JP2007283633A - 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】 印字速度向上を図る。
【解決手段】 共通液室内の梁に当接するリブ状突起に圧力室から遠ざける方向に窪みを設けることにより、記録液を圧力室に再充填する際の流抵抗を、梁部分に相当する圧力室と、それ以外の圧力室のものとを可能な限り近づけ、記録液の再充填時間を短くする。
【選択図】 図１

Description

本発明は，被記録材に、インクを吐出口から噴射してインク液滴を形成する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、いわゆるノンインパクト記録方式の記録装置である。高速な記録と様々な記録メディアに対して記録することが可能であり、記録時における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、複写機などの記録機構を担う装置として広く採用されている。

インクジェット記録は、微小な吐出口から微小な液滴を吐出させ、記録紙に対し記録を行うこともので、代表的な方法としては電気熱変換素子を用いた方法がある。このようなインクジェット記録は、一般に液滴を形成するためのノズル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。電気熱変換素子を用いたインクジェット記録ヘッドでは、電気熱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（沸騰）時の気泡圧力を記録液滴の吐出に利用する。

上記のような電気熱変換方式を用いたインクジェット記録ヘッドの場合、電気熱変換素子が配列された基板に対して平行に記録液を吐出させる方式（エッジシューター）と電気熱変換素子が配列された基板に対して垂直に記録液を吐出させる方式（サイドシューター）がある。以下、サイドシューターを例に挙げ、インクジェット記録ヘッドの具体的な構成について説明する。

図6はサイドシューターの記録ヘッドの斜視図、図７は同記録ヘッドの平面図である。図７(a)は同記録ヘッドのインク吐出方向から見た上面図、図７(b)および(c)はそれぞれ、図７(a)のA-A断面、B-B断面の図である。

記録素子基板２０１の中央付近の表面側にはインクを吐出するための吐出口２０２が複数開口しており、各々の吐出口に対応してインクを発泡させるための不図示の加熱ヒーターが記録素子基板２０１上に形成されている。

加熱ヒーターからの電気配線は、加熱ヒーターを駆動するためのトランジスタ回路に接続される。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、別体に作り込んだ素子を記録素子基板に実装する方法とが知られている。通常、加熱ヒーターの個数が比較的少ない記録素子基板２０１においては、記録素子基板２０１上にトランジスタ回路を作り込む方法が一般的であるが、印字幅を広げる目的で、比較的多数個の加熱ヒーターを配設した記録素子基板においては、トランジスタ回路を作り込む構成では記録素子基板の歩留まりの大幅な低下を招くため、トランジスタ回路を別体に作り込んだ素子を記録素子基板に実装する方法の方が、歩留まり上、有利である。図６、７には、トランジスタ回路を別体の駆動素子２０５に作り込んだものを実装した従来例を示している。

図６、７においては、加熱ヒーターからの配線は、各々、記録素子基板２０１上の駆動素子２０５実装部にのびており、ここに実装された駆動素子に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、記録素子基板２０１を介してフレキシブルフィルム２０６に接続される。さらに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。

駆動素子２０５およびフレキシブルフィルム２０６の電気的接続部は、電極部が露出すると、吐出口から飛散した液滴もしくは紙上より跳ね返ったインクが電極に付着して電極やその下地金属を腐食するため、該電極部はエポキシ樹脂等の封止性、イオン遮断性に優れた不図示の封止剤により被覆され、封止されている。

ここで、図８は記録ヘッドの吐出口近傍の平面図である。図８(a)は同記録ヘッドのインク吐出方向から見た上面図、図８(b)は、図8(a)のA-A断面の図である。

記録素子基板２０１及び、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。インク供給口２０３の開口手段は、レーザー、サンドブラスト等による機械加工や、記録素子基板２０１が単結晶シリコンの場合にはアルカリ溶液による異方性エッチング等を用いることが出来る。

圧力室２１６とインク供給口２０３との間にはノズルフィルタ２１７が設けられ、インク供給口２０３から圧力室２１６への異物の流入を防いでいる。

また、インク供給口投影領域の前記インク流路連通部近傍の吐出口プレートの一部にリブ状突起２１９が形成されており、吐出口面の強度を補強している。

共通液室２１０は、さらにインク供給チューブ２１４に連通しており、インク吐出時には、インクジェット記録ヘッド外部の不図示のインクタンクからインクの供給を受ける構成になっている。

一般的には、このような構成のインクジェット記録ヘッドを、インクの吐出を行いながら紙などの被記録材に対して走査して印字を行うインクジェット記録装置が広く知られているが、図９に示すように、印字幅の長いヘッドを被記録材を搬送する搬送ベルトの上に固定し、被記録材を走査することで印字を高速に行うことのできるインクジェット記録装置も従来知られている。図9に示したインクジェット記録装置の例では、紙幅一杯の印字幅をもつインクジェット記録ヘッドを４本並べ、そのそれぞれにイエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの４色のインクを吐出させることによって、フルカラー印字を行うものである。

しかしながら，上記に示した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には、以下に示す２つの問題点があった。

1つ目の問題点は、記録素子基板２０１の強度が低いことである。強度低下の要因は記録素子基板２０１に印字幅の長さのインク供給口２０３を開口しなければならないためである。このような構成では、記録素子基板２０１が長尺化するにつれ、強度が著しく低下し、製造途中や、使用中の操作において、記録素子基板２０１が容易に破損してしまう。

2つ目は、ノズル材２１５で形成される吐出口プレートの、インク供給口２０３の直上に相当する部位が、大きく凹むか、または突出し、印字品位に悪影響を与えることである。この部位はインク供給口２０３の直上ゆえに、記録素子基板２０１に対して支持されておらず、厚さ数μｍ〜数十μｍのノズル材２１５で構成されているため、印字中の発熱や、環境条件により、共通液室側２１０側に凹むか、あるいは記録液飛翔方向に突出してしまう。この変形は吐出口２０２の形状も変形させるため、記録液の飛翔方向が定まらず、出力画像の品位低下につながる。

上記の課題に対し、図１０に示すように、インク供給口内に梁を設けて、課題を解決する方法が考案されている。図１０は記録ヘッドの吐出口近傍の平面図である。図１０(a)は同記録ヘッドのインク吐出方向から見た上面図、図１０(b)は、図１０(a)のA-A断面の図、図１０(ｃ)は、図１０(a)のB-B断面の図である。

すなわち、図１０に示すように、インク供給口２０３内に梯子状に梁２１８を形成し、記録素子基板２０１の強度を保ち、かつ梁２１８によって吐出口プレートを形成しているノズル剤２１５を支持して印字品位の悪化を防ぐインクジェット記録ヘッドが開発されている。

従来例としては、例えば特許文献１と特許文献２をあげることが出来る。
特開平１０−２３０６０２号公報 特開２００５−２８８７２号公報

しかしながら，上記に示した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には、以下に示す問題点があった。

すなわち、インクジェット記録装置における、印刷スピードの向上には、各々の電気熱変換素子及び圧力室における、インクの吐出から再充填に要する時間を短くしなければならない。

しかし、共通液室内に前記梁を形成することにより、梁が形成された位置に相当する一部の圧力室において、共通液室までの流路長が冗長になり、記録液に対する流抵抗が増大してしまう。結果、前記梁が設置された部位において、局所的に記録液の再充填時間が長くなり、印刷スピードが低下してしまう。

上記課題に対して、本発明では、共通液室内の梁に当接するリブ状突起に圧力室から遠ざける方向に窪みを設けることにより、
記録液を圧力室に再充填する際の流抵抗を、梁部分に相当する圧力室と、それ以外の圧力室のものとを可能な限り近づけ、
記録液の再充填時間を短くすることによって、印字速度向上を図るものである。

本発明は、以上説明してきたように、インクジェット記録ヘッドの記録素子基板の機械的強度を向上させ、印字品位を高品位に保つための構造を維持しつつ、印字スピードの向上をも図ることが出来るものである。

なお、以上の説明は、全て、サイドシューターのバブルジェット（登録商標）方式のインクジェット記録ヘッドおよびインクジェット記録ヘッドについて行ってきたが、もちろん、エッジシューター方式のインクジェット記録ヘッドや、ピエゾ方式のインクジェット記録ヘッドにも、本発明は適用でき、その効果は上記説明と何ら変わりないものである。また、本発明は、搭載する記録素子基板の枚数や、その印字幅にも制限はなく、任意の印字幅を設定しても本発明の効果は同様に得られるものである。

図１から図５は本発明の第１の実施例のインクジェット記録ヘッドを説明するための図であり、図１は本発明のインクジェット記録ヘッドの模式的斜視図、図２(a)は同ヘッドの上面平面図、図２(b)は図２(a)のA-A断面における断面図、図２(c)は、図２(a)のB-B断面における断面図、図３は同ヘッドのインク吐出機構を模式的に示した断面図、図４(a)は同ヘッドの吐出口近傍の上面平面図、図４(b)は図４(a)のA-A断面における断面図、図４(c)は、図４(a)のB-B断面における断面図、図５はインクジェット記録装置の模式的斜視図である。

図１において、本発明のインクジェット記録ヘッドは、記録素子基板２０１の中央付近の表面側にインクを吐出するための吐出口２０２が複数開口しており、この吐出口２０２から吐出されるインク滴によって記録を行うものである。

図２および図３に示すように、記録素子基板２０１上には、各々の吐出口２０２に対応して加熱ヒーター２０４が形成されており、この加熱ヒーター２０４に通電加熱してインクを発泡させ、その運動エネルギで記録液であるインクを吐出口２０２から吐出させる。

加熱ヒーター２０４からの電気配線は、各々、記録素子基板２０１上の駆動素子２０５実装部にのびており、ここに実装された駆動素子に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を介してCOB（chip on boad）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、記録素子基板２０１を介してフレキシブルフィルム２０６に接続される。さらに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。

駆動素子２０５およびフレキシブルフィルム２０６の電気的接続部は、電極部が露出すると、吐出口から飛散した液滴もしくは紙上より跳ね返ったインクが電極に付着して電極やその下地金属を腐食するため、該電極部は封止性、イオン遮断性に優れた不図示のシリコン樹脂封止剤により被覆され、封止されている。

記録素子基板２０１及び、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が吐出口列の全域に渡って梁２１８で梯子状に分割されて複数開口している。インク供給口２０３の開口手段は、レーザー、サンドブラスト等による機械加工や、記録素子基板２０１が単結晶シリコンの場合にはアルカリ溶液による異方性エッチング等を用いることが出来る。

図４に示すように、圧力室２１６のインク供給口２０３側の後方にはノズルフィルタ２１７が設けられ、インク供給口２０３から圧力室２１６への異物の流入を防いでいる。また、共通液室内の梁に当接するリブ状突起に圧力室から遠ざける方向に窪みを設けている。

共通液室２１０は、記録素子基板２０１に対して連通しており、さらにインク供給チューブ２１４にも連通している。インク吐出時には、インクジェット記録ヘッド外部の不図示のインクタンクから、このインク供給チューブ２１４を通じてインクの供給を受ける構成になっている。

図５は、インクジェット記録装置の模式的斜視図である。本実施例のインクジェット記録装置には、記録ヘッド２２０が４本搭載されており、その各々に、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの各色のインクが注入されており、これら４本のヘッドを用いて印字することで、フルカラーの印字を実現するものである。

記録ヘッド２２０の下には、記録ヘッド２２０のノズル列配列方向（記録素子基板２０１の配列方向と一致する）に垂直な方向に被記録材３０２を搬送させることができるよう、被記録材搬送ベルト３０１が設けられている。

本発明は、このような構成にすることにより、記録素子基板の強度を上げながらも、記録液の再充填時間を短くすることが可能であるため、印字速度を向上させることが出来る。

本発明の第１の実施例の記録ヘッドの模式的斜視図。 (a)本発明の第１の実施例の記録ヘッドの上面平面図、(b)図２(a)のA-A断面図、(c)図２(a)のB-B断面図。 本発明第１の実施例の記録ヘッドの模式的断面図。 (a)本発明の第１の実施例の記録ヘッドの吐出口近傍の上面平面図、(b)図４(a)のA-A断面図、(c)図４(a)のB-B断面図。 本発明第１の実施例のインクジェット記録装置の模式的斜視図。 従来のインクジェット記録ヘッドの模式的斜視図。 (a)従来の記録ヘッドの上面平面図、(b)図６(a)のA-A断面図、(c)図２(a)のB-B断面図。 (a)従来の記録ヘッドの吐出口近傍の上面平面図、(b)図８(a)のA-A断面図。 従来のインクジェット記録装置の模式的斜視図。 (a)従来の記録ヘッドの吐出口近傍の上面平面図、(b)図１０(a)のA-A断面図、(c)図１０(a)のB-B断面図。

符号の説明

２０１ 記録素子基板
２０２ 吐出口
２０３ インク供給口
２０４ 電気熱変換素子
２０５ 駆動素子
２０６ フレキシブルフィルム
２０７ 回路基板
２０８ 電気コネクタ
２１０ 共通液室
２１１ ベースプレート
２１２ 支持部材
２１３ 前面プレート
２１４ インク供給チューブ
２１５ ノズル材
２１６ 圧力室
２１７ ノズルフィルタ
２１８ 梁
２１９ リブ状突起
２２０ 記録ヘッド
３０１ 被記録材搬送ベルト
３０２ 被記録材

Claims (3)

1. 被記録材に記録液を吐出するための記録液吐出口と加圧室と、記録液に運動エネルギを印加するための複数個の電気熱変換素子が列状に設けられた記録素子基板とを有し、
   該加圧室にインクを供給するために、記録素子基板に貫通して形成される、記録液を供給するためのインク供給口と、
   前記記録液吐出口を備える吐出口プレートと、を備え、前記吐出口プレートが前記基板上に接合されることで、前記基板と前記吐出口プレートとの間に前記インク流路が形成されているインクジェットプリントヘッドにおいて、
   該インク供給口投影領域の前記インク流路連通部近傍の前記吐出口プレートの一部にリブ状の突起が形成され、
   該記録素子基板の該インク供給口内に、一個以上の梁構造が形成されているインクジェット記録ヘッドであって、
   該インク供給口内の梁構造に当接する部分のリブ状突起が、加圧室から遠ざかる方向に凹んだ形状となってい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に記載のインクジェット記録ヘッドであって、
   該リブ状突起の窪みにおける、前記電気熱変換素子の配列されている列方向の幅が、該インク供給口内の梁の同方向の幅と同じか、それ以上であることを特徴とするインクジェット記録ヘッド。
3. 請求項２に記載のインクジェット記録ヘッドと、
   被記録材を搬送する被記録材手段を有するインクジェット記録装置であって、
   該被記録材搬送手段が、前記インクジェット記録ヘッドに形成された前記電気熱変換素子の配列されている列方向と垂直方向に前記被記録材を搬送することを特徴とする、インクジェット記録装置。

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