JP2006315395A - 液体吐出記録ヘッド、及び該記録ヘッドを搭載する液体吐出記録ヘッドカートリッジ - Google Patents

液体吐出記録ヘッド、及び該記録ヘッドを搭載する液体吐出記録ヘッドカートリッジ Download PDF

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Abstract

【課題】千鳥状かつ高密度に配置されたノズルを有する記録ヘッドにおいて、液体供給口から吐出口までの距離の長短に応じて流路抵抗を調整して最適な吐出特性を得る。
【解決手段】ノズルH1107−1,2が液体供給口H1102に対して千鳥状に配置された記録ヘッドにおいて、液体供給口H1102と流路H1104−1,2の連通部分H1106−1,2を部分的に塞ぐ抵抗部材H1106−1,2が設けられている。吐出口H1101−1から液体供給口H1102までの距離が短いノズルH1107−1には、連通部分H1106−1を狭くする抵抗部材H1105−1が設けられ、流路抵抗が大きい。一方、吐出口H1101−2から液体供給口H1102までの距離が長いノズルH1107−2には、連通部分H1106−2を広く保つ抵抗部材H1105−2が設けられ、流路抵抗が小さい。
【選択図】図4

Description

本発明は、インクなどの液体を吐出して記録を行う液体吐出記録ヘッド、及び該記録ヘッドを搭載する液体吐出記録ヘッドカートリッジに関するものである。
従来、機械的あるいは熱的なエネルギーを発生させ、それを利用して、複数の吐出口からインク等の液滴を吐出させる液体吐出記録ヘッドが存在する。このような液体吐出記録ヘッドでは、ノズルの形状によって、液体供給口と吐出口の間の液体流動に対する流路抵抗を調整し、それによって、液体吐出量やリフィル周波数などの特性を決定している。このようなノズル形状による流路抵抗の調整は、具体的には流路の幅や長さを調整することによって行われている。例えば、特許文献1には、流路の幅をノズル毎に変えることによって、流路抵抗が異なるノズルを構成する方法が開示されている。
近年、ノズルを高密度に配置することによって、高速かつ高画質の記録が可能な液体吐出記録ヘッドが提案されている。このようなノズルの高密度配置が進むと、1つのノズル当たりの配置スペースが狭くなるとともに、ノズルを製造する上での制約を受けやすくなる。そのため、ノズルの配置密度が900dpi以上の液体吐出記録ヘッドにおいては、互いに隣接するノズル同士の、吐出口から液体供給口までの距離が異なるように、いわゆる千鳥状にノズルおよび発熱抵抗体(ヒータ)を配置する必要がある。
特開平7−137293号公報
千鳥状にノズルおよびヒータを配置した場合、全てのノズルで同一の液体吐出量を得るためには、吐出口から液体供給口までの距離が長いノズルと短いノズルとで吐出特性が同程度になるように合わせ込む必要がある。そのためには、長いノズルの流路抵抗を小さくし、短いノズルの流路抵抗を大きくするのが一般的である。長いノズルの流路抵抗を小さくするためには、流路の幅を広くする必要がある。しかし、900dpi以上(1インチ(2.54cm)当たりの個数が900以上)の高密度配置の場合、前述したようにノズルの配置スペースが狭いことと製造上の制約から、流路の幅を広げることは難しい。
また、液体吐出後のリフィル周波数を高めるためには、全ノズルにおいて、吐出口と液体供給口を近づけ、流路の長さを短くする必要がある。しかしながら、もともと吐出口から液体供給口までの距離が比較的短いノズルについて、さらに吐出口を液体供給口に近づけようとしても、配置スペースや製造上の制約によって限界がある。そのため、長いノズルとの流路抵抗のバランスを取るのが困難で、十分なリフィル周波数の向上が図れない。
このように千鳥状かつ高密度にノズルおよびヒータを配置した場合、ノズルを配置するスペースや製造上の制約によって、流路の幅および長さをノズルの長短に応じて変更して流路抵抗を調整することは非常に困難である。また、液体供給口と流路との間にできるだけスペースを空けないようにするために、従来の液体吐出記録ヘッドにおいて流路と液体供給口との間に設けられるノズルフィルターを配置しないことが望まれる場合がある。
本発明の目的は、ノズルが千鳥状かつ高密度に配置されており、液体供給口から吐出口までの距離の長短に応じて流路抵抗が調整されて最適な吐出特性を得ることができる液体吐出記録ヘッド及び該記録ヘッドを搭載する液体吐出記録ヘッドカートリッジを提供することにある。
上述の目的を達成するために、本発明の、液体を吐出して記録を行う液体吐出記録ヘッドは、
吐出する液体を供給する液体供給口と、液体を吐出するためのエネルギーを発生する複数の発熱抵抗体とを備えている基板と、
複数の発熱抵抗体に対応して設けられる複数の吐出口と、複数の吐出口と液体供給口とを連通する複数の流路とを備えている流路形成部材と、
を有し、
複数の流路は、互いに隣接する第1の流路と、第1の流路よりも流路長さの長い第2の流路を含み、
流路形成部材の液体供給口に対応する領域に、第1の流路に対応する第1の抵抗部材と、第2の流路に対応する第2の抵抗部材が設けられ、第2の抵抗部材よりも第1の抵抗部材の方が流路側に突出している
ことを特徴とする。
また、本発明の、液体を吐出して記録を行う液体吐出記録ヘッドカートリッジは、
吐出する液体を供給する液体供給口と、液体を吐出するためのエネルギーを発生する複数の発熱抵抗体とを備えている基板と、
複数の発熱抵抗体に対応して設けられる複数の吐出口と、複数の吐出口と液体供給口とを連通する複数の流路とを備えている流路形成部材と、
吐出する液体を液体供給口を介して供給する液体収納容器と、
を有し、
複数の流路は、互いに隣接する第1の流路と、第1の流路よりも流路長さの長い第2の流路を含み、
流路形成部材の液体供給口に対応する領域に、第1の流路に対応する第1の抵抗部材と、第2の流路に対応する第2の抵抗部材が設けられ、第2の抵抗部材よりも第1の抵抗部材の方が流路側に突出している
ことを特徴とする。
本発明によれば、液体供給口に対向する位置に設けられた抵抗部材の位置および形状を異ならせることによって、長さの異なるノズルの流路抵抗を調整することが可能である。それによって、ノズルが千鳥状かつ高密度に配置された液体吐出記録ヘッドにおいても、吐出特性を合わせることが可能であり、高速かつ高画質の記録が実現する。
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
まず、本発明の液体吐出記録ヘッド(以下「記録ヘッド」という)H1001の全体構造について説明する。記録ヘッドH1001は、図1(a)および図1(b)に示すように、記録ヘッドカートリッジ(液体吐出記録ヘッドカートリッジ)H1000を構成する一構成要素である。記録ヘッドカートリッジH1000は、記録ヘッドH1001と、記録ヘッドH1001に着脱自在に設けられたインクタンク(液体収納容器)H1900とから構成されている。インクタンクH1900は、ブラックインクタンクH1901、シアンインクタンクH1902、マゼンタインクタンクH1903、イエローインクタンクH1904から構成されている。記録ヘッドH1001は、インクタンクH1900から供給されるインク(記録液)を、記録情報に応じて吐出口から吐出する。
図示しないが、本発明の液体吐出記録装置では、記録装置本体にキャリッジ(不図示)が載置されており、前記した記録ヘッドカートリッジH1000がキャリッジに対して、位置決め手段によって位置決めされて、着脱可能に固定されている。記録ヘッドH1001は、キャリッジの電気接点に接続されており、電気信号を受信すると、その電気信号に応じて発熱抵抗体(ヒータ)を選択的に駆動して発熱させる。記録ヘッドH1001は、その熱エネルギーによってインクに膜沸騰を生じさせて、記録媒体に向けてインクを吐出して記録を行う。
記録ヘッドH1001は、図2の分解斜視図に示すように、記録素子ユニットH1002と、インク供給ユニット(記録液供給手段)H1003と、タンクホルダーH2000とから構成されている。記録素子ユニットH1002のインク連通口とインク供給ユニットH1003のインク連通口とは、インクが漏れないように連通するために、ジョイントシール部材H2300を介してそれぞれの部材が圧着された状態でビスH2400により固定されている。
記録素子ユニットH1002は、図3の分解斜視図に示すように、2つのインクジェット記録基板H1100と、第1のプレートH1200と、電気配線テープH1300と、電気コンタクト基板H2200と、第2のプレートH1400とから構成されている。
インクジェット記録基板H1100は、図3の分解斜視図に示すように、第1のプレートH1200に接着されて固定されている。さらに、第1のプレートH1200には、開口部を有する第2のプレートH1400が接着されて固定されている。この第2のプレートH1400には電気配線テープH1300が接着されて固定されており、インクジェット記録基板H1100に対して位置合わせされて保持されている。この電気配線テープH1300は、インクジェット記録基板H1100に、インクを吐出するための電気信号を印加するものであり、インクジェット記録基板H1100に対応する電気配線を有する。そして、記録装置本体からの電気信号を受け取る外部信号入力端子H1301を有する電気コンタクト基板H2200に接続されている。電気コンタクト基板H2200は、図2に示すインク供給ユニットH1103に、2つの端子位置決め穴H1309により位置決めされ、固定されている。
インクジェット記録基板H1100は、厚さ0.5〜1mmのSi基板の片面に、インクを吐出するための複数の発熱抵抗体(ヒータ)H1103が設けられたものである。基板の片面には、さらに、ヒータH1103に対応する複数のインク流路H1104と複数の吐出口H1101が、フォトリソグラフィ技術により形成(流路形成部材)されている。さらに、第1のプレートH1200に形成されたインク連通口H1201に接続され、複数のインク流路H1104にインクを供給するためのインク供給口(液体供給口)H1102が、Si基板の反対側の面(裏面)に開口するように形成されている。すなわち、この記録ヘッドH1001は、インク供給口H1102および吐出口H1101が、インクジェット記録基板H1100の板面およびインク流路H1104に対して垂直である、いわゆるサイドシュータ型のヘッドである。
図4(a)の平面図に示すように、各ヒータH1103は、インク供給口H1102からの距離が異なるように千鳥状に配列されている。ここでは便宜上、2つのヒータのみを図示しているが、多数のヒータH1103からなる2つの列が、インク供給口H1102の両側に配列されている。また、ヒータH1103に対向して吐出口H1101が設けられているため、インク供給口H1102から供給されたインクはヒータH1103の発熱作用によって発生した気泡により吐出口から吐出される。
本発明の要部であるこのインクジェット記録基板H1100について、以下に2つの実施形態を示し、より詳細に説明する。
(第1の実施形態)
図4、図5を用いて、本発明の液体吐出記録ヘッドH1100の、第1の実施形態について説明する。
図4(a)はヒータH1103と、インク供給口H1102と、インク流路H1104と、抵抗部材H1105を示す概略平面図であり、図4(b),4(c)はそれぞれ図4(a)のA−A’線およびB−B’線で断面した断面図である。ここでは、インク流路H1104と吐出口H1101とを総称して、ノズルH1107と称する。各ノズルH1107内にヒータH1103が吐出口H1101と対向するように配置され、各ノズルH1107が、長溝状のインク供給口H1102に接続されている。この図4(a)〜(c)では、便宜上、多数設けられているノズルH1107のうちの2つ(ノズルH1107−1とノズルH1107−2)のみを図示している。ノズルH1107−1,H1107−2の吐出口にH1101−1,H1101−2、ヒータにH1103−1,H1103−2、インク流路にH1104−1,H1104−2という符号をそれぞれ付与して区別している。
各ノズルH1107−1,H1107−2は900dpi(1インチ(2.54cm)当たりの個数)の密度で配置されており、ヒータH1103−1,H1103−2は900dpiの密度で配置されており、そのピッチは約28μmである。このようにヒータ間のピッチが狭いため、各ヒータH1103−1,H1103−2を1列に並べ、その周囲に十分なスペースを有するノズルを形成しようとしても、ノズルの配置スペースが十分に得られない。また、各ノズルの間の間隔が十分に広く確保できず、ノズルを製造する上で必要なクリアランスを確保することが困難である。従って、本実施形態では、ヒータH1103−1,H1103−2を、インク供給口H1102からの距離が異なるように、千鳥状に配置している。
この構成においては、隣接するノズルH1107−1,H1107−2において、ヒータH1103−1,H1103−2に対向する吐出口H1101−1,H1101−2からインク供給口H1102までの距離が異なる。そのため、距離の長短によってノズルH1107−1,H1107−2の流路抵抗が異なる。一般的には、吐出口H1101−2からインク供給口H1102までの距離が長いノズルH1107−2は、吐出口H1101−1からインク供給口H1102までの距離が短いノズルH1107−1と比較して、流路抵抗が大きい。吐出口H1101−1,H1101−2から上流側の流路抵抗が異なると、発泡時にインクが流動しやすい方向がノズルH1107−1,H1107−2によって異なって、インクのリフィル周波数や吐出量や吐出したインクのスピードといった吐出特性に違いが生じる。
このような千鳥状に配置されたノズルの吐出特性の違いを小さくするために、本実施形態では、インク供給口H1102に、ノズルの壁を構成する部材と同じ部材で、壁と同時に抵抗部材H1105−1,H1105−2を形成している。
この抵抗部材H1105−1,H1105−2は、インク供給口H1102とインク流路H1104−1,H1104−2との連通部分(接続部分)H1106−1,H1106−2を部分的に塞いで狭くするものである。そして、この抵抗部材H1105−1,H1105−2の位置または形状を、千鳥状に配置されたノズルH1107−1,H1107−2の長さに対応して変えることにより、流路抵抗を調整する構成とした。なお、抵抗部材は一体部材として構成されているが、ここでは便宜上、抵抗部材のうち短いインク流路(第1の流路)H1104−1に対応する部分を抵抗部材(第1の抵抗部材)H1105−1と称している。そして、長いインク流路(第2の流路)H1104−2に対応する部分を抵抗部材(第2の抵抗部材)H1105−2と称している。ここで、H1105−2の幅dは、対応するインク流路H1104−2の流路幅tより大きくなっている。また、抵抗部材H1105−1とH1105−2との境界は、ノズルH1107−1とH1107−2との間のノズル壁に対応する位置に設けられている。このような構成により、インク流路H1104−1とインク供給口H1102の間の流路抵抗を、インク流路H1104−2とインク供給口H1102の間の流路抵抗に比べて大きくしている。
このような抵抗部材は、インク供給口部に設けられているため、ノズルH1107−1,H1107−2の配置とはあまり関係なく形成することができる。
このように、本実施形態では、ノズルH1107−1,H1107−2が千鳥状に配置された場合に、インク供給口H1102に設けられた抵抗部材H1105を、千鳥状のノズルH1107−1,H1107−2に対応した凹凸形状に形成している。これにより、吐出口H1101−1,H1101−2より上流側の流路抵抗を合わせ込むことが可能になる。
図5(a),(b)は、本実施形態のヒータH1103を駆動した際のインクの発泡状態を模式的に示したものである。図5(a)は、吐出口H1101−1からインク供給口H1102までの距離が短いノズルH1107−1の発泡状態を示し、図5(b)は、吐出口H1101−2からインク供給口H1102までの距離が長いノズルH1107−2の発泡状態を示している。
図5(a)に示すように短いノズルH1107−1内のインクが発泡した場合、ノズルH1107−1の上流側へのインクの流動は、図5(a)に示す矢印の方向となる。この場合、インク供給口H1102に設けられた抵抗部材H1105−1が、インク供給口H1102とインク流路H1104−1との連通部分H1106−1を狭くしているため、流路抵抗が大きくなる。したがって、インク供給口H1102へ向かうインクの流動が抑えられ、インクのリフィル周波数が低くなる。また、インク供給口H1102へ向かうインクの流動の一部は、抵抗部材H1105−2が設けられた部分へと移動するため、隣接するインク流路H1104−2へ移動することが抑制される。その結果、各ノズル間のクロストークを低減することができる。
一方、図5(b)に示すように長いノズルH1107−2内のインクが発泡した場合、ノズルH1107−2の上流側へのインクの流動は、図5(b)に示す矢印の方向となる。この場合、インク供給口H1102に設けられた抵抗部材H1105−2が、インク供給口H1102とインク流路H1104−2との連通部分H1106−2を比較的広く確保しているため、流路抵抗が小さくなる。したがって、インク供給口H1102へ向かうインクが多くなり、インクのリフィル周波数が高くなる。また、インクの流動は、図5(b)に示すように連通部分H1106−2に対して行われ、隣接するノズル側へは移動しない。これは、インク流路が十分長いこと、連通部分H1106−2の流抵抗が、隣接するノズル壁とインク供給口との間の空間の流抵抗よりも小さいためである。
このように、インク供給口H1002に、抵抗部材H1105−1、H1105−2を設けることで、両ノズルH1107−1,H1107−2のリフィル周波数などの吐出特性を高いレベルで合わせ込むことができる。
(第2の実施形態)
図6は、本発明の液体吐出記録ヘッドH1100の、第2の実施形態を示す概略平面図である。
本実施形態は、前述の第1の実施形態に比べ、抵抗部材H1105−1の一部がインク供給口とインク流路との間まで突出している点が異なっている。
本実施形態の場合、前述の第1の実施形態と比較すると、抵抗部材H1105−1によって、インク流路H1104−1とインク供給路H1102の連通部分が塞がれるため、吐出周波数の高さを求める場合は前述の第1の実施形態の方が望ましい。一方で、液体吐出記録ヘッドの流路を構成する部材の強度を求められる場合や、基板の面積をより小型化したい場合には優れた方法である。
図6に示す本実施形態では、吐出口H1101−1からインク供給口H1102までの距離が短いノズルH1107の上流側において、抵抗部材H1105−1が、インク供給口H1102に対向する位置からインク流路H1104内にまたがって形成されている。従って、ノズルH1107−1の上流側において、抵抗部材H1105−1によって、インク流路H1104−1とインク供給路H1102の連通部分が塞がれるため、インクの流動(図6中の矢印にて図示)が第1の実施例の構成よりも大きく抑制される。
また、吐出口H1101−2からインク供給口H1102までの距離が長いノズルH1107−2の上流側においては、インク供給口H1102に対向する部分にのみ抵抗部材H1105−2を配置している。これによって、インク流路H1104−2とインク供給口H1102の連通部分H1106−2は広く確保され、インク流路H1104−2とインク供給口H1102の間の流路抵抗は小さくなっている。
本実施形態では、ノズルH1107およびヒータH1103が千鳥状に配置され、かつインク供給口H1102にできるだけ近づけられた構成でも、抵抗部材H1105の位置または形状を適切なものとすることで、良好な吐出特性を得ることが可能である。
(a)は本発明の液体吐出記録ヘッドを含む液体吐出記録ヘッドカートリッジの構成を示す斜視図、(b)はその分解斜視図である。 図1に示す液体吐出記録ヘッドの分解斜視図である。 図1,2に示す液体吐出記録ヘッドの記録素子ユニットの分解斜視図である。 (a)は本発明の液体吐出記録ヘッドにおける、第1の実施形態の要部概略平面図、(b)はそのA−A’線断面図、(c)はそのB−B’線断面図である。 (a)は図4に示す液体吐出記録ヘッドの短いノズルにおける液体吐出状態を示す模式図、(b)は長いノズルにおける液体吐出状態を示す模式図である。 (a)は本発明の液体吐出記録ヘッドにおける、第2の実施形態の要部概略平面図、(b)はそのA−A’線断面図、(c)はそのB−B’線断面図である。
符号の説明
H1000 液体吐出記録ヘッドカートリッジ(記録ヘッドカートリッジ)
H1001 液体吐出記録ヘッド(記録ヘッド)
H1900 液体収納容器(インクタンク)
H1101 吐出口
H1102 液体供給口(インク供給口)
H1103 発熱抵抗体(ヒータ)
H1104 インク流路
H1104−1 第1の流路
H1104−2 第2の流路
H1105−1 第1の抵抗部材
H1105−2 第2の抵抗部材

Claims (8)

  1. 液体を吐出して記録を行う液体吐出記録ヘッドにおいて、
    吐出する液体を供給する液体供給口と、液体を吐出するためのエネルギーを発生する複数の発熱抵抗体とを備えている基板と、
    該複数の発熱抵抗体に対応して設けられる複数の吐出口と、該複数の吐出口と前記液体供給口とを連通する複数の流路とを備えている流路形成部材と、
    を有し、
    前記複数の流路は、互いに隣接する第1の流路と、該第1の流路よりも流路長さの長い第2の流路を含み、
    前記流路形成部材の前記液体供給口に対応する領域に、前記第1の流路に対応する第1の抵抗部材と、前記第2の流路に対応する第2の抵抗部材が設けられ、該第2の抵抗部材よりも該第1の抵抗部材の方が前記流路側に突出している
    ことを特徴とする、液体吐出記録ヘッド。
  2. 前記第1の抵抗部材と前記第2の抵抗部材は連続して設けられている、請求項1に記載の液体吐出記録ヘッド。
  3. 前記前記第1の抵抗部材と前記第2の抵抗部材との境界部は、前記第1の流路と前記第2の流路との間の流路壁に対応する位置に設けられている、請求項1または2に記載の液体吐出記録ヘッド。
  4. 前記第2の流路の幅よりも前記第2の抵抗部材の幅の方が大きい、請求項1から3のいずれか1項に記載の液体吐出記録ヘッド。
  5. 前記各抵抗部材は、前記各流路と前記液体供給口との連通部分の大きさをそれぞれ規制している、請求項1から4のいずれか1項に記載の液体吐出記録ヘッド。
  6. 前記第1の抵抗部材は、前記液体供給口に対向する部分から前記流路内にまたがって形成されている、請求項1から5のいずれか1項に記載の液体吐出記録ヘッド。
  7. 前記複数の吐出口は900dpi以上の密度で配置されている、請求項1から6のいずれか1項に記載の液体吐出記録ヘッド。
  8. 液体を吐出して記録を行う液体吐出記録ヘッドカートリッジにおいて、
    吐出する液体を供給する液体供給口と、液体を吐出するためのエネルギーを発生する複数の発熱抵抗体とを備えている基板と、
    該複数の発熱抵抗体に対応して設けられる複数の吐出口と、該複数の吐出口と前記液体供給口とを連通する複数の流路とを備えている流路形成部材と、
    吐出する液体を前記液体供給口を介して供給する液体収納容器と、
    を有し
    前記複数の流路は、互いに隣接する第1の流路と、該第1の流路よりも流路長さの長い第2の流路を含み、
    前記流路形成部材の前記液体供給口に対応する領域に、前記第1の流路に対応する第1の抵抗部材と、前記第2の流路に対応する第2の抵抗部材が設けられ、該第2の抵抗部材よりも該第1の抵抗部材の方が前記流路側に突出している
    ことを特徴とする液体吐出記録ヘッドカートリッジ。
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