JP2008006640A - インクジェット記録ヘッド - Google Patents

Abstract

【課題】ヒーターボードの温度を均一に保つことが可能なインクジェット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、液室２０５が形成された支持体２０６と、ヒーター２０３を備えたノズル２０１が構成され支持体２０６に支持されたヒーターボード２０２とを備えている。ヒーターボード２０２には２つのインク供給口２０４が１つの液室２０５に連通するように形成されており、各々のインク供給口２０４の両側には複数のノズル２０１が配列されてノズルアレイが構成されている。ヒーターボード２０２の表面の、各々のインク供給口２０４の外側の領域には第１の凹部２１１がそれぞれ形成され、２つのインク供給口２０４同士の間の領域には第２の凹部２１２が形成されている。第２の凹部２１２の面積は１つの第１の凹部２１１の面積の２倍以上の大きさを有している。
【選択図】図４

Description

本発明は、ノズルからインク滴を吐出して記録を行うインクジェット記録ヘッドに関するものである。

従来から、インクジェット記録ヘッドから吐出されるインク滴で記録媒体に記録を行うインクジェット記録装置が知られている。この種のインクジェット記録装置では、インクジェット記録ヘッドを搭載したキャリッジを主走査方向に往復移動させる動作と、記録媒体を主走査方向に交わる方向である副走査方向に移動させる動作とを繰り返して記録が行われる。

上述のインクジェット記録ヘッドは、一般的に、ノズルが副走査方向に配列されてノズルアレイを構成し、さらにそのノズルアレイが主走査方向に複数配列された構成を有している。これにより、各ノズルアレイから異なる色のインクを吐出することで、カラー記録を行うことが可能になっている。このような記録ヘッドの中には、特許文献１に記載されているように、カラーインクを吐出するノズルを副走査方向に半ピッチずらして配列した複数のノズルアレイを主走査方向に配列したものもある。特許文献１に開示された構成では、シアン、マゼンダ、イエローの各インク用の３つのノズルアレイがこの順に主走査方向に配列されている。さらに、これらに続いて、これらのノズルアレイとはノズルが副走査方向に半ピッチずらして配列されたイエロー、マゼンダ、シアンの各インク用の３つのノズルアレイが、この順に主走査方向に配列されている。ノズルをこのように配置することで、インクジェット記録ヘッドを主走査方向に往復移動させて記録を行う際に記録解像度を高めることが可能となる。なお、特許文献１の構成では、ノズルが副走査方向に半ピッチずれた同色インク用のノズルアレイは、イエローインク用のものを除いて互いに隣接していない。

また、このようなインクジェット記録ヘッドの中には、特許文献２に記載されているように、吐出口からの蒸発を抑制して不安定な吐出を防止するために、吐出口の近くに蒸発抑制溝を備えているものが知られている。さらに、インク流路となる型の上に樹脂を塗布した後に型を除去してインク流路を形成するインクジェット記録ヘッドの製造方法において、樹脂の膜厚を均一化するためにチップの表面（フェイス面）に溝を設けることが特許文献３に開示されている。

さて、インクジェットヘッドで記録を行うと、主たるインク滴に付随して、主たるインク滴より遅れて飛翔する微小なインク滴が発生する場合がある。さらに、主たるインク滴の記録媒体への着弾の際にインクが跳ね返る現象によって、微小なインク滴が発生する場合もある。これらの微小なインク滴はインクミストと呼ばれており、キャリッジ移動及び吐出する液滴自身による気流によって、フェイス面に付着する。さらに、フェイス面上のインクミストは集合してインク溜り（フェイス濡れ）となる場合がある。このフェイス濡れがインク吐出口近傍に付着すると、インクを吐出する際にその吐出方向が乱れ、記録媒体上の所望の位置にインク滴が着弾しないという事態が生じてしまう等の問題がある。そのため、フェイス面を撥水処理することで吐出口近傍に残るインクミストを少なくし、吐出性能への影響を少なくする手法が用いられている。

また、より高速に記録を行うために、同色インク用のノズルアレイを２列並べることによって吐出周波数を上げる構成がある。例えば、アルミナ焼結体から成る支持体に形成された１つの液室に２つのインク供給口を連通させ、各インク供給口に対して２列のノズルアレイを配置することで、ヒーターボードの幅を広げることなくノズルを配置することができる。しかし、２つのインク供給口の間の領域に構成されている２列のノズルアレイの下には支持体を配することが構造上難しいため、その領域ではヒーターボードが支持体に支持されずに宙に浮いた状態となる。
特開２００１−１７１１１９号公報 特開平１１−００５３０７号公報 特開平０９−００１８０９号公報

このような構成の記録ヘッドでは、吐出によりヒーターが発熱した場合に、支持体に接している部分ではヒーターボードから支持体に熱が伝わりやすいため、ヒーターボードは速やかに冷却される。これに対し、支持体に支持されずに宙に浮いた部分ではヒーターボードから支持体に熱が熱が伝わり難いため、ヒーターボードは冷却されにくい。すなわち、ヒーターボードにおけるノズルアレイが２つのインク供給口の間に形成されている部分は、支持体に支持されずに宙に浮いた状態であるため放熱性が低く、ノズルアレイが２つのインク供給口の外側に形成されている部分に比べて昇温しやすい。ヒーターボードが部分的に昇温すると、各ノズルアレイのノズルから吐出されるインクの量にばらつきが生じるため、ヒーターボードの温度を均一に保つ必要がある。

そこで本発明は、ヒーターボードの温度を均一に保つことが可能なインクジェット記録ヘッドを提供することを目的とする。

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、少なくとも１つの液室が形成された支持体と、インクを吐出するエネルギーを発生させるヒーターを備えたノズルが構成され前記支持体に支持されたヒーターボードとを備え、該ヒーターボードには複数のインク供給口が１つの前記液室に連通するように形成されており、各々の前記インク供給口の両側には複数の前記ノズルが配列されてノズルアレイが構成されているインクジェット記録ヘッドにおいて、前記ヒーターボードの表面の、前記複数のインク供給口のうちの両外側の２つのインク供給口の外側の領域には第１の凹部がそれぞれ形成され、前記複数のインク供給口同士の間の領域には第２の凹部が形成されており、前記第２の凹部の面積は１つの前記第１の凹部の面積の２倍以上の大きさを有していることを特徴とする。

上記本発明によれば、ヒーターボードの温度を均一に保つことが可能なインクジェット記録ヘッドを提供することができる。

次に、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。なお、以下の説明では、同様の機能を有する構成要素には同一の符号を付与し、その説明を省略する。

（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係るインクジェット記録ヘッドを示す図である。図２は図１のインクジェット記録ヘッドの底面におけるチップ実装面を示す平面図である。図３は図２におけるＡ部を拡大して示す図である。図４は図３のＢ−Ｂ線に沿った断面図である。図５は図４のＣ部を拡大して示す図である。図６は図４のインクジェット記録ヘッドのうち図示左方の２つのノズルからインク滴を吐出した状態を示す図である。

本実施形態のインクジェット記録ヘッド１０１は、図２に示すようにアルミナ焼結体から成る支持体２０６上に６枚のチップ１０２が主走査方向に並べて実装され、各チップ１０２から互いに異なる６色のインクを吐出するように構成されている。この記録ヘッド１０１から吐出されるインクは染料インクや顔料インクであり、１つのノズル２０１からの１回の吐出量は３．９ｎｇから５．３ｎｇである。

主に図３および図４を参照すると、チップ１０２はヒータ２０３を備えたノズル２０１がヒーターボード２０２の表面に構成された構成となっている。チップ１０２の両端の電極部（不図示）は封止部１０３によって封止されている。支持体２０６には、１つのチップ１０２に対して１つの液室２０６がそれぞれ個別に形成されている。各チップ１０２は、１つの液室２０６にそれぞれ連通し、主走査方向に並べられた２つのインク供給口２０４を有している。各々のインク供給口２０４の両側には、ノズル２０１が副走査方向に連続的に配列されてなるノズルアレイが形成されている。各インク供給口２０４の両側に形成された２列のノズルアレイの周囲には、ノズル構成材料の剥離を防ぐ溝２２０が形成されている。さらに、溝２２０の外側には凹部２１１，２１２が形成されている。なお、本実施形態におけるノズルアレイの長さは２７．１ｍｍである。

図４に示すように、ヒーターボード２０２には１つの液室２０５にそれぞれ連通する２つのインク供給口２０４が形成されており、各々のインク供給口２０４に対して２列のノズルアレイが形成されている。すなわち、１つのチップ１０２は４つのノズルアレイを有している。各チップ１０２のフェイス面には、２つのインク供給口２０４の各々の外側の領域に第１の凹部２１１が形成され、２つのインク供給口２０４同士の間の領域に第２の凹部２１２が形成されている。これらの凹部２１１，２１２には、記録ヘッドを記録装置本体に装着してノズル２０１からインクを吸引した際に排出されたインクや、インク吐出時に発生したインクミストが貯留するようになっている。

チップ１０２のフェイス面の構成について図５を参照して説明すると、フェイス面の最表面には薄い撥水面２３１が形成されており、ノズル２０１を構成する感光性樹脂２３２がその下に配されている。感光性樹脂２３２の厚みは約２６μｍである。感光性樹脂２３２の下には、ヒーターボード２０２と感光性樹脂２３２との密着性向上のために、厚み２μｍのポリエーテルアミド層２３３が配されている。凹部２１１，２１２は、表面に厚み０．１μｍのＳｉＯ層２３４が配され、その下方に厚み０．２μｍのＴａ層２３５が配されている。

なお、例えば、感光性樹脂２３２の材料にはダイセル化学製のＥＨＰＥ３１５０（商品名）を用いることができ、ポリエーテルアミド層２３３の材料には日立化成工業（株）社製のＨＩＭＡＬ１２００（商品名）を用いることができる。

再び図４を参照すると、本実施形態では、第１の凹部２１１の幅ａは０．２ｍｍ、第２の凹部２１２の幅ｂは０．６９３ｍｍである。これらの凹部２１１，２１２の幅ａ，ｂは、記録ヘッドの主走査方向における幅を意味している。第１の凹部２１１および第２の凹部２１２の副走査方向における長さは同じであるため、それらの面積は幅の寸法に比例する。本実施形態では、第１の凹部２１１の面積は５．６４ｍｍ²であるのに対して第２の凹部２１２の面積は１９．５９ｍｍ²であり、第２の凹部２１２は第１の凹部２１１の２倍以上の面積を有している。なお、凹部２１１，２１２の深さは実質的に感光性樹脂２３２の高さと同じであり、２６μｍである。

ヒーターボード２０２上のヒータ２０３を加熱させてインクを吐出させると、ヒーターボード２０２が発熱する。各チップ１０２における４つのノズルアレイのうちの両外側の２つのノズルアレイによってヒーターボード２０２に発生した熱は、支持体２０６への伝熱Ｑ_Sと、第１の凹部２１１に貯留していたインクの蒸発による気化熱Ｑ_Aとによって奪われる。また、各チップ１０２における４つのノズルアレイのうちの内側の２つのノズルアレイによってヒーターボード２０２に発生した熱は、第２の凹部２１２に貯留していたインクの蒸発による気化熱Ｑ_Bによって奪われる。後者の場合、ヒーターボード２０２が支持体２０６に接していないため支持体２０６への伝熱は少ないが、第２の凹部２１２の面積が第１の凹部２１１よりも大きいため、そこからの気化熱Ｑ_Bは第１の凹部２１１からの気化熱Ｑ_Aよりも大きい。そのため、結果として、ヒーターボード２０２の中央部と両側部とにおける冷却効率がほぼ等しくなっており、両者の温度差を小さくすることができる。これにより、連続して高速でインク吐出を行った場合でも、記録ヘッドのチップ１０１内での温度ばらつきを抑えて安定した吐出動作を行うことが可能である。

なお、凹部２１１，２１２と溝２２０との間には感光性樹脂２３２で形成された壁部が存在している。その壁部の幅は構造上の安定性の観点から感光性樹脂２３２の高さの約４倍となる０．１ｍｍとしている。この壁部は、例えば記録動作中に搬送された記録媒体が搬送不良（ジャム）によってフェイス面に当接するような場合であっても、凹部２１１，２１２から入り込んだ記録媒体の端面がノズル形成部材を横から傷つけないようにガードする役割を有している。

また、凹部２１１，２１２の構成は図５に示した構成に限られず、例えば、図７に示すように凹部２１１，２１２の表面を感光性樹脂２３２で構成し、その下層にポリーエーテルアミド層２３３を配した構成としてもよい。あるいは、図８に示すように凹部２１１，２１２の表面をポリーエーテルアミド層２３３で構成してもよい。また、ＳｉＯ層２３４は層間の密着性を向上させる目的で設けられているものであるため、必ずしも必須ではない。

また、上記では支持体２０６の１つの液室に２つのインク供給口２０４が連通するように形成された構成について説明したが、１つの液室に連通して形成されるインク供給口２０４の数は３つ以上であってもよい。この場合には、それらのインク供給口２０４のうちの両外側の２つのインク供給口２０４の外側の領域に第１の凹部２１１がそれぞれ形成され、それらのインク供給口２０４同士の間の領域に第２の凹部２１２が形成される。

（第２の実施形態）
図９は本発明の第２の実施形態に係るインクジェット記録ヘッドの底面におけるチップ実装面を示す平面図である。図１０は図９におけるＡ部を拡大して示す図である。図１１は図１０のＢ−Ｂ線に沿った断面図である。

本実施形態のインクジェット記録ヘッド１０１も、第１の実施形態と同様、図９に示すようにアルミナ焼結体から成る支持体２０６上に６枚のチップ１０２が主走査方向に並べて実装され、各チップ１０２から互いに異なる６色のインクを吐出するように構成されている。この記録ヘッド１０１から吐出されるインクは染料インクや顔料インクであり、１つのノズル２０１からの１回の吐出量は３．９ｎｇから５．３ｎｇである。

主に図１０および図１１を参照すると、チップ１０２はヒータ２０３を備えたノズル２０１がヒーターボード２０２の表面に構成された構成となっている。チップ１０２の両端の電極部（不図示）は封止部１０３によって封止されている。支持体２０６には、１つのチップ１０２に対して１つの液室２０６がそれぞれ個別に形成されている。各チップ１０２は、１つの液室２０６にそれぞれ連通し、主走査方向に並べられた２つのインク供給口２０４を有している。各々のインク供給口２０４の両側には、ノズル２０１が副走査方向に連続的に配列されてなるノズルアレイが形成されている。各インク供給口２０４の両側に形成された２列のノズルアレイの周囲には、ノズル構成材料の剥離を防ぐ溝２２０が形成されている。さらに、溝２２０の外側には凹部２１１，２１２が形成されている。なお、本実施形態におけるノズルアレイの長さは２７．１ｍｍである。

図１１に示すように、ヒーターボード２０２には１つの液室２０５にそれぞれ連通する２つのインク供給口２０４が形成されており、各々のインク供給口２０４に対して２列のノズルアレイが形成されている。すなわち、１つのチップ１０２は４つのノズルアレイを有している。各チップ１０２のフェイス面には、２つのインク供給口２０４の各々の外側の領域に第１の凹部２１１が形成され、２つのインク供給口２０４同士の間の領域に第２の凹部２１２が形成されている。これらの凹部２１１，２１２には、記録ヘッドを記録装置本体に装着してノズル２０１からインクを吸引した際に排出されたインクや、インク吐出時に発生したインクミストが貯留するようになっている。なお、第２の凹部２１２はノズル列の配列方向（副走査方向）に延びた中壁部２１２ａで仕切られている。中壁部２１２ａは他のノズル構成部材と同様に感光性樹脂２３２によって構成されている。

本実施形態におけるチップ１０２のフェイス面の構成も、図５に示した構成と同様、フェイス面の最表面には薄い撥水面２３１が形成されており、ノズル２０１を構成する感光性樹脂２３２がその下に配されている。感光性樹脂２３２の厚みは約２６μｍである。感光性樹脂２３２の下には、ヒーターボード２０２と感光性樹脂２３２との密着性向上のために、厚み２μｍのポリエーテルアミド層２３３が配されている。凹部２１１，２１２は、表面に厚み０．１μｍのＳｉＯ層２３４が配され、その下方に厚み０．２μｍのＴａ層２３５が配されている。

再び図１１を参照すると、本実施形態では、第１の凹部２１１の幅ａは０．２ｍｍ、２つに仕切られた第２の凹部２１２の半分の幅ｂは０．２９７ｍｍである。これらの凹部２１１，２１２の幅ａ，ｂは、記録ヘッドの主走査方向における幅を意味している。第１の凹部２１１および第２の凹部２１２の副走査方向における長さは同じであるため、それらの面積は幅の寸法に比例する。本実施形態では、第１の凹部２１１の面積は５．６４ｍｍ²であるのに対して、第２の凹部２１２の半分の面積は８．３９ｍｍ²であり、２つのインク供給口２０４の間に形成されている第２の凹部２１２の総面積は１６．７８ｍｍ²である。したがって、２つのインク供給口２０４の間に形成されている第２の凹部２１２の総面積は第１の凹部２１１の２倍以上の大きさを有している。なお、凹部２１１，２１２の深さは実質的に感光性樹脂２３２の高さと同じであり、２６μｍである。

各チップ１０２における４つのノズルアレイのうちの両外側の２つのノズルアレイによってヒーターボード２０２に発生した熱は、支持体２０６への伝熱Ｑ_Sと、第１の凹部２１１に貯留していたインクの蒸発による気化熱Ｑ_Aとによって奪われる。また、各チップ１０２における４つのノズルアレイのうちの内側の２つのノズルアレイによってヒーターボード２０２に発生した熱は、第２の凹部２１２に貯留していたインクの蒸発による気化熱Ｑ_Bによって奪われる。後者の場合、ヒーターボード２０２が支持体２０６に接していないため支持体２０６への伝熱は少ないが、第２の凹部２１２の総面積が第１の凹部２１１よりも大きいため、そこからの気化熱Ｑ_Bは第１の凹部２１１からの気化熱Ｑ_Aよりも大きい。そのため、結果として、ヒーターボード２０２の中央部と両側部とにおける冷却効率がほぼ等しくなっており、両者の温度差を小さくすることができる。これにより、連続して高速でインク吐出を行った場合でも、記録ヘッドのチップ１０１内での温度ばらつきを抑えて安定した吐出動作を行うことが可能である。

本実施形態では、２つのインク供給口２０４の間に形成した第２の凹部２１２を中壁部２１２ａで仕切ることで、第１の凹部２１１の面積の２倍以上の第２の凹部２１２の総面積を確保しつつ、第２の凹部２１２の開口幅を実質的に狭くしている。そのため、記録装置本体によるワイパー動作時に第２の凹部２１２内にワイパーが深く侵入することがなく、ワイパーで第２の凹部２１２内を傷つける可能性が低くなっている。

（第３の実施形態）
図１２は本発明の第３の実施形態に係るインクジェット記録ヘッドの底面におけるチップ実装面を示す平面図である。図１３は図１２におけるＡ部を拡大して示す図である。

本実施形態のインクジェット記録ヘッド１０１も、第１の実施形態と同様、図９に示すようにアルミナ焼結体から成る支持体２０６上に６枚のチップ１０２が主走査方向に並べて実装され、各チップ１０２から互いに異なる６色のインクを吐出するように構成されている。この記録ヘッド１０１から吐出されるインクは染料インクや顔料インクであり、１つのノズル２０１からの１回の吐出量は３．９ｎｇから５．３ｎｇである。

図１２および図１３を参照すると、チップ１０２はヒータ２０３を備えたノズル２０１がヒーターボード２０２の表面に構成された構成となっている。チップ１０２の両端の電極部（不図示）は封止部１０３によって封止されている。本実施形態の記録ヘッドは、フェイス面が記録装置本体のワイパーによって図１２の下方から上方へ向かって（副走査方向に沿って）拭き取られるように記録装置本体に装着される。支持体２０６には、１つのチップ１０２に対して１つの液室２０６がそれぞれ個別に形成されている。各チップ１０２は、１つの液室２０６にそれぞれ連通し、主走査方向に並べられた２つのインク供給口２０４を有している。各々のインク供給口２０４の両側には、ノズル２０１が副走査方向に連続的に配列されてなるノズルアレイが形成されている。各インク供給口２０４の両側に形成された２列のノズルアレイの周囲には、ノズル構成材料の剥離を防ぐ溝２２０が形成されている。さらに、溝２２０の外側には凹部２１１，２１２が形成されている。なお、本実施形態におけるノズルアレイの長さは２７．１ｍｍである。

図１３に示すように、本実施形態の記録ヘッドは、第１の実施形態の構成に加えて、第２の凹部２１２内にノズル列の配列方向（副走査方向）に沿ってジグザグに配置されたリブ２１２ｂが設けられた構成となっている。リブ２１２ｂの幅寸法は０．１ｍｍである。リブ２１２ｂが配列されている副走査方向はワイパーの拭き取り動作と一致しており、ワイパーはリブ２１２ｂに引っ掛かりにくい構成となっている。

本実施形態では、第１の凹部２１１の面積は５．６４ｍｍ²であるのに対して第２の凹部２１２の面積は１７．２５ｍｍ²であり、第２の凹部２１２は第１の凹部２１１の２倍以上の面積を有している。本実施形態においても、第１の凹部２１１の面積の２倍以上の第２の凹部２１２の総面積を確保しつつ、リブ２１２ｂによって第２の凹部２１２の開口幅を実質的に狭くしている。そのため、記録装置本体によるワイパー動作時に第２の凹部２１２内にワイパーが深く侵入することがなく、ワイパーで第２の凹部２１２内を傷つける可能性が低くなっている。また、リブ２１２ｂは、記録動作中に搬送された記録媒体が搬送不良（ジャム）によってフェイス面に当接するような場合に、記録媒体が凹部２１２内に入り込んでノズル形成部材を横から傷つけないようにガードする役割も有している。

本発明の第１の実施形態に係るインクジェット記録ヘッドを示す図である。 図１のインクジェット記録ヘッドの底面におけるチップ実装面を示す平面図である。 図２におけるＡ部を拡大して示す図である。 図４は図３のＢ−Ｂ線に沿った断面図である。 図４のＣ部を拡大して示す図である。 図４のインクジェット記録ヘッドのうち図示左方の２つのノズルからインク滴を吐出した状態を示す図である。 凹部の他の構成を示す図である。 凹部のさらに他の構成を示す図である。 本発明の第２の実施形態に係るインクジェット記録ヘッドの底面におけるチップ実装面を示す平面図である。 図９におけるＡ部を拡大して示す図である。 図１０のＢ−Ｂ線に沿った断面図である。 本発明の第３の実施形態に係るインクジェット記録ヘッドの底面におけるチップ実装面を示す平面図である。 図１２におけるＡ部を拡大して示す図である。

符号の説明

２０１ ノズル
２０２ ヒーターボード
２０３ ヒーター
２０４ インク供給口
２０５ 液室
２０６ 支持体
２１１ 第１の凹部
２１２ 第２の凹部

Claims (3)

1. 少なくとも１つの液室が形成された支持体と、インクを吐出するエネルギーを発生させるヒーターを備えたノズルが構成され前記支持体に支持されたヒーターボードとを備え、
   該ヒーターボードには複数のインク供給口が１つの前記液室に連通するように形成されており、各々の前記インク供給口の両側には複数の前記ノズルが配列されてノズルアレイが構成されているインクジェット記録ヘッドにおいて、
   前記ヒーターボードの表面の、前記複数のインク供給口のうちの両外側の２つのインク供給口の外側の領域には第１の凹部がそれぞれ形成され、前記複数のインク供給口同士の間の領域には第２の凹部が形成されており、
   前記第２の凹部の面積は１つの前記第１の凹部の面積の２倍以上の大きさを有していることを特徴とするインクジェット記録ヘッド。
2. 前記第２の凹部内には、前記複数のノズルの配列方向に沿って延びて前記第２の凹部を仕切る中壁部が設けられている、請求項１に記載のインクジェット記録ヘッド。
3. 前記第２の凹部内には、前記複数のノズルの配列方向に沿ってジグザグに配されたリブが設けられている、請求項１に記載のインクジェット記録ヘッド。

Images