JP2006123454A - インクジェット記録ヘッド - Google Patents

Abstract

【課題】 複数のノズル列を備えた構成でもサイズの大型化を抑えることができるインクジェット記録ヘッドを提供する。
【解決手段】 インクジェット記録ヘッドは、インクを吐出する複数の吐出口が配列されてなる複数の吐出口列Ｈ１２０２ａ，Ｈ１２０２ｂ，Ｈ１２０２ｃと、各吐出口に連通する複数のノズルが配列されてなる複数のノズル列と、ノズル内に充填されたインクに吐出エネルギーを与える複数の電気熱変換素子Ｈ１１０３が構成された記録素子基板Ｈ１１００とを有している。複数のノズル列にそれぞれインクを供給する複数のインク供給口のうち、インク供給口Ｈ１１０２ｂが記録素子基板Ｈ１１００の内部に構成され、他のインク供給口Ｈ１１０２ａ，Ｈ１１０２ｃが記録素子基板Ｈ１１００の側部を通るように構成されている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、吐出口からインクを吐出させて被記録媒体上に画像を記録するインクジェット記録ヘッドに関する。

従来から、インクジェット記録装置は、低騒音、低ランニングコスト、装置の小型化、およびカラー化が容易である等の理由から、プリンタやファクシミリ、複写機等に広く利用されている。近年、インクジェット記録装置には、高画質化・高速化が要求される傾向にある。特に、インクジェットプリンタの分野では、写真並みの画質をめざして更なる改良が続けられている。

一般に、インクジェット記録ヘッドは、インク滴が吐出されるオリフィス（吐出口）が形成されるオリフィスプレート、各オリフィスに連通する吐出チャンバ、各吐出チャンバに一つまたは複数の発熱抵抗素子を備えたシリコン基板、各吐出チャンバまでインクを供給するノズル部材、インクタンクから各ノズルにインクを供給するインク流路などの部分を備えている。インクの１つの点（ドット）を記録するには、選択された特定の発熱抵抗素子に外部電源から電流を流す。これによって、発熱抵抗素子が加熱され、ひいては吐出チャンバ内のインクが過熱され発泡し、連通するオリフィスを通って被記録媒体の上にインクの小滴を噴射させる。

先行技術によるインクジェット記録ヘッドの１つが、特許文献１に開示されている。図５はその主要断面図である。インクは、基板３２に形成された細長い穴（インク供給口）１６を通ってインクタンクから各々の吐出チャンバに供給される。この先行技術による構造は中央供給構造として分類され、インクは中央位置から吐出チャンバに供給される。先行技術によるこのタイプのインク供給構造の欠点は、基板３２にインク供給口１６を作るために製造時間が必要とされ、また、必要とされる基板３２の面積が少なくともインク供給口１６の面積だけ増加することである。更に、インク供給口１６が形成されると、基板３２は比較的脆くなり、取り扱いが困難になる。更に、インク供給口１６の形成精度は一般に粗いため、ノズル後端からインク供給口１６までにある程度の空間部を作らざるをえず、多数のノズルに対する共通インク流路としてのいわゆるマニホールドを形成している。マニホールド部は、ノズル後端が直ちに供給穴に連結する構造に比べて、吐出チャンバへのインクの流れを必然的に或る程度拘束しやすくなる。例えば、ある吐出チャンバ内の加熱エレメント３６，３８に電流を供給すると、吐出チャンバの近隣ノズルへのインクの流れに影響を及ぼし、クロストークを起こしやすくなる。この種のクロストークは、関連加熱エレメント電源を供給した際に、オリフィスによって放出されるインク量や吐出安定性に影響する。

中央供給構造として分類された構造における問題を解決する方法として、特許文献２に記載されているようなインク供給構造が開示されている。この構造の主要断面図を図６に示す。矩形の基板２８と一連のオリフィス９２，９４を有するオリフィスプレート１８との間に、ノズル及び吐出チャンバを形成する障壁層３０が配置される。基板２８は、２列に線形配置された加熱エレメント９６，９８を備え、各オリフィス９２，９４は、吐出チャンバ及び加熱エレメント９６，９８と関連を持つ。インクは基板２８の周りを流れ、基板２８の２つの縁に沿って設けられたインク入口を経て、ノズル及び吐出チャンバに流入する。

前記のインク流路（即ち、縁からの供給路）を用いると、基板２８の中央にインクを供給するためのインク供給口を基板に設ける必要がない。従って、基板２８を作成する製造時間が短縮される。更に、所定個数の加熱エレメント９６，９８に対して基板面積を小さくすることができる。

更に、基板縁部はダイシング等により比較的精度良く形成できるので、マニホールド部のような空間部を形成する必要がない。従って、一連のインク吐出が行われても、各吐出チャンバに対して、より安定したインク流が維持され、マニホールド部が形成される場合に比べ、近接吐出チャンバ間のクロストークも最小限に抑制される。
米国特許第４，６８３，４８１号明細書 特開平６−００８４３４号公報

しかしながら、特許文献２に開示されたような構成ではインク色は１チップあたり１色か、片側のインク供給口あたり１色で計２色が限度であり、３色以上のインク色に対応させるには複数のチップを併設して用いる必要がある。この場合、ヘッドチップを精度よく併設させるためにヘッドチップのコストが高くなったり、各チップへ個別に駆動信号線を供給するために構成が複雑化したりするなどの弊害がある。

本発明は、上記従来技術の課題に着目してなされたものであり、複数のノズル列を備えた構成でもサイズの大型化を抑えることができるインクジェット記録ヘッドを提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明のインクジェット記録ヘッドは、インクを吐出する複数の吐出口が配列されてなる複数の吐出口列と、前記各吐出口に連通する複数のノズルが配列されてなる複数のノズル列と、前記ノズル内に充填されたインクに吐出エネルギーを与える複数の記録素子が構成された基板と、を有するインクジェット記録ヘッドにおいて、前記複数のノズル列にそれぞれインクを供給する複数のインク供給口の少なくとも１つが前記基板の内部に構成され、他の前記インク供給口が前記基板の側部を通るように構成されていることを特徴とする。

本発明によれば、複数のノズル列を備えた構成でもサイズの大型化を抑えることができるインクジェット記録ヘッドを提供することができる。

次に、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。

図１は本発明が実施もしくは適用される好適なインクジェット記録ヘッドの第１の実施形態の構成を説明するための平面図であり、図２は図１のＡ−Ａ’線に沿った断面図である。

図１を参照すると、記録素子基板Ｈ１１００は例えば厚さ０．５〜１ｍｍのＳｉ基板で構成されており、記録素子基板Ｈ１１００にはインク流路として長溝状の貫通口からなるインク供給口Ｈ１１０２ｂがＳｉの結晶方位を利用した異方性エッチングやサンドブラストなどの方法で形成されている。記録素子基板Ｈ１１００には、インク供給口Ｈ１１０２ｂの片側、および記録素子基板Ｈ１１００両側に沿って合計３列の電気熱変換素子Ｈ１１０３が配列されており、さらに電気熱変換素子Ｈ１１０３と電気熱変換素子Ｈ１１０３に電力を供給するＡｌ等の電気配線（不図示）とが成膜技術により形成されている。さらに、記録素子基板Ｈ１１００には電気配線に電力を供給するための電極部Ｈ１１０４が配列されており、電極部Ｈ１１０４にはＡｕ等のバンプＨ１１０５が形成されている。

図２に示すように、記録素子基板Ｈ１１００上には電気熱変換素子Ｈ１１０３に対応した複数のノズルを形成するためのインク流路壁Ｈ１１０６が樹脂材料で形成されている。インク流路壁Ｈ１１０６上には、第１の吐出口列Ｈ１２０２ａ、第２の吐出口列Ｈ１２０２ｂ、および第３の吐出口列Ｈ１２０２ｃを含むオリフィスプレートＨ１２００が接着されている。ノズル部は、各吐出口列に対応した複数のノズル列を構成している。

オリフィスプレートＨ１２００の両端部は、記録素子基板Ｈ１１００を支持するとともに不図示のインクタンクからインクを供給するための供給部材としての支持部材Ｈ１３００に接着されている。インク供給口Ｈ１１０２ａおよびＨ１１０２ｃは、記録素子基板Ｈ１１００の両側部と支持部材Ｈ１３００との間にそれぞれ形成され、記録素子基板Ｈ１１００の両側部を通るようになっている。

再び図１を参照すると、各ノズル列と各インク供給口Ｈ１１０２ａ，Ｈ１１０２ｂ，Ｈ１１０２ｃとの間にはマニホールド部Ｈ１１０７が構成されている。このマニホールド部Ｈ１１０７は、各インク供給口Ｈ１１０２ａ，Ｈ１１０２ｂ，Ｈ１１０２ｃを通じて供給されてきたインクを複数のノズルに分配供給する共通インク流路としての機能を有している。また、マニホールド部Ｈ１１０７には、インク流路壁Ｈ１１０６と同じ樹脂材料で構成されたフィルター部Ｈ１１０８が形成されている。フィルター部Ｈ１１０８は記録素子基板Ｈ１１００とオリフィスプレートＨ１２００との間にインク流路壁Ｈ１１０６と同じ高さに延びる複数の円柱状部材からなり、各ノズルの入口付近の流路をノズルの流路幅よりも狭くするように配置されている。これにより、フィルター部Ｈ１１０８は、ノズルを詰まらせてしまう大きさの異物がノズル内に流入することを防ぐようになっている。

このような構成により、各インク供給口Ｈ１１０２ａ，Ｈ１１０２ｂ，Ｈ１１０２ｃからマニホールド部Ｈ１１０７、ノズル、吐出チャンバ（電気熱変換素子Ｈ１１０３と吐出口Ｈ１２０１との間の空間）、吐出口Ｈ１２０１に至るインク流路が形成されている。

吐出口Ｈ１２０１は電気熱変換素子Ｈ１１０３に対向して設けられており、インク供給口から供給されたインクは、記録素子である電気熱変換素子Ｈ１１０３により発生させられる気泡によって吐出口Ｈ１２０１から吐出される。

本実施形態では、各インク供給口Ｈ１１０２ａ，Ｈ１１０２ｂ，Ｈ１１０２ｃは、例えばそれぞれシアン、マゼンタ、イエローの各色のインクの供給に用いられる。記録素子基板Ｈ１１００の内部には１つのインク供給口Ｈ１１０２ｂだけが構成され、他の２つのインク供給口Ｈ１１０２ａ，Ｈ１１０２ｃは記録素子基板Ｈ１１００の側部を通るように構成されているので、従来技術のように基板内に３つのインク供給口を設ける構成に比べて、２つのインク供給口の分だけ記録素子基板Ｈ１１００を小型化することができる。つまり、複数のノズル列を備えた構成でもインクジェット記録ヘッドのサイズが大型化することを抑えることができる。

なお、本実施形態では、記録素子基板Ｈ１１００の中央のインク供給口Ｈ１１０２ｂにマニホールド部Ｈ１１０７が構成されていることに加え、記録素子基板Ｈ１１００の両側部を通る２つの供給口Ｈ１１０２ａ，Ｈ１１０２ｃにもマニホールド部Ｈ１１０７が構成されている。そのため、各インク供給口Ｈ１１０２ａ，Ｈ１１０２ｂ，Ｈ１１０２ｃは同一の流路構造を有しており、同一の液体吐出特性が得られるようになっている。

（第２の実施形態）
図３は、本発明の第２の実施形態に係るインクジェット記録ヘッドを示す平面図である。

本実施形態では、記録素子基板Ｈ１１００の内部に２つのインク供給口Ｈ１１０２ｂが構成されているとともに、記録素子基板Ｈ１１００の両側部を通る２つのインク供給口Ｈ１１０２ａ，Ｈ１１０２ｃが構成されている。記録素子基板Ｈ１１００には、各インク供給口Ｈ１１０２ｂの両側および記録素子基板Ｈ１１００の両側に沿って合計６列の電気熱変換素子Ｈ１１０３が配列されている。そして、オリフィスプレート（不図示）には、これら６列の電気熱変換素子Ｈ１１０３に対応して６列の吐出口列Ｈ１２０２が構成されている。その他、電極部Ｈ１１０４、バンプＨ１１０５、インク流路壁Ｈ１１０６、マニホールド部Ｈ１１０７およびフィルター部Ｈ１１０８の各構成は第１の実施形態と同様であるので、それらに関する詳しい説明は省略する。

本実施形態の構成では、例えば、記録素子基板Ｈ１１００の内部に構成された２つのインク供給口Ｈ１１０２ｂをそれぞれマゼンタ、イエローのインクの供給に用い、記録素子基板Ｈ１１００の両側部を通る２つのインク供給口Ｈ１１０２ａ，Ｈ１１０２ｃをシアンのインク供給に用いることができる。記録素子基板Ｈ１１００内に構成された各インク供給口Ｈ１１０２ｂを挟んで相対して形成されている吐出口列Ｈ１２０２は吐出口が吐出口列方向に互いに半ピッチずれて配置されており、同様に、記録素子基板Ｈ１１００の両側に構成された各インク供給口Ｈ１１０２ａ，Ｈ１１０２ｃにそれぞれ連通している吐出口列Ｈ１２０２の吐出口も吐出口列方向に互いに半ピッチずれて配置されている。ノズル構成は各色のインクに関して解像度が同じである。本実施形態の構成によれば、各吐出口列Ｈ１２０２による記録順は、往方向記録時にはシアン列１、マゼンタ列１、マゼンタ列２、イエロー列１、イエロー列２、シアン列２の順であり、復方向記録時にはシアン列２、イエロー列２、イエロー列１、マゼンタ列２、マゼンタ列１、シアン列１の順である。したがって、往復方向ともに記録時の色の重ね順が同じであることから、往復の色重ね順の違いにより生じる色むらを低減させることができる。

なお、上記では各吐出口列の吐出口が吐出口列方向に互いに半ピッチずれて配置されている構成を例に挙げて説明したが、それらの吐出口は吐出口列方向に互いにずれて配置されている必要は必ずしもなく、吐出口列方向に対して垂直な方向（往復記録方向）に沿って揃うように配置されていてもよい。

（第３の実施形態）
図４は、本発明の第３の実施形態に係るインクジェット記録ヘッドを示す平面図である。

本実施形態のインクジェット記録ヘッドは図１に示した第１の実施形態と概ね同じ構成であるが、記録素子基板Ｈ１１００の両側部を通るインク供給口Ｈ１１０２ａ，Ｈ１１０２ｃと、これに連通するノズル列との間にはマニホールド部が設けられていない。記録素子基板Ｈ１１００の両側部を通るインク供給口Ｈ１１０２ａ，Ｈ１１０２ｃに連通する各ノズルは、記録素子基板Ｈ１１００の両側の端部で開口している。

さらに、本実施形態では、記録素子基板Ｈ１１００の両側部を通るインク供給口Ｈ１１０２ａ，Ｈ１１０２ｃに連通するノズル列の各ノズルの最狭流路部の幅Ｗ２が、記録素子基板Ｈ１１００の中央に構成されたインク供給口Ｈ１１０２ｂに連通するノズル列の各ノズルの最狭流路部の幅Ｗ１よりも狭くなっている。これにより、記録素子基板Ｈ１１００の中央のインク供給口Ｈ１１０２ｂに連通するノズル群における、マニホールド部Ｈ１１０７およびフィルター部Ｈ１１０８を含んだ流路抵抗と、記録素子基板Ｈ１１００の両側部を通るインク供給口Ｈ１１０２ａ，Ｈ１１０２ｃに連通するノズル群における流路抵抗とが略等しくなっている。本実施形態では、このようにして記録素子基板Ｈ１１００の両側部を通るインク供給口Ｈ１１０２ａ，Ｈ１１０２ｃに連通するマニホールド部を省略しつつも、記録素子基板Ｈ１１００の中央のノズル群と記録素子基板Ｈ１１００の両側のノズル群とにおける液体吐出特性を同じにしている。

このように、本実施形態の構成によれば、第１および第２の実施形態に比べて記録素子基板Ｈ１１００の両側部を通るインク供給口Ｈ１１０２ａ，Ｈ１１０２ｃに連通するマニホールド部を省略することができるので、そのマニホールド部に要していたスペースの分だけ記録素子基板Ｈ１１００をさらに小型化することができる。

なお、上記では記録素子基板Ｈ１１００の両側部を通るインク供給口Ｈ１１０２ａ，Ｈ１１０２ｃに連通するノズル列の各ノズルの最狭流路部の幅Ｗ２を、記録素子基板Ｈ１１００の中央のインク供給口Ｈ１１０２ｂに連通するノズル列の各ノズルの最狭流路部の幅Ｗ１よりも狭くなるように形成することで各ノズルの流路抵抗を等しくする例を挙げて説明したが、この他にも、インク供給口Ｈ１１０２ａ，Ｈ１１０２ｃに連通するノズル列の各ノズルの流路長さＬ２を、インク供給口Ｈ１１０２ｂに連通するノズル列の各ノズルの流路長さＬ１よりも長くすることで、各ノズルの流路抵抗を等しくすることができる。

本発明の第１の実施形態に係るインクジェット記録ヘッドを示す平面図である。 図１のＡ−Ａ’線に沿った断面図である。 本発明の第２の実施形態に係るインクジェット記録ヘッドを示す平面図である。 本発明の第３の実施形態に係るインクジェット記録ヘッドを示す平面図である。 従来のインクジェット記録ヘッドを示す断面図である。 従来の他のインクジェット記録ヘッドを示す断面図である。

符号の説明

Ｈ１１００ 記録素子基板
Ｈ１１０２ａ，Ｈ１１０２ｂ，Ｈ１１０２ｃ インク供給口
Ｈ１１０３ 電気熱変換素子
Ｈ１２０１ 吐出口
Ｈ１２０２ａ，Ｈ１２０２ｂ，Ｈ１２０２ｃ 吐出口列

Claims (5)

1. インクを吐出する複数の吐出口が配列されてなる複数の吐出口列と、前記各吐出口に連通する複数のノズルが配列されてなる複数のノズル列と、前記ノズル内に充填されたインクに吐出エネルギーを与える複数の記録素子が構成された基板と、を有するインクジェット記録ヘッドにおいて、
   前記複数のノズル列にそれぞれインクを供給する複数のインク供給口の少なくとも１つが前記基板の内部に構成され、他の前記インク供給口が前記基板の側部を通るように構成されていることを特徴とするインクジェット記録ヘッド。
2. 前記各インク供給口と前記各ノズル列との間にはマニホールド部が構成されている、請求項１に記載のインクジェット記録ヘッド。
3. 前記各マニホールドには前記ノズル内に異物が進入することを防ぐフィルター部が構成されている、請求項２に記載のインクジェット記録ヘッド。
4. 前記基板の内部に構成された前記インク供給口と、該インク供給口に連通する前記ノズル列との間にはマニホールド部が構成されており、
   前記基板の側部を通る前記インク供給口に連通する前記ノズル列の各ノズルは前記基板の前記側部で開口しており、
   前記基板の側部を通る前記インク供給口に連通する前記ノズル列の各ノズルの最狭流路幅が、前記基板の内部に構成された前記インク供給口に連通する前記ノズル列の各ノズルの最狭流路幅よりも狭い、請求項１に記載のインクジェット記録ヘッド。
5. 前記基板の内部に構成された前記インク供給口と、該インク供給口に連通する前記ノズル列との間にはマニホールド部が構成されており、
   前記基板の側部を通る前記インク供給口に連通する前記ノズル列の各ノズルは前記基板の前記側部で開口しており、
   前記基板の側部を通る前記インク供給口に連通する前記ノズル列の各ノズルの流路長さが、前記基板の内部に構成された前記インク供給口に連通する前記ノズル列の各ノズルの流路長さよりも長い、請求項１に記載のインクジェット記録ヘッド。

Images