JP2007296639A - インクジェット記録ヘッド及び記録装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 供給されるインクによりインクジェット記録ヘッド内のノズル列方向の温度分布を軽減し、濃度ムラの少ない良好な画像品質を得ること。
【解決手段】 記録液を吐出させる記録素子基板が記録素子保持部材上に設ける。記録素子保持部材の記録素子基板と反対側はインク流路の一部として構成され、記録素子基板へのインク供給は記録素子保持部材に設けられたスリットを通して背面より行う。インク流路の一部を構成する記録素子保持部材の面に加熱用ヒーターを複数設け、ヒーター加熱を制御することにより、インク流路の上流側、下流側での温度分布を軽減する
【選択図】 図１

Description

本発明は、記録に用いられる液体を記録媒体の記録面に対して吐出動作を行うインクジェット記録ヘッド及びインクジェット記録装置に関する。

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。

最近では記録されるデータ量も増大しており、特にグラフィック等もプリントアウトされるようになるとそのデータ量の多さから一層の高速記録が要求されるようになってきている。被記録材の幅にわたって吐出口及び電気熱変換体を長尺に配列されるいわゆるフルラインタイプのインクジェットヘッドおよび該インクジェットヘッドを備えるインクジェット装置は上述の記録速度を向上させるものとして大いに期待されている。

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。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、電気熱変換素子をノズル内に設け、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図10，図11を用いて説明する。

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ヒーターが記録素子基板２０１上に形成されている。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を介して電気配線基板２０６に接続される。さらに電気配線基板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および電気配線基板２０６の電気的接続部は、エポキシ系、フッ素、シリコン系樹脂等の封止性、イオン遮断性に優れた封止剤２１２により被覆され、封止されている。

記録素子基板２０１の裏面側には、記録素子基板保持部材２１１および支持部材２１２によって形成されるインクを保持するための共通液室２１０がそれら吐出口列の長さとほぼ等しい長さで開口しており、記録素子基板２０１には、この裏面側のインクを表面側に供給するためのスリット２１９が設けられている。

共通液室２１０は、さらにインク供給口２０３に連通しており、不図示のヘッドの外部からのインクの供給を受ける構成になっている。

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2003-072079号公報

インクの供給は記録素子保持部材裏面においてノズル列方向の流れを生じるように行われる。このような流路構成において、特に高duty印字時ではインク流速が高くなり、上流側はインクで冷やされ下流側は温まったインクが供給させる為ノズル列方向に温度分布が生じ濃度ムラによる画像劣化が生じる。ノズル列方向の温度分布を軽減する必要がある。

記録素子基板保持部材のインク流路側に加熱ヒーターを設け、インク供給上流側でのインクによる冷却を防止する。上流での記録素子基板保持基板からインクが奪う熱を加熱ヒーターにより制御することにより、ノズル方向における温度分布が低減できる。

本発明は、以上説明してきたように、記録素子基板保持部材が形成するインク流路面にヒーターを設け、表面の温度を制御することにより、インクの流れによる冷却作用で生じる温度分布を軽減する。温度分布が軽減されることにより濃度ムラが低減され良好な印字品位の画像を得ることができる。

次に、本発明の詳細を実施例の記述に従って説明する。

図１は本発明実施例のインクジェット記録ヘッドを示す。

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101の中央付近の表面側にインクを吐出するための吐出口102が複数開口しており、この吐出口102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101上には、各々の吐出口102に対応してヒーター103が形成されており、このヒーター103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102から吐出させる。

ヒーター103からの配線は、各々、記録素子基板101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105は異方性導電フィルムを介してCOB（chip on board）接続方法により、記録素子基板101に接続されている。また、駆動素子105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101を介して電気配線基板106に接続される。さらに電気配線基板106は、ガラスエポキシ等の複合材料からなる回路基板107に接続され、回路基板107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116,117が搭載されている。

駆動素子105および電気配線基板106の電気的接続部は封止性、イオン遮断性に優れたエポキシ系、シリコン系、フッ素系などの樹脂封止剤112により被覆され、封止されている。

記録素子基板101の裏面側には、記録素子基板保持部材108および支持部材111によって形成されるインクを保持するための共通液室122がそれら吐出口列の長さとほぼ等しい長さで開口しており、記録素子基板101には、この裏面側のインクを表面側に供給するためのスリット104が異方性エッチング等により形成されている。

共通液室122はインク供給ジョイント115に連通しており、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。

穴113および長穴114は記録装置に取り付ける際の取り付け用の穴であり、ここに記録装置本体の取り付けピンが挿入され記録装置本体に固定される。

図４は本発明記録ヘッドに用いられるインク流路側から見た記録素子基板保持部材を示す。

図４において、１３５〜１４０は抵抗体、１０８は記録素子基板保持部材、１３０〜１３４は外部との結線用の接続端子、１４１は導体配線である。電気的に絶縁性を有し、例えばセラミック等の記録素子基板保持部材１０８の表面に抵抗体１３５〜１４０をインク流路が形成される面にノズル列方向に配する。各抵抗体１３５〜１４０の両端は夫々導体配線に接続される。接続端子１３０〜１３４よりヘッドに設けられた基板へ配線され、記録装置に設けられた制御回路により温度制御される。１４２〜１４５はサーミスタなどの温度センサーである。

図５には本実施例及び従来例でのノズル方向温度分布の概略を示す。

図に示す様にインク供給側ではインクの流れにより記録素子基板保持部材が冷却され、ノズル列方向の温度差が著しかった。インク流路壁面の一部を構成する記録素子基板保持部材にヒーターを設け温度を制御することで、インクによる上流側での冷却によるノズル方向（インク流れ方向）の温度分布は改善される。これにより温度に依存する吐出量のばらつきを抑えることができ、濃度ムラを軽減することができる。

図６、図７は本発明他の実施例のインクジェット記録ヘッドを示す。

本発明のインクジェット記録ヘッドは、記録素子基板３０１の中央付近の表面側にインクを吐出するための吐出口３０２が複数開口しており、この吐出口３０２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。

記録素子基板３０１上には、各々の吐出口３０２に対応してヒーターが形成されており、このヒーター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３０２から吐出させる。

記録素子基板３０１上には、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および温度センサーが搭載されており、それらを駆動する信号等の配線は、ワイヤーボンディング等により電気配線基板３０３に接続され外部の信号と接続される。

記録素子基板３０１の裏面側には、記録素子基板保持部材３０４および支持部材３０６によって形成されるインク流路３０７が前記各ノズル列に対応してノズル列方向に長く設けられており、記録素子基板３０１には、この裏面側のインクを表面側に供給するためのスリット３０８が異方性エッチング等により形成されている。

インク流路３０７は、不図示のヘッドの外部からのインクの供給をそれぞれ受ける構成になっている。

記録素子基板保持部材３０４は、例えば、厚さ０．５〜１０ｍｍのアルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）材料で形成されている。なお、第１のプレートの素材は、アルミナに限られることなく、記録素子基板３０１の材料の線膨張率と同等の線膨張率を有し、かつ、記録素子基板１０１材料の熱伝導率と同等もしくは同等以上の熱伝導率を有する材料で作られてもよい。記録素子基板保持部材３０４には、記録素子基板３０１にインクを供給するためのインク供給口が形成されており、記録素子基板３０１のインク供給口３０８が記録素子基板保持部材３０４のインク供給口に対応し、かつ、記録素子基板３０１は記録素子基板保持部材３０４に対して位置精度良く接着固定される。その接着剤は、例えば、粘度が低く、接触面に形成される接着層が薄く、かつ、硬化後、比較的高い硬度を有し、かつ、耐インク性のあるものが望ましい。例えば、エポキシ樹脂を主成分とした熱硬化接着剤、もしくは紫外線硬化併用型の熱硬化接着剤であり、接着層の厚みは５０μｍ以下が望ましい。また、記録素子基板保持部材３０４は、位置決め基準となるＸ方向基準、Ｙ方向基準、Ｚ方向基準を有している。

記録素子基板３０１は、図１に示すように記録素子基板保持部材３０４に千鳥状に配置され、同一色による幅広の記録を可能としている。例えば、ノズル群の長さが１インチ＋αの４つの記録素子基板を千鳥状に配置し、４インチ幅の記録を可能にしている。

また、各記録素子基板の吐出口群の端部は、千鳥状に隣接する記録素子基板のノズル群の端部と、記録方向に対して、重複する領域を設け、各記録素子基板による印刷に隙間が生じることを防止している。

電気配線基板３０３は、記録素子基板３０１に対してインク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３０１を組み込むための開口部を有しており、接着剤により記録素子基板保持部材３０４の主面に接着固定される。電気配線基板３０３の素材としては、例えば、配線が二層構造のフレキシブル配線基板が使用され、表層はレジストフィルムで覆われている。

図８は本発明他の実施例記録ヘッドに用いられる記録素子基板保持部材を示す。

図８において、３２０〜３２３は抵抗体、３０４は記録素子基板保持部材、３２８〜３３３は外部との結線用の接続端子、３２４〜３３７は導体配線である。電気的に絶縁性を有し、例えばセラミック等の記録素子基板保持部材３０４の表面に抵抗体３２０〜３２３をインク流路が形成される面にノズル列方向に配する。各抵抗体３２０〜３２３の両端は夫々導体配線３２４〜３３７に接続される。接続端子３２８〜３３３よりヘッドに設けられた基板へ配線され、記録装置に設けられた制御回路により温度制御される。

図９は本発明の記録ヘッドを用いたフルマルチインクジェットプリンターの概略図である。１０はカセット給紙、８は手差し給紙であり給紙方式として、給送ローラーと分離パッドにより記録紙を一枚ずつ分離する方式（デュプロ方式）や、ツメ分離方式、リタード方式などが考えられる。カセット給紙１０や手差し給紙９により給紙された記録紙Ｐは、止まっているレジストローラー対４のニップへ記録紙の先端を突き当て、さらに少し給送ローラーを回転させレジストローラー４と給送ローラー８の間で記録紙Ｐにたるみをつくらせることにより、記録紙Ｐの斜送を補正することができ、さらに記録紙Ｐがレジストローラーのニップへ突き当たったことをフォトセンサーで検地してからレジストローラーを回転させ、レジストローラー４の回転開始をトリガーとして記録ヘッド１の記録タイミングをあわせることにより記録紙Ｐ上の所定位置に画像を形成することができる。

レジストローラーにより搬送された記録紙Ｐは、搬送ベルト５ｄとピンチローラー対１２とで挟持され、さらにピンチローラー１２の下ローラー１２ｂには高圧がかけられておりまた上ローラー１２ａは接地されていることにより、ピンチローラー１２を通った記録紙Ｐは搬送ベルト５ｄに静電吸着されながら搬送する。そして搬送ベルト上に静電吸着された記録紙Ｐは不図示のパルスモータである駆動源によって駆動される駆動ローラー５ｂによって搬送されるベルト５ｄによって記録ヘッド１Ｋ〜１Ｃの直下の印字開始位置まで搬送される。

搬送ベルト５ｄは駆動ローラー５ｂと従動ローラー５ａ及び圧力ローラー５ｃとによって張架され、その圧力ローラー５ｃは一端が図示しない搬送ベルト筐体５ｅに揺動可能に付けられたアーム（不図示）の他端に回動可能に付けられ、アームがバネによって押圧されることで搬送ベルト５ｄに張力を加している。

１Ｋ、１Ｙ、１Ｍ、１Ｃは記録シートＰの記録領域の全幅にわたって複数の記録素子が配列するフルラインタイプの記録ヘッドで、記録紙Ｐ搬送方向上流側から１Ｋ（黒）、１Ｙ（シアン）、１Ｍ（マゼンタ）、１Ｃ（イエロー）の順に所定間隔で配置され、記録ヘッド１はヘッドホルダ２に取り付けられている。

以上のような構成において、記録紙Ｐは静電吸着力よって搬送ベルト５ｄの上面に吸着され、記録ヘッド１で印字されながら搬送ベルト５ｄで搬送される。

７は排紙ローラーで、不図示の伝達手段によって従動ローラー７ｂの回転力によって駆動される。

７ａは排紙ローラー７と圧接する拍車で、印字後の記録紙Ｐは、排紙ローラー７ｂと拍車７ａとによって挟持され、排紙トレイ１３へ排紙、収容されるようになっており、拍車７ｂは記録後の印字面を転走するため、印字された画像のインクがなるべく転移しないように先端をとがらせた形状となっている。

本発明実施例の記録ヘッドの全体模式図 本発明実施例の記録ヘッドの模式的断面図 本発明実施例の記録ヘッドの部分的模式図 本発明実施例の記録素子保持基板模式図 本発明実施例の記録ヘッドノズル列方向温度分布概略図 本発明他の実施例の記録ヘッド全体模式図 本発明他の実施例の記録ヘッド部分的模式的断面図 本発明他の実施例の記録素子保持基板模式図 本発明記録ヘッドを使った記録装置の模式図 従来例の記録ヘッドの全体模式図 従来例の記録ヘッドの模式的断面図

符号の説明

１ 記録ヘッド
２ ヘッドホルダ
４ レジストローラー
５ｄ 搬送ベルト
５ａ 従動ローラー
５ｃ 加圧ローラー
５ｅ 搬送ベルト筐体
５ｂ 駆動ローラー
７ 排紙ローラー
８ 給送ローラー
９ 手差し給紙
１０ カセット給紙
１２ ピンチローラー
１３ 排紙トレー
１０１ 記録素子基板
１０２ 吐出口
１０３ ヒーター
１０４ スリット
１０５ 駆動素子
１０６ 電気配線基板
１０７ 回路基板
１０８ 支持部材
１０９ キャップ受け
１１１ 記録素子基板保持部材
１１２ 共通液室
１１３ 位置決め穴
１１４ 位置決め穴
１１５ インク供給ジョイント
１１６ 電気コネクタ
１１７ 電気コネクタ
１２３ 吸収体

Claims (4)

1. 基板上に記録液を吐出させるための複数の記録素子が配列され基板の背面からインクを供給するためにインク供給口を設けた記録素子基板とそれを保持する記録素子保持部材と記録素子基板にインクを供給するためのインク供給路が形成された支持部材とを有するインクジェット記録ヘッドにおいて、記録素子基板へインクを供給するインク流路の一部を形成する記録素子基板保持部材のインク流路面にヒーターを設けたことを特徴とするインクジェット記録ヘッド。
2. 液体を吐出するための複数のノズルと吐出エネルギーを発生する記録素子を複数配列した記録素子基板がノズル配列方向に複数個配置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. 複数のヒーターを設け、各ヒーター独立に制御できることを特徴とする請求項１又は、請求項２のインクジェット記録ヘッド。
4. 請求項１〜請求項３のいずれかに記載のインクジェット記録ヘッドが搭載されたことを特徴とするインクジェット記録装置。

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