JP2011079246A - インクジェット記録ヘッド - Google Patents

Abstract

【課題】 熱伝導性能を有しつつ、気泡の影響のない高速な印字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】 インクを吐出する複数の吐出口が配列されてなる吐出口列と、
前記複数の吐出口に対応して設けられインクを吐出させる熱エネルギを発生する複数の発熱素子と、
前記吐出口列に沿って長穴状に形成され前記複数の吐出口にインクを供給する供給口と、を有する記録素子基板と、
前記供給口の長辺方向に沿って形成され前記供給口に連通される供給流路を有し、前記記録素子基板を支持する支持部材と、
を備えるインクジェット記録ヘッドにおいて、
前記支持部材には、前記供給流路の開口を前記供給流路の短辺方向に跨る梁が設けられ、
前記梁の前記供給流路の長辺方向の断面形状が、前記供給口に向かって深くなる傾斜部を有することを特徴とするインクジェット記録ヘッド。
【選択図】 図４

Description

本発明は、インクを吐出するインクジェット記録ヘッドに関する。

従来、例えば紙やＯＨＰ（ＯＶＥＲ ＨＥＡＤ ＰＲＯＪＥＣＴＯＲ）用シート等の被記録材に対して記録を行う記録装置は、様々な記録方式に対応した、記録ヘッドを搭載した形態で提案されている。この記録ヘッドには、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等によるものがある。特にインクジェット方式は、被記録材に直接インク滴を噴射するので、ランニングコストが比較的安く、騒音が小さい等の特徴がある。このインクジェット方式のうち、電気熱変換素子を利用した記録方式は、高密度画像記録や高速記録に対応して実用化されている。

このような電気熱変換素子を利用した記録方式を採用したインクジェット記録装置には例えば、特許文献１に記載されるようなインクジェット記録ヘッドが代表的に用いられている。図６は、特許文献１に開示されているインクジェット記録ヘッドの構成を示す断面図である。

図６に示すように、記録素子基板１０３の表面には、電気熱変換素子からなる吐出エネルギ発生素子１０５及び記録液供給口１０６が設けられている。この記録素子基板１０３の吐出エネルギ発生素子１０５が形成された面には、記録液供給口１０６に対応して、２列をなして吐出口１０４Ａが開口され、これら２列で１組をなすように配列された吐出口プレート１０４が設けられている。図６には、３組の吐出口列が設けられている構成例を示している。

また、記録素子基板１０３は、記録液供給流路１０１Ａを有する支持部材１０１に支持されている。支持部材１０１には、記録液供給流路１０１Ａが、上述の３組の吐出口列に対応する位置に、隔壁１０１Ｂを介して配置されている。

特開２００２−１５４２０９号公報

近年、インクジェット記録方式の利点を活かし、大判印刷の分野にインクジェット方式の記録装置が用いられるようになってきている。ここで、大判印刷とは、例えばイベント用やプレゼンテーション用に使う大型ポスター等のサイズ（記録領域）が比較的大きな印刷（記録）を指すものであり、このようなものの中には最大２Ｍ程度の幅で記録可能な装置もある。このような大判印刷では、記録装置に対して以下のような要望がある。

（１）被記録材の記録領域が大きいため、高速で記録したい。

（２）大判印刷では、被記録材に記録される画像が記録領域に亘って連続した画像であることが多いため、記録動作を途中で休止した場合に、記録される画像の色味が変わってしまう。このため、少なくとも同一の被記録材の記録領域内では記録動作を休止することを避け、連続して記録を行ないたい。

上述の（１）、（２）の要望に応えるために、まず、高速で記録するためには、記録素子としての電気熱変換素子の個数を増やすことによって達成することができる。一方、同一の被記録材内での連続記録に関しては、電気熱変換素子の駆動によって発生する熱の制御が重要な要素となる。このため、まず、本発明者らは、支持部材の、供給流路部に梁を適切な箇所に設けることにより、熱伝導の向上をはかり、発生する熱の抑制を実現した。

しかしながら、最近では、さらなる印字の高速化が要望されており、その一つの手段としては、印字パス数の軽減があげられる。印字パス数の軽減は、インクジェット記録ヘッドが記録幅方向を１回走査（主走査）する際の、印字のためにインクを吐出するノズル数を増やすことによって達成することができる。しかしながら、印字に使用するノズル数を増やすことで、インクを吐出する際に発生する気泡が従来と比較して多く発生することが分かった。さらに、上述の、インクを供給する供給流路部の梁上部に、この気泡が溜まり、場合によっては溜まった気泡によりインクの供給が遮断され、吐出が行なわれないこともあった。そのため、一定期間の記録動作を行なったのち、記録動作を一時中断して、気泡を取り除くために、吸引回復動作を行なう必要がある。したがって、このような大判印刷を行なう記録装置では、印字パス数を軽減することでの高速記録は困難であった。

本発明の目的は、熱伝導性能を有しつつ、気泡の影響のない高速な印字が可能なインクジェット記録ヘッドを提供することである。

上記目的を達成する本発明は、
インクを吐出する複数の吐出口が配列されてなる吐出口列と、
前記複数の吐出口に対応して設けられインクを吐出させる熱エネルギを発生する複数の発熱素子と、
前記吐出口列に沿って長穴状に形成され前記複数の吐出口にインクを供給する供給口と、を有する記録素子基板と、
前記供給口の長辺方向に沿って形成され前記供給口に連通される供給流路を有し、前記記録素子基板を支持する支持部材と、
を備えるインクジェット記録ヘッドにおいて、
前記支持部材には、前記供給流路の開口を前記供給流路の短辺方向に跨る梁が設けられ、
前記梁の前記供給流路の長辺方向の断面形状が、前記供給口に向かって深くなる傾斜部を有することを特徴とする。

本発明によれば、記録素子基板を指示する支持部材に設けられた梁の傾斜部により、インクの吐出によって発生した気泡の残留を防止でき、このため、印字パス数の軽減が可能となり、高速な印字ができる。また、一定期間で必要であった吸引回復動作を行なう必要がないため、インクの消費量も低減できる。

インク供給ユニット及び記録素子ユニットを示す分解斜視図である。 記録ヘッドの記録素子基板と吐出口列の配置を模式的に示す平面図である。 第１及び第２の記録素子基板を、一部を破断して示す斜視図である。 実施形態の記録ヘッドにおける記録素子基板と第１のプレートの状態を示す図である。 従来の記録ヘッドの記録素子基板と第１のプレートの状態を示す図である。 従来例の記録素子基板が支持部材上に搭載された状態を示す断面図である。

本実施形態で用いられるインクジェット記録ヘッドについて、以下、図面を参照して説明する。

図１は、本実施形態におけるインクジェット記録ヘッドの各構成要素を説明するための図面であり、記録ヘッド１００１は、記録情報に応じた電気パルスによって、インクに気泡を生じさせる熱エネルギを生成する電気熱変換素子を用いて記録を行うバブルジェット（登録商標）方式を採っている。このバブルジェット（登録商標）方式の中で、記録ヘッド１００１は、電気熱変換素子の主面に直交する方向にインクを吐出させるサイドシュータ型とされる記録ヘッドである。

記録ヘッド１００１は、図１に示すように、記録素子ユニット１００２と、インク供給ユニット１００３と、タンクホルダ２０００を備えて構成されている。また、記録素子ユニット１００２は、第１の記録素子基板１１００と、第２の記録素子基板１１０１と、これら各記録素子基板１１００，１１０１を支持する支持部材としての第１のプレート１２００とで構成されている。さらに、この記録素子ユニット１００２は、電気配線テープ１３００、電気コンタクト基板２２００、第２のプレート１４００を有して構成されている。また、インク供給ユニット１００３は、インク供給部材１５００、流路形成部材１６００、ジョイントゴム２３００、フィルタ１７００、シールゴム１８００を有して構成されている。

図２は、図１における記録ヘッド１００１の第１の記録素子基板１１００と第２の記録素子基板１１０１上に設けられた吐出口列を被記録材側から見た模式図である。第１の記録素子基板１１００上に設けられた吐出口列１１０８Ａは、モノクロ記録を比較的高速で記録するために、ブラックインクを吐出する吐出口を、イエロー・マゼンタ・シアン色のインクを吐出する吐出口に比べて多く備えている。本実施形態では、吐出口列長さで１．５倍程度、吐出口列数で２倍程度となっており、これら両方を加味すると３倍程度の個数の吐出口を備えている。したがって、ブラック単色記録の場合、イエロー・マゼンタ・シアン色に比べ、吐出口からインクを吐出する周波数が同じであっても、３倍の印字速度で記録することが可能である。

図３（Ａ）は、図２におけるブラックインクを吐出する第１の記録素子基板１１００の構成を一部分解した状態で示す斜視図である。第１の記録素子基板１１００には、例えば、厚さ０．５ＭＭ〜１ＭＭのＳＩ基板に長穴状の貫通口からなる供給口１１０２がＳＩの結晶方位を利用した異方性エッチングやサンドブラスト等の加工方法で２列平行に形成されている。それぞれの供給口１１０２を挟んだ両側に電気熱変換素子１１０３がそれぞれ１列ずつ千鳥状に位置をずらして配列されている。また、電気熱変換素子１１０３と、電気熱変換素子１１０３に電力を供給するＡＬ等の電気配線は、例えば、成膜技術によって形成されている。さらに、電気配線に電力を供給するための電極部１１０４が電気熱変換素子１１０３の両外側に配列されており、電極部１１０４にはＡＵ等のバンプ１１０５が形成されている。そして、第１の記録素子基板１１００上には、吐出口列１１０８を有する吐出口プレート１１１１が設けられている。この吐出口プレート１１１１には、電気熱変換素子１１０３に対応するインク流路を形成するためのインク流路壁１１０６と吐出口１１０７が、例えば、樹脂材料でフォトリソグラフィ技術によって形成されている。したがって、電気熱変換素子１１０３に対向して吐出口１１０７が設けられているため、供給口１１０２から供給されたインクは、電気熱変換素子１１０３上に発生した気泡によって吐出される。

図３（Ｂ）は、図２におけるイエロー・マゼンタ・シアンインクを吐出する第２の記録素子基板１１０１を一部分解した状態で示す斜視図である。第２の記録素子基板１１０１は、イエロー・マゼンタ・シアンの３色のカラーインクを吐出させるための記録素子基板である。この記録素子基板１１０１には、３個の供給口１１０２が並列され、それぞれの供給口１１０２を挟んだ両側に電気熱変換素子と吐出口が形成されている。また、第２の記録素子基板１１０１には、第１の記録素子基板１１００と同様に供給口や電気熱変換素子、電気配線、電極部等が形成されている。さらに、第２の記録素子基板１１０１の上には、第１の記録素子基板１１００と同様に、樹脂材料でフォトリソグラフィ技術によって、インク流路や吐出口を有する吐出口プレート１１１２が形成されている。そして、第１の記録素子基板１１０１と同様に、電気配線に電力を供給するための電極部１１０４にはＡＵ等のバンプ１１０５が形成されている。

また、図１において支持部材としての第１のプレート１２００は、例えば、厚さ０．５ＭＭ〜１０ＭＭのアルミナ（ＡＬ_２Ｏ_３）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１１００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１１００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ることが好ましい。例えば、第１のプレート１２００の素材は、シリコン（ＳＩ）、窒化アルミニウム（ＡＬＮ）、ジルコニア、窒化珪素（ＳＩ３Ｎ４）、炭化珪素（ＳＩＣ）、モリブデン（ＭＯ）、タングステン（Ｗ）のうちいずれであってもよい。第１のプレート１２００には、第１の記録素子基板１１００にブラックインクを供給するための供給口１２０１と、第２の記録素子基板１１０１にシアン、マゼンタ、イエローのカラーインクを供給するための供給口１２０１とが形成されている。また、第１の記録素子基板１１００及び第２の記録素子基板１１０１は、それぞれ第１のプレート１２００に対して位置精度良く、接着固定される。

電気配線テープ１３００は、第１の記録素子基板１１００及び第２の記録素子基板１１０１に対してそれぞれ電気的に接続されている。この電気配線テープ１３００は、それぞれの記録素子基板１１００，１１０１を組み込むための複数の開口部と、それぞれの記録素子基板の電極部に対応する電極端子１３０２とを有している。また、電気配線テープ１３００の端部には、記録装置からの電気信号を受け取るための外部信号入力端子を有する電気コンタクト基板２２００と電気的に接続される電極端子部１３０３が設けられている。電極端子１３０２と電極端子部１３０３は、連続した銅箔の配線パターンで形成されている。

第２のプレート１４００は、例えば、厚さ０．５ＭＭ〜１ＭＭの１枚の板状部材であり、例えば、アルミナ（ＡＬ_２Ｏ_３）等のセラミックや、ＡＬやＳＵＳ等の金属材料、及び樹脂材料等で形成されている。また、第１の記録素子基板１１００及び第２の記録素子基板１１０１と電気配線テープ１３００とが平面的に電気的に接続されるように、第２のプレート１４００が第１のプレート１２００に接着されている。また、電気配線テープ１３００は、裏面が第２のプレート１４００に接着固定された後、第１のプレート１２００の一側面で折り曲げられ、第１のプレート１２００の側面に接着剤で接着されている。

（実施例）
本実施例の、第１の記録素子基板１１００と第１のプレート１２００の詳細な形状について図４を参照して説明する。

まず、従来の、第１の記録素子基板１１００と第１のプレート１２００の形状について、図５を参照して説明する。図５（Ａ）は、本実施例の第１のプレート１２００の形状を被記録材側から見た状態の図を示している。図５（Ｂ）は、図５（Ａ）における第１のプレート１２００と記録素子基板１１００との関係を示すＢ−Ｂ断面図である。図５（Ｃ）は、図５（Ａ）における第１のプレート１２００と記録素子基板１１００との関係を示すＣ−Ｃ断面図である。

図５（Ｂ）に示すように、第１の記録素子基板１１００には、２つの供給口１１０２が隣接して設けられている。第１のプレート１２００の供給流路１２００Ａは、各供給口１１０２に連通されており、２つの供給口１１０２に跨って開口されている。また、供給流路１２００Ａは、第１のプレート１２００の厚み方向に貫通して設けられている。また、図５（Ｃ）に示すように、各梁１２１５は、２つの供給口１１０２に跨って設けられている。また、梁１２１５は、第１のプレート１２００の厚み方向に亘って設けられており、
その断面には傾斜を設けていない。このため、連続記録動作中の気泡が、２つの供給口１１０２の上部に残留する。

次に、図４（Ａ）は、本実施例の第１のプレート１２００の形状を被記録材側から見た状態の図を示している。本実施例では、それぞれの梁１２１５の断面には傾斜部１２１６が設けられている。図４（Ｃ）は、図４（Ａ）における第１のプレート１２００と記録素子基板１１００との関係を示すＣ−Ｃ断面図であり、図４（Ｄ）は、図４（Ａ）における第１のプレート１２００と記録素子基板１１００との関係を示すＤ−Ｄ断面図である。

図４（Ｃ）に示すように、第１の記録素子基板１１００には、２つの供給口１１０２が隣接して設けられている。第１のプレート１２００の供給流路１２００Ａは、各供給口１１０２に連通されており、２つの供給口１１０２に跨って開口されている。また、供給流路１２００Ａは、第１のプレート１２００の厚み方向に貫通して設けられている。各梁１２１５は、２つの供給口１１０２に跨って設けられている。また、梁１２１５は、第１のプレート１２００の厚み方向に亘って設けられている。

図４（Ｄ）には、梁１２１５の断面にはそれぞれ傾斜部１２１６が設けられており、前記供給口１１０２に向かって深くなっている。また、この傾斜部の角度は、８．５から１７度の範囲にあることが望ましく、これより大きい角度になると、第１のプレート１２００の製造が困難となる。本実施例では、傾斜部の角度θを１７度にして、製造上問題ないことを確認している。

（比較例）
次に、従来の記録ヘッドと本実施例の記録ヘッドについて、吸引動作を行わないで、印字させた場合の比較を行なった。結果は、吸引動作を行わないで、印字を行うと、従来ヘッドは、Ａ２サイズ３００枚程度で不吐出状態になるのに対し、本実施例では、６５０枚まで継続して印字を行うことが出来た。

本実施例では、第１のプレートの供給流路の梁に傾斜部が設けられることによって、単位時間当たり同じインク滴を吐出した場合でも、従来に比べて、不吐出状態に至るまでの印字枚数を多くすることが可能となった。したがって、記録ヘッドへの吸引回復動作の回数を減らし、記録動作の間に休止時間を確保したりする頻度が低下し、記録速度を向上することができる。

また、本実施例において、記録方式として熱エネルギを生成する電気熱変換素子を用いたバブルジェット（登録商標）方式における、特にサイドシュータ型の構成を挙げて説明したが、本発明はこの構成に限定されるものではない。例えば、電気熱変換素子の主面に平行な方向にインクが吐出されるエッジシュータ型等の他のタイプのインクジェット記録ヘッドについても適用可能であることは勿論である。

１００１ 記録ヘッド
１１００ 第１の記録素子基板
１１０１ 第２の記録素子基板
１１０２ 供給口
１１０３ 電気熱変換素子
１１０８ 吐出口列
１２００ 第１のプレート（支持部材）
１２００Ａ 供給流路
１２１５ 梁
１２１６ 傾斜部

Claims (5)

1. インクを吐出する複数の吐出口が配列されてなる吐出口列と、
   前記複数の吐出口に対応して設けられインクを吐出させる熱エネルギを発生する複数の発熱素子と、
   前記吐出口列に沿って長穴状に形成され前記複数の吐出口にインクを供給する供給口と、を有する記録素子基板と、
   前記供給口の長辺方向に沿って形成され前記供給口に連通される供給流路を有し、前記記録素子基板を支持する支持部材と、
   を備えるインクジェット記録ヘッドにおいて、
   前記支持部材には、前記供給流路の開口を前記供給流路の短辺方向に跨る梁が設けられ、
   前記梁の前記供給流路の長辺方向の断面形状が、前記供給口に向かって深くなる傾斜部を有することを特徴とするインクジェット記録ヘッド。
2. 前記、梁の傾斜部の角度が８．５から１７度の範囲にあ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. 前記記録素子基板には、複数の前記供給口が隣接して設けられ、
   前記供給流路は、複数の前記供給口に跨って開口されている、請求項１ないし２に記載のインクジェット記録ヘッド。
4. 前記梁は、複数の前記供給口に跨って設けられている、請求項１ないし３に記載のインクジェット記録ヘッド。
5. 前記供給流路は、前記支持部材の厚み方向に貫通して設けられ、
   前記梁は、前記支持部材の厚み方向に亘って設けられている、請求項１ないし４のいずれか１項に記載のインクジェット記録ヘッド。

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