JP2007083426A

JP2007083426A - インクジェット記録ヘッド及びその製造方法

Info

Publication number: JP2007083426A
Application number: JP2005271826A
Authority: JP
Inventors: Naoto Asai; 直人浅井
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2005-09-20
Filing date: 2005-09-20
Publication date: 2007-04-05

Abstract

【課題】レーザ融蝕を利用してノズル部材にインク流路及び吐出口等を形成する場合であっても、レーザ光の回折による影響を受けることなく吐出口の高密度化を図ることができるインクジェット記録ヘッド等を提供する。
【解決手段】インクジェット記録ヘッド５０は、千鳥状に配置された複数の発熱体と、発熱体に対向する位置に設けられた吐出口と、該吐出口にインクを供給するためのインク流路１６とを有している。インク流路１６は、レーザ融蝕により、重合体物質からなるノズル部材３０に形成されたものである。インク室１６の一部はインク室１７となっており、１つのインク室１７には、２つの吐出口２０ａ、２０ｂが形成されている。
【選択図】図２

Description

本発明は、インクやその定着処理液等の機能性液体を吐出して、画像等の記録を行う液体噴射記録ヘッド（「インクジェット記録ヘッド」又は「記録ヘッド」とも言う）に関し、特に、インクジェット記録ヘッドのインク吐出部の構造及び製造に関するものである。

従来、インクジェット記録ヘッドとしては、例えば発熱体からの熱エネルギーを利用してインクを吐出する方式のものが知られており、この方式の利点の１つとしては、ノズルの高密度化を行い易いということが挙げられる。他方、インクジェット記録分野においては、ますますの高画質化、高解像度化、及び記録の高速化が求められており、これを実現するために多ノズル化や、吐出インクの小液滴化が行われている。

インクジェット記録ヘッドの基本的な構成について、図７を参照して簡単に説明する。図７のインクジェット記録ヘッド１５０は、１つのインク供給口１１４を間に置いて対称的に配置された吐出口群を有している。それぞれの吐出口群では、吐出口（ノズル）１２０は千鳥状に配置されており、インク供給口１１４からのインクは、インク流路１１６を通じてインク吐出口１２０まで供給されるようになっている。各インク流路１１６の先端側はインク室１１６ａとなっており、この内部に発熱体（不図示）等が配置されている。発熱体を駆動することによりインク室１１６ａ内のインクが発泡し、この発泡により、インクが液滴として吐出口１２０から吐出されることとなる。

次に、この種のインクジェット記録ヘッドの製造方法について図８を参照して説明する。図８は、インクジェット記録ヘッドを構成するノズル部材のみを示す斜視図である。

ノズル部材１３０は、例えばポリイミド、ポリエステル、フルオロカーボンポリマー、又はポリカーボネート等の重合体物質からなり、約１５μｍ〜２００μｍ（好ましくは７５μｍ〜１２５μｍ）の厚みを有している。特許文献１には、テープ状あるいはシート状のノズル部材に対してレーザビームを照射することでレーザ融蝕を行い、インク流路１１６、インク室１１６ａ、及び吐出口１２０を形成することが記載されている。
特開平９−１１８０１７号公報

前述した通り、近年、記録ヘッドの吐出口はより高密度化される傾向にあり、吐出口間のピッチｐ（図７参照）を１２００ｄｐｉ程度とすることが望まれている。ここで、吐出口の高密度化を図るためには、例えば、吐出口１２０間のピッチを、図９に示すようにただ単純に１２００ｄｐｉとすればよいとも考えられる。つまり、ノズル部材側の吐出口のピッチを１２００ｄｐｉとすると共に、基板側の発熱体のピッチもこれに合わせて１２００ｄｐｉとする方法である。

しかしながら、下記理由から、こうした方法での高密度化は実際には困難であると考えられる。すなわち、吐出口１２０からインク滴を吐出するためには、発熱体、インク室１１６ａ、及びインク流路１１６等をある程度の大きさに確保する必要があるところ、構造を単純に微細化しただけでは良好な吐出動作が確保されない可能性があるためである。

更には、レーザ融蝕の特性を考慮する必要もある。すなわち、レーザ融蝕ではレーザ光の回折に起因して、図１０に示すように、形成された吐出口１２０の内壁面にテーパが付くこととなる。したがって、吐出口を高密度に形成する場合（図１０（ｂ）参照）、吐出口面側（図示下面側）では構造部同士が互いに独立していたとしても、反対面側では、隣接する構造部同士を独立させることができないこともある。あるいは、吐出口同士を隔てる隔壁がＡ部において極単に薄くなり、部材強度が確保されなくなるおそれもある。

テーパが付くことによるこうした弊害を抑えるためには、ノズル部材１３０自体の厚みを薄くすればよいとも考えられるが、ノズル部材１３０全体の強度を確保するためにはやはり上記寸法程度の厚みを確保する必要がある。

なお、図１０では、吐出口同士が隣接した構成が示されているが、上記問題は、インク室同士あるいはインク流路同士が隣接した場合などにも同様に生じ得る問題である。つまり、図９ではインク流路１１６等の内壁面が垂直に描かれているが、レーザ融蝕を利用する以上、この面にもテーパが付くこととなる。したがって、例えば図９の上面側において、インク流路１１６とインク室１１６ａと互いに連通してしまう可能性がある。あるいは、連通しないまでも両者を仕切る部材（隔壁）の厚さが極端に薄くなるおそれがある。これは、最終的なヘッドの信頼性を低下させることにつながり、また、製造歩留りの観点からしても好ましくない。

本発明は上記のような問題点に鑑みてなされたものである。その目的は、レーザ融蝕を利用してノズル部材にインク流路及び吐出口等を形成する場合であっても、レーザ光の回折による影響を受けることなく吐出口の高密度化を図ることができるインクジェット記録ヘッド及びその製造方法を提供することにある。

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、千鳥状に配置された複数の発熱体と、前記発熱体に対向する位置に設けられた吐出口と、該吐出口にインクを供給するためのインク流路とを有し、前記インク流路は、前記発熱体が配置されるインク室と該インク室までインクを移送するためのインク移送路とで構成され、前記吐出口及び前記インク流路の一部が、レーザ融蝕により、重合体物質からなるノズル部材に形成されているインクジェット記録ヘッドにおいて、１つの前記インク室に前記吐出口が２つ以上形成されていることを特徴とする。

本発明によれば、１つのインク室に２つ以上の吐出口を形成するようにしたことにより、レーザ光の回折による影響（テーパが生じることによる影響）を最小限に抑えつつ吐出口の高密度化を実現することができる。

以下、本発明の実施の形態について図１、図２を参照して説明する。図１は、本発明によるインクジェット記録ヘッドの一実施形態であり、ノズル内部の構造部が透過した状態で示されている。図２は、記録ヘッドを構成するノズル部材を示す斜視図であり、また、その断面は図１の切断線Ａ−Ａに対応している。

なお、図１では、図示横方向が吐出口列方向（Ｘ方向）であり、図示縦方向がインク供給方向（Ｙ方向）である。吐出口列方向とは、複数の吐出口が配列される方向を意図するものである。また、吐出口列方向（X方向）は記録装置の紙送り方向に対応し、インク供給方向（Ｙ方向）はヘッドの走査方向に対応している。

インクジェット記録ヘッド５０は、図２に示すノズル部材３０が、発熱体を備えた基板（不図示）に取り付けられて構成されるものである。詳細には図示しないが、基板には、従来の構成同様、インクを供給するためのインク供給口と、該インク供給口の両側に千鳥状に配置された複数の発熱体１（図１参照）とが形成されている。発熱体１は、矩形の輪郭形状を有する抵抗体であり、配線２を通じて電圧が印加されることにより発熱する。

発熱体１同士のピッチｐ₂は従来同様６００ｄｐｉで形成されている。また、Ｙ方向に関する発熱体１同士のピッチｐ₃も６００ｄｐｉとなっている。

次に、ノズル部材３０の構成について説明する。ノズル部材３０は、例えばポリイミド等の重合体物質からなり、その厚みは約１５μｍ〜２００μｍ程度である。ノズル部材３０には、レーザ融蝕により形成されたインク流路１６が形成されている。インク流路１６は、より細かく分けると、発熱体１に対応する位置に設けられたインク室１７と、該インク室１７までインクを移送するためのインク移送路とで構成されている。

本実施形態の記録ヘッド５０の特徴部は、１つのインク室１７内に２つの吐出口２０ａ、２０ｂが形成されている点にある。２つの吐出口２０ａ、２０ｂは同じ大きさであり、Ｘ方向に並ぶようにしてピッチｐ₁＝１２００ｄｐｉで形成され、いずれも発熱体１に対向する位置に配置されている。２つの吐出口２０ａ、２０ｂは、発熱体１の中心を通過する中心線Ｌｙを挟んで対称形に配置されており、中心線Ｌｙと各吐出口との間の距離は同一となっている。これにより、各吐出口から吐出されるインク滴の大きさ及び速度の均一化が図られている。なお、インク滴の吐出は、従来と同様、発熱体１の駆動によって生じるインクの発泡を利用して行われる。

ここで参考として、図３に、発熱体１を千鳥状に配置することなくＸ方向に一列に並べた例について示す。このように一列に並べた場合、インク室１７同士の間（Ｃ’部）における隔壁が薄くなってしまい、十分な強度が得られないことが懸念される。これに対して、本実施形態の構成では図２に示すように、千鳥状の配置となっているため、Ｃ部における隔壁は図３のものより厚くなり、隔壁の強度も十分に確保される。

上述したように本実施形態によれば、レーザ融蝕を用いて吐出口２０を高密度（例えば１２００ｄｐｉ）に形成する場合であっても、インク流路１６の配置ピッチは低密度（例えば６００ｄｐｉ）のままでよい。そのため、インク流路１６間の隔壁が極単に薄くなることがない。他方、吐出口２０ａ、２０ｂは、ノズル部材３０の薄い部分（図２の厚さｔ₁₇の部分参照）に形成されるものであるため、たとえ高密度に形成したとしてもテーパが生じることによる影響を受けにくい。したがって、このような構成を有する本発明によれば、例えば、インク室とそれに隣接するインク移送路とを仕切る隔壁の強度が低下するといった問題を伴うことなく、吐出口の高密度化が図られることとなる。

以上、本発明の一実施の形態について説明したが、本発明は上記構成に限らず、図４〜図６に示すようなものであってもよい。

図４のインクジェット記録ヘッド５１では、中心線Ｌｙに対して４５°の角度で交差する基準線Ｌｓ上に２つの吐出口２０ａ、２０ｂが形成されている。吐出口列方向Ｘについて言えば、中心線Ｌｙから各吐出口までの距離は同一となっており、また、２つの吐出口のピッチは１８００ｄｐｉである。なお、上記を別な言い方で表すと、２つの吐出口２０ａ、２０ｂは、直径１２００ｄｐｉのピッチ円５と基準線Ｌｓとの交点のそれぞれに位置していると言える。

図５のインクジェット記録ヘッド５２は、図１、図４の記録ヘッドのインク室の形状を変更したものであり、インク室１７Ａの輪郭形状が円形とされている。その他の構造部については図１、図４の記録ヘッドと同様である。このようにインク室を円形とすることで、インク発泡時の圧力伝播の効率が向上することとなる。また、インク室１７Ａでは角部がないことから、インク室内におけるインクのよどみが生じにくくなるという利点もある。

図６のインクジェット記録ヘッド５３では、各インク室内に３つの吐出口２０ａ〜２０ｃが形成されている。各吐出口２０ａ〜２０ｃは、発熱体１の中心と中心を同じくするピッチ円５’上に、互いに等間隔となるように配置されている。このように等間隔な配置とすることで、各吐出口から吐出されるインク滴の大きさ及び速度の均一化が図られる。なお、インク流れ方向の最上流側の吐出口２０ａは、中心線Ｌｙとピッチ円５’との交点に位置している。また、吐出口列方向Ｘについて言えば、各吐出口２０ａ〜２０ｃ同士の間のピッチは２８００ｄｐｉとなっている。

以上、図４から図６を参照して本発明の変形例について説明したが、当然ながら図４〜図６のそれぞれに示した構成を適宜組み合わせることも可能である。上記実施形態では、１つのインク室に対して２つ又は３つの吐出口を設けた形態について説明したが、吐出口の数は特に限定されるものではなく、１つのインク室に４つ以上の吐出口が設けられていてもよい。また、各吐出口の大きさは、全て同一であってもよいし、あるいは吐出口ごとに異なっていてもよい。

なお、本発明に係るインクジェット記録ヘッドが記録の対象とする被記録媒体は、紙に限らず、プラスチックシートや布なども含む。また、本発明に係る記録ヘッドは、シリアルプリンタとしても利用可能であるし、ラインプリンタとしても利用可能である。

本発明のインクジェット記録ヘッドの一実施形態を示す平面図であり、ノズル内部の構造部が透過した状態で示されている。記録ヘッドを構成するノズル部材を示す斜視図である。発熱体を千鳥状に配置することなく吐出口列方向に一列に並べた例を示す平面図である。本発明によるインクジェット記録ヘッドの他の例を示す平面図である。本発明によるインクジェット記録ヘッドの更に他の例を示す平面図である。本発明によるインクジェット記録ヘッドの更に別の例を示す平面図である。従来のインクジェット記録ヘッドの基本的構成を示す平面図である。インクジェット記録ヘッドを構成するノズル部材のみを示す斜視図である。従来の製造方法の問題点を説明するための斜視図である。従来の製造方法の問題点を模式的に説明するための平面図である。

符号の説明

１発熱体
２０、２０ａ、２０ｂ、２０ｃ吐出口
１６インク流路
１７インク室
３０ノズル部材

Claims

千鳥状に配置された複数の発熱体と、前記発熱体に対向する位置に設けられた吐出口と、該吐出口にインクを供給するためのインク流路とを有し、前記インク流路は、前記発熱体が配置されるインク室と該インク室までインクを移送するためのインク移送路とで構成され、前記吐出口及び前記インク流路が、レーザ融蝕により、重合体物質からなるノズル部材に形成されているインクジェット記録ヘッドにおいて、
１つの前記インク室に、前記吐出口が２つ以上形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。
前記各インク室に前記吐出口が２つずつ形成された構成であって、前記２つの吐出口が、前記発熱体の中心を中心として吐出口列方向に等間隔で配置されている、請求項１に記載のインクジェット記録ヘッド。
前記各インク室に前記吐出口が３つずつ形成された構成であって、前記３つの吐出口が、前記発熱体と中心を同じくする同心円上に、互いに等間隔で形成されている、請求項１に記載のインクジェット記録ヘッド。
前記インク室の輪郭形状が円形に形成されている、請求項１から３のいずれか１項に記載のインクジェット記録ヘッド。
インク滴を吐出するための吐出口と、該吐出口にインクを供給するためのインク流路とを有し、前記インク流路は、前記吐出口に連通するインク室と該インク室までインクを移送するためのインク移送路とで構成されているインクジェット記録ヘッドの製造方法であって、
レーザ融蝕により、重合体物質からなるノズル部材に前記吐出口及びインク流路を形成する工程を有し、かつ該工程は、１つの前記インク室に前記吐出口を２つ以上形成することを含むインクジェット記録ヘッドの製造方法。