JP2007203640A - 記録ヘッド - Google Patents

Abstract

【課題】インク供給源の負圧変動や駆動条件に影響されることなく吐出量の大きな液滴を安定して吐出することができる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１７と、各吐出口１７に連通する複数の液路１８と、各液路１７に供給されたインクを各吐出口１７から液滴として吐出させるためのエネルギー発生手段と、を備える。液路１８内の一部には、複数の流路に分割する分割部２１がインク吐出口１７より液路１８の内方に設けられている。
【選択図】図２

Description

本発明は、複数の吐出口を有し、各吐出口からインク滴を吐出させるインクジェット方式の記録ヘッドに関し、特に、吐出口から比較的大きな吐出量の液滴を吐出する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、記録ヘッドに配列された吐出口からインク滴を吐出させ、そのインク滴を記録媒体上に直接着弾させることによって記録を行う。このため、記録動作を低騒音で行うことができると共に、現像などの特別な処理も必要とせず、安価かつ小型に形成でき、カラー化も容易に実現できるという優れた利点も有している。特に、インク滴を吐出するためのエネルギーとして熱を利用するインクジェット記録装置では、記録ヘッドの複数の吐出口を高密度に形成することが可能であり、高解像度、高画質の画像を高速に形成することができる。

図１４はインクジェット記録装置の一例を示すものである。１１５（Ｋ）、１１５（Ｃ）、１１５（Ｍ）、１１５（Ｙ）は、図１４の紙面と直交する方向に延在するフルラインタイプの記録ヘッドである。この記録ヘッドの最大記録幅は、使用する記録媒体Ｐの幅以上に亘っており、これらの記録ヘッド１１５（Ｋ）、１１５（Ｃ）、１１５（Ｍ）、１１５（Ｙ）の吐出口からは、それぞれブラック、シアン、マゼンダ、イエローのインクが所定のタイミングで記録媒体Ｐに向けて吐出される。そして、インクの吐出タイミングに応じて記録媒体Ｐが図１４中矢印方向に搬送されることにより、記録媒体Ｐ上にカラー画像が記録される。なお、図１４に示す記録媒体Ｐは、ロール状に巻かれた連続ラベル紙となっている。ロール供給ユニット１１７から供給されるラベル紙Ｐは、記録ヘッド１１７の下部に配置された搬送ユニット１１８によって、予め設定されたスピードで搬送される。

インクカートリッジ１１９（Ｋ）、１１９（Ｃ）、１１９（Ｍ）、１１９（Ｙ）と記録ヘッド１１５（Ｋ）、１１５（Ｃ）、１１５（Ｍ）、１１５（Ｙ）は、各インク色毎に、図示しないインク供給系に接続されている。また、クリーニング等により記録ヘッド１１５の各吐出口から排出されるインクを回収するための回復桶１２０も、各インク色毎に、インク供給系に接続されている。

このようなインクジェット記録装置に用いられる従来の記録ヘッドの吐出口付近の構造を図１０の模式的斜視図にて示す。また、図１１は従来の記録ヘッドの吐出口およびこれに連通する液路の構造を示す図であり、（ａ）は縦断側面図、（ｂ）は（ａ）におけるＢ−Ｂ線断面図、（ｃ）は正面図である。
図１０および図１１に示す記録ヘッドＨ１は、ヒータボード２と、このヒータボード２上に一定の間隔を介して突設された複数のノズル側壁部６と、ノズル側壁部６の上面に設けられた天板７とを備える。そして、これらによってインクを吐出する吐出口３と、これに連通する液路４とからなる複数のノズル５が形成される。また、各液路の一面を形成するヒータボード２には、各液路４内に供給されるインクを吐出口３から吐出させるための吐出エネルギーを発生するヒータ１が配置されている。

このように構成された記録ヘッドＨ１において、ヒータ１が通電されると、液路４内に供給されたインクがヒータ１の熱によって瞬間的に加熱されてインク内に気泡が発生し、その気泡発生時の圧力によって吐出口３からインク滴が吐出される。

ところで、インクジェット記録装置、特に産業用のインクジェット記録装置は、様々な記録媒体への記録を行うことから、それぞれの記録媒体に対応できる特性を持つ種々の特殊インクを用いた記録を可能にすることが求められる傾向にある。これらの特殊インクは、通常のインクに比べて粘性が高い等、安定した吐出が困難なものも含まれている。こうした特殊インクの吐出の安定化を図るため、産業用のインクジェット記録装置では、吐出されるインク滴の吐出量を大きくすること、すなわち、インク滴の大液滴化を図ることによって安定した吐出を実現することが行われている。

しかしながら、吐出されるインクの大液滴化を図るインクジェット記録装置では、記録ヘッドＨ１における吐出口３の開口面積を大きくする必要がある。吐出口Ｈ１の開口面積を大きくすると、記録ヘッドＨ１のメニスカスを維持する力（メニスカス力または毛細管力）が小さくなる。その結果、インク供給系の負圧の変動などに影響されてメニスカスが破れ易くなり、ノズル５内に十分にインクが保持されない状態が発生するという問題がある。すなわち、吐出動作前にメニスカスが破壊された場合、ノズル５内のインクが不足した状態あるいは存在しない状態でヒータが駆動されることとなり、インク滴の吐出不良が発生する。
また、記録ヘッドＨ１にインクを供給するインクタンク内のインク量が減少して負圧が増大したとき、前述のようにノズル５における毛細管力が小さい状態にあると、ノズルへのインクのリフィルが遅くなる。その結果、吐出が不安定になって記録結果がかすれてしまうという問題が生じる。

このように従来の記録ヘッドＨ１は、吐出口３の開口面積を大きくすれば、メニスカスの維持およびノズルへのリフィル性が低下し、逆に吐出口３の開口面積を小さくすれば、十分な吐出量を得ることが困難になるという二律背反の問題が生じている。

そこで、図１２および図１３に示すような記録ヘッドＨ２およびＨ３を用いることも提案、実施されている。すなわち、図１２に示す記録ヘッドＨ２は、正方形をなすと共に比較的小さな開口面積を有する一対の吐出口３ａ，３ｂを近接して配置し、各吐出口３ａ，３ｂから吐出されるインクを合体させて、一つの液滴として吐出させる構造となっている。
また、図１３に示す記録ヘッドＨ３は、面積の大きい正方形の吐出口を仕切板で区切って長方形形状の吐出口３ｃ，３ｄを形成し、各吐出口３ｃ，３ｄから吐出されるインクを合体させて一つの液滴として吐出させる構造となっている。

この図１２、図１３に示す記録ヘッドＨ２、Ｈ３では、インクが各々の吐出口から分離された状態で外部へと押し出されるため、それらのインクが一つのインク滴として合体しないまま吐出されてしまい、記録品質の低下を招く虞がある。特に、図１３に示す記録ヘッドの場合、区切られた各吐出口が長方形の細長い形状となるため、各吐出口から押し出されるインクの方向が安定せず、一つのインク滴に合体しにくいという問題が生じる。また、図１２に示す記録ヘッドの場合、正方形をなす各吐出口３ａ，３ｂからインクが押し出されるため、押し出されたインクが合体したとしても、そのインク滴が全体的に細長くなってしまい、インク滴の飛翔方向が安定しないという問題も生じる。

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、負圧変動や駆動条件に影響されることなく吐出量の大きな液滴を安定して吐出することができる記録ヘッドの提供を目的とする。

上記従来技術の課題を解決するため、本発明は以下の構成を有する。

すなわち、本発明の第１の形態は、インクを吐出する複数の吐出口と、前記各吐出口に連通する複数の液路と、前記各液路に供給されたインクを前記各吐出口から液滴として吐出させるための吐出エネルギーを発生させる複数のエネルギー発生手段と、を備えたインクジェット記録ヘッドであって、前記液路内の一部を複数の流路に分割する分割部を前記インク吐出口より前記液路の内方に設けたことを特徴とする。

本発明によれば、吐出口より液路の内方に分割部を設けてメニスカス保持力を高めたため、大きな吐出量のインク滴を分散させることなく一つの液滴として適正に吐出することが可能になると共に、液路におけるインクのリフィル性も高まる。このため、負圧変動や駆動条件などに拘わりなく吐出量の大きい液滴を安定して吐出することが可能になる。

以下、図面を参照しつつ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、インクジェット記録装置に用いられる本発明の第１の実施形態における記録ヘッド１０の吐出口付近の構造を模式的に示す斜視図である。また、図２は記録ヘッド１０の吐出口およびこれに連通する液路の構造を示す図であり、（ａ）は縦断側面図、（ｂ）は（ａ）におけるＢ−Ｂ線断面図、（ｃ）は正面図をそれぞれ示している。
図１および図２に示すように、記録ヘッド１０は、インクを吐出するためインクを加熱発泡するヒータ１を有するヒータボード１２と、このヒータボード１２上に設けたノズル形成部材１３と、このノズル形成部材１３上に設けた天板２２とを有する。そして、これらの部材の端面は同一平面上に位置するよう形成されている。

また、ノズル形成部材１３の端面である吐出口形成面には、インクを吐出する矩形の吐出口１７が一定の間隔を介して形成されると共に、各吐出口１７に連通する液路１８が形成されている。すなわち、ノズル形成部材１３には、天板２２に接して吐出口１７の一辺を形成する平面部１４と、ヒータボード２上に一定の間隔を介して配置され、吐出口１７の両側面を形成する一対の側壁部１６が形成されている。さらに、ノズル形成部材１３には、各側壁部１６の間に位置し、吐出口１７の他の一辺を形成する底面部１５が形成されている。また、ノズル形成部材１３には、吐出口１７より内方に所定距離ｄだけ入り込んだ位置に、液路１８の一部を分割する板状の分割部２１が形成されている。この分割部２１は、平面部１４および底面部１５と同一部材によって一体形成されている。

以上のように、この第１の実施形態における記録ヘッド１０は、ノズル形成部材１３によって複数の吐出口１７が形成され、さらにこのノズル形成部材１３とヒータボード１２とにより各吐出口１７に連通する複数の液路１８が形成されている。なお、吐出口１７と液路１８とによりノズル１９が形成されている。また、各液路１８は、記録ヘッド１０に設けられた不図示の共通液室に連通している。共通液室には不図示のインクタンクからのインクが供給され、そのインクが各液路に供給される。記録動作時のインク供給は主として各液路の毛細管力により行われ、また記録ヘッド１０の回復動作時には、不図示の加圧ポンプあるいは吸引ポンプによって行われる。

次に、上記構成を有する記録ヘッドにおけるインクの吐出過程を図３の概念図に基づき説明する。
図３（ａ）は、記録ヘッドのノズル１９に形成される通常のメニスカスＬｍを示している。ここに示すインクＬのメニスカスＬｍは、吐出口１７の開口面積と同一の大きさのメニスカスＬｍとなっており、分割部２１には接触していない。
図３（ｂ）はヒータ１１が熱せられ、液路１８内で発泡１１した状態を示している。液路１８は、分割部２１によって液路の内方から吐出口１７よりｄだけ内方に入り込んだ位置まで二つに分かれている。このため、分割部２１によって分割された各分割流路１８ａ，１８ｂを通過してきたインクは、それぞれ吐出口１７に向けて押し出されて行き、吐出口１７から吐出された直後のインクの先端は、二つの液滴が重なったような形状となる。しかし、吐出口１７側の分割部２１の先端から吐出口１７に至る分割部２１のない部分で、二つの分割流路１８ａ，１８ｂを通過してきたインクがすでに一体化しているため、図３（ｃ）に示すように消泡１３の段階で、各インク滴１２は一つの液滴となる。従って、一つの吐出口１７から吐出されるインク滴は２つに分散することなく、図３（ｄ）に示すように、確実に一つの液滴Ｌ１となって吐出される。

また、図３（ｄ）に示すように、インクＬが吐出口１７から完全に分離してインク滴Ｌ１となった後、ノズル１９側に残ったインクＬは、液路１８内の負圧によって後退する。その結果、インクＬによって形成されるメニスカスは、分割部２１によって分割された分割流路１８ａ，１８ｂに形成される。各分割流路１８ａ，１８ｂの断面積は分割部２１によって２分割されているため、メニスカス保持力（毛細管力）は高められている。このため、この分割流路１８ａ，１８ｂまで後退したメニスカスＬｍが破れることはなく、各分割流路１８ａ，１８ｂ内に保持される。その後、各分割流路１８ａ，１８ｂ内のメニスカスは、図３（ｅ）に示すように、ノズル１９内にインクがリフィルされた状態となる。このリフィル動作において、断面積の小さな各分割流路１８ａ，１８ｂでは、インクに対して大きな毛細管力が作用するため、一旦後退したメニスカスＬｍを、吐出口１７側へと迅速に移動させることができ、リフィル時間を短縮させることができる。従って、高速な記録動作においても、安定したインク吐出を実現することができる。
このように、この第１の実施形態によれば、吐出量の大きい液滴を実現させつつ、メニスカス保持力を高める場合にも、インクタンクの負圧変動や駆動条件に対し、極めて安定した吐出を行うことが可能となる。

（第２の実施形態）
図１ないし図３に示す記録ヘッド１０では、分割部２１が均一な厚さを有する平板形状を有し、インクの流れる方向に対して吐出口１７側とヒーター１１側の両方に端面を有するものとなっている。しかし、分割部２１の形状は、図１ないし図３に示す形状以外の形状に構成することも可能である。例えば、図４または図５に示す本発明の第２の実施形態のように構成することも可能である。

すなわち、図４に示す記録ヘッド１０ａには、吐出口１７側に向けて薄くなるテーパ状の分割部２２が設けられている。このため、分割部２２によって分割された２つの分割流路１８ａ，１８ｂを通過してきたインクは、吐出口１７から吐出されるまでにより結合し易くなり、より安定した吐出が可能となる。

さらに、図５に示す記録ヘッド１０ｂの分割部２３のように、吐出口１７側に向けて薄くなるテーパ部２３ａと、ヒータ１１側に向けて薄くなるテーパ部２３ｂとを形成することも可能である。これによれば、２つの分割流路１８ａ，１８ｂを通過してきたインクが、吐出口１７から吐出されるまでにより結合し易くなると共に、吐出時およびリフィル時などにおいて分割流路１８ａ，１８ｂへのインクの流入がスムーズになる。このため、各分割流路１８ａ，１８ｂを通過したインクをより結合し易くすることが可能となると共に、リフィルをより迅速に行うことが可能となり、記録動作の高速化にも対応させることができる。

（第３の実施形態）
次に、本発明の第３の実施形態を説明する。
図６は本発明の第３の実施形態における記録ヘッドの構成を模式的に示す図であり、（ａ）は縦断側面図、（ｂ）は（ａ）におけるＢ−Ｂ線断面図、（ｃ）は正面図をそれぞれ示している。

本発明の第３の実施形態における記録ヘッド１０ｄにおいても、その基本的な構成は、上記第１の実施形態で示したものと同様となっている。すなわち、インクを吐出するためにインクを加熱発泡させるヒータ１１を有するヒータボード１２の上に、インクを吐出させる吐出口１７および吐出口１７に連通する液路１８からなるノズルを形成するためのノズル形成部材１３が設けられている。さらにこのノズル形成部材１３上には天板２２が設けられている。

また、ノズル形成部材１３には、吐出口１７を形成する平面部１４、側壁部１６，底面部１５および分割部２１が形成されている。この分割部２１は吐出口のより内方に入り込んだ位置に設けられている。さらに、この第２の実施形態では、液路１８内に可動弁２８が設けられており、この点が上記第１の実施形態と異なる。この可動弁２８の自由端はヒータ１１との対向位置に設けられており、ヒータ１１の加熱によりインクに生じた発泡に伴って変位するようになっている。

図７は、この第３の実施形態における記録ヘッド１０ｄにおいて、インクの発泡に伴って可動弁２８が変位する様子を模式的に示した斜視図である。図７（ａ）の破線および図７（ｂ）に示すように、可動弁２８の自由端が、インク内に生じた気泡に圧力によって図中、上方に変位する。これにより、可動弁２８は、気泡Ａの上流側（図７（ｂ）中、右側）への膨出を抑制するストッパーとして作用し、気泡は吐出口１７側へと成長する。これにより、発泡エネルギーをインク吐出のために効率的に利用することが可能となり、消費電力の削減、あるいは吐出速度の向上を図ることが可能となる。

さらに、この第３の実施形態の可動弁２８によれば、インク吐出方向の安定化にも有効である。
図８は発泡の前後において、可動弁１４が変位する様子を正面から示した概念図である。図８（ａ）はインクが発泡していない状態を示している。この状態からヒータ２１の加熱作用によってインクが発泡すると、その発泡１１に伴って可動弁２８は上方に変位し、可動弁２８の端面は図８（ｂ）に示すように、吐出口１７を上下に分割する位置へと移動する。これに対し、分割部２１は、吐出口１７を左右に分割する位置に保持されているため、吐出口１７は、その正面から見た状態において、分割部２１と可動弁２８の端面とにより上下左右に画成された状態となる。このため、気泡によって流路１８内を流動するインクは、分割部２１と可動弁２８とにより上下方向および左右方向を規制された整流となる。このため、吐出口１７から吐出されるインク滴の方向はより安定化する。

なお、この第３の実施形態においても、分割部を図４および図５に示すようにテーパを有する形状に構成することも可能である。

（他の実施形態）
上記各実施形態では、吐出口より内方に入り込んだ位置に設けた一つの分割部によって流路内の一部を２分割するようにしたが、流路内を３分割以上に分割する分割部を設け、それによって流路内のメニスカス力をより高めることも可能になる。例えば、図９に示すように、十字状の横断面形状を有する分割部３１を、吐出口１７より内方に入り込んだ位置に設け、液路１８内の一部を４つの分割流路１８ａ，１８ｂ，１８ｃ，１８ｄに分割するようにしても良い。これによれば、流路１８内のメニスカス力をより高めることが可能になると共に、分割部３１が吐出時のインクの流動を整流する直交整流素子として作用するため、インク滴の吐出方向をより安定化させることも可能になる。

本発明は、上述した実施形態のみに限られることなく、本発明の思想の範囲内で適宜の変形を施すことが可能である。

例えば、１つの印刷装置において用いられる１つまたは複数の記録ヘッドに対して、インクを供給するように構成することができる。また印刷装置は、上述したように記録ヘッドの移動を伴わずに記録を行うフルラインタイプの他、記録ヘッドの主走査方向の移動を伴って記録を行うシリアルスキャンタイプなどであってもよく、その記録形式や形態は何ら特定されない。

本発明における記録ヘッドの吐出口付近の構造を模式的に示す斜視図である。 記録ヘッドの吐出口およびこれに連通する液路の構造を示す図であり、（ａ）は縦断側面図、（ｂ）は同図（ａ）におけるＢ−Ｂ線断面図、（ｃ）は正面図である。 図１および図２に示す記録ヘッドにおけるインクの吐出過程を示す概念図である。 本発明の第２の実施形態における記録ヘッドの一例を示す断面図である。 本発明の第２の実施形態における記録ヘッドの他の例を示す断面図である。 本発明の第３の実施形態における記録ヘッドの吐出口およびこれに連通する液路の構造を模式的に示す図であり、（ａ）は縦断側面図、（ｂ）は同図（ａ）におけるＢ−Ｂ線断面図、（ｃ）は正面図である。 図６に示す記録ヘッドにおいて、インクの発泡に伴って可動弁が変位する様子を模式的に示す図であり、（ａ）は斜視図、（ｂ）は縦断側面図である。 図６に示す記録ヘッドにおいてインクの発泡の前後に可動弁が変位する様子を正面から示した概念図であり、（ａ）はインクが発泡していない状態を、（ｂ）はインクが発泡した状態をそれぞれ示している。 本発明の他の実施形態に用いる記録ヘッドにおける吐出口周辺の構造を模式的に示す斜視図である。 従来の記録ヘッドにおける吐出口周辺の構造を模式的に示す斜視図である。 本発明の第３の実施形態における記録ヘッドの吐出口およびこれに連通する液路の構造を模式的に示す図であり、（ａ）は縦断側面図、（ｂ）は同図（ａ）におけるＢ−Ｂ線断面図、（ｃ）は正面図である。 正方形の吐出口を二つ並べた従来の記録ヘッドの吐出口付近の構造を模式的に示す斜視図である。 面積の大きい正方形の吐出口を仕切板で画成した従来の記録ヘッドの吐出口付近の構造を模式的に示す斜視図である。 インクジェット記録装置の一例を概略的に示す側面図である。

符号の説明

１０，１０ａ，１０ｂ，１０ｄ 記録ヘッド
１１ ヒータ
１２ ヒータボード
１３ 吐出口形成部材
１４ 平面部
１５ 底面部
１６ 側壁部
１７ 吐出口
１８ 液路
１８ａ 分割液路
１８ｂ 分割液路
１９ ノズル
２１，２２，２３ 分割部
２３ａ，２３ｂ テーパ部
３１ 分割部
２８ 可動弁
Ａ 気泡
Ｌ インク
Ｌｍ メニスカス

Claims (7)

1. インクを吐出する複数の吐出口と、前記各吐出口に連通する複数の液路と、前記各液路に供給されたインクを前記各吐出口から液滴として吐出させるための吐出エネルギーを発生させる複数のエネルギー発生手段と、を備えた記録ヘッドであって、
   前記液路内の一部を複数の流路に分割する分割部を前記インク吐出口より前記液路の内方に設けたことを特徴とする記録ヘッド。
2. 前記液路は、前記吐出エネルギーとして熱エネルギーを発生するヒータを保持するヒータボードと、前記ヒータボードに対向して設けられた天板との間に設けられたノズル形成部材と、により構成され、
   前記ノズル形成部材は、前記複数の吐出口と前記分割部とを形成すると共に、前記ヒータボードとの組み合わせにより液路を形成することを特徴とする請求項１に記載の記録ヘッド。
3. 前記分割部は、前記液路内に形成された少なくとも一枚の平板状部分によって形成されていることを特徴とする請求項１に記載の記録ヘッド。
4. 前記分割部は、前記液路内において前記吐出口と前記ヒータとの間に形成されていることを特徴とする請求項３に記載の記録ヘッド。
5. 前記分割部は、吐出口側に向けて薄くなるテーパ部を有することを特徴とする請求項３または４に記載の記録ヘッド。
6. 前記分割部は、吐出口側およびヒータ側に向けて薄くなるテーパ部を有することを特徴とする請求項４または５に記載の記録ヘッド。
7. 前記ヒータの加熱によってインク内に発生する気泡を前記吐出方向へと成長させる可動弁をさらに備えたことを特徴とする請求項２ないし６のいずれかに記載の記録ヘッド。
   

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