JP2660058B2

JP2660058B2 - インクジェットヘッド及び該ヘッドを備えたインクジェットカートリッジ及び該カートリッジを有したインクジェット記録装置

Info

Publication number: JP2660058B2
Application number: JP1241028A
Authority: JP
Inventors: 顕後藤; 和明益田; 伸行桑原; 茂昭田中; 隆渡辺; 邦彦前岡; 孝一佐藤; 次宏福田; 博志杉谷; 能史服部; 雅実池田; 朝雄斉藤; 昭男斎藤; 剛折笠; 昌明泉田
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1989-09-18
Filing date: 1989-09-18
Publication date: 1997-10-08
Anticipated expiration: 2012-10-08
Also published as: JPH03101954A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明はインクジエツトヘツドに関し、詳しくは吐出
口が形成された吐出口形成部材を有するインクジエツト
ヘツドに関する。

また本発明は、インクジエツトカートリツジに関し、
特に吐出口形成部材を有したインクジエツトヘツドに対
してインクを供給するインクタンクを一体的に備えたイ
ンクジエツトカートリツジに関する。

さらに本発明は、インクジエツト記録装置に関し、特
にインクジエツトヘツド一体型のインクジエツトカート
リツジを走査することにより記録を行なうインクジエツ
ト記録装置に関する。

〔背景技術〕

近年、インク滴を吐出させて記録を行なうタイプの記
録ヘツドの吐出口を加工形成するのに、強力な紫外レー
ザー光が用いられる様になっている。紫外レーザーの光
源としては、YAGレーザーの４倍波やエキシマレーザ
ー、窒素レーザーなどが挙げられるが、強度及び扱いや
すさ、加工性などのエキシマレーザーが最適である。こ
の紫外レーザー光による吐出口の加工は従来、以下の様
にして行なわれていた。

吐出口形成部材（以下、オリフイスプレートと称す
る。）となる樹脂フイルムをインク流路に連通する開口
が配された開口面に接合した後、接合面とは反対側の面
からエキシマ光を照射した。

この様子を第８図に示す。同図において101はエキシ
マレーザー装置、102はエキシマレーザー装置から発振
されたレーザービーム、103は光学レンズ系、104は吐出
口のパターンを有する投影マスク、105は樹脂フイルム
をインク流路の開口面に接合した状態のインクジエツト
ヘツド、106は可動ステージである。

このような装置構成によって吐出口が加工されたイン
クジエツトヘツド105の概略を第９図に示す。第９図は
ヘツド本体の斜視図である。この図において、107はイ
ンク流路を構成するための溝が形成された天板、108は
吐出エネルギー発生素子をパターニングしてある基板、
109はインク流路に連通する開口、110は樹脂フイルムよ
りなるオリフイスプレート、111はオリフイスプレート1
10に形成された吐出口である。第10図は第９図のAA′線
における断面図である。同図において、112は開口109に
連通するインク流路、113は吐出エネルギー発生素子と
して電気熱変換素子である。

第８図に示したようなオリフイスプレート前面からの
レーザー照射による吐出口の加工では、吐出口の形状
は、インク滴の吐出方向に向って拡径したテーパー状に
なっている。

このように、吐出口のインク吐出方向出口側への口径
が吐出口インク吐出方向入口側の口径よりも大きくなっ
ている場合、吐出しようとするインク液滴の速度の低下
を招き、記録画品位を下げる場合があった。

これに対してオリフイスプレートと天板を一体とした
後、インク流路を形成する凹部側からエキシマレーザー
を照射してオリフイスを形成する方法で吐出口の加工を
行なった。この様子を第11図に示す。同図において、第
８図に示した要素と同様の要素には同一の符号を示して
おり、114はオリフイスプレートを一体的に形成した天
板である。天板114はレーザービームの流路によるさえ
ぎりを小さくするように少し傾斜をつけている。

このような装置構成によってオリフイスが加工された
天板の断面図を第12図に示す。同図において、110は天
板114と一体となったオリフイスプレート、124はレーザ
ービームによって加工したオリフイス111の中心線であ
り、前述のごとく、これは天板をレーザービームに対し
て傾けて加工したために傾斜がついている。

第11図に示したような装置構成で加工した吐出口は、
インク滴の吐出方向に向かって縮径したテーパー状にな
っている。

このように吐出口の形状がインク滴の吐出方向に向っ
て縮径したようなテーパー形状の場合、安定した記録に
必要なインク吐出速度は得られる。

〔発明が解決しようとしている課題〕

しかし、インク流路の凹部側からレーザー光を照射す
るため、インク流路を形成する壁部によってレーザービ
ームがさえぎられ、安定した記録に必要なインク液滴の
量が得られる吐出口径に加工できない。

〔課題を解決するための手段〕

本発明者らは、インク流路形成領域側からレーザーを
照射した場合において、より安定な吐出が行える吐出口
の形状としては、インク流路と略相似形状のものとする
ことがよいことを見出した。一方、インク滴の安定な吐
出性能を揮発する吐出口の大きさについて検討した結
果、オリフィスプレート表面側にある吐出口の面積が基
板と天板とを接することにより形成されるインク流路の
断面の面積の35％以上60％以下である場合に非常に好ま
しい吐出特性が得られることを見出した。

また、これら２つの知見を組み合わせた場合には、よ
り一層安定したインク吐出が達成できることも見出し
た。

ところで、基板と天板とを接合することで形成される
インク流路の形状としては、一般に四角形状のものが多
く、安定にインクの移動や吐出、リフイルが行われる。
しかしながら、四角形状のインク流路の場合、前述した
レーザー光のけられの問題を改善するためには、インク
路の断面形状を台形形状とすることが好ましいとの知見
を得た。

なお、感光性樹脂を積層し、所定の領域に光照射する
方法によってインク流路の断面及び吐出口の形状を台形
形状としたインクジエツトヘツドを作成した場合におい
て吐出適正を検討したところ、非常に好ましい吐出安定
性が得られた。

本発明はこれらの知見に基づき得られたものであり、
本発明はインクを吐出するために利用される吐出エネル
ギー発生素子を形成した第１基板と、該第１基板と接合
することによりインク流路を形成するための凹部を備え
るとともに前記インク流路に連通し前記インクを吐出す
るための吐出口が形成されたオリフィスプレート部を一
体に備えた第２基板と、を備えたインクジエツトヘッド
において、前記オリフィスプレート部に形成された吐出
口の形状が前記第１基板と第２基板とを接合することに
より形成されるインク流路の断面形状と相似であって、
かつ吐出口面積が、前記インク流路断面の面積の35％以
上60％以下であることを特徴とする。

また、本発明はインクを吐出するために利用される吐
出エネルギー発生素子を備えた第１基板と、該第１基板
と接合することによりインク流路を形成するための凹部
を備えると共に、前記インク流路に連通し、前記インク
を吐出するための吐出口が形成されたオリフィスプレー
ト部を一体に備えた第２基板と、を備えたインクジエツ
トヘッドにおいて、前記第１基板と第２基板とを接合す
ることにより形成されるインク流路の断面形状が台形形
状であり、前記インク流路に連通した前記吐出口は、前
記インク流路の断面形状と相似である台形形状であるこ
とを特徴とする。

さらに本発明はインクを吐出するために利用される吐
出エネルギー発生素子を備えた第１基板と、該第１基板
と接合することによりインク流路を形成するための凹部
を備えると共に、前記インク流路に連通し前記インクを
吐出するための吐出口が形成されたオリフィスプレート
部を一体に備えた第２基板と、を備えたインクジエツト
ヘッドにおいて、前記第１基板と第２基板とを接合する
ことにより形成されるインク流路の断面形状が台形形状
であり、前記インク流路に連通した前記吐出口はレーザ
ー光の照射により形成されたものであり、前記インク流
路の断面形状と相似である台形形状であることを特徴と
する。

さらにまた本発明はインクを吐出するために利用され
る吐出エネルギー発生素子を備えた第１基板と、該第１
基板と接合することによりインク流路を形成するための
凹部を備えるとともに前記インク流路に連通し前記イン
クを吐出するための吐出口が形成されたオリフィスプレ
ート部を一体に備えた第２基板と、を備えたインクジエ
ツトヘッドにおいて、レーザー光の照射により形成され
た前記インク流路に連通した前記吐出口面積が、前記第
１基板と第２基板とを接合することにより形成されるイ
ンク流路断面の面積の35％以上60％以下であることを特
徴とする。

〔作用〕

以上の構成によれば、吐出口面積をインク流路断面積
に対して従来より大きくとることが可能であって、しか
も吐出形状がインク流路断面形状と相似であるために、
吐出インク液の流れに対して部分的な抵抗のばらつきを
生ずることなく、記録の際に必要なインク液滴の量を補
償することができ、安定した吐出によって良好な画像を
形成することが可能となる。

〔実施例〕

第２図乃至第６図は、本発明が実施もしくは適用され
る好適なインクジエツトユニツトIJU,インクジエツトヘ
ツドIJH,インクタンクIT,インクジエツトカートリツジI
JC,インクジエツト記録装置本体IJRA,キヤリツジHCの夫
々及び夫々の関係を説明するための説明図である。以下
これらの図面を用いて各部構成の説明を行う。

本例でのインクジエツトカートリツジIJCは、第３図
の斜視図でわかるように、インクの収納割合が大きくな
っているもので、インクタンクITの前方面によりもわず
かにインクジエツトユニツトIJUの先端部が突出した形
状である。このインクジエツトカートリツジIJCは、イ
ンクジエツト記録装置本体IJRAに載置されているキヤリ
ツジHC（第５図）の後述する位置決め手段及び電気的接
点とによって固定支持されると共に、該キヤリツジHCに
対して着脱可能なデイスポーザブルタイプである。本例
第２図乃至第６図には、本発明の成立段階において成さ
れた数々の新規な技術が適用された構成となっているの
で、これらの構成を簡単に説明しながら、全体を説明す
ることにする。

（ｉ）インクジエツトユニツトIJU構成説明インクジエツトユニツトIJUは、電気信号に応じて膜
沸騰をインクに対して生じせしめるための熱エネルギー
を生成する電気熱変換体を用いて記録を行うバブルジエ
ツト方式のユニツトである。

第２図において、100はSi基板上に複数の列状に配さ
れた電気熱変換体（吐出ヒータ）と、これに電力を供給
するAl等の電気配線とが成膜技術により形成されて成る
ヒータボードである。200はヒータボード100に対する配
線基板であり、ヒータボード100の配線に対応する配線
（例えばワイヤボンデイングにより接続される）と、こ
の配線の端部に位置し本体装置からの電気信号を受ける
パツド201とを有している。

1300は複数のインク流路を夫々区分するための隔壁や
各インク流路へインクを与えるためにインクを収納する
ための共通液室等を設けた溝付天板で、インクタンクIT
から供給されるインクを受けて上述の共通液室へ導入す
るインク受け口1500と、各インク流路に対応した吐出口
を複数有するオリフイスプレート400を一体成型したも
のである。これらの一体成型材料としてはポリサルフオ
ンが好ましいが、他の成型用樹脂材料でも良い。

300は配線基板200の裏面を平面で支持する例えば金属
製の支持体で、インクジエツトユニツトの底板となる。
500は押えばねであり、Ｍ字形状でそのＭ字の中央で共
通液室を軽圧で押圧すると共に前だれ部501で液路の一
部、好ましく吐出口近傍の領域を線圧で集中押圧する。
ヒータボード100および天板1300を押えばねの足部が支
持体300の穴3121を通って支持体300の裏面側に係合する
ことでこれらを挟み込んだ状態で両者を係合させること
により、押えばね500とその前だれ部501の集中付勢力に
よってヒータボード100と天板1300とを圧着固定する。
又支持体300は、インクタンクITの２つの位置決め凸起1
012及び位置決め且つ熱融着保持用凸起1800,1801に係合
する位置決め用穴312,1900,2000を有する他、装置本体I
JRAのキヤリツジHCに対する位置決め用の突起2500,2600
を裏面側に有している。加えて支持体300はインクタン
クからのインク供給を可能とするインク供給管2200（後
述）を貫通可能にする穴320をも有している。支持体300
に対する配線基板200の取付は、接着剤等で貼着して行
われる。尚、支持体300の凹部2400,2400は、それぞれ位
置決め用突起2500,2600の近傍に設けられており、組立
てられたインクジエツトカートリツジIJC（第３図）に
おいて、その周囲の３辺を平行溝3000,3001の複数で形
成されたヘツド先端域の延長点にあって、ゴミやインク
等の不要物が突起2500,2600に至ることがないように位
置している。この平行溝3000が形成されている。蓋部材
800は、第５図でわかるように、インクジエツトカート
リツジIJCの外壁を形成すると共に、インクタンクとで
インクジエツトユニツトIJUを収納する空間部を形成し
ている。又、この平行溝3001が形成されているインク供
給部材600は、前述したインク供給管2200に連続するイ
ンク導管1600を供給管2200側が固定の片持ちばりとして
形成し、インク導管の固定側とインク供給管2200との毛
管現象を確保するための封止ピン602が挿入されてい
る。尚、601はインクタンクITと供給管2200との結合シ
ールを行うパツキン、700は供給管のタンク側端部に設
けられたフイルターである。

このインク供給部材600は、モールド成型されている
ので、安価で位置精度が高く形成製造上の精度低下を無
くしているだけでなく、片持ちばりの導管1600によって
大量生産時においても導管1600の上述インク受け口1500
に対する圧接状態が安定化できる。本例では、この圧接
状態下で封止用接着剤をインク供給部材側から流し込む
だけで、より完全な連通状態を確実に得ることができ
る。尚、インク供給部材600の支持体300に対する固定
は、支持体300の穴1901,1902に対するインク供給部材60
0の裏面側ピン（不図示）を支持体300の穴1901,1902を
介して貫通突出せしめ、支持体300の裏面側に突出シた
部分を熱融着することで簡単に行われる。尚、この熱融
着された裏面部のわずかな突出領域は、インクタンクIT
のインクジエツトユニツトIJU取付面側壁面のくぼみ
（不図示）内に収められるのでユニツトIJUの位置決め
面は正確に得られる。

（ii）インクタンクIT構成説明インクタンクは、カートリツジ本体1000と、インク吸
収体900とインク吸収体900をカートリツジ本体1000の上
記ユニツトIJU取付面とは反対側の側面から挿入した
後、これを封止する蓋部剤1100とで構成されている。

900はインクを含浸させるための吸収体であり、カー
トリツジ本体1000内に配置される。1200は上記各部100
〜600からなるユニツトIJCに対してインクを供給するた
めの供給口であると共に、当該ユニツトをカートリツジ
本体1000の部分の1010に配置する前の工程で供給口1200
よりインクを注入することにより吸収体900のインク含
浸を行うための注入口でもある。

この本例では、インクを供給可能な部分は、大気連通
口とこの供給口とになるが、インク吸収体からのインク
供給性を良好に行うための本体1000内リブ2300と蓋部材
1100の部分リブ2500,2400とによって形成されたタンク
内空気存在領域を、大気連通口1401側から連続させてイ
ンク供給口1200から最も遠い角部域にわたって形成して
いる構成をとっているので、相対的に良好かつ均一な吸
収体へのインク供給は、この供給口1200側から行われる
ことが重要である。この方法は実用上極めて有効であ
る。このリブ1000は、インクタンクの本体1000の後方面
において、キヤリツジ移動方向に平行なリブを４本有
し、吸収体が後方面に密着することを防止している。
又、部分リブ2400,2500は、同様にリブ1000に対して対
応する延長上にある蓋部材1100の内面に設けられている
が、リブ1000とは異なり分割された状態となっていて空
気の存在空間を前者より増加させている。尚、部分リブ
2500,2400は蓋部材1000の全面積の半分以下の面に分散
された形となっている。これらのリブによってインク吸
収体のタンク供給口1200から最も遠い角部の領域のイン
クをより安定させつつも確実に供給口1200側へ毛管力で
導びくことができた。1401はカートリツジ内部を大気に
連通するために蓋部材に設けた大気連通口である。1400
は大気連通口1401の内方に配置される撥液材であり、こ
れにより大気連通口1400からのインク漏洩が防止され
る。

前述したインクタンクITのインク収容空間は長方体形
状であり、その長辺を側面にもつ場合であるので上述し
たリブの配置構成は特に有効であるが、キヤリツジの移
動方向に長辺を持つ場合又は立方体の場合は、蓋部材11
00の全体にリブを設けるようにすることでインク吸収体
900からのインク供給を安定化できる。限られた空間内
にインクを出来るだけ収納するためには直方体形状が適
しているが、この収納されたインクを無駄なく記録に使
用するためには、上述したように、角部の領域に対して
近接する２面領域に上記作用を行えるリブを設けること
が重要である。更に本実施例におけるインクタンクITの
内面リブは、直方体形状のインク吸収体の厚み方向に対
してほぼ均一な分布で配置されている。この構成は、吸
収体全体のインク消費に対して、大気圧分布を均一化し
つつインク残量をほとんど無ならしめることが出来るた
め重要な構成である。更に、このリブの配置上の技術思
想を詳述すれば、直方体の４角形上面においてインクタ
ンクのインク供給口1200を投影した位置を中心として、
長辺を半径とする円弧を描いたときに、その円弧よりも
外側に位置する吸収体に対して、大気圧状態が早期に与
えられるようにその円弧よりも外側の面に上記リブを配
設することが重要となる。この場合、タンクの大気連通
口は、このリブ配設領域に大気を導入できる位置であれ
ば、本例に限られることではない。

加えて、本実施例では、インクジェットカートリッジ
IJCのヘッドに対する後方面を平面化して、装置に組み
込まれたときの必要スペースを最小化ならしめるととも
に、インクの収容量を最大化している構成をとっている
ために、装置の小型化を達成できるだけではなく、カー
トリッジの交換頻度を減少できる優れた構成をとってい
る。そして、インクジェットユニットIJUを一体化する
ための空間の後方部を利用して、そこに、大気連通口14
01用の突出部分を形成し、この突出部分の内部を空洞化
して、ここに前述した吸収体900厚み全体に対する大気
圧供給空間1402を形成してある。このように構成するこ
とで、従来には見られない優れたカートリッジを提供で
きた。尚、この大気圧供給空間1402は、従来よりもはる
かに大きい空間であり、上記大気連通口1401が上方に位
置しているので、何らかの異常で、インクが吸収体から
離脱しても、この大気圧供給空間1402は、そのインクを
一時的に保持でき、確実に吸収体に回収せしめることが
できるので無駄のない優れたカートリッジを提供でき
る。

又、インクタンクITの上記ユニツトIJUの取付面の構
成は第４図によって示されている。オリフイスプレート
400の突出口のほぼ中心を通って、タンクITの底面もし
くはキヤリツジの表面の載置基準面に平行な直線をL₁と
すると、支持体300の穴312に係合する２つの位置決め凸
起1012はこの直線L₁上にある。この凸起1012の高さは支
持体300の厚みよりわずかに低く、支持体300の位置決め
を行う。この図面上で直線L₁の延長上にはキヤリツジの
位置決め用フツク4001の90゜角の係合面4002が係合する
爪2100が位置しており、キヤリツジに対する位置決めの
作用力がこの直線L₁を含む上記基準面に平行な面領域で
作用するように構成されている。第５図で後述するが、
これらの関係は、インクタンクのみの位置決めの精度が
ヘツドの吐出口の位置決め精度と同等となるので有効な
構成となる。

又、支持体300のインクタンク側面への固定用穴1900,
2000に夫々対応するインクタンクの突起1800,1801は前
述の凸起1012よりも長く、支持体300を貫通して突出し
た部分を熱融着して支持体300をその側面に固定するた
めのものである。上述の線L₁に垂直でこの突起1800を通
る直線をL₃、突起1801を通る直線をL₂としたとき、直線
L₃上には上記供給口1200のほぼ中心が位置するので、供
給部の口1200と供給管2200との結合状態を安定化する作
用をし、落下や衝撃によってもこれらの結合状態への負
荷を軽減できるので好ましい構成である。又、直線L₂,L
₃は一致していず、ヘツドIJHの吐出口側の凸起1012周辺
に突起1800,1801が存在しているので、さらにヘツドIJH
のタンクに対する位置決めの補強効果を生んでいる。
尚、L₄で示される曲線は、インク供給部剤600の装着時
の外壁位置である。突起1800,1801はその曲線L₄に沿っ
ているので、ヘツドIJHの先端側構成の重量に対しても
充分な強度と位置精度を与えている。尚、2700はインク
タンクITの先端ツバで、キヤリツジの前板4000の穴に挿
入されて、インクタンクの変位が極端に悪くなるような
異変時に対して設けられている。2101は、キヤリツジに
対する抜け止めで、キヤリツジHCの不図示のバーに対し
て設けれ、カートリッジIJCが後述のように旋回装着さ
れた位置でこのバーの下方に侵入して、不要に位置決め
位置から離脱させる上方方向へ力が作用しても装着状態
を維持するための保護用部材である。

インクタンクITは、ユニツトIJUを装着された後に蓋8
00で覆うことで、ユニツトIJUを下方開口を除いて包囲
する形状となるが、インクジエツトカートリツジIJCと
しては、キヤリツジHCに載置するための下方開口はキヤ
リツジHCと近接するため、実質的な４方包囲空間を形成
してしまう。従って、この包囲空間内にあるヘツドIJH
からの発熱はこの空間内の保温空間として有効となるも
のの長期連続使用としては、わずかな昇温となる。この
ため本例では、支持体の自然放熱を助けるためにカート
リツジIJCの上方面に、この空間よりは小さい幅のスリ
ツト1700を設けて、昇温を防止しつつもユニツトIJU全
体の温度分布の均一化を環境に左右されないようにする
ことができた。

インクジエツトカートリツジIJCとして組立てられる
と、インクはカートリツジ内部より供給口1200、支持体
300に設けた穴320および供給タンク600の中裏面側に設
けた導入口を介して供給タンク600内に供給され、その
内部を通った後、導出口より適宜の供給管および天板40
0のインク導入口1500を介して共通液室内へと流入す
る。以上におけるインク連通用の接続部には、例えばシ
リコンゴムやブチルゴム等のパツキンが配設され、これ
によって封止が行われてインク供給路が確保される。

尚、本実施例においては天板1300は耐インク性に優れ
たポリサルフオン、ポリエーテルサルフオン、ポリフエ
ニレンオキサイド、ポリプロピレンなどの樹脂を用い、
オリフイスプレート部400と共に金型内で一体に同時成
型してある。

上述のように一体成型部品は、インク供給部材600、
天板・オリフイスプレート一体、インクタンク本体1000
としたので組立て精度が高水準になるばかりでなく、大
量生産の品質向上に極めて有効である。又部品点数の個
数は従来に比較して減少できているので、優れた所望特
性を確実に発揮できる。

また、本発明実施例では、上記組立後の形状におい
て、第２図乃至第４図で示されるように、インク供給部
材600は、その上面部603がインクタンクITのスリット17
00を備えた屋根部の端部4008との間に第３図に示したよ
うにスリットＳを形成し、下面部604がインクタンクIT
の下方の蓋800が接着される薄板部材のヘッド側端部401
1との間に上記スリットＳと同様のスリット（不図示）
を形成している。これらのインクタンクITとインク供給
部材600との間のスリットは、上記スリット1700の放熱
を一層促進させる作用を実質的に行うとともに、タンク
ITへ加わる不要な圧力があってもこれを直接供給部材、
強いては、インクジェットユニットIJTへ及ぼすことを
防止している。

いずれにしても、本実施例の上記構成は、従来には無
い構成であって、それぞれが単独で有効な効果をもたら
すと共に、複合的にも各構成要件があることで有機的な
構成をもたらしている。

（iii）キヤリツジHCに対するインクジエツトカートリ
ツジIJCの取付説明第５図において、5000はプラテンローラで、記録媒体
Ｐを紙面下方から上方へ案内する。キヤリツジHCは、プ
ラテンローラ3000に沿って移動するもので、キヤリツジ
の前方プラテン側にインクジエツトカートリツジIJCの
前面側に位置する前板4000（厚さ2mm）と、カートリツ
ジIJCの配線基板200のパツド201に対応するパツド2011
を具備したフレキシブルシート4005及びこれを裏面側か
ら各パツド2011に対して押圧する弾性力を発生するため
のゴムパツドシート4007を保持する電気接続部用支持板
4003と、インクジエツトカートリツジIJCを記録位置へ
固定するための位置決め用フツク4001とが設けられてい
る。前板4000は位置決め用突出面4010をカートリツジの
支持体300の前述した位置決め突起2500,2600に夫々対応
して２個有し、カートリツジの装着後はこの突出面4010
に向う垂直な力を受ける。このため、補強用のリブが前
板のプラテンローラ側に、その垂直な力の方向に向って
いるリブ（不図示）を複数有している。このリブは、カ
ートリツジIJC装着時の前面位置L₅よりもわずかに（約
0.1mm程度）プラテンローラ側に突出しているヘツド保
護用突出部をも形成している。電気接続部用支持板4003
は、補強用リブ4004を前記リブの方向ではなく垂直方向
に複数有し、プラテン側からフツク4001側に向って側方
への突出割合が減じられている。これは、カートリツジ
装着時の位置を図のように傾斜させるための機能も果し
ている。又、支持板4003は電気的接触状態を安定化する
ため、上記２つの位置決め用突出面4010がカートリッジ
に及ぼす作用方向と逆方向に、カートリッジへの作用力
を及ぼすためのフツク側の位置決め面4006を突出面4010
に対応して２個有し、これらの間にパツドコンタクト域
を形成すると共にパツド2011対応のボツチ付ゴムシート
4007のボツチの変形量を一義的に規定する。これらの位
置決め面は、カートリツジIJCが記録可能な位置に固定
されると、配線基板300の表面に当接した状態となる。
本例では、さらに配線基板300のパツド201を前述した線
L₁に関して対称となるように分布させているので、ゴム
シート4007の各ボツチの変形量を均一化してパツド201
1,201の当接圧をより安定化している。本例のパツド201
の分布は、上方，下方２列、縦２列である。

フツク4001は、固定軸4009に係合する長穴を有し、こ
の長穴の移動空間を利用して図の位置から反時計方向に
回動した後、プラテンローラ5000に沿って左方側へ移動
することでキヤリツジHCに対するインクジエツトカート
リツジIJCの位置決めを行う。このフツク4001の移動は
どのようなものでも良いが、レバー等で行える構成が好
ましい。いずれにしてもこのフツク4001の回動時にカー
トリツジIJCはプラテンローラ側へ移動しつつ位置決め
突起2500,2600が前板の位置決め面4010に当接可能な位
置へ移動し、フツク4001の左方側移動によって90゜のフ
ツク面4002がカートリツジIJCの爪2100の90゜面に密着
しつつカートリツジIJCを位置決め面2500,4010同志の接
触域を中心に水平面内で旋回して最終的にパツド201,20
11同志の接触が始まる。そしてフツク4001が所定位置、
即ち固定位置に保持されると、パツド201,2011同志の完
全接触状態と、位置決め面2500,4010同志の完全面接続
と、90度面4002と爪の90度面の２面接触と、配線基板30
0と位置決め面4006との面接触とが同時に形成されてキ
ヤリツジに対するカートリツジIJCの保持が完了する。

（iv）装置本体の概略説明第６図は本発明が適用されるインクジエツト記録装置
IJRAの概観図で、駆動モータ5013の正逆回転に連動して
駆動力伝達ギア5011,5009を介して回転するリードスク
リユー5005のら線溝5004に対して係合するキヤリツジHC
はピン（不図示）を有し、矢印a,b方向に往復移動され
る。5002は紙押え板であり、キヤリツジ移動方向にわた
つて紙をプラテン5000に対して押圧する。5007,5008は
フオトカプラでキヤリツジのレバー5006のこの域での存
在を確認してモータ5013の回転方向切換等を行うための
ホームポジシヨン検知手段である。5016は記録ヘツドの
前面をキヤツプするキヤツプ部材5022を支持する部材
で、5015はこのキヤツプ内を吸引する吸引手段でキヤツ
プ内開口5023を介して記録ヘツドの吸引回復を行う。50
17はクリーニングブレードで、5019はこのブレードを前
後方向に移動可能にする部材であり、本体支持板5018に
これらは支持されている。ブレードは、この形態でなく
周知のクリーニングブレードが本例に適用できることは
いうまでもない。又、5012は、吸引回復の吸引を開始す
るためのレバーで、キヤリツジと係合するカム5020の移
動に伴って移動し、駆動モータからの駆動力がクラツチ
切換等の公知の伝達手段で移動制御される。

これらのキヤツピング、クリーニング、吸引回復は、
キヤリツジがホームポジシヨン側領域にきたときにリー
ドスクリユー5005の作用によってそれらの対応位置で所
望の処理が行えるように構成されているが、周知のタイ
ミングで所望の作動を行うようにすれば、本例には何れ
も適用できる。上述における各構成は単独でも複合的に
見ても優れた発明であり、本発明にとって好ましい構成
例を示している。

上述した第２図乃至第６図に対して技術的に関係する
本発明について詳述するため、以下、第１図及び第７図
以降を用いながら説明する。

（実施例１）第１図（ａ）はヒーターボード８と本例に係わる天板
14とを接合て構成される記録ヘツド本体の斜視図であ
る。

本例に係わる天板14は、インク流路溝25と、これに対
応してオリフイスプレート10に形成したインク吐出口
（オリフイス）11とを所望の個数（図においては簡略の
ために２個）有し、オリフイスプレート10を一体に設け
た構成としてある。そして、第１図（ａ）図示の構成例
においては、天板14は耐インク性に優れたポリサルフオ
ン、ポリエーテルサルフオン、オリフエニレンオキサイ
ド、ポリプロピレンなどの樹脂を用い、オリフイスプレ
ート10と共に金型内で一体に同時成形してある。

本実施例においては、インク流路溝のインク流路に垂
直な断面が台形の形態をとっているが、これは吐出口の
大きさを大きくとる場合にレーザービームが広くする
が、こん際にレーザー照射のインク流路に対する傾き角
をなるべく小さくしてもインク流路溝によってレーザー
ビームがさえぎられないようにするためである。またこ
のような形態のインク流路溝の構造をとっていてもイン
クが流動する際に特にその流れを妨げることもない。さ
らに吐出ヒーターと接触する面積を広くとれるため、天
板とヒーターボードとを接合する際にその両者のノズル
列方向のずれに対し、公差を大きくとれ、吐出ヒーター
と接するインクの接触面積も大きくとれるために非常に
好都合である。

本実施例において、インク流路断面の大きさを、上底
40μｍ、下底60μｍ、高さ60μｍの溝で形成し、レーザ
ー光の照射角をインク流路に対し５゜の傾きとし、イン
ク流路断面と相似の吐出口を形成したときの状態を第１
図（ｂ）に示す。この図でわかるように、レーザービー
ムがインク流路溝でさえぎられない範囲で最大限の大き
さの吐出口を形成する際に、吐出口形状をインク流路断
面形状と相似形とすることで吐出口面積のインク路断面
積に対する割合は50％であり、吐出口面積で円形のとき
の24％の約２倍にすることができる。またインク流路断
面積の50％にまでに大きくすることが可能となり、吐出
エネルギーによってインク液滴を効率よく吐出させるこ
とが可能となる。

ここで吐出口面積のインク流路断面積に対する割合
は、インク流路断面の形状で異なるが、その割合は本発
明者らの各種インク流路断面形状で行った研究によって
35％以上60％以下が好ましいことが見い出された。35％
未満では吐出口が円形のときに近くなり、前述した問題
点のように十分な吐出インク液滴体積が得られなくな
る。また60％をこえるとテーパー状の吐出口のインク流
路側の面積がインク流路断面積をこえることになり、安
定した吐出口形成が不可能となるため、吐出状態に乱れ
が生じてしまい好ましくない。

次に、このように吐出口形状をインク流路断面形状と
相似した天板14を用いてインクジエツト記録ヘツドを構
成するには、第１図（ａ）に示すように、吐出ヒーター
15等を有するヒータボード８をオリフイスプレート10に
突き当てて接合し、記録ヘツドを得る。

以上の如き構成では、従来のように天板とオリフイス
プレートとの位置合わせや接着が不要であるので、位置
合わせ誤差や接着時の位置ずれ等が全く無くなり、不良
品の低減及び工程の短縮によって、記録ヘツドの量産性
並びに低廉価に資することができた。また、従来のよう
な天板とオリフイスプレートとの接着工程が存在しない
ので、接着剤が流れ込むことによるオリフイスやインク
流路の閉塞の恐れがない。さらに、ヒータボード８とオ
リフイスプレート10を一体とした天板との接合時に、オ
リフイスプレート10の吐出側端面と逆側の端面にヒータ
ボード８を突き当てることにより流路方向の位置決めが
できるので、全体的な位置決め工程や組立工程が容易と
なる。加えて、従来のようなオリフイスプレートの剥離
の恐れも全く生じない。

以上説明した記録ヘツドは、第２図、第３図に示すよ
うなカートリツジ形態で得ることができ、らにこれを用
いて第６図のようなインクジエツトプリンタ、すなわ
ち、デスイポーザブルのカートリツジを用いるインジエ
ツトプリンタを構成することができる。

本実施例によって構成される記録ヘツドと、円形の吐
出口をもつた従来型の記録ヘツドとを、前述のプリンタ
でそれぞれ記録を行ったところ、従来型の記録ヘツドで
は濃度が不十分であるのに対し、本実施例の記録ヘツド
ではインクの吐出量が多く濃度が高く、鮮明な画像が得
られた。

ところで、本実施例で使用されたレーザー光はエキシ
マレーザー光である。

ここで、エキシマレーザー光について説明する。この
エキシマレーザは紫外光を発振可能なレーザであり、高
強度である、単色性が良い、指向性がある、短パルス発
振できる、レンズで集光することでエネルギ密度を非常
に大きく出来るなどの利点を有する。

エキシマレーザ発振器は希ガスとハロゲンの混合気体
を放電励起することで、短パルス（15〜35Hz）の紫外光
を発振できる装置であり、Kr−Ｆ、Xc−Cl、Ar−Ｆレー
ザがよく用いられる。これらの発振エネルギは数100mJ/
パルス、パルス繰り返し周波数は30〜1000Hzである。

このエキシマレーザ光のような高輝度の短パルス紫外
光をポリマー樹脂表面に照射すると、照射部分が瞬間的
にプラズマ発光と衝撃音を伴って分解、飛散するアブレ
イティブフォトデコンポジション（Ablative Photo
decomposition）（APD）過程が生じ、この過程によって
ポリマー樹脂の加工が可能となる。

このようにエキシマレーザによる加工精度と他のレー
ザによるそれとを比較した場合、例えばポリイミド（P
I）フイルムにエキシマレーザとしてのレーザと、他のY
AGレーザ及びCO₂レーザを照射すると、PIの光を吸収す
る波長がUV領域であるためKrFレーザによってきれいな
穴が開くが、UV領域にないYAGレーザでは穴が開くもの
のエツジ面が流れ、赤外線であるCO₂レーザでは穴の周
囲にクレータを生じてしまう。

また、アルミニウムやSUSなどの金属、不透明なセラ
ミツクス、Si等は大気の雰囲気において、エキシマレー
ザ光の照射によって影響を受けないため、エキシマレー
ザによる加工におけるマスク材として用いることができ
る。

本実施例の場合、前述の光学レンズ系はマスクの像を
縮少して投影し、流路の断面を、上底100μｍ、下底140
μｍ、高さ100μｍの台形としたので、投影マスクは上
底300μｍ、下底420μｍ、高さ300μｍの台形のパター
ンを持つ、アルミニウム蒸着マスクを用いた。

（実施例２）第７図（ａ），（ｂ）に本発明に係わるもう１つの記
録ヘツドの構成例を示す。本実施例に係わる天板14′
は、矩形断面をもつインク流路溝25′と、これに相似形
の吐出口11′とを所望の個数（図においては簡略のため
に２個）を有し、オリフイスプレート10′を一体に設け
たものである。これを前述の実施例１と同様にヒータボ
ード８と接合して記録ヘツドを構成している。

本実施例では45μｍ×45μｍのインク流路断面に対
し、32μｍ×32μｍの相似形の吐出口を形成しており、
吐出口面積のインク流路断面積に対する割合は50％であ
る。このような吐出口をもつ記録ヘツドを実施例１と同
様に記録したところ、インクの吐出量が多く濃度の高い
鮮明な画像が得られた。

本発明は、特にインクジェット記録方式の中でもバブ
ルジェット方式の記録ヘッド、記録装置に於いて、優れ
た効果をもたらすものである。

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なうものが好ましい。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
くとも一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ーを発生せしめ、記録ヘッドに熱作
用面に膜沸騰させて、結果的にこの駆動信号に一対一対
応し液体（インク）内の気泡を形成出来るので有効であ
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、少なくとも一つの滴を形成
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なわれるので、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。尚、上記熱作用面の昇温上昇率に関
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、更に優れた記録を行なうことがで
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、電気熱変換体の組み合わ
せ構成（直線状液流路又は直角液流路）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、共通するスリツトを電気熱変
換体の吐出部とする構成を開示する特開昭59年第123670
号公報や熱エネルギーの圧力波を吸収する開孔を吐出部
に対応せる構成を開示する特開昭59年第138461号公報に
基づいた構成としても本発明は有効である。

更に、記録装置が記録できる最大記録媒体の幅に対応
した長さを有するフルラインタイプの記録ヘッドとして
は、上述した明細書に開示されているような複数記録ヘ
ッドの組み合わせによって、その長さを満たす構成や一
体的に形成された一個の記録ヘッドとしての構成のいず
れでも良いが、本発明は、上述した効果を一層有効に発
揮することができる。

加えて、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。

又、本発明の記録装置の構成として設けられる、記録
ヘッドに対しての回復手段、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による予熱加熱手段、記録とは別
の吐出を行なう予備吐出モードを行なうことも安定した
記録を行なうために有効である。

更に、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ってでもよいが、異
なる色の複色カラー又は、混色によるフルカラーの少な
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。

〔発明の効果〕

以上の説明より明らかなように本発明によれば、吐出
口面積をインク流路断面積に対して従来より大きくとる
ことが可能であって、しかも吐出口形状がインク流路断
面形状と相似であるために、吐出インク液の流れに対し
て部分的な抵抗のばらつきを生ずることなく、記録の際
に必要なインク液滴の量を補償することができ、安定し
た吐出によって良好な画像を形成することが可能なイン
クジエツトヘツドを提供できる。

また、記録に必要なインク液滴の吐出速度を得ること
はもちろんのこと、十分な吐出体積が得られる。インク
ジエツトヘツドが抵抗できる。この結果、濃度が高く、
品位の高い記録画像を得ることができる。

さらに、このように優れた効果を有するインクジエツ
トヘツドとインクタンクとを一体構成とした記録特性に
優れるインクカートリツジを提供できる。

さらにまた、優れた効果を有するインクジエツトヘツ
ドとインクタンクとを一体に構成したインクカートリツ
ジを搭載した記録特性に優れたインクジエツト記録装置
が提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）は本発明に係るヒータボードと天板とを接
合して構成されるインクジエツト記録ヘツド本体の一例
を示す斜視図、第１図（ｂ）は第１図（ａ）に示した記録ヘツド本体の
吐出口形状をインク流路断面と相似にしたときの説明
図、第２図は本発明に係わるインクジエツトカートリツジの
一例の分解斜視図、第３図は本発明に係わるインクジエツトカートリツジの
概略斜視図、第４図はインクジエツトカートリツジのインクタンクを
インクジエツト記録ヘツドが装着される側から見た概略
斜視図、第５図はインクジエツトカートリツジが装置本体のキヤ
リツジに装着される様子を示す上面図、第６図は本発明に係るインクジエツト記録装置を示す
図、第７図（ａ）は本発明の第２の実施例に係わるインクジ
エツト記録ヘツド本体の斜視図、第７図（ｂ）は第７図（ａ）に示した記録ヘツド本体の
吐出口形状を表わす説明図、第８図はエキシマレーザー光でオリフイスを加工する場
合の一例を示すオリフイス加工装置の模式的構成図、第９図及び第10図は一従来例を示すインクジエツト記録
ヘツドのそれぞれ斜視図及び断面図、第11図はエキシマレーザー光でオリフイスを加工する場
合の他の例を示すオリフイス加工装置の模式的構成図、第12図は第11図に示す装置によってオリフイスを加工し
た第２の従来例を示すインクジエツト記録ヘツドの断面
図である。 101……エキシマレーザー光源、102……エキシマレーザ
ー光、103……光学レンズ系、104……マスク、105……
可動スライド、6,11,11′……吐出口、7,25,25′……イ
ンク流路溝、８……基板（ヒータボード）、9,14,14′
……天板、10……オリフイスプレート、15……吐出ヒー
タ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者田中茂昭東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤノン株式会社内 (72)発明者渡辺隆東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤノン株式会社内 (72)発明者前岡邦彦東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤノン株式会社内 (72)発明者佐藤孝一東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤノン株式会社内 (72)発明者福田次宏東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤノン株式会社内 (72)発明者杉谷博志東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤノン株式会社内 (72)発明者服部能史東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤノン株式会社内 (72)発明者池田雅実東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤノン株式会社内 (72)発明者斉藤朝雄東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤノン株式会社内 (72)発明者斎藤昭男東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤノン株式会社内 (72)発明者折笠剛東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤノン株式会社内 (72)発明者泉田昌明東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤノン株式会社内 (56)参考文献特開昭57−208255（ＪＰ，Ａ) 特開平１−108056（ＪＰ，Ａ) 実開昭62−73942（ＪＰ，Ｕ)

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】インクを吐出するために利用される吐出エ
ネルギー発生素子を形成した第１基板と、該第１基板と
接合することによりインク流路を形成するための凹部を
備えるとともに前記インク流路に連通し前記インクを吐
出するための吐出口が形成されたオリフィスプレート部
を一体に備えた第２基板と、を備えたインクジエツトヘ
ッドにおいて、前記オリフィスプレート部に形成された吐出口の形状が
前記第１基板と第２基板とを接合することにより形成さ
れるインク流路の断面形状と相似であって、かつ吐出口
面積が、前記インク流路断面の面積の35％以上60％以下
であることを特徴とするインクジエツトヘッド。
【請求項２】インクを吐出するために利用される吐出エ
ネルギー発生素子を備えた第１基板と、該第１基板と接
合することによりインク流路を形成するための凹部を備
えると共に、前記インク流路に連通し、前記インクを吐
出するための吐出口が形成されたオリフィスプレート部
を一体に備えた第２基板と、を備えたインクジエツトヘ
ッドにおいて、前記第１基板と第２基板とを接合することにより形成さ
れるインク流路の断面形状が台形形状であり、前記イン
ク流路に連通した前記吐出口は、前記インク流路の断面
形状と相似である台形形状であることを特徴とするイン
クジエツトヘッド。
【請求項３】インクを吐出するために利用される吐出エ
ネルギー発生素子を備えた第１基板と、該第１基板と接
合することによりインク流路を形成するための凹部を備
えると共に、前記インク流路に連通し前記インクを吐出
するための吐出口が形成されたオリフィスプレート部を
一体に備えた第２基板と、を備えたインクジエツトヘッ
ドにおいて、前記第１基板と第２基板とを接合することにより形成さ
れるインク流路の断面形状が台形形状であり、前記イン
ク流路に連通した前記吐出口はレーザー光の照射により
形成されたものであり、前記インク流路の断面形状と相
似である台形形状であることを特徴とするインクジエツ
トヘッド。
【請求項４】インクを吐出するために利用される吐出エ
ネルギー発生素子を備えた第１基板と、該第１基板と接
合することによりインク流路を形成するための凹部を備
えるとともに前記インク流路に連通し前記インクを吐出
するための吐出口が形成されたオリフィスプレート部を
一体に備えた第２基板と、を備えたインクジエツトヘッ
ドにおいて、レーザー光の照射により形成された前記インク流路に連
通した前記吐出口面積が、前記第１基板と第２基板とを
接合することにより形成されるインク流路断面の面積の
35％以上60％以下であることを特徴とするインクジエツ
トヘッド
【請求項５】前記吐出口は、前記第２基板の前記凹部形
成領域から紫外レーザー光を照射することで形成される
ことを特徴とする請求項１または２に記載のインクジエ
ツトヘッド。
【請求項６】前記レーザー光はエキシマレーザー光であ
ることを特徴とする請求項５に記載のインクジエツトヘ
ッド。
【請求項７】前記台形形状の吐出口は、前記第２基板の
インク流路断面の台形形状と相似形状の台形形状のパタ
ーンを有したレーザー光遮蔽部材を介して、前記第２基
板の前記凹部形成領域側からエキシマレーザー光を照射
することで形成されることを特徴とする請求項３に記載
のインクジエツトヘッド。
【請求項８】前記レーザー光は、前記第２基板の前記凹
部形式領域側から照射されるエキシマレーザー光である
ことを特徴とする請求項４に記載のインクジエツトヘッ
ド。
【請求項９】前記吐出エネルギー発生素子は電気熱変換
体であることを特徴とする請求項１、２、３または４の
いずれかに記載のインクジエツトヘッド。
【請求項１０】請求項１、２、３または４に記載のイン
クジエツトヘッドと、該ヘッドに対してインクを供給す
るインクタンクとを一体的に備えたことを特徴とするイ
ンクジエツトカートリッジ。
【請求項１１】請求項10に記載のインクジエツトカート
リッジと、該カートリッジを搭載して走査可能に設けら
れたキャリッジと、を備えたインクジエツト記録装置。