JP2007190761A - インクジェット記録ヘッドおよびインクジェット記録装置 - Google Patents

Abstract

【課題】インクジェット記録ヘッドの放熱特性をコストをかけずに上げる手法を提供する。
【解決手段】液体供給ユニット６にバネ状部材１１を設け、記録素子基板１が接合された支持基板２を液体供給ユニット６にビスにて接合させる際、バネ状部材１１を支持基板２裏面に接触させることで、記録素子基板１が発生する熱を支持基板２を通して直接液体供給ユニット６に逃がす構造を取る。こうすることで液体供給ユニット６はインクジェット記録ヘッド１０１の大部分を占める体積を持つので、熱容量も大きくしかも放熱するための表面積も十分あるので特別な放熱板などを必要としない。
【選択図】図１

Description

本発明は紙や布などの記録媒体に対して記録液などの液体を吐出口より噴射させて記録を行うインクジェット記録ヘッドおよびこのインクジェット記録ヘッドを搭載する液体噴射記録装置に関する。

従来プリンタ、複写機、ファクシミリ等のプリント装置は、画像情報に基づき被記録材上にドットパターンからなる画像を記録していくよう構成されている。前記プリント装置は、そのプリント方式により、インクジェット方式、ワイヤドット方式、サーマル方式、レーザービーム方式等に分けることができ、そのうちインクジェット方式はインクジェット記録ヘッドを備え、その液路にインクを吐出させるために利用される吐出エネルギーを発生するエネルギー変換手段を有し、インクをインク供給口から液室を介して前記の液路に導き、ここでインクにエネルギー変換手段から与えられた吐出エネルギーによりインクを飛翔液滴として被記録材に向けて飛翔させ、その着弾により記録が行われるよう構成されている。中でも熱エネルギーを利用してインクを吐出するインクジェット記録方式は、記録用のインク滴を吐出して飛翔液滴を形成するためのインク吐出口を高密度に配列することが可能であるほか全体的にコンパクト化も容易であること等の利点があるため多方面に渡って実用化されている。

この熱エネルギーとして電気熱変換素子を用いたインクジェット記録方法は、微小な吐出口から微小な液滴を吐出させ、記録紙に対して記録を行うものであり、一般的には液滴を形成する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から構成される。電気熱変換素子を用いたインクジェット記録ヘッドは電気変換素子を加圧室内に設け、これに記録信号となる電気パルスを与えることにより記録液に熱エネルギーを与え、そのときの記録液の相変化により生じる記録液の発泡時（沸騰時）の気泡圧力を記録液の吐出に利用したものである。

図５は従来のインクジェット記録ヘッドにおける記録液吐出部周辺の部分断面斜視図で、図６は従来のインクジェット記録ヘッドにおける記録ユニット部周辺の部分斜視図、図７は従来のインクジェット記録ヘッドの全体を示した斜視図である。

以下に従来のインクジェット記録ヘッドについて図５乃至図６、図７に基づいて説明する。

２０２は液滴２０８を生成する吐出口、２０３は吐出口２０２を形成するオリフィスプレート、２０４は記録液を吐出する記録素子としてのヒータ、２０５はヒータ２０４を形成する記録素子基板、２０６は不図示の記録液タンクより供給された記録液を一時的に貯蔵する共通液室、２０７は記録液をヒータ２０４の上部へ導くためのノズルである。

ヒータ２０４に通電されたことで発生する熱により記録液が急激に熱せられ、気泡が発生する（膜沸騰）ことでノズル２０７内の記録液は圧力を受けて吐出口２０２から吐出され、記録液の表面張力によって液滴２０８を形成して不図示の記録紙へ付着し記録される。

そして、上記したような従来のインクジェット記録ヘッドではヒータ２０４の繰り返し発熱によって記録素子基板２０５が昇温するため、一般的に放熱対策を施している。

図６は放熱対策を施した一例を示す従来構成の記録ユニット部周辺である。同図において、２１１は記録素子基板２０５を所定の位置に接合保持するとともに記録液を記録素子基板２０５へ供給するための記録液流路が形成された支持基板で、２１２は支持基板２１１における記録素子基板２０５の接合面と反対側の面（以下は裏面と称す）に接合保持される放熱板である。支持基板２１１は熱伝導度が良好な上に、記録素子基板２０５との接合に有利となる高精度な平面性が容易に得られるなどの点からアルミナなどのセラミックス材料によって成形される。この放熱板２１２は熱伝導性に優れているアルミニウムなど材料が選定され、支持基板２１１からの放熱冷却を促進させるために設けられる。

図７は図６で示された記録ユニット部を使ったインクジェット記録ヘッドの全体を示した斜視図である。同図において２０５は前述の記録素子基板、２１１は記録素子基板２０５を所定の位置に接合保持するとともに記録液を記録素子基板２０５へ供給するための記録液流路２１１ａが形成された支持基板である。２１３は支持基板２１１に接合され記録素子基板２０５とほぼ同じ厚みを持つ台座。台座２１３には記録素子基板へ印字に必要な電気信号や記録液を吐出するために必要な電力を供給するための電気信号供給ケーブル２１４が接着されている。２１２は前述の放熱板であり、支持基板２１１の裏面の接着されている。今まで述べてきた記録素子基板２０５、放熱板２１２、台座２１３、電気供給ケーブル２１４はすべて支持基板２１１に接合されており、ひとつの部品となっている。２１５は記録液を貯留するタンク（図示せず）から記録液を記録素子基板２０５へ供給するための液体供給路を備えた液体供給ユニット、２１７は液体供給ユニット２１５に設けられた記録液を支持基板２１１を通して記録素子基板２０５に供給するための流路ジョイント、２１８は液体供給ユニット２１５に設けられた支持基板２１１を固定するためのビス止めボス部、２１９は液体供給ユニット２１５に設けられたビス止めボス部に支持基板２１１が固定された際、液体供給ユニット２１５の流路ジョイント２１７と支持基板２１１との間のインク流路が漏れなく接続できるためのゴム材質でできたジョイントシールである。記録素子基板２０５、放熱板２１２、台座２１３、電気供給ケーブル２１４が一体となった支持基板２１１はビス２１９により液体供給ユニット２１５に設けられたビス止めボス部２１８に固定される。その際、液体供給ユニット２１５に設けられた流路ジョイント２１７とジョイントシール２１９を介して支持基板２１１が結合される。

又、別の従来例としては、特許文献１をあげることが出来る。
特開平10-119292号公報

近年の印字速度の高速化や印字精度の高画質化と相俟って、１つのノズル列における吐出口の配列密度や配列数が大幅に増えたため、印字の繰り返しによる記録素子基板２０５からの発熱量が増えて、蓄熱速度が増している。これにより、記録素子基板２０５内での蓄熱速度と放熱速度との相対差が大きくなり、インクジェット記録ヘッドの過剰昇温によって生じる熱暴走や、インクジェット記録ヘッド内の記録液温度上昇による記録液の特性変化から起こる吐出不良などの問題を誘発する恐れがあった。そのために支持基板２１１の裏面に放熱板２１２を接着していたが、放熱板２１２を貼り付ける為のコストアップだけでなく放熱板２１２そのもののコストもかかり、インクジェット記録ヘッドそのもののコストアップを招いたり、またインクジェット記録ヘッド全体の重量アップも招くなどの問題点を有していた。また、実際放熱板の効果は放熱をさせる空気の流れがあって初めて効果が出るものであり、ヘッド内に設けられた放熱板ではなかなかその効果が発揮できず無駄が多かった。また、支持基板２から直接液体供給ユニット２１５へ熱を逃がそうとしても、その構造上直接密着している場所はビス止めボス部２１８のみであり、この面積を大きくすることは支持基板２１１の位置精度を保つために難しかった。すなわち液体供給ユニット２１５は一般的にプラスティック部材による射出成形法により作られる。この方法では広い面積にわたって平面を出すことは難しかしく、そのままビス止めボス部の面積を大きくしただけで支持基板２１１と接合させると求められた精度で記録素子基板２０５を固定できなくなり、最悪の場合は記録素子基板２０５と被記録材が接触して破損する恐れがある。したがって放熱板のような新たな部品を増やさずに簡単な方法で、しかも効率的にインクジェット記録ヘッドから熱を逃がす手段が強く求められていた。

本発明はインクジェット記録ヘッドおよび該インクジェット記録ヘッドを搭載する記録装置において、記録液を吐出するための複数のノズルと、複数のノズルから記録液を吐出する記録素子が設けられた記録素子基板と、記録素子基板を所定の位置に接合支持し、前記記録液を記録素子基板へ供給するための記録液流路が形成された支持基板と前記記録液を貯留するタンクから供給される前記記録液を前記支持基板の記録液流路へ導く液体供給路と前記支持基板を所定の位置に支持固定するビス止めボス部が成形されている液体供給ユニットと前記液体供給ユニットに設けられた液体供給路と前記支持基板に設けられた記録液流路とをつなぐためのジョイントシールとを有するインクジェット記録ヘッドにおいて、液体供給ユニットにばね状部材を設け、記録素子基板が接合支持した支持基板を液体供給ユニットにビスにて接合させる際、バネ状部材を支持基板裏面に接触させることで記録素子基板が発生する熱を支持基板を通して直接液体供給ユニットに逃がす構造を取る。こうすることで液体供給ユニットはインクジェット記録ヘッドの大部分を占める体積を持つので、熱容量も大きくしかも放熱するための表面積も十分あるので特別な放熱板などを取り付けなくとも十分に記録素子基板で発生した熱を逃がすことが可能である。しかも液体供給ユニットに設けられたバネ状部材は自ら撓むことができるのでヘッドの求められた精度を保証することができる。

以上説明したように、液体供給ユニットに設けられたバネ状部材は自ら撓むことによって、本来支持基板が必要とされる位置に固定される際の障害となることなく、支持基板の裏面と密着可能であり、記録素子基板にて発生した熱を支持基板を通して液体供給ユニット全体に伝えることができる。

次に、本発明の詳細を実施例の記述に従って説明する。

以下、図面を参照して本発明に係るインクジェット記録ヘッドの実施例について説明する。

図１は本発明に係るインクジェット記録ヘッドの分解斜視図、図２は本発明に係るインクジェット記録ヘッドの断面図、図３は本発明に係る液体供給ユニットに設けられたばね状部材の構造を示す模式図、図４はインクジェット記録装置内のキャリッジユニットにインクジェット記録ヘッドが搭載された状態を示す図である。

以下に、本発明の実施例１を図１乃至図４に基づいて説明する。

インクジェット記録ヘッド１０１は、液滴を吐出する吐出口（ノズル）が列を成して形成されたノズル列からプリント信号に従って液滴を吐出する液滴吐出部と、インクジェット記録装置本体との間を伝送されるプリント信号の受け渡しをするために前記液滴吐出部に電気配線がなされるフレキシブルケーブルやTAB等のシート配線部材とを有する記録ユニット部１０２と、記録ユニット部１０２を保持するとともに記録ユニット部１０２に供給される記録液等を収容する記録液貯蔵タンク１３１を着脱保持するための筐体の役割を担うホルダー部１０３とから構成され、同図に示すインクジェット記録ヘッド１０１はタンクホルダー部材が取り付けられたキャリッジに対して着脱可能に搭載される。

１は記録素子基板、２は支持基板、３はシート電気配線基板、４はコンタクト端子配線基板、５は台座、６は液体供給ユニット、７はジョイントシール、８はビス、９は流路ジョイント、１０はビス止めボス部、１１がバネ状部材である。

記録素子基板１には、Si基板の片面に記録液を吐出するための複数の記録素子と、各記録素子に電力を供給するAl等の配線とが成膜技術により形成され、この記録素子に対応した複数のノズルと複数の吐出口（不図示）とがフォトリソグラフィ技術により形成されるとともに吐出口と接続される複数のノズルに記録液を供給するための記録液室が裏面に開口するように形成されている（不図示）。

２つの記録素子基板１は相対位置および傾きをアライメントした後に、支持基板２の上面に載置接合される。記録素子基板１と支持基板２の相対位置は半導体実装技術によって高精度に位置決め接合される。

なお、記録素子基板１は同図に示すような２つ構成に限られるものではなく、１枚構成あるいは３枚以上の構成や異なるサイズの記録素子基板１を複数組み合わせる構成などがあり、各々の用途によって使い分けられている。

支持基板２はアルミニウム、アルミニウム合金、セラミックス等の材料から成り、記録素子基板１における吐出発熱を効率良く放熱させるための放熱部材としての役割も担っている。

この支持基板２には記録素子基板１に記録液を供給するための共通液室２ａと記録液供給口（不図示）が形成されており、共通液室２ａは記録素子基板１との接合面（以下は接合面と称す）から開口し、記録液供給口は支持基板２の接合面と反対側の面（以下は裏面と称す）から開口するように形成されている。そして、記録素子基板１が支持基板２の接合面に接合されると記録素子基板１の記録液室と支持基板２の共通液室２ａが連通される。

また、支持基板２には台座５が接着固定されており、この台座５には記録素子基板１との実装干渉を避けるための開口部が形成されている。

シート電気配線基板３は記録素子基板１に対して電気的に接続されるように、台座５の上面に接合保持されている。そして、シート電気配線基板３とコンタクト端子配線基板４とはACF、リードボンディング、ワイヤボンディング、パターンニング、コネクタなどの手段によって接続される。

上記した電気配線部（シート電気配線基板３とコンタクト端子配線基板４を接続した一連の配線部）は記録素子基板１に記録液を吐出するための電気信号を印加するものであり、記録素子基板１に対応する電気配線とインクジェット記録装置本体からの電気信号を受け取るための外部信号入力端子４ａとを有している。そして、この外部信号入力端子４ａを有するコンタクト端子配線基板４は液体供給ユニット６の背面に位置決め固定されている。

本構成では、電気配線部がシート電気配線基板３とコンタクト端子配線基板４に分割された構成であるが、シート電気配線基板３とコンタクト端子配線基板４を同一部材で形成する構成にしても構わない。

液体供給ユニット６には不図示のフィルターが接合されており、フィルターは支持基板２との接合部の反対側に接合されている。そして、このフィルターによって不図示の記録液貯蔵タンクから供給される記録液内の塵埃の侵入を抑えることができるようになっている。

ジョイントシール７は支持基板２の記録液供給口２ａと液体供給ユニット６の流路ジョイント９をシール接続して両者を連通させるもので、ゴム、エラストマーなどの材料によって形成される。ジョイントシール７の上流側に設けられた不図示のガイドスリーブが液体供給ユニット６の下流側に設けられた位置決めスリーブ９ａに挿入された後に、支持基板２と液体供給ユニット６がビス８によって固定接続されると、ジョイントシール７は支持基板２と液体供給ユニット６によって挟持圧縮されるため、支持基板２の記録液供給口と液体供給ユニット６の流路ジョイント９はジョイントシール７にて接続されて完全にシールされるようになる。

このようにして、液体供給ユニット６に搭載された記録液貯蔵タンク１３１から供給された記録液は不図示のフィルターから流路内へ進入して支持基板２の共通液室２ａを経て、記録素子基板１の記録液室を介してノズル部へ供給される。
この支持基板２と液体供給ユニット６がビス８によって固定接続される際に、液体供給ユニット６に設けられたバネ状部材１１は支持基板２の裏面と接触するようになる。記録素子基板１の記録素子に通電されたことで発生する熱は記録素子基板１、支持基板２、バネ状部材１１を経てインクジェット記録ヘッド１０１の中でもっとも表面積の大きい液体供給ユニットにて放熱されて行く。図３−１には図１、図２で説明したバネ状部材１１の断面図を示す。バネ状部材１１は液体供給ユニット６に一体的に作られており、支持基板２が液体供給ユニット６に備え付けられたビス止めボス部（図示せず）にビス８にて固定された際に支持基板２の裏面に面で接触するように配置されている。それぞれの部品の精度があわに場合でもバネ状部材が撓んで寸法精度を保つように働きヘッドの性能を損なうことはない。図３−２にはほかのバネ状部材の形状を示しておく。

次に液体噴射記録装置内のキャリッジに前述した液体噴射記録ヘッド１０１が搭載された状態について説明する。

図４において、１２１はキャリッジ、１２２はタンクホルダー部材で、キャリッジ１２１に対してタンクホルダー部材１２２が取り付けられた状態がキャリッジユニット１２０である。また、１３１は液体噴射記録ヘッド１０１に対して着脱される交換式記録液貯蔵タンクであり、交換式記録液貯蔵タンク１３１のラッチレバー１３１ａがタンクホルダー部材１２２の受け部（不図示）に係合されると交換式記録液貯蔵タンク１３１はキャリッジユニット１２０に保持されるようになっている。

図４で示されたように記録素子基板１の記録素子に通電されたことで発生する熱は記録素子基板１、支持基板２、バネ状部材１１へと伝えられインクジェット記録ヘッド１０１の中でもっとも表面積の大きい液体供給ユニットにて放熱されて行く。

本発明に係るインクジェット記録ヘッドの分解斜視図 本発明に係るインクジェット記録ヘッドの断面図 ３-1は本発明に係る液体供給ユニットに設けられたばね状部材の構造を示す模式図。３-２は本発明に係る液体供給ユニットに設けられたその他のばね状部材の構造を示す模式図。 本発明に係るインクジェット記録装置内のキャリッジユニットにインクジェット記録ヘッドが搭載された状態を示す図 従来のインクジェット記録ヘッドにおける記録液吐出部周辺の部分断面斜視図 放熱対策を施した一例を示す従来構成の記録ユニット部周辺斜視図 図６で示された記録ユニット部を使ったインクジェット記録ヘッドの全体を示した斜視図

符号の説明

１０１ インクジェット記録ヘッド
１０２ 記録ユニット部
１０３ ホルダー部１０３
１２０ キャリッジユニット
１２１ キャリッジ
１２２ タンクホルダー部材
１３１ 交換式記録液貯蔵タンク
１３１ａ ラッチレバー
１、２０５ 録素子基板
２、２１１ 支持基板
２ａ 記録液供給口
３、２１４ シート電気配線基板
４、２２１ コンタクト端子配線基板
４a、２２０ 外部信号入力端子
５、２１３ 台座
６、２１５ 液体供給ユニット
７、２１９ ジョイントシール
８、２２２ ビス
９、２１７ 流路ジョイント
９ａ 位置決めスリーブ
１０、２１８ ビス止めボス部
１１ バネ状部材

Claims (2)

1. 記録液を吐出するための複数のノズルと、複数のノズルから記録液を吐出する記録素子が設けられた記録素子基板と、記録素子基板を所定の位置に接合支持し、前記記録液を記録素子基板へ供給するための記録液流路が形成された支持基板と、前記記録液を貯留するタンクから供給される前記記録液を前記支持基板の記録液流路へ導く液体供給路を有し前記支持基板を所定の位置に支持固定するボス部が成形されている液体供給ユニットと、前記液体供給ユニットに設けられた液体供給路と前記支持基板に設けられた記録液流路とをつなぐためのジョイントシールとを有するインクジェット記録ヘッドにおいて、液体供給ユニットにはバネ状部材が設けられ、記録素子基板が接合された支持基板を液体供給ユニットに接合させる際、バネ状部材が支持基板裏面に接触することを特徴とするインクジェット記録ヘッド。
2. 請求項１に記載されたインクジェット記録ヘッドを用いたインクジェット記録装置。

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