JP2007022037A - インクジェット記録ヘッド - Google Patents

Abstract

【課題】 比較的短尺の複数の記録素子基板を支持部材上に配置してなるインクジェット記録ヘッドの構成において、ブレードによる記録ヘッドのクリーニングを効果的に実施することができるようにする。
【解決手段】 記録素子基板Ｈ１１００に隣接した位置にダミー基板Ｈ１６００を配置し、吐出口形成面はダミー基板の上面を介して実質的に平坦となる連続面を形成し、大きな段差が生じ無いようにする。これにより、吐出口形成面をクリーニングする場合、ブレードに損傷を与えることなく、また、インクの液溜りを生じることなく、連続的に安定したワイピングを実施することができる。
【選択図】 図２

Description

本発明は、記録媒体にインクを吐出して記録を行なうインクジェット記録ヘッドに関し、特に複数の記録素子基板を同一面上に配置したインクジェット記録ヘッドに関するものである。

インクジェット記録装置は、所謂ノンインパクト記録方式の記録装置であり、様々な記録媒体に対する高速な記録が可能であって、記録時に騒音がほとんど生じないといった特徴を持つ。このようなことから、プリンタ、ワードプロセッサ、ファクシミリ、複写機などの様々な装置の記録機構として広く採用されている。

一般にインクジェット記録装置は、インクを吐出するための吐出口を持つインクジェット記録ヘッドと、このヘッドに対してインクを供給する供給系とから構成される。そしてインクの吐出方式の代表的なものとしては、電気熱変換素子を用いた方式がある。かかる方式では、吐出口内方の加圧室内に設けられた電気熱変換素子に記録信号となる電気パルスを与えることで、発生した熱によりインクに熱エネルギを与え、インクの相変化で生じる発泡による気泡圧力を記録液滴の吐出に利用することでは記録を行なうことができる。この方式を採用すると、半導体製造工程と同様の製造工程を経て、電気熱変換素子および配線等を高密度に多数配置した記録素子基板を容易かつ精度高く製造することができることから、記録の高精細化および高速化を実現できるものである。さらにこれにより、インクジェット記録ヘッドないしはこれを用いる記録装置の一層のコンパクト化を図ることができる。

図５は、従来のインクジェット記録ヘッドを示す斜視図である。
記録素子基板２０１上には、インクを吐出するための複数の吐出口２０２が形成されている。また、各吐出口の内方にはインクに熱エネルギを与えるための電気熱変換素子（ヒータ）が設けられており、各ヒータは、これを駆動させるためのトランジスタ回路と接続されている。このトランジスタ回路は、記録素子基板上に作り込む方法と、別体の駆動素子として作り、記録素子基板に実装する方法とがある。

図には、トランジスタ回路を別体の駆動素子２０５として作り込んだ物を実装した状態を示している。

ヒータからの配線は、各々、記録素子基板２０１上の駆動素子２０５に延在して電気的に接続されている。駆動素子２０５は異方性導電フィルムや、半田バンプ等によるＣＯＢ（chip on board）接続方法により、記録素子基板２０１に接続されている。また、駆動素子２０５にはトランジスタ回路の他に、トランジスタを駆動するためのロジック回路が搭載されており、そのロジック回路を駆動する信号は、フレキシブルフィルム２０６から記録素子基板２０１を介して供給される。。

図６は、図５の記録ヘッドの平面図であり、図６（ａ）は、吐出口を正面に見た正面図であり、図６（ｂ）および（ｃ）は、それぞれ図６（ａ）のＡ−Ａ断面、Ｂ−Ｂ断面を示した図である。

フレキシブルフィルム２０６は、ガラスエポキシ等の複合材料からなる基体上に形成された回路基板２０７に接続され、回路基板２０７には、外部から電気的信号を入力するための電気コネクタ２０８が搭載されている。ここで、駆動素子２０５およびフレキシブルフィルム２０６の電気的接続部が露出していると、吐出口から飛散した液滴もしくは記録媒体上より跳ね返ったインクが付着することで電極やその下地金属が腐食するため、電気的接続部はエポキシ樹脂等の封止性およびイオン遮断性に優れた封止剤（不図示）により被覆され、封止されている。

記録素子基板２０１、およびその裏面に配置するベースプレート２１１には、支持部材２１２に形成された共通液室２１０から供給されるインクを導くためのインク供給口２０３が吐出口列の長さとほぼ等しい長さで開口している。

共通液室２１０にはインク供給チューブ２１４が接続されており、インク吐出に伴って消費されたインクに見合う量のインクが外部のインクタンク（不図示）から供給される構成になっている。

図７はかかる構成の記録ヘッドを用いたインクジェット記録装置の従来例を示す。この記録装置は、一対の搬送ローラ２５０，２５０間に張架された無端ベルト状の搬送ベルト２６０上に記録媒体Ｐを載置し、搬送ベルト２６０を駆動して記録媒体Ｐを矢印方向に走査するものである。
図７に示したインクジェット記録装置の例では、記録媒体Ｐの幅に対応した範囲にわたって吐出口２０２（図５）を整列させてなる記録素子基板をもつインクジェット記録ヘッド２２０が用いられている。そしてその記録ヘッドを４個、例えばイエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）およびブラック（Ｂｋ）の４色に対応して、記録媒体搬送方向に並置し、記録媒体Ｐを搬送しながら各色インクを吐出させることによって、高速にフルカラー記録を行うものである。

しかしながら、記録媒体の幅に対応した範囲にわたって吐出口を整列させてなる記録素子基板を用いる上記構成では、記録ヘッドおよび記録装置のコストが高くなってしまうという問題がある。すなわち、記録媒体の幅に対応した範囲にわたって吐出口を整列させてなる記録素子基板に対応した範囲にわたる記録を一体の記録素子基板にて実現しようとすると、製造時の歩留まりの問題が大きいからである。

図８は、上記のような問題を改善するために用いられている従来のインクジェット記録ヘッドである。すなわち、この構成は、１個の長尺の記録素子基板を用いるのではなく、比較的短尺の複数の記録素子基板２０１−１〜２０１−４を支持部材２８０上に千鳥状に配置することで所望の記録範囲を実現している。

ところで、インクジェット記録装置の場合、記録中に吐出口形成面に付着したインクやゴミによる記録不良を防止する目的で、弾性体のブレードによって記録ヘッドの吐出口形成面を、ワイピングする方法で定期的なクリーニングを行なっている。しかし、図８に示したような複数の記録素子基板を千鳥状に配列した記録ヘッドの場合、記録素子基板どうしが不連続であり、高さ方向の段差や平面方向の凹凸があることから、クリーニングが適切に行なえないといった問題があった。特に記録素子基板のない領域のインクや塵埃を良好にワイピングできないこと、また段差等によるインク溜りの発生が問題となっていた。

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、比較的短尺の複数の記録素子基板を支持部材上に配置してなるインクジェット記録ヘッドの構成において、ブレードによる吐出口形成面のクリーニングを効果的に実施することができるようにすることを目的とする。

記録媒体に対し記録液滴を吐出するための吐出口を有した複数の記録素子基板が、同一平面上に千鳥状に配置されたインクジェット記録ヘッドにおいて、前記記録素子基板どうしの間の部分に、前記記録素子基板の吐出口形成面と同一高さで、段差や溝がないように、吐出等の機能を有さないダミー基板を配置したことを特徴とする。

本発明によれば、比較的短尺の複数の記録素子基板を支持部材上に千鳥状に配置してなるインクジェット記録ヘッドの構成において、記録素子基板に隣接した位置に吐出機能を持たないダミー基板を配置し、吐出口形成面がダミー基板の上面を介して実質的に平坦となる連続面を成して、大きな段差が生じ無いようにする。これにより、吐出口形成面をクリーニングする場合、ブレードに損傷を与えることなく、また、インクの液溜りを生じることなく、連続的に安定したワイピングを実施することができる。

以下、図面を参照して本発明の実施形態を詳細に説明する。

（第１の実施形態）
図１は、本発明の一実施形態であるインクジェット記録ヘッドを示す斜視図である。また、図２は、図１のインクジェット記録ヘッドの吐出口形成面の詳細を示す平面図である。図２（ａ）は、吐出口形成面を正面に見た正面図であり、図２（ｂ）は、Ａ−Ａ断面図、図２（ｃ）は、Ｂ−Ｂ断面図を示している。

図１および図２（ａ）〜（ｃ）において、本実施形態のインクジェット記録ヘッドＨ１０００は、インクを吐出するためのヒータが形成された記録素子基板Ｈ１１００ａ、Ｈ１１００ｂ，Ｈ１１００ｃ，Ｈ１１００ｄ（以後、これらの記録素子基板をまとめてＨ１１００とも記す）と、各ヒータに対応して記録素子基板Ｈ１１００に形成され列状に配列されている複数のインク吐出口Ｈ１１０６ａ，Ｈ１１０６ｂ，Ｈ１１０６ｃ，Ｈ１１０６ｄと、記録素子基板Ｈ１１００に外部からの電気的な駆動信号を与えるための電気配線基板Ｈ１３００と、記録素子基板にインクを供給するためのインク供給口を有し、記録素子基板および電気配線基板を保持固定するための第１のプレートＨ１２００と、各記録素子基板Ｈ１１００に記録液を供給するためのインク供給路Ｈ１５１０を有したインク供給部材Ｈ１５００とを備えている。

図２（ｃ）に示すように、記録素子基板Ｈ１１００には、記録素子に外部から電気的な入力を与えるため、電気接続端子Ｈ１７００が記録素子基板Ｈ１１００の裏面側、つまり吐出口形成面の反対側の面に形成されている。また、電気配線基板Ｈ１３００には、記録素子基板Ｈ１１００の配置および電気接続端子の配置に合致するように、記録素子基板の電気接続端子と電気的な接合を行なうための配線Ｈ１３１０、および電極Ｈ１３２０が形成されている。さらに電気配線基板Ｈ１３００は、記録素子基板Ｈ１１００のインク供給口に対応するように開口部Ｈ１３３０を有している。

各記録素子基板Ｈ１１００は、２列の吐出口列を有しており、各列の吐出口は互いに半ピッチずれて配置されている。また記録素子基板Ｈ１１００は、各記録素子基板上に設けられた吐出口のうちの、端部のいくつかの吐出口配列部分Ｈ１１０９が互いに重複するようにして、千鳥状に配列されている。端部のいくつかの吐出口配列部分Ｈ１１０９が互いに重複するように配列することによって、配列時の位置ずれ等による記録時の不具合（所謂「白すじ」の発生など）を補正できるようにしている。また、吐出口が重複している部分については、記録時に重複による記録不具合（所謂「黒すじ」の発生など）が生じないよう吐出の制御を行っている。

そして、電気配線基板Ｈ１３００は第１のプレートＨ１２００に正確に位置決めされ接着固定された後、４つの各記録素子基板Ｈ１１００が、図２に示すように記録素子基板の裏面に形成された電気接続端子Ｈ１７００と、電気配線基板Ｈ１３００の電極Ｈ１３２０の電気的な接続および機械的な固定が、超音波接続法により同時に行なわれる。この電気接続部は、インクによる腐食およびインクの漏れを防止するため、封止材Ｈ１３０４により封止されている。

さらに、記録素子基板Ｈ１１００および電気配線基板Ｈ１３００が固定された第１のプレートＨ１２００は、記録素子基板Ｈ１１００にインクを供給するためのインク供給部材Ｈ１５００に接着固定されており、電気配線基板Ｈ１３００は外部からの電気信号を受け取るためのコネクタ部が記録素子基板Ｈ１１００の固定面と反対の面になるように折り曲げられ固定されている。

本実施形態では、４つの記録素子基板Ｈ１１００のうち記録素子基板Ｈ１１００ａと記録素子基板Ｈ１１００ｃ、そして記録素子基板Ｈ１１００ｂと記録素子基板Ｈ１１００ｄとは、吐出口配列方向の同列上に並び、記録素子基板Ｈ１１００ａと記録素子基板Ｈ１１００ｃの間と、記録素子基板Ｈ１１００ｂと記録素子基板Ｈ１１００ｄの間には、それぞれダミー基板Ｈ１６００が、記録素子基板の吐出口形成面と略同一の高さになるように配置されている。そして、各基板間の隙間は封止材Ｈ１３０４により段差が生じないよう処理がされている。

ダミー基板Ｈ１６００は、記録素子基板Ｈ１１００の吐出口形成面と同じ高さになるように記録素子基板間に配置できるものであればどのような形状でも構わないが、記録素子基板Ｈ１１００と同等な形状、および物性を有しているものが好ましい。材質については例えばＳｉ、Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＣ、ＡｌＮ等が適している。またダミー基板は、ワイピング性能を阻害するような実質的な高さ方向の段差が生じないような高さであり、また、平面方向にも凹凸が生じないよう、記録素子基板の幅（吐出口配列方向と直交する方向）と実質的に同一寸法とすることが好ましい。

また、このダミー基板Ｈ１６００の固定はどのような方法で行われるものでも構わないが、記録素子基板Ｈ１１００と同じ電気実装方法によって固定されることが望ましい。すなわち、裏面側に電極を形成したダミー基板Ｈ１６００を用い、その電極を電気配線基板Ｈ１３００の電極と金属結合して固定するようにすれば、記録素子基板Ｈ１１００に電気的接続を施して固定するのと同じ工程で、同時に冷却素子基板Ｈ２０００の配列固定を行なうことができる。これにより、組立工程の簡略化を図ることができる。

このように、記録素子基板Ｈ１１００に隣接した位置にダミー基板Ｈ１６００を配置することで、吐出口形成面はダミー基板Ｈ１６００の上面を介して実質的に平坦となる連続面を形成し、大きな段差が生じ無いため、ブレードで記録素子基板Ｈ１１００の吐出口形成面をクリーニングする場合、ブレードに損傷を与えることなく、また、記録液の液溜りを生じることなく、安定したワイピングを実施することができる。従って、安定した高品位の記録を行なうことが可能なインクジェット記録装置を提供することができる。

なお、ダミー基板Ｈ１６００の表面（記録素子基板の吐出口形成面と同じ側）を撥水処理することにより、ダミー基板Ｈ１６００の表面への塵埃やインクの付着を低減でき、ブレードのワイピングによるクリーニング性を一層良好にすることができる。

また、本実施形態では電気配線基板Ｈ１３００の、電極Ｈ１３２０の固定および接続方法に超音波接続方法を用いたが、これに限るものでなく、電気配線基板Ｈ１３００の機械的な固定と電気的な接続とを可能にする方法であれば他の方法を用いてもよい。

（第２の実施形態）
本発明の第２の実施形態について、図３を用いて説明する。
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であり、図３（ａ）は吐出口形成面を正面に見た正面図であり、図３（ｂ）は図３（ａ）のＣ−Ｃ断面図である。第１の実施形態と同様に構成できる部分については、対応箇所に同一符号を付してその説明を省略する。

本実施形態では、第１の実施形態にさらに別の大きさのダミー基板を記録素子基板に隣接させて配置したものである。すなわち本実施形態においては、記録素子基板Ｈ１１００ｂの左側の領域にも、ダミー基板Ｈ１６００Ｂの端部と記録素子基板Ｈ１１００ａの端部とが一致し、かつ吐出口形成面と略同一高さになるようにダミー基板Ｈ１６００Ｂを配置し、また、記録素子基板Ｈ１１００ｃの右側の領域にも、ダミー基板Ｈ１６００Ｂの端部と記録素子基板Ｈ１１００ｄの端部とが一致し、かつ吐出口形成面と略同一高さになるようにダミー基板Ｈ１６００Ｂを配置した。

このようにダミー基板Ｈ１６００Ｂを配置することで、記録素子基板Ｈ１１００ｂと重複していない側の記録素子基板Ｈ１１００ａの端部、および記録素子基板Ｈ１１００ｃと重複していない側の記録素子基板Ｈ１１００ｄの端部においても、ワイピングする幅が狭くならず常に一定幅となる。これにより、全ての記録素子基板にわたって均一で安定したワイピングを行なうことができる。

（第３の実施形態）
本発明の第３の実施形態について、図４を用いて説明する。
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の模式的斜視図である。

本実施形態は、記録素子基板を画像形成に必要な色数分配置したものである。

図には、本発明の一実施形態として４色での記録が可能な記録ヘッドを示した。この記録ヘッドは１色分につき記録素子基板８個を用いており、その８個の記録素子基板を２列の千鳥状配置で構成し、その２列を４組設けることによって４色のインクによる記録を可能としたものである。

このとき各記録素子基板と記録素子基板の間には第２の実施形態と同様に、ダミー基板Ｈ１６００Ａ、およびＨ１６００Ｂが配置されている。またインク供給部材（不図示）は４色分のインク供給路が形成されており、各色インクの２列の記録素子に供給される。

第１の実施形態、および第２の実施形態と同様に記録素子基板Ｈ１１００は裏面側に電気接続電極が形成されており電気配線基板の電極と電気的な接続がされている。また、この構成においては、全ての記録素子基板Ｈ１１００と、それぞれのダミー基板は、正確な位置決めを行なうために最小限の隙間で並べられており、隙間なく連続的に配置され、その隙間は封止材により封止されている。

従って、本実施例形態においては、複数色で記録を行うために記録素子基板が千鳥状に配列された記録ヘッドにおいても、ブレードでワイピングする吐出口形成面があたかも１枚の平板で形成されたような平面形状でとなるため、ブレードによるワイピングが良好に行なえるだけではなく、コンパクトで廉価な多色一体の長尺記録ヘッドを提供することができる。従って安定した高品位の記録を実現できる記録ヘッド提供することができる。

なお、インク色数は４色に限られることなく、６色や８色などに対応したヘッド構成とすることも可能でありまた、記録素子基板単位で複数色用の記録素子や記録液流路が形成された構成に対しても本発明は適用できる。

（その他）
本発明は、複数の記録素子基板を千鳥状に配置することで所定の記録範囲を満たすように構成された記録ヘッドにおいて、当該千鳥状配置に伴い段差等が生じる構成であれば、記録素子基板の形態やその数によらず、またインク吐出方式によらず有効に適用可能である。

例えば、インクの吐出方向に対して実質的に垂直な方向に主平面を有するヒータが採用された形態の記録素子基板であっても、あるいはインクの吐出方向に対して実質的に平行な方向に主平面を有するヒータが採用された形態の記録素子基板であってもよい。また、複数の記録素子基板が３列以上、千鳥状に配置されるものでもよい。さらに、インク吐出方式としても、ヒータを用いるもの、すなわちインクを吐出す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もののほか、ピエゾ素子などにより機械的エネルギを発生するものでもよい。

さらに加えて、適用される記録装置の形態としても、記録媒体の幅に対応した範囲にわたって吐出口ないし記録素子基板が配置されるラインプリンタに限られるものではない。吐出口の配列方向と異なる方向への記録ヘッドの相対走査（主走査）と、これに直交する方向への被記録材の相対搬送（副走査）とを繰り返すことにより記録動作を行うシリアルタイプのインクジェットプリント方式にあっても、当該インクジェットヘッドの構成としていくつかのヘッドチップを並べて所望の長尺化を図るものであれば、これに対しても本発明は有効に適用できるものである。

また、記録素子基板Ｈ１１００とダミー基板は、その構成において不都合が無ければ同一材料とすることで、均一な濡れ性となり更に良好な均一なワイピングを実施することが可能となる。また、組立工程をも容易にすることが可能となる。

本発明の一実施形態に係るインクジェット記録ヘッドを示す斜視図である。 図１のインクジェット記録ヘッドの吐出口形成面の詳細を示す図であり、（ａ）は、吐出口形成面を正面に見た正面図、（ｂ）はＡ−Ａ断面図、（ｃ）はＢ−Ｂ断面図を示している。 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であり、（ａ）は吐出口形成面を正面に見た正面図であり、（ｂ）は側面の断面図である。 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の模式的斜視図である。 従来のインクジェット記録ヘッドを示す斜視図である。 （ａ）は、図５の記録ヘッドを吐出口側から見た正面図、（ｂ）および（ｃ）は、それぞれ、（ａ）のＡ−Ａ断面およびＢ−Ｂ断面を示した図である。 図５の記録ヘッドを用いる従来のインクジェット記録装置を示す模式的斜視図である。 複数の記録素子基板を千鳥状に配列してなる従来の記録ヘッドを示す斜視図である。

符号の説明

Ｈ１１０６ 吐出口
Ｈ１０００ インクジェット記録ヘッド
Ｈ１１００ 記録素子基板
Ｈ１２００ 第１のプレート
Ｈ１３００ 電気配線基板
Ｈ１６００ ダミー基板
Ｈ１７００ 電気接続端子

Claims (7)

1. 吐出口の配列を有する記録素子基板を複数、前記吐出口配列の方向に沿って千鳥状に配置してなるインクジェット記録ヘッドであって、前記複数の記録素子基板間の部分に、前記記録素子基板の吐出口形成面と連続する面を有し、吐出機能を持たないダミー基板を配置したことを特徴とするインクジェット記録ヘッド。
2. 前記ダミー基板は前記記録素子基板と同一材料で形成されてい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。
3. 前記ダミー基板は前記記録素子基板と同一工程にて固定されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のインクジェット記録ヘッド。
4. 前記ダミー基板には少なくとも電極が形成され、該電極を前記記録素子基板に電気信号を与えるための電気配線基板の電極と金属結合させることで、前記ダミー基板の固定が行われることを特徴とする請求項３に記載のインクジェット記録ヘッド。
5. 前記記録素子基板の前記吐出口形成面と連続する前記ダミー基板の面には撥水処理が施されていることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれかに記載のインクジェット記録ヘッド。
6. 前記インクジェット記録ヘッドは、前記記録素子単位で複数色のインクに対応した吐出口配列を有していることを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれかに記載のインクジェット記録ヘッド。
7. 前記ダミー基板は、前記記録素子基板の前記吐出口配列方向と直交する方向の幅と実質的に等しい幅を有していることを特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれかに記載のインクジェット記録ヘッド。
   

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