JP2008055870A - 端部温度低下を防ぐヘッド構成 - Google Patents

Abstract

【課題】 フルマルチヘッドの端部の温度低下を防止する。
【解決手段】 ベースプレートに搭載された最外部のチップの端から少なくとも1チップの距離以内に区切りを設け区切りより外側はベースプレートの熱伝導率より低い熱伝導率を持つ部材で構成する。
【選択図】 図８

Description

本発明はドットで画像を形成するための記録素子列を複数列、同一方向に配置されているヘッドを用いた記録手段、および該記録手段を出力手段とする記録装置に関する。

また本発明は紙、糸、繊維、布帛、皮革、金属、プラスチック、ガラス、木材、セラミックス等の被記録媒体に対し記録を行うプリンター、複写機、通信システムを有するファクシミリ、プリンタ部を有するワードプロセッサ等の装置、さらには各種処理装置と複合的に組み合わせた産業用記録装置に適用できる発明である。

なお、本発明における、「記録」とは、文字や図形等の意味を持つ画像を被記録媒体に対して付与することだけでなく、パターン等の意味を持たない画像を付与することをも意味するものである。

従来、紙、布、プラスチックシート、ＯＨＰ用シート等の被記録媒体（以下単に記録紙ともいう）に対して記録を行なう記録装置は、種々の記録方式、例えばワイヤードット方式、感熱方式、熱転写方式、インクジェット方式による記録ヘッドを搭載可能な形態として提案されている。

これらの方式のなかで、インクジェット方式はインクを吐出して記録紙に直接付着させる低騒音なノンインパクト方式の一つで、インク滴の形成方法および噴射エネルギの発生方法により、コンティニアス方式（電荷粒子制御方式およびスプレー方式が含まれる）とオンデマンド方式（ピエゾ方式、スパーク方式およびバブルジェット(登録商標)方式が含まれる）とに大きく分類される。コンティニアス方式は、インクを連続的に吐出し、必要な液滴だけ電荷を与える。帯電した液滴が記録紙に付着し、残りは無駄になる。これに対して、オンデマンド方式は、印字に必要な時だけインクを吐出するために、インクの無駄がなく装置内部が汚れない。また、オンデマンド方式はインクの吐出を開始したり停止したりするため、コンティニアス方式に比べて応答周波数は低い。このため、ノズル数を増やすことで高速化を実現している。したがって、現在市販されている記録装置の多くはオンデマンド方式のものであり、このようなインクジェット方式の記録ヘッドを具備した記録装置は、高密度かつ高速な記録動作が可能であることから、情報処理システムの出力手段、例えば複写機、ファクシミリ、電子タイプライタ、ワードプロセッサ、ワークステーション等の出力端末としてのプリンタ、あるいはパーソナルコンピュータ、ホストコンピュータ、光ディスク装置、ビデオ装置等に具備されるハンディまたはポータブルプリンタとして利用され、かつ商品化されている。この場合、インクジェット記録装置は、これら装置固有の機能、使用形態等に対応した構成をとる。

一般にインクジェット記録装置は、記録手段（記録ヘッド）およびインクタンクと搭載するキャリッジと、記録紙を搬送する搬送手段と、これらを制御するための制御手段とを具備する。

この記録方法は、記録信号に応じてインクを記録用紙上に吐出させて記録を行うものであり、ランニングコストが安く、静かな記録方式として広く用いられている。また、インクを吐出する多数のノズルが直線上に配置された記録ヘッドを用いることにより、記録ヘッドが記録用紙上を一回走査することでノズル数に対応した幅の記録がなされる。そのため、記録動作の高速化を達成することが可能である。

さらに、カラー対応のインクジェット記録装置の場合、複数色の記録ヘッドにより吐出されるインク液滴の重ね合わせることによりカラー画像を形成する。一般に、カラー記録を行う場合、イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）およびシアン（Ｃ）の３原色またはこれら３原色にブラック（Ｂ）を含めた４色に対応する４種類のノズルおよびインクタンクが必要とされる。昨今ではこのような３〜４色の記録ヘッドを搭載し、フルカラーで画像形成が可能な装置が実用化されている。

インクジェット記録ヘッドにおいてインクを吐出するためのエネルギーを発生するエネルギー発生手段としては、ピエゾ素子などの電気機械変換体を用いたもの、あるいは発熱抵抗体を有する電気熱変換素子によって液体を加熱させるものなどがある。

その中でも熱エネルギーを利用（膜沸騰現象を利用）して液体を吐出させる方式（いわゆるバブルジェット(登録商標)方式）の記録ヘッドは、上記液体吐出口を高密度に配列することができるために高解像度の記録をすることが可能である。

このようにインクジェット記録装置は、優れた記録手段として幅広い産業分野（例えば印刷業）で需要が高まっており、高速印刷を期待されている。またより一層高品位な画像の提供も求められている。

上記インクジェット記録装置は複数のノズルを列状に配置したチップ構成をとることが通常である。これらのチップを複数つなげて記録媒体幅を持った長尺ヘッドを構成する。この種のヘッドは保持基板を用いてノズルを列状に配置した記録チップをマウントする構成をとることが多い。図５は記録チップを6個搭載した例である。図中、300は記録チップである。301は保持基板であり、記録チップを搭載する。記録チップ300は千鳥配置され、チップ間の隙間ができないように通常記録素子がオーバーラップするように搭載する。302はインクタンクであり各記録チップにインクを供給する。

高速印字による昇温を防ぐため通常保持基板は例えばアルミナのような熱伝導性の良い材料で作られる。
特開２００５−１６１６３３号公報 米国特許第４７２３１２９号公報 米国特許第４７４０７９６号公報 米国特許第４４６３３５９号公報 米国特許第４３４５２６２号公報 米国特許第４３１３１２４号公報 米国特許第４５５８３３３号公報 米国特許第４４５９６００号公報 特開昭５９−１２３６７０号公報 特開昭５９−１３８４６１号公報 特開昭５４−５６８４７号公報 特開昭６０−７１２６０号公報

上述したヘッドを用いて、フルマルチプリンタを構成し印字を行なうとき、ヘッドに搭載された複数の記録チップのうちヘッドの端部付近に搭載されているチップは、外側に記録チップが無いので、前記保持基板に熱が放散されるため昇温が少なく、端部に向かって温度の勾配ができる。

図６はベタ印字を行なったときの温度分布の例を示している。ヘッド両端の記録チップは温度の低下が起き、温度勾配ができている。一般にインクジェットの吐出量は温度の係数を持ち、温度が変化すると吐出量も変化する。通常は温度の係数は正であるので、ヘッド端は中央寄りより吐出量が少なく印刷濃度が薄くなり、記録画像の品位を低下させる。

本発明の目的は、上述の点に鑑みて、複数の記録チップを搭載した記録ヘッドを用いた画像形成装置において、記録ヘッド端部の記録チップの温度勾配を緩和し濃度変化が生じないように図った画像形成装置を提供することにある。

上述した目的を達成するため、本発明は、インクを吐出するための複数の吐出エネルギー発生素子を一列以上持つ記録チップを少なくとも一つ以上搭載した保持基板を有する記録ヘッドであって、該保持プレートは搭載された最端部の該記録チップの端から該記録チップ長の長さ以内の位置に区切りを設け、該区切りから外側は該保持基板より低い熱伝導率を持つ部材で構成することを特徴とする。

また、本発明はその一形態として、前記区切りから外側の前記保持基板より低い熱伝導率を持つ部材は、前記保持部材と一体に形成され、該区切りより外側に延長した部分の位置に設置されることを特徴とすることができる。

また、本発明は前記保持基板と前記区切りから外側の前記保持基板より低い熱伝導率を持つ部材は、板状に形成された別な保持部材に設置されることを特徴とすることができる。

また、本発明は、前記保持基板は前記記録チップを一つ以上搭載する基板の組み合わせで構成されることを特徴とすることができる。

ここで、前記記録ヘッドはインクジェット記録ヘッドであり、インクを吐出するためのエネルギを発生する素子として、前記インクに膜沸騰を生じさせる熱エネルギを使用するための電気熱変換体を有することを特徴とする。

上述した本発明によれば、インクを吐出するための複数の吐出エネルギー発生素子を一列以上持つ記録チップを少なくとも一つ以上搭載した保持基板を有する記録ヘッドであって、該保持プレートは搭載された最端部の該記録チップの端から該記録チップ長の長さ以内の位置に区切りを設け、該区切りから外側は該保持基板より低い熱伝導率を持つ部材で構成するようにしたので、ヘッド端部の温度低下が緩和され濃度変化が少なくなり、画像品位を向上させることができる。

［実施例１］
以下添付図面を参照して本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。

なお、以下に説明する実施形態では、インクジェット記録方式を用いた記録装置としてプリンタを例に挙げ説明する。

本明細書において、「記録」（「プリント」という場合もある）とは、文字、図形等有意の情報を形成する場合のみならず、有意無意を問わず、また人間が視覚で知覚し得るように顕在化したものであるか否かを問わず、広く記録媒体上に画像、模様、パターン等を形成する、または媒体の加工を行う場合も表すものとする。

また、「記録媒体」とは、一般的な記録装置で用いられる紙のみならず、広く、布、プラスチック・フィルム、金属板、ガラス、セラミックス、木材、皮革等、インクを受容可能なものも表すものとする。

さらに、「インク」（「液体」と言う場合もある）とは、上記「記録（プリント）」の定義と同様広く解釈されるべきもので、記録媒体上に付与されることによって、画像、模様、パターン等の形成または記録媒体の加工、或いはインクの処理（例えば記録媒体に付与されるインク中の色剤の凝固または不溶化）に供され得る液体を表すものとする。

図１は本発明の実施形態としてのインクジェット記録装置１の概略構成を示す断面図であり、３は記録ヘッドであり、本実施形態ではブラック（Ｋ）、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、イエロー（Ｙ）各色のインクを吐出する４つの記録ヘッド３１〜３４を有している。これらの記録ヘッドは後述する制御部により駆動され対応するインクのインク滴を吐出しカラー記録を行う。

シート状の記録媒体（以下、単にシートと称する）ＳＴは、図示しない給送部から給送され、搬送ベルト２に静電吸着されて移動しつつ記録ヘッド３の下を通過する際に記録が行われる。搬送装置である搬送ベルト２は円環状の帯部材であって駆動ローラ５、支持ローラ６、７によって張架され、回転駆動することによりシートＳＴを搬送するものである。８はベルトのクリーニング機構であり、ベルト上に付着したインクを除去する。

図２はこの搬送ベルト２の構造を示す上面図（ａ）及び断面図（ｂ）である。図示されたように搬送ベルト２はベースとなる誘電体フィルム層９の搬送面と反対側の面に、図２（ａ）に示す如く静電吸着手段として短冊状の電極を交互に配設した第一電極群であるくし歯電極１０、第二電極群であるくし歯電極１１を形成している。くし歯電極１１の各電極はくし歯電極１０の各電極間に設置され、すなわち搬送方向に交互に配置されている。

くし歯電極１０、１１は例えば誘電体フィルム層９の表面に厚み３５μｍ、幅８ｍｍの電極を、８ｍｍの間隔をおいて配置している。搬送ベルト２の両端には給電手段として図２（ｂ）に示す如く導電ブラシ１２が設けられている。導電ブラシ１２は基材１２ａに導電性のブラシ１２ｂを植えて構成されている。

図３は搬送ベルト２を搬送方向と直交する方向から見た正面図であり、図示されたように、導電ブラシ１２のブラシ１２ｂが搬送ベルト２のフィルム層９のくし歯電極１０、１１に接触することで給電を行っている。

このように構成したくし歯電極１０、１１に電位差を生じせしめると、静電力により吸着力を得ることができる。本実施形態においてはくし歯電極１０、１１の一方に接する導電ブラシ１２を接地し、他方に接する導電ブラシ１２に０．５〜２ｋｖ程度の電圧を印加して所定の静電気力を得るように構成している。そして搬送ベルト２が回転するとくし歯電極１０、１１は導電ブラシ１２と摺動接触により給電を受けて静電吸着力を発生させ、シートＳＴが搬送ベルト２に吸着された状態で搬送される。

図４は、本実施形態のインクジェット記録装置の制御構成を示すブロック図である。本図において、図１に示した要素と同一のものには、同一の符号を付してある。すなわち、３１はブラック用記録ヘッド、３２はシアン用記録ヘッド、３３はマゼンタ用記録ヘッド、３４はイエロー用記録ヘッド、５は搬送ベルト駆動ローラである。

２０は制御部であり、ＣＰＵ２１、プログラムを格納するＲＯＭ２２、制御に必要なワーク用データを保存するＲＡＭ２３、ゲートアレー２４を含んでいる。このゲートアレー２４は、搬送ベルト駆動ローラ５の駆動制御信号、記録ヘッド３への画像信号および制御信号、クリーニング部８の駆動制御信号などを出力する。

２５はイメージメモリーであり、ゲートアレー２４は外部から受信した記録データを一時記憶する。

図８は本発明にかかる記録ヘッドの図である。303は記録チップである。310は保持基板であり、ヘッドの最端部の記録チップから1チップの長さ以内で切れている。本実施例ではアルミナで作られている。311と312は保持基板の端部を構成する部材であり、前記310保持基板より熱伝導率の低い材料（例えばプラスチック樹脂）で形成されている。304インクタンクであり、各記録チップにインクを供給する。かかる構成によりヘッド端部の記録チップは外側への熱の放散が抑制され温度勾配が緩和される。

図９は図８の実施例の異型である。ヘッド端部の区切りを一つ内側の記録チップの近傍まで切り込んだ構成になっている。端部の部材321,322は保持基板320の切り欠き部まで伸びており、図８よりさらに端部の記録チップの熱の放散が抑えられ、端部の温度勾配が抑制される。

［実施例２］
図10は本発明の請求項２の実施例を示す図である。

端部の部材331,332は保持基板330の延長部分に置かれるように構成している。本構成は、端部の部材を保持基板330に貼るだけなので組み立てが容易になる効果が期待できる。

［実施例３］
図11は本発明の請求項3の実施例を示す図である。

保持基板350と端部の部材351,352の形は図９と同じであるが、さらに別な保持プレート353の上に置く構成である。インクタンクと別体で組み立てられるので、製造の自由度が増す効果がある。

［実施例４］
図12は本発明の請求項4の実施例を示す図である。

図12は図11の保持基板を駒構成にしたものであるが、保持基板360は記録チップを一つ搭載する駒である。本駒を組み合わせて上述保持基板を構成することにより実施例1乃至3を構成できる。図7は一つの駒にふたつの記録チップを搭載する構成にしたものである。さらに3つ搭載や4つ搭載などいろいろな駒構成を取れるのは当然である。

本発明は記録素子列をつなぐ構成のヘッドに適用され、フルラインヘッドだけでなく、シリアル方式のヘッドであっても本発明の範囲内である。また記録素子列が一つのチップ上でつながれている場合でも本発明を逸脱するものではない。

以上詳述したように、記録ヘッドのチップの端から該記録チップ長の長さ以内の位置に区切りを設け、該区切りから外側は保持基板より低い熱伝導率を持つ部材で構成することにより、端部の記録チップの温度勾配を緩和しするので印字濃度むらが小さなり、記録品位の向上に大いに寄与する。
［産業上の利用可能性］
（その他）なお、本発明は、特にインクジェット記録方式の中でも、インク吐出を行わせるために利用されるエネルギとして熱エネルギを発生する手段（例えば電気熱変換体やレーザ光等）を備え、前記熱エネルギによりインクの状態変化を生起させる方式の記録ヘッド、記録装置において優れた効果をもたらすものである。かかる方式によれば記録の高密度化，高精細化が達成できるからである。

その代表的な構成や原理については、例えば、米国特許第４７２３１２９号明細書，同第４７４０７９６号明細書に開示されている基本的な原理を用いて行うものが好ましい。この方式は所謂オンデマンド型，コンティニュアス型のいずれにも適用可能であるが、特に、オンデマンド型の場合には、液体（インク）が保持されているシートや液路に対応して配置されている電気熱変換体に、記録情報に対応していて核沸騰を越える急速な温度上昇を与える少なくとも１つの駆動信号を印加することによって、電気熱変換体に熱エネルギを発生せしめ、記録ヘッドの熱作用面に膜沸騰を生じさせて、結果的にこの駆動信号に一対一で対応した液体（インク）内の気泡を形成できるので有効である。この気泡の成長，収縮により吐出用開口を介して液体（インク）を吐出させて、少なくとも１つの滴を形成する。この駆動信号をパルス形状とすると、即時適切に気泡の成長収縮が行われるので、特に応答性に優れた液体（インク）の吐出が達成でき、より好ましい。このパルス形状の駆動信号としては、米国特許第４４６３３５９号明細書，同第４３４５２６２号明細書に記載されているようなものが適している。なお、上記熱作用面の温度上昇率に関する発明の米国特許第４３１３１２４号明細書に記載されている条件を採用すると、さらに優れた記録を行うことができる。

記録ヘッドの構成としては、上述の各明細書に開示されているような吐出口，液路，電気熱変換体の組合せ構成（直線状液流路または直角液流路）の他に熱作用部が屈曲する領域に配置されている構成を開示する米国特許第４５５８３３３号明細書，米国特許第４４５９６００号明細書を用いた構成も本発明に含まれるものである。加えて、複数の電気熱変換体に対して、共通するスリットを電気熱変換体の吐出部とする構成を開示する特開昭５９−１２３６７０号公報や熱エネルギの圧力波を吸収する開孔を吐出部に対応させる構成を開示する特開昭５９−１３８４６１号公報に基いた構成としても本発明の効果は有効である。すなわち、記録ヘッドの形態がどのようなものであっても、本発明によれば記録を確実に効率よく行うことができるようになるからである。

さらに、シリアルタイプの記録ヘッドに対して適用できるのはもちろんのこと、記録装置が記録できる記録媒体の最大幅に対応した長さを有するフルラインタイプの記録ヘッドに対しても本発明は有効に適用できる。そのような記録ヘッドとしては、複数記録ヘッドの組合せによってその長さを満たす構成や、一体的に形成された１個の記録ヘッドとしての構成のいずれでもよい。

加えて、シリアルタイプのものでも、装置本体に固定された記録ヘッド、あるいは装置本体に装着されることで装置本体との電気的な接続や装置本体からのインクの供給が可能になる交換自在のチップタイプの記録ヘッド、あるいは記録ヘッド自体に一体的にインクタンクが設けられたカートリッジタイプの記録ヘッドを用いた場合にも本発明は有効である。

また、本発明の記録装置の構成として、記録ヘッドの吐出回復手段、予備的な補助手段等を付加することは本発明の効果を一層安定できるので、好ましいものである。これらを具体的に挙げれば、記録ヘッドに対してのキャッピング手段、クリーニング手段、加圧或は吸引手段、電気熱変換体或はこれとは別の加熱素子或はこれらの組み合わせを用いて加熱を行う予備加熱手段、記録とは別の吐出を行なう予備吐出手段を挙げることができる。

また、搭載される記録ヘッドの種類ないし個数についても、例えば単色のインクに対応して１個のみが設けられたものの他、記録色や濃度を異にする複数のインクに対応して複数個数設けられるものであってもよい。すなわち、例えば記録装置の記録モードとしては黒色等の主流色のみの記録モードだけではなく、記録ヘッドを一体的に構成するか複数個の組み合わせによるかいずれでもよいが、異なる色の複色カラー、または混色によるフルカラーの各記録モードの少なくとも一つを備えた装置にも本発明は極めて有効である。

さらに加えて、以上説明した本発明実施例においては、インクを液体として説明しているが、室温やそれ以下で固化するインクであって、室温で軟化もしくは液化するものを用いてもよく、あるいはインクジェット方式ではインク自体を３０℃以上７０℃以下の範囲内で温度調整を行ってインクの粘性を安定吐出範囲にあるように温度制御するものが一般的であるから、使用記録信号付与時にインクが液状をなすものを用いてもよい。加えて、熱エネルギによる昇温を、インクの固形状態から液体状態への状態変化のエネルギとして使用せしめることで積極的に防止するため、またはインクの蒸発を防止するため、放置状態で固化し加熱によって液化するインクを用いてもよい。いずれにしても熱エネルギの記録信号に応じた付与によってインクが液化し、液状インクが吐出されるものや、記録媒体に到達する時点ではすでに固化し始めるもの等のような、熱エネルギの付与によって初めて液化する性質のインクを使用する場合も本発明は適用可能である。このような場合のインクは、特開昭５４−５６８４７号公報あるいは特開昭６０−７１２６０号公報に記載されるような、多孔質シート凹部または貫通孔に液状又は固形物として保持された状態で、電気熱変換体に対して対向するような形態としてもよい。本発明においては、上述した各インクに対して最も有効なものは、上述した膜沸騰方式を実行するものである。

さらに加えて、本発明インクジェット記録装置の形態としては、コンピュータ等の情報処理機器の画像出力端末として用いられるものの他、リーダ等と組合せた複写装置、さらには送受信機能を有するファクシミリ装置の形態を採るもの等であってもよい。

本発明の実施形態のインクジェット記録装置の概略構成を示す断面図である。 図１の記録装置の搬送部の上面図及び拡大断面図である。 図１の記録装置の搬送部を搬送方向と直交する方向から見た正面図である。 図１における記録装置の制御部を示したブロック図である。 従来ヘッドの一例を示す図である。 ヘッドの温度分布を示す図である。 実施例４の別な構成を示す図である。 実施例１の構成を示す図である。 実施例1の別な構成を示す図である。 実施例２の構成を示す図である。 実施例３の構成を示す図である。 実施例４の構成を示す図である。

符号の説明

ＳＴ シート
１ 記録装置
２ 搬送ベルト
３ 記録ヘッド
５ 駆動ローラ
６、７ 支持ローラ
８ クリーニング部
９ 誘電体フィルム層
１０ くし歯電極
１１ くし歯電極
１２ 導電ブラシ
１３ 導電ブラシ
２０ 制御部
２４ ゲートアレー
３１ 記録ヘッド（ブラック）
３００ 記録チップ
３０１ 保持基板
３０２ インクタンク

Claims (5)

1. インクを吐出するための複数の吐出エネルギー発生素子を一列以上持つ記録チップを少なくとも一つ以上搭載した保持基板を有する記録ヘッドであって、該保持プレートは搭載された最端部の該記録チップの端から該記録チップ長の長さ以内の位置に区切りを設け、該区切りから外側は該保持基板より低い熱伝導率を持つ部材で構成することを特徴とする記録ヘッド。
2. 前記区切りから外側の前記保持基板より低い熱伝導率を持つ部材は、前記保持部材と一体に形成され、該区切りより外側に延長した部分の位置に設置されることを特徴とする請求項1に記載の記録ヘッド。
3. 前記保持基板と前記区切りから外側の前記保持基板より低い熱伝導率を持つ部材は、板状に形成された別な保持部材に設置されることを特徴とする請求項１に記載の記録ヘッド。
4. 前記保持基板は前記記録チップを一つ以上搭載する基板の組み合わせで構成されることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の記録ヘッド。
5. 前記記録ヘッドはインクジェット記録ヘッドであり、インクを吐出するためのエネルギを発生する素子として、前記インクに膜沸騰を生じさせる熱エネルギを使用するための電気熱変換体を有することを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の画像形成装置。

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