号公報あるいは特開昭６０−７１２６０号公報に記載されるような、多孔質シート凹部または貫通孔に液状又は固形物として保持された状態で、電気熱変換体に対して対向するような形態としてもよい。本発明においては、上述した各インクに対して最も有効なものは、上述した膜沸騰方式を実行するものである。
【００８６】
さらに加えて、本発明インクジェット記録装置の形態としては、コンピュータ等の情報処理機器の画像出力端末として用いられるものの他、リーダ等と組合せた複写装置、さらには送受信機能を有するファクシミリ装置の形態を採るもの等であってもよい。
【００８７】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、前記インク液室の後壁面の基板側下端部において奥行き方向に延在する溝部を形成し、この溝部の内壁面と前記基板によって囲繞された凹部によってインク液室を拡大するようにしたので、インク吐出によって発生するインクの温度上昇を抑制する事が可能となり、残留気泡の成長による印字不良の発生、インクジェットヘッドの昇温によるインク吐出量の変化等を防止、抑制する事ができ、印字信頼性の高い高精細のインクジェットヘッドを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】
本発明にかかるインクジェット記録ヘッドの一実施形態の概観構成を示す斜視
図である。
【図２】
インクジェット記録ヘッドの分解状態を示す組み立て図である。
【図３】
本発明に関わるインクジェット記録ヘッドの一実施形態の概観を示す斜視図で
ある。
【図４】
本発明に関わるインクジェット記録ヘッドの一実施形態の詳細構成を示す分解
斜視図である。
【図５】
本発明に関わるインクジェット記録ヘッドの一実施形態のインク液室の側断面
図である。
【図６】
本発明に関わるインクジェット記録ヘッドの一実施形態のインク液室の横断面
図である。
【図７】
各種タイプのインク液室を用いた場合の性能評価を示す表図である。
【図８】
タイプ１のインク液室を示す側断面図である。
【図９】
タイプ２のインク液室を示す側断面図である。
【図１０】
タイプ３のインク液室を示す側断面図である。
【図１１】
タイプ４のインク液室を示す側断面図である。
【図１２】
本発明に関わるインクジェット記録ヘッドの他の実施形態のインク液室の側断面図である。
【図１３】図１２に示すインクジェット記録ヘッドのインク液室の横断面図である。
【図１４】インク液室拡大部を具備しないインクジェット記録ヘッドの昇温経時特性を示す図である。
【図１５】インク液室拡大部を具備するインクジェット記録ヘッドの昇温経時特性を示す図である。
【図１６】従来のインクジェット記録ヘッドのインク液室を概略的に示す側断面図である。
【符号の説明】
２ 樹脂成形部材
３ 基板
４ 支持プレート
５ ばね部材
６ 配線基板
７ インク吐出口
８ ゴム部材
１０ インクジェット記録ヘッド
１２ インク流路
１３ インク液室
１４ インクノズル
１５ インク吐出口
３０ キャリッジ
３１ プーリ
３２ 無端ベルト
４０ インクタンクユニット
４１ ホルダユニット
５０ インクジェットカートリッジ
６０ 吸引回復装置
７０ 溝部（凹部、液室拡大部）
１０１ 基板
１０２ 樹脂成形部
１０３ インク吐出口
１０４ インクノズル部
１０５ インク液室
１０７ インク流路部
１０８ Ａｌ部材
１０９ ばね部材
【発明の属する技術分野】
本発明は、記録用のインクをインク吐出口から吐出して記録媒体に付着させることにより記録を行うインクジェット記録装置に関し、さらに詳しくは複数のエネルギー発生素子を有する基板と、インク吐出口、インクノズル、インク液室およびインク流路部を有する樹脂成形部材とを接合することにより構成されるインクジェット記録ヘッドに関する。
【０００２】
【従来の技術】
インクジェット記録方式は、記録ヘッドに設けられた微細な吐出口よりインク滴を飛翔させ、そのインク滴を記録紙面上に着弾させることで所望の記録を行うものである。
【０００３】
図１６は、このようなインクジェット記録方式に用いられる従来のインクジェット記録ヘッドの一部を概略的に示す断面図である。
【０００４】
図１６において、１０１は電気熱変換素子などの吐出エネルギー発生素子が配設される基板である。樹脂成形部１０２は、複数のインク吐出口１０３と、インク吐出口１０３に連通したインク流路となるインクノズル部１０４と、インクノズル部１０４ヘインクを供給するインク液室１０５と、インク液室１０５と図示しないインクタンクユニットとを連通させるインク流路部１０７等を有し、これらが一体成形若しくはレーザー加工成形されている。１０８は基板１及び樹脂成形部１０２を支持するためのＡｌ部材である。１０９は基板１０１と樹脂成形部１０２を機械的荷重により密着接合させるためのばね部材である。
【０００５】
このようなばね部材１０９などによる機械的荷重によって基板１０１と樹脂成形部１０２とが密着接合されているインクジェットヘッドに関しては、特許文献１、特許文献２等で提案されている。
【０００６】
図１６を用いて、上記公報に提案されたインクジェットヘッドについてさらに説明する。通常、インクジェット記録ヘッドにおいては、吐出口１０３より安定したインク吐出を行い、良好な印字状態を維持するために、定期的に若しくは必要に応じて、プリンタ本体に備えられた、吸引回復装置を用いて、図１６に示したインク吐出口１０３、インクノズル部１０４、インク液室１０５、インク流路部１０７などの気泡除去、インク充填を行っている。吸引回復装置は、全ての吐出口１０３をカバーする吸引回復キャップ、この吸引回復キャップを介してインクを吸引するためのポンプなどを有している。
【０００７】
次に、図１６に基づき従来のインクジェット記録ヘッドのインクの流れに関して説明する。インク流通路でのインク流れは二種類に分類できる。
【０００８】
まず、インク吐出時の第１のインク流れについて説明する。初期状態では、吐出口１０３の表面ではインク表面張力によってインクメニスカスが保持され、吐出口表面からインクタンクユニットまでインクが満たされている。エネルギー発生素子による熱によってインクノズル１０４内に気泡が発生すると、その圧力により吐出口１０３からインクが飛翔する。
【０００９】
次の状態では、飛翔したインクの体積分インクメニスカス面がインクノズル１０４内で後退し、その後インクメニスカス面は毛管力によって吐出口１０３の表面まで復帰し、初期状態に復元する。このような一連のインク吐出動作により、インクの体積補完が必要となり、インクタンクユニットからインク吐出口１０３に向かう緩やかなインク流が発生する。
【００１０】
次に、吸引回復動作を行った際の第２のインク流れに関して説明する。
【００１１】
ポンプによる吸引回復は、全インク流路中にインクがほとんどなくインク充填の必要がある場合、またはインク流路中の残留気泡及び長期の未使用状態によって成長した気泡を除去するために行われる。この吸引回復によって発生するインク流路中のインク流は、非常に高い圧力差によって発生するために、非常に速い。この速いインク流によって残留気泡のないインク充填とインク流路中の気泡除去が可能になる。
【００１２】
このようなインク流路中の気泡除去処理は、良好な印字、高い印字信頼性を維持するためには必要不可欠である。こうしたインク液室内及びインク流路中の残留気泡の低減と、放置による気泡の成長を抑制するための従来技術としては、特許文献３などがある。
【００１３】
【特許文献１】
特開平３−１０１９５５号公報
【００１４】
【特許文献２】
特開平８−１４２３２９号公報
【００１５】
【特許文献３】
特開平８−２６７７５１号公報
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、最近のインクジェット記録装置では、より高解像度且つ高精細な記録が求められており、インクドットの高密度化が必要となっている。この紙面上でのインクドットの高密度化を実現するにあたって必要となるのが、飛翔させるインク滴の小液滴化である。
【００１７】
小インク滴化は、前記インク吐出口１０３を小面積とすることにより実現可能である。しかしながら、前記インク吐出口１０３の小面積化を行うと、上記従来技術の場合、インクジェット記録ヘッドの吸引回復時、即ちインクタンクユニットからインクノズル１０４、インク液室１０５、インク流路部１０７へインクを充填する時、若しくはインクノズル１０４、インク液室１０５、インク流路部１０７中の泡を除去する時に、小面積化されたインク吐出口１０３による高い流抵抗によるインク流速の低下によって、インク充填、泡溜りの除去が不十分となる場合が発生する。
【００１８】
インク充填、泡溜り除去が十分に行えない場合、印字途中のインク不吐出や、インクジェットヘッドの放置後の再使用時に、インク切れを発生する等の不具合が発生する。
【００１９】
これは、主に上記従来技術のインク液室１０５の形状に問題があると考えられる。
【００２０】
すなわち、記録紙面上にて形成される画像の解像度を、１インチ四方当たり３６０インクドット（すなわち３６０ｄｐｉ）とすると、この解像度に最適なインク滴の量は４０〜９０ｐｌ（ピコリットル：１×１０−９リットル）であり、このインク量を吐出するために最適なインク吐出口面積は３６０〜９００μｍ２である。
【００２１】
この吐出口面積の場合は、従来の吸引回復ポンプが発生する−０．３〜０．６ｋｇｆ／ｃｍ２の程度の吸引圧力によって、インクジェットヘッド内の充分な気泡除去及びインク充填が可能であった。
【００２２】
しかしながら、記録解像度を６００ｄｐｉに上げると、最適なインク滴量は１５〜２０ｐｌまで下げられ、これに対応するインク吐出口面積は２３０μｍ２前後となり、したがってインク吐出口での流抵抗は著しく高くなる。
【００２３】
この結果、従来の液室形状では、同じ吸引回復ポンプによって回復動作を行った際、インク液室内に充分なインク流速を得る事ができず、泡残りが発生した。特に、図１６において、インク流路部１０７からインク液室１０５へその幅が急拡大する部分、すなわちＡ，Ｂ領域等では、渦流が発生し、主にこの領域に泡残りが発生した。
【００２４】
また、従来のインク液室１０５は、図１６に示すように、基板１０１とインクノズル１０４の直後のインク液室上面壁とのなす角度を４５度前後として、インクノズル１０４の近傍の気泡除去を主目的とする液室形状を呈していた。
【００２５】
ところで、通常のインクジェット記録ヘッドのインク吐出口の数は６４〜１２８ノズルで、吐出周波数は６．２５ｋｈｚ程度であるが（吐出周波数：１ノズル当たりの１秒間の吐出回数）、最近は、インクジェットプリンタの印字速度向上も求められており、このためには、１回の印字スキャンでの印字領域の拡大のためのインクノズル数の増加と、印字スキャン速度の向上のための吐出周波数の上昇が必要となる。
【００２６】
ところが、インクノズル数が増加し吐出周波数が上昇すると、基板１０１に搭載されたエネルギー発生素子が発生する熱量も増加し、インクジェットヘッド内の残留気泡が熱によって体積膨張し印字信頼性の悪化を招く、インクジェットヘッドの昇温によりインク吐出量が増加し画像品位の劣化を引き起こす等の問題点が発生した。
【００２７】
このように、従来技術においては、高精細な画像を得るための高密度化されたインクジェットヘッドの残留気泡の除去性の悪化と、印字速度向上のための多インクノズルおよび高吐出周波数のインクジェットヘッドの熱による印字信頼性の悪化が問題であった。
【００２８】
本発明は上記のような問題点を考慮してなされたもので、基板に搭載された吐出エネルギー発生素子からの熱による印字信頼性の低下を防ぎ、印字信頼性の高いインクジェット記録ヘッドを提供する事を解決課題としている。
【００２９】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明では、インクを吐出する複数のインク吐出口と、該複数のインク吐出口にそれぞれ連通する複数のインクノズル部と、これら複数のインクノズル部とつながるインク液室と、このインク液室とインクタンクユニットとをつなぐインク流路部とを有する成形部材と、前記インクを吐出するための複数の吐出エネルギー発生素子が配列され、前記成形部材に固定される基板とを備えたインクジェット記録ヘッドにおいて、前記インク液室の後壁面の基板側下端部において奥行き方向に延在する溝部を形成し、この溝部の内壁面と前記基板によって囲繞された凹部によってインク液室を拡大するようにしている。
【００３０】
請求項２の発明では、請求項１の発明において、前記基板との接合面におけるインク液室の面積から前記基板との接合面における前記凹部の面積を差し引いた面積に対する前記基板との接合面におけるインク液室の面積の比を２．１以下とするようにしている。
【００３１】
請求項３の発明では、請求項１の発明において、前記凹部の間隙幅を０．１７ｍｍ〜０．２ｍｍとすることを特徴としている。
【００３２】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照してこの発明の実施形態を説明する。
【００３３】
図１は本発明にかかるインクジェット記録ヘッドが搭載されるインクジェットプリンタのキャリッジ移動機構の一実施形態を示すものである。
【００３４】
図１に示すインクジェットプリンタにおいては、キャリッジ３０上に２つのインクタンクユニット４０が搭載されている。２つのインクタンクユニット４０としては、黒インク用、カラーインク用、定着用処理液用、淡色インク用などのものから１つあるいは２つを適宜選択して搭載することができる。
【００３５】
キャリッジ３０は図示しないガイドシャフトに支持されるとともに一対のプーリ３１間に掛け渡された無端ベルト３２に固定されており、無端ベルト３２の移動によって往復移動可能となっている。一方のプーリ３１の回転軸はキャリッジ駆動モータに連結されている。６０はインクジェットヘッド内のインク充填及び気泡除去を行う吸引回復装置である。
【００３６】
図２はインクジェットカートリッジ５０の概観構成を示すものである。
【００３７】
インクジェットカートリッジ５０は、ホルダユニット４１と、このホルダユニット４１に上方から着脱可能に装填される１つ又は２つのインクタンクユニット４０と、ホルダユニット４１の下面側に固定的に設けられているインクジェット記録ヘッド１０とで構成されている。
【００３８】
まず、図３〜図１１を用いてインク液室の泡抜け性に関する改良に関して説明する。
図３は本発明にかかるインクジェット記録ヘッド１０の一実施形態の概観構成を示す斜視図であり、図４はインクジェット記録ヘッド１０の分解状態を示す組み立て図である。
【００３９】
これら図３および図４に示すように、インクジェット記録ヘッド１０は、後述する形態でインク流路、インク液室、インクノズル、インク吐出口が形成されている樹脂成形部材２と、インク吐出用エネルギー発生素子を具備している基板３と、基板３を支持するアルミニウムなどで構成される支持プレート４と、弾性を有するバネ体で構成され基板３を樹脂成形部材２に押圧しこれらを密着固定する押圧部材５と、基板３とプリンタ本体とを電気的に接合する配線基板６と、樹脂成形部材２に形成された複数のインク吐出口７と、樹脂成形部材のインク流路を上記ホルダーユニット４１を介して上記インクタンクユニットに連結するためのゴムなどで構成されたシール部材８とを有している。
【００４０】
樹脂成形部材２は、インク流路、インク液室、インクノズル、インク吐出口などが一体成形されるかあるいはレーザー加工によって一体形成される。これらの樹脂成形部材２は、インクに侵されにくい材料がで構成されており、具体的な材料としてはポリサルフォンが望ましい。
【００４１】
インク吐出用エネルギー発生素子を具備する基板３は、熱エネルギーをインクに加えることによりインクに膜沸騰を発生させて記録を行うもので、基板３には、Ｓｉ基板上に列状に配設された複数のエネルギー発生素子と、これに電力を供給する成膜技術によって形成されるＡｌ等の電気配線と、シフトレジスタと、駆動用トランジスタなどが内蔵されている。この基板３と樹脂成形部材２は、高精度で組み立てられている。
【００４２】
基板３とプリンタ本体とを電気的に接続するのが配線基板６であり、片側に基板３とＴＡＢでつながっており、もう一方はプリンタ本体から電気信号を受けるためのコネクションパットを有している。コネクションパッドは、精度良く樹脂成形部材２に接着固定されている。
【００４３】
また、基板３は、支持プレート４を介して押圧部材５によって樹脂成形部材２に押圧固定されている。なお、基板３を支持プレート４に接着固定し、樹脂成形部材２を基板３を介してバネ部材５で押圧することで、樹脂成形部材２と基板３とを接合してもよい。
【００４４】
このような構成のインクジェット記録ヘッド１０は、シール部材８、封止剤等の連結材によってホルダーユニット４１と気密接合され、ネジ、かしめ等によってホルダユニット４１に固定される。
【００４５】
つぎに、本発明の要部であるインク液室形状に関して説明する。
【００４６】
図５は本発明の一実施形態のインク液室などを示すものであり、図６は図５の中心線Ｏ−Ｏ´に沿って紙面に垂直な方向にインク液室を切断した状態を示すものである。すなわち、図６はインク液室を図５の矢印Ｃの正面方向から見た断面図である。
【００４７】
これら図５および図６は、６００ｄｐｉの高精細ヘッドに適したインク液室の形状を示すものである。
【００４８】
図５および図６において、１２はインク液室１３と前記インクタンクユニット４０とを連通するインク流路である。１３はインク流路１２から供給されたインクを複数のインクノズル１４に供給するインク液室である。１４は樹脂成形部材２に予め形成されている若しくはレーザー加工によって形成されるインクノズル部である。１５は樹脂成形部材２にレーザー加工等によって形成されるインク吐出口である。また、１６はエネルギー発生素子を具備する基板であり、樹脂成形部材２に密着接合される。
【００４９】
このインクジェット記録ヘッドがプリンタ本体に搭載された状態において、プリンタ本体に具備されている吸引回復装置６０の吸引回復キャップは、図５のＣ方向からインクジェット記録ヘッドのインク吐出口を有するフェース面に当接密着し、吸引回復ポンプによって発生される負圧によりインクジェット記録ヘッド内のインクを吸引する。すなわち、吸引回復キャップがインクジェットヘッドのフェース面に当接密着された後、吸引回復動作が実行され、前述したインクジェット記録ヘッド内でのインク流が発生する。
【００５０】
ここで、本インク液室１３においては、まず、図５に示すように、インク流路１２の最下部におけるインクノズル１４の長手方向に沿った長さすなわち奥行き方向の幅ｄ１と、インク液室１３の最上部（インク流路１２との接合面）における同奥行き方向の幅ｄ２との比ｄ２／ｄ１を１．７／１以下とするようにしている。すなわち、比ｄ２／ｄ１を１．７／１以下とすることにより、先の図１６に示したような、インクノズルの長手方向に延びる大きな泡溜まり部Ａ，Ｂを形成しないようにしており、これにより、インク流路１２からインク液室１３に流れるインク流による渦流の発生が抑制され、速度の遅いインク流であってもインク液室１３に泡溜りを残すこと無く、回復動作を行う事が可能となる。なお、上記比ｄ２／ｄ１は、１．１／１〜１．７／１の範囲で残泡性に関して所定の効果が得られることが確認されている。
【００５１】
次に、本インク液室１３においては、インクノズル部１４の直後に位置するインク液室１３の前面壁１７の基板３に対する角度θＦをθＦ＞６０°としている。
【００５２】
これにより、インク液室１３中のインク流路１２の直後で幅が広くなるＡ，Ｂ部分が、インク流線がカーブする領域とはならず、インク流線が図５の矢印で示すように直線状となるので、吸引回復時に、Ａ，Ｂ部分において従来のような流速低下が発生しない。
【００５３】
また、このインク液室１３においては、インク液室１３を形成する側面壁１８の基板３に対する角度θＲ，θＬ（図６参照）と、インク液室１３の後面壁１９の基板３に対する角度θＢを６０°〜１１０°の角度としている。
【００５４】
この場合、図６に示すように、インク液室１３とインク流路１２のインク吐出口の並設方向の幅Ｗ２，Ｗ１に関する比Ｗ２／Ｗ１は２／１程度となっているが、こちらの方向に関してはインクノズル１４が並設されているため、インクはインク液室１３の幅方向全域にわたって流れ、図４中に矢印で示すようなインク流線が発生し、泡溜りは発生しにくい。
【００５５】
さらに、本インク室１３においては、図５に示すように、インク液室の奥行き方向の平均幅ｄａに対するインク液室１３のインク流路部との接合面までの高さｈの比ｈ／ｄａを１．５／１としている。すなわち、従来に比べ、インク室を縦長とし、これによりインク液室１３にインク流速の変化によるヘッド内の圧力変化を吸収するだけの緩衝体積を得る事が可能となり、インク吐出量、インク吐出速度等を安定することができる。
【００５６】
また、本インク室１３によれば、θＦを急角度にし、かつインク液室を縦長にしているので、万が一、残留気泡が発生した場合においても、残留気泡はインク液室１３の高所側に移動し、印字に対して悪影響を及ぼしにくい効果も併せ持っている。なお、上記比ｈ／ｄａは、１．１／１〜１．５／１の範囲で所定の効果が得られることが確認されている。
【００５７】
つぎに、図８〜図１１に示す４つのタイプ（タイプ１〜タイプ４）によるインク液室を用いて泡抜け性（液室内へのインク充填性、気泡除去性）、印字持続性、放置後印字持続性などの性能評価を行った実験結果を図７に示す。
【００５８】
図８に示すタイプ１のインク液室では、θＦ＝８０°とし、比ｈ／ｄａ＝１．１２とし、比ｄ２／ｄ１＝１．７としている。
【００５９】
図９に示すタイプ２のインク液室では、θＦ＝６０°とし、比ｈ／ｄａ＝１．５とし、比ｄ２／ｄ１＝１．３５としている。
【００６０】
図１０に示すタイプ３のインク液室では、θＦ＝４５°とし、比ｈ／ｄａ＝０．８４とし、比ｄ２／ｄ１＝１．４４としている。
【００６１】
図１１に示すタイプ４のインク液室では、θＦ＝３０°とし、比ｈ／ｄａ＝０．７１とし、比ｄ２／ｄ１＝１．５としている。
【００６２】
この場合は、図７の実験結果からも判るように、タイプ１およびタイプ２のインク液室において、泡抜け性、印字持続性、放置後印字持続性の面で優れた結果が得られているが、θＦおよび比ｈ／ｄａの条件を満足していないタイプ３，４のインク液室ではこれらの性能に関して満足すべき結果は得られなかった。
【００６３】
以上が高精細インクジェットヘッドの泡抜け性に関する説明である。
【００６４】
つぎに、図１２〜図１５を用いてインク液室の放熱性能に関する改良について説明する。
【００６５】
図１２は、前述した泡抜け性に加えて、高印字周波数及び多ノズル数の際の放熱特性も改良したインク液室１３の側断面形状を示すものである。また、図１３は図１２のＤ−Ｄ断面図である。なお、図１２は図１３のＥ−Ｅ断面図である。
【００６６】
これら図１２および図１３に示すインク室においては、インク液室１３の後壁面１９の基板３側の下端部に奥行き方向に延在する溝部７０を形成し、この溝部７０の内壁面７１と前記基板３の表面によって囲繞された凹部７０によってインク液室１３自体およびインク液室１３の基板３との接合面を拡大するようにしている。
【００６７】
凹部７０は、図１３に示すように，面積Ｓ２の略ブーメラン状の平面形状を呈している。凹部７０以外のインク液室１３の基板３との接合面７２の面積はＳ１である。
【００６８】
インク液室１３の基板３との接合面において、基板３との接合面におけるインク液室１３の面積（Ｓ１＋Ｓ２）から前記基板３との接合面における前記凹部７０の面積Ｓ２を差し引いた面積Ｓ１に対する前記基板との接合面におけるインク液室の面積（Ｓ１＋Ｓ２）の比、すなわち（Ｓ１＋Ｓ２）／Ｓ１は２．１以下とすると、放熱性能の面で所定の効果を得ることができる。
【００６９】
すなわち，このインク液室１３においては、基板３と接合する面において、それ以外の上方部分の面積に対し，その面積が最大となっている。
【００７０】
また、上記凹部７０の隙間幅ｑ１は、０．１７ｍｍ〜０．２ｍｍが、最も泡抜け性の面で適当である。
【００７１】
このように、このインク液室１３においては、液室拡大部（凹部）７０を設けることによってインク液室１３内のインクと基板３の接触面積を増大させるようにしているので、インク吐出時に基板３より発生する熱がインク液室１３内のインクに積極的に伝導され、これにより放熱効果を高めることが可能となる。
【００７２】
図１４にインク液室に液室拡大部７０を具備していないインクジェット記録ヘッドの温度上昇の経時特性を示し、図１５にインク液室に液室拡大部７０を具備しているインクジェット記録ヘッドの温度上昇の経時特性を示す。
【００７３】
これらの実験では、インク吐出量を２０ｐｌ、吐出周波数を９．６ｋｈｚ、ノズル数を１２０とし、Ａ４用紙相当分インク吐出させた場合のインクの温度上昇を測定している。
【００７４】
図１４の場合は、インクは５６℃まで上昇しているのに対し、図１５の場合はインクは５１℃までしか上昇しておらず、両者には約５℃の差がある。
【００７５】
この測定条件は、Ａ４用紙１枚のみの場合であり、連続して印字が行われた場合には、更に温度差は拡大していく。また、この測定は１２０ノズル使用時であり、ノズル数が更に増加した場合においても昇温差は拡大する。
【００７６】
このようにこの図１２および図１３に示す実施形態においては、インク液室１３の基板接合面に液室拡大部７０を具備するようにしたので、インクジェットヘッドのインク吐出によって発生する温度上昇を抑制する事が可能となり、残留気泡の成長による印字不良の発生、インクジェットヘッドの昇温によるインク吐出量の変化等を防止、抑制する事ができ、印字信頼性の高い高精細のインクジェットヘッドを提供する事が可能となる。
【００７７】
なお、上記実施形態では、インクジェット記録ヘッドとインクタンクユニットと分離可能としているが、インクジェット記録ヘッドとインクタンクユニットとが一体的に構成されたタイプのインクジェットカートリッジに本発明を適用するようにしてもよい。
【００７８】
（その他）
なお、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として熱エネルギを発生する手段（例えば電気熱変換体やレーザ光等）を備え、前記熱エネルギによりインクの状態変化を生起させる方式の記録ヘッド、記録装置において優れた効果をもたらすものである。かかる方式によれば記録の高密度化，高精細化が達成できるからである。
【００７９】
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。この方式は所謂オンデマンド型，コンティニュアス型のいずれにも適用可能であるが、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応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１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を発生せしめ、記録ヘッドの熱作用面に膜沸騰を生じさせて、結果的にこの駆動信号に一対一で対応した液体（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１つの滴を形成する。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４４６３３５９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。なお、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、さらに優れた記録を行うことができる。
【００８０】
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，電気熱変換体の組合せ構成（直線状液流路または直角液流路）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，米国特許第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。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５９−１２３６７０号公報や熱エネルギ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５９−１３８４６１号公報に基いた構成としても本発明の効果は有効である。すなわち、記録ヘッドの形態がどのようなものであっても、本発明によれば記録を確実に効率よく行うことができるようになるからである。
【００８１】
さらに、記録装置が記録できる記録媒体の最大幅に対応した長さを有するフルラインタイプの記録ヘッドに対しても本発明は有効に適用できる。そのような記録ヘッドとしては、複数記録ヘッドの組合せによってその長さを満たす構成や、一体的に形成された１個の記録ヘッドとしての構成のいずれでもよい。
【００８２】
加えて、上例のようなシリアルタイプのものでも、装置本体に固定された記録ヘッド、あるいは装置本体に装着されることで装置本体との電気的な接続や装置本体からのインクの供給が可能になる交換自在のチップタイプの記録ヘッド、あるいは記録ヘッド自体に一体的にインクタンクが設けられたカートリッジタイプの記録ヘッドを用いた場合にも本発明は有効である。
【００８３】
また、本発明の記録装置の構成として、記録ヘッドの吐出回復手段、予備的な補助手段等を付加することは本発明の効果を一層安定できるので、好ましいものである。これらを具体的に挙げれば、記録ヘッドに対してのキャッピング手段、クリーニング手段、加圧或は吸引手段、電気熱変換体或はこれとは別の加熱素子或はこれらの組み合わせを用いて加熱を行う予備加熱手段、記録とは別の吐出を行なう予備吐出手段を挙げることができる。
【００８４】
また、搭載される記録ヘッドの種類ないし個数についても、例えば単色のインクに対応して１個のみが設けられたものの他、記録色や濃度を異にする複数のインクに対応して複数個数設けられるものであってもよい。すなわち、例えば記録装置の記録モードとしては黒色等の主流色のみの記録モードだけではなく、記録ヘッドを一体的に構成するか複数個の組み合わせによるかいずれでもよいが、異なる色の複色カラー、または混色によるフルカラーの各記録モードの少なくとも一つを備えた装置にも本発明は極めて有効である。
【００８５】
さらに加えて、以上説明した本発明実施例においては、インクを液体として説明しているが、室温やそれ以下で固化するインクであって、室温で軟化もしくは液化するものを用いてもよく、あるいはインクジェット方式ではインク自体を３０℃以上７０℃以下の範囲内で温度調整を行ってインクの粘性を安定吐出範囲にあるように温度制御するものが一般的であるから、使用記録信号付与時にインクが液状をなすものを用いてもよい。加えて、熱エネルギによる昇温を、インクの固形状態から液体状態への状態変化のエネルギとして使用せしめることで積極的に防止するため、またはインクの蒸発を防止するため、放置状態で固化し加熱によって液化するインクを用いてもよい。いずれにしても熱エネルギの記録信号に応じた付与によってインクが液化し、液状インクが吐出されるものや、記録媒体に到達する時点ではすでに固化し始めるもの等のような、熱エネルギの付与によって初めて液化する性質のインクを使用する場合も本発明は適用可能である。このような場合のインクは、特開昭５４−５６８４７号公報あるいは特開昭６０−７１２６０号公報に記載されるような、多孔質シート凹部または貫通孔に液状又は固形物として保持された状態で、電気熱変換体に対して対向するような形態としてもよい。本発明においては、上述した各インクに対して最も有効なものは、上述した膜沸騰方式を実行するものである。
【００８６】
さらに加えて、本発明インクジェット記録装置の形態としては、コンピュータ等の情報処理機器の画像出力端末として用いられるものの他、リーダ等と組合せた複写装置、さらには送受信機能を有するファクシミリ装置の形態を採るもの等であってもよい。
【００８７】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、前記インク液室の後壁面の基板側下端部において奥行き方向に延在する溝部を形成し、この溝部の内壁面と前記基板によって囲繞された凹部によってインク液室を拡大するようにしたので、インク吐出によって発生するインクの温度上昇を抑制する事が可能となり、残留気泡の成長による印字不良の発生、インクジェットヘッドの昇温によるインク吐出量の変化等を防止、抑制する事ができ、印字信頼性の高い高精細のインクジェットヘッドを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】
本発明にかかるインクジェット記録ヘッドの一実施形態の概観構成を示す斜視
図である。
【図２】
インクジェット記録ヘッドの分解状態を示す組み立て図である。
【図３】
本発明に関わるインクジェット記録ヘッドの一実施形態の概観を示す斜視図で
ある。
【図４】
本発明に関わるインクジェット記録ヘッドの一実施形態の詳細構成を示す分解
斜視図である。
【図５】
本発明に関わるインクジェット記録ヘッドの一実施形態のインク液室の側断面
図である。
【図６】
本発明に関わるインクジェット記録ヘッドの一実施形態のインク液室の横断面
図である。
【図７】
各種タイプのインク液室を用いた場合の性能評価を示す表図である。
【図８】
タイプ１のインク液室を示す側断面図である。
【図９】
タイプ２のインク液室を示す側断面図である。
【図１０】
タイプ３のインク液室を示す側断面図である。
【図１１】
タイプ４のインク液室を示す側断面図である。
【図１２】
本発明に関わるインクジェット記録ヘッドの他の実施形態のインク液室の側断面図である。
【図１３】図１２に示すインクジェット記録ヘッドのインク液室の横断面図である。
【図１４】インク液室拡大部を具備しないインクジェット記録ヘッドの昇温経時特性を示す図である。
【図１５】インク液室拡大部を具備するインクジェット記録ヘッドの昇温経時特性を示す図である。
【図１６】従来のインクジェット記録ヘッドのインク液室を概略的に示す側断面図である。
【符号の説明】
２ 樹脂成形部材
３ 基板
４ 支持プレート
５ ばね部材
６ 配線基板
７ インク吐出口
８ ゴム部材
１０ インクジェット記録ヘッド
１２ インク流路
１３ インク液室
１４ インクノズル
１５ インク吐出口
３０ キャリッジ
３１ プーリ
３２ 無端ベルト
４０ インクタンクユニット
４１ ホルダユニット
５０ インクジェットカートリッジ
６０ 吸引回復装置
７０ 溝部（凹部、液室拡大部）
１０１ 基板
１０２ 樹脂成形部
１０３ インク吐出口
１０４ インクノズル部
１０５ インク液室
１０７ インク流路部
１０８ Ａｌ部材
１０９ ばね部材
Claims (3)
- インクを吐出する複数のインク吐出口と、該複数のインク吐出口にそれぞれ連通する複数のインクノズル部と、これら複数のインクノズル部とつながるインク液室と、このインク液室とインクタンクユニットとをつなぐインク流路部とを有する成形部材と、
前記インクを吐出するための複数の吐出エネルギー発生素子が配列され、前記成形部材に固定される基板と、
を備えたインクジェット記録ヘッドにおいて、
前記インク液室の後壁面の基板側下端部において奥行き方向に延在する溝部を形成し、この溝部の内壁面と前記基板によって囲繞された凹部によってインク液室を拡大するようにしたことを特徴とするインクジェット記録ヘッド。 - 前記基板との接合面におけるインク液室の面積から前記基板との接合面における前記凹部の面積を差し引いた面積に対する前記基板との接合面におけるインク液室の面積の比を２．１以下とすることを特徴とする請求項１に記載のインクジェット記録ヘッド。
- 前記凹部の間隙幅を０．１７ｍｍ〜０．２ｍｍとすることを特徴とする請求項１に記載のインクジェット記録ヘッド。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002263262A JP2004098467A (ja) | 2002-09-09 | 2002-09-09 | インクジェット記録ヘッド |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| JP2002263262A JP2004098467A (ja) | 2002-09-09 | 2002-09-09 | インクジェット記録ヘッド |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2004098467A true JP2004098467A (ja) | 2004-04-02 |
Family
ID=32263065
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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| JP2002263262A Pending JP2004098467A (ja) | 2002-09-09 | 2002-09-09 | インクジェット記録ヘッド |
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| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2004098467A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008049563A (ja) * | 2006-08-23 | 2008-03-06 | Canon Inc | 画像処理装置、画像記録装置および記録データ生成方法 |
| JP2011207230A (ja) * | 2011-06-13 | 2011-10-20 | Canon Inc | 画像処理装置および記録データ生成方法 |
-
2002
- 2002-09-09 JP JP2002263262A patent/JP2004098467A/ja active Pending
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