JP3554120B2 - インク供給機構を持つインクジェットヘッド、インクジェットヘッドカートリッジおよびインクジェット装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、インクを吐出するための記録素子が形成された記録素子基板と、外部から入力される画信号に従って記録素子を駆動させるための駆動素子基板を圧接してなるインクジェット記録ヘッドに関する。
【０００２】
なお、本発明において用いる「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。
【０００３】
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せた産業用記録装置に適用可能な発明である。
【０００４】
【従来の技術】
図１１（ａ）は、インクジェット記録装置等に用いられるインクジェット記録ヘッドの記録素子基板の従来例の構造を示す平面図、図１１（ｂ）は、図１１（ａ）のＡ−Ａ１線断面の構造を示す断面図である。
【０００５】
図１１（ａ）および図１１（ｂ）において、１５０１は記録素子基板を構成する基板、１５０２は発熱素子であり、発熱抵抗層としてのＨｆＢ_２層等で構成されている。１５０３はＡｌの共通電極、１５０４はＡｌの個別電極、１５０５ａおよび１５０５ｂはＡｌのパターン配線、１５０６は耐酸化層および絶縁層としての感光性ポリイミド層、１５０８は耐キャビテーション層としてのＴａ層である。
【０００６】
図１１（ａ）および図１１（ｂ）に示したような記録素子基板は、発熱抵抗層としてのＨｆＢ_２層１５１０に電流を流すことにより、当該ＨｆＢ_２層より熱エネルギーを発生させるものである。すなわち、駆動電流を外部より個別電極１５０４およびパターン配線１５０５ａを介してＨｆＢ_２層１５０２へ流入させ、さらにパターン配線１５０５ｂおよび共通電極１５０３を介して外部へ流入させることにより、発熱素子１５０２に熱エネルギーを発生させることができる。
【０００７】
なお、このような記録素子基板を用いた記録素子ユニットの構成を図１２に示している。この記録素子ユニットには各発熱素子に対応して吐出口に連通したインク流路１５２０が設けられており、このインク流路には液室１５３０からインクが供給されている。この液室には天板１５４０に設けられた供給口（不図示）からインクが供給される。
【０００８】
前述の発熱素子に駆動信号を与え発熱させることでインク流路中のインクに気泡を発生させて吐出口２１から吐出させる。
【０００９】
通常、上述のようなＨｆＢ_２層１５１０、個別電極１５０４、パターン配線１５０５ａおよび１５０５ｂの組み合わせで構成される発熱素子１５０２は、図１１（ａ）に示したように、１つの記録素子基板に複数形成されている。このように、１つの記録素子基板に複数の発熱素子を設けることにより、複数ドットの記録を同時に行うインクジェット記録装置を得ることが可能となり、記録の高速化を図ることができる。特に、高密度・高速記録の要請が高い今日においては、１主走査ラインの記録を複数行同時に行うことが一般化しており、したがって、多数の発熱素子を高密度に配置した記録素子ユニットが登場している。
【００１０】
記録素子ユニット１つに複数の発熱素子を配置して複数ドットの記録を同時に行う場合には、発熱素子のそれぞれについて個別にＯＮ−ＯＦＦを制御しなければならない。このような選択駆動制御を行うための手段（以下、駆動素子と称す）は、記録素子ユニット内に形成することも可能であるが、特に発熱素子が多い長尺の記録素子ユニットの場合に、独立した基板に形成され（以下、この基板を駆動素子基板と称す）、記録素子ユニットと接続される。記録素子ユニットと駆動素子基板とを独立とするのは、記録素子と駆動素子とを一体基板に形成した場合、長尺ヘッドの場合など記録素子ないし駆動素子のいずれか一部に不良が生ずると全体が動作しなくなってしまうという問題があるからである。
【００１１】
従来、記録素子基板と駆動素子基板とを電気的に接続する技術としては、特開平３−１２１８５１号公報に開示された方法がある。
【００１２】
上記の接続方法は、図１１（ａ）および図１１（ｂ）とほぼ同様の構成を有する図１３に示す構造のものであり、個別電極上に基板から隆起するようにバンプ状電極を形成し、図示するように駆動素子基板７００５上に取り付けられた記録素子基板７００１と、駆動ＩＣ７００３が形成された駆動素子基板７００２を圧接法により接合する方法である。
【００１３】
また、特開平１−３０２８２９号公報に開示された電気的接続部材を用いて接続する方法もある。図１４（ａ）〜（ｃ）のそれぞれは、上記公報に開示された接続方法を説明するための図である。
【００１４】
図１４において、１７０４は記録素子基板、１７０５は駆動素子基板１７１４および１７１５は電極部、１７１９および１７２０は絶縁膜である。また、１７０３は電気的接続部材であり、１７１７は電気的導電部材、１７１８は電気的導電部材１７１７を保持するための保持体である。ここで、電気的導電部材１７１７のピッチは、電極１７１４および１７１５のピッチよりも狭く設定されている。
【００１５】
記録素子基板１７０４と駆動素子基板１７０５および電気的接続部材１７０３は、まず図１４（ａ）に示すように配置され、次に同図（ｂ）に示すように互いに圧着される。また同図（ｃ）は圧着後の全体図である。電気的導電部材１７１７のピッチが電極１７１４および１７１５のピッチよりも狭く設定されていることから、正確な位置決めを必要とすることなく、圧着を行うだけで電極１７１４および１７１５は電気的導電部材１７１７を介して電気的に接続される。
【００１６】
また、従来、記録素子基板と駆動素子基板とを別々の部材で構成した記録ヘッドの一例を図１５および図１６に示す。図１５は記録ヘッドの斜視図であり、図１６は図１５中の矢印方向から見たときの断面図である。
【００１７】
図１５および図１６に示す記録へッドにおいて記録素子基板８００１は主基台８００５に、駆動素子基板８００２は副基台８００４にそれぞれ固定されている。また、主基台８００５には記録液内の気泡やゴミを除去するためのフィルター装置８０１６が固定されている。
【００１８】
そして、記録素子基板８００１と駆動素子基板８００２の電気的接続は、記録素子基板８００１の接続電極に対して駆動素子基板８００２の接続電極を正確に位置合わせし、副基台８００４を弾性部材８００８を介して圧接板８００７で押圧することによって行われる。
【００１９】
また、記録素子ユニットへの記録液の供給は、記録素子ユニットとフィルター装置８０１６をインク供給チューブ８０１３で連結し、フィルター装置８０１６と不図示のインクタンクをインク供給チューブ８０１３で連結したインク供給系によって行われる。
【００２０】
【発明が解決しようとしている課題】
上述した従来のインクジェット記録ヘッドにおいては、組み立てる場合や記録素子基板８００１や記録素子ユニットに不良が生じて交換する場合には、記録素子基板と駆動素子基板の電気的接続と、記録素子ユニットへのインク供給系の接続取り消しをそれぞれ別々に行わなければならず、手間がかかり時間がかかるという解決すべき課題があった。
【００２１】
また、記録素子基板の交換の場合でも、フィルター装置やインク供給チューブ等までも一緒に交換しなければならず、不要な交換作業が生じ、この点からも時間がかかるうえにコストが高くなるという解決すべき課題があった。
【００２２】
本発明は上述したような従来の技術が有する問題点に鑑みてなされたものであって、記録素子基板の交換操作の手順を大幅に単純化し、容易化することにより交換作業を迅速に行うことができ、さらに部品点数を減らすことで安価なインクジェット記録ヘッドを実現することを目的とする。
【００２３】
【課題を解決するための手段】
上述の目的を達成するための本発明の構成は以下のようなものである。
【００２４】
インクを吐出する吐出口に連通するインク流路と該インク流路にインクの供給を行うための液室とを形成する流路形成部材と、
インクを吐出するためのエネルギーを発生する記録素子が複数設けられた記録素子基板と、
前記記録素子を選択的に駆動するための駆動素子が配された駆動素子基板と、
前記流路形成部材に設けられたインク供給口に対してインクの流通を行うためのインク供給機構と、
弾性部材と、
前記弾性部材を介して前記記録素子基板と前記駆動素子基板とに電気的接続のための付勢力を加えて圧接するとともに、前記インク供給機構と前記インク供給口とのインク供給系の接続を成す圧接手段と、
を有することを特徴とするインクジェットヘッド。
【００２５】
もしくは、上述のインクジェットヘッドと、このインクジェットヘッドに供給されるインクを保持するインク容器とを有するインクジェットヘッドカートリッジ。
【００２６】
もしくは、上述のインクジェットヘッドと、インクを受ける被記録媒体を搬送する被記録媒体搬送手段とを有するインクジェット装置。
【００２７】
本発明においては上述のような構成とすることにより、部品点数の削減や、組み立て・分解時の工数が大幅に軽減される。
【００２８】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施例について図面を参照して説明する。
【００２９】
実施例１
図１および図２は、本発明の第１の実施例を説明するための図であり、図１は本実施例のインクジェット記録ヘッドの外観を示す斜視図、図２は図１中の矢印方向の断面構造を示す断面図である。
【００３０】
各図中、１００１は記録素子基板、１０２０は記録素子基板に接合されることで図２で示したようにインク流路や液室を形成する流路形成部材であり、記録素子基板と流路形成部材とで圧接することで、記録素子ユニットを構成している。１００２は駆動素子基板、１００３は駆動素子としての駆動ＩＣ、１００４は副基台、１００５は圧接手段を構成する保持部材としての主基台、１００６はスペーサー、１００７は圧接手段を構成する圧接部材としての圧接板、１００８は弾性部材、１００９はインク供給口、１０１１はＯリング、１０１２は連接管、１０１３はインク供給チューブ、１０１４はインク流路、１０１５は回路基板、１０１６はフィルター装置、１０１７は固定ネジである。
【００３１】
本実施例の記録ヘッドにおいて、主基台１００５に固定される記録素子基板１００１に接続される流路形成部材には、その長手方向の両端にインク供給口１００９が配置されている。駆動素子基板１００２は回路基板１０１５とともに副基台１００４に固定され、駆動素子基板１００２と回路基板１０１５はワイヤボンディング等により、電気的に接続されている。また、記録素子基板１００１と駆動素子基板１００２を圧接するための圧接板１００７には、記録素子基板１００１のインク供給口１００９と接続されるインク供給機構を構成する連接管１０１２とフィルター装置１０１６とがインク供給チューブ１０１３で連結されておりそれらが固定されている。
【００３２】
そして、記録素子基板１００１の接続電極と駆動素子基板１００２の接続電極を圧接板１００７と主基台の間に挟んで位置合わせし、圧接板１００７と主基台１００５とをねじ１０１７で締めつける。このことで、弾性部材１００８を介して副基台１００４が加圧されて記録素子基板１００１と駆動素子基板１００２に付勢力が加わり、両者が圧接される。そしてこの圧接によって両者の電気的接続と両者のインク供給系の接続が同時に成される。
【００３３】
なお、上記の接続部はバンプ形状としたり、電気的接続部材を用いることにより接続性の向上を図っても良い。
【００３４】
接続部が接続されると同時に記録素子基板１００１のインク供給口１００９と圧接板１００７に固定された連接管１０１２はＯリング１０１１を介して接続される。従って、圧接板１００７の固定により、記録素子基板１００１と駆動素子基板１００２の電気的接続と記録素子基板１００１のインク供給系への接続を同時に行うことができ、組立効率を向上することができた。
【００３５】
なお、本実施例では、流路形成部材のインク供給口と接続を行うインク供給機構を２系統持っているが、両方を記録素子ユニットへのインクの供給経路をして用いてもよく、又、１方を記録素子ユニットからインクを受ける経路として用い全体としてインク循環経路を形成してもよい。
【００３６】
実施例２
図３および図４は、本発明の第２の実施例を説明するための図であり、図３は本実施例のインクジェット記録ヘッドの外観を示す斜視図、図４は図３中の矢印方向の断面構造を示す断面図である。
【００３７】
各図中、２００１は記録素子基板、２０２０は流路形成部材、２００２は駆動素子基板、２００３は駆動素子としての駆動ＩＣ、２００４は副基台、２００５は主基台、２００６はスペーサー、２００７は圧接板、２００８は弾性部材、２００９はインク供給口、２０１１はＯリング、２０１２は連接管、２０１３はインク供給チューブ、２０１４はインク流路、２０１５は回路基板、２０１６はフィルター装置、２０１７は固定ネジである。
【００３８】
本実施例において、駆動素子基板２００２と回路基板２０１５は主基台２００５に保持固定されており、互いにワイヤボンディング等により、電気的に接続されている。先の実施例と異なり本実施例の、主基台２００５には、流路形成部材２０２０のインク供給口２００９と接続するためのインク供給機構を構成する連接管２０１２とフィルター装置２０１６とがインク供給チューブ２０１３で連結されており、それらが固定されている。そして、その実施例と同様に記録素子基板２００１の接続電極と駆動素子基板２００２の接続電極を位置合わせし、圧接板２００７により弾性部材２００８を介して記録素子基板２００１の背面を加圧することによって記録素子基板２００１と駆動素子基板２００２は電気的に接続される。
【００３９】
また、このとき同時に記録素子基板２００１のインク供給口２００９と主基台２００５に固定された連接管２０１２はＯリング２０１１を介して接続される。
【００４０】
従って、圧接板２００７の固定により記録素子基板２００１と駆動素子基板２００２の電気的接続と記録素子基板２００１のインク供給系への接続が同時に行うことができ、実施例１に比べると、駆動素子基板２００１の交換を行う際、駆動素子基板２００１に付帯している部品等が少ないため、交換部品のコストが最小限で済む。
【００４１】
実施例３
図５および図６は、本発明の第３の実施例を説明するための図であり、図５は本実施例のインクジェット記録ヘッドの外観を示す斜視図、図６は図５中の矢印方向の断面構造を示す断面図である。
【００４２】
各図中、３００１は記録素子基板、３０２０は流路形成部材、３００２は駆動素子基板、３００３は駆動ＩＣ、３００４は副基台、３００５は主基台、３００６はスペーサー、３００７は圧接板、３００８は弾性部材、３００９はインク供給口、３０１１はＯリング、３０１２は連接管、３０１３はインク供給チューブ、３０１４はインク流路、３０１５は回路基板、３０１６はフィルター装置、３０１７は固定ネジである。
【００４３】
本実施例においては、実施例１と同様に、記録素子基板３００１と駆動素子基板３００２の電気的接続と流路形成部材３０２０とのインク供給系の接続は圧接板３００７によって同時に行われる。ただし、圧接板３００７には、記録素子基板３００１のインク供給口３００９を接続される接続部およびインク供給機構を構成するインク供給路３０１４およびフィルター装置３０１６が一体的に部材内に形成されている。
【００４４】
従って、実施例１よりもさらに部品点数を削減でき、組立工数が削減できるとともに記録ヘッドのコストダウン、小型化が図れる。
【００４５】
実施例４
図７および図８は、本発明の第２の実施例を説明するための図であり、図７は本実施例のインクジェット記録ヘッドの外観を示す斜視図、図８は図７中の矢印方向の断面構造を示す断面図である。
【００４６】
各図中、４００１は記録素子基板、４０２０は流路形成部材、４００２は駆動素子基板、４００３は駆動ＩＣ、４００４は副基台、４００５は主基台、４００６はスペーサー、４００７は圧接板、４００８は弾性部材、４００９はインク供給口、４０１１はＯリング、４０１２は連接管、４０１３はインク供給チューブ、４０１４はインク流路、４０１５は回路基板、４０１６はフィルター装置、４０１７は固定ネジである。
【００４７】
本実施例においては、実施例２と同様の構成にて記録素子基板４００１と駆動素子基板４００２の電気的接続と、流路形成部材４０２０のインク供給系の接続は、圧接板４００７によって同時に行われる。
【００４８】
但し駆動素子基板４００１を保持固定している主基台４００５には、記録素子基板４００１のインク供給ロ４００９と接続される接続部および、インク供給路４０１４およびフィルター装置４０１６が一体的に部材内に形成されている。従って、実施例２よりも部品点数を削減でき、組立工数が低減できるとともに記録ヘッドのコストダウン、小型化が図れる。
【００４９】
その他の実施例
上述の各実施例においては記録素子として駆動信号を受け取ることで発熱しインクに気泡を発生させる発熱素子を取り上げて説明したが、これに限らず、駆動信号を受け取ることで機械的変位をする圧伝素子であってもよい。
【００５０】
また、上述の各実施例においては長尺のインクジェット記録ヘッドで説明したが、各部品を小型化すれば小型のヘッドに適用できることは言うまでもない。このような小型化を行ったヘッドを用いて図９のようなヘッドカートリッジの構成にすることもできる。図９において符号１の部分がインクジェット記録ヘッドであり、符号２の部分がこのインクジェット記録ヘッドに供給されるインク保持したインク容器である。
【００５１】
次に本発明のフルラインインクジェットヘッドおよびこのヘッドを備える好適なカラーインクジェット装置を以下に示す。
【００５２】
図１０は本発明の特徴が最も現われるインクジェットヘッドの一実施例を搭載したインクジェット装置の一構成例を示す図である。
【００５３】
インクジェット装置は図１０に示すように、被記録媒体の記録幅に対応した長さに吐出口を複数配したフルライン型ヘッド２０１ａ〜２０１ｄを備え、これらフルライン型ヘッドは、ホルダー２０２によりＸ方向に所定の間隔を持って互いに平行に固定支持されている。各ヘッドの下面にはＹ方向に沿って、１列に１６吐出口／ｍｍの間隔で３４５６個の吐出口が下向きに設けられており、これにより２１８ｍｍ幅の記録が可能となっている。
【００５４】
これらのヘッドは前述の実施例で説明したように複数の素子基板を設けたもので、熱エネルギーを用いて記録液を吐出する方式のものである。そして、駆動信号供給手段であるヘッドドライバー２２０によって吐出制御されている。
【００５５】
なお、前記各ヘッド及びホルダー２０２を含めてヘッドユニットが構成され、このヘッドユニットはヘッド移動手段２２４により、上下方向に移動可能になっている。
【００５６】
また、各ヘッドの下部には、ヘッドキャップ２０３ａ〜２０３ｄが各ヘッドにそれぞれ対応するとともに隣接して配置されている。各ヘッドキャップは内部にスポンジ等のインク吸収部材を有する。
【００５７】
なお、キャップは不図示のホルダーにより固定されており、そのホルダー及びキャップを含んでキャップユニットが構成され、このキャップユニットはキャップ移動手段２２５によりＸ方向に移動可能になっている。
【００５８】
前記各ヘッドにはそれぞれ、インクタンク２０４ａ〜２０４ｄからインク供給チューブを通じてシアン、マゼンタ、イエロー、ブラックの各色のインクが供給され、カラー記録を可能としている。
【００５９】
また、このインク供給はヘッド吐出口の毛細管現象を利用しており、各インクタンクの液面は吐出口位置より一定距離だけ低く設定されている。
【００６０】
また、この装置は、被記録媒体である記録紙や布帛２２７を搬送するための搬送手段としての帯電可能なシームレスベルト２０６を有する。
【００６１】
該ベルト２０６は、各種ローラにより所定の経路に引き回されており、前記駆動ローラ２２０７に接続され、且つ、モータドライバー２２２１により駆動されるベルト駆動モーター２２０８により、走行させることが可能となっている。
【００６２】
また、該ベルト２０６はヘッド２０１ａ〜２０１ｄの吐出口の直下においてＸ方向に走行し、ここでは固定支持部材２２２６により、下側へのぶれを抑制されている。
【００６３】
前記ヘッドドライバー２２０、ヘッド移動手段２２４、キャップ移動手段２２５、モータドライバー２２１、２２２３、はすべて制御回路２１９により制御される。
【００６４】
【発明の効果】
本発明によれば、これまで説明してきたように、記録素子基板と駆動素子基板を別々に有し、記録素子基板を交換可能としたインクジェット記録ヘッドにおいて、記録素子基板の交換操作の手順を大幅に単純化、容易化するとともに、小型で安価なインクジェット記録ヘッドを提供することができる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のインクジェット記録ヘッドの構成を説明するための模式図である。
【図２】図１の断面模式図である。
【図３】本発明のインクジェット記録ヘッドの他の構成を説明するための模式図である。
【図４】図３の断面模式図である。
【図５】本発明のインクジェット記録ヘッドの他の構成を説明するための模式図である。
【図６】図５の断面模式図である。
【図７】本発明のインクジェット記録ヘッドの他の構成を説明するための模式図。
【図８】図７の断面模式図である。
【図９】インクジェットヘッドカートリッジを説明するための模式図である。
【図１０】本発明のヘッドを用いたインクジェット装置の模式図である。
【図１１】従来のインクジェット記録ヘッドを構成する記録素子基板を説明するための図である。
【図１２】インクジェット記録ヘッドを構成する記録素子ユニットを説明するための図である。
【図１３】記録素子基板と駆動素子基板との接続形態を説明するための図である。
【図１４】電気的接続部材を用いた記録素子基板と駆動素子基板との接続状態を説明するための図である。
【図１５】圧接手段を使って記録素子基板と駆動素子基板との接続を行う構成を示した図である。
【図１６】図１５の断面模式図である。
【符号の説明】
１００１ 記録素子基板
１００２ 駆動素子基板
１００３ 駆動ＩＣ
１００４ 副基台
１００５ 主基台
１００６ スペーサー
１００７ 圧接板
１００８ 弾性部材
１００９ インク供給口
１０１１ Ｏリング
１０１２ 連接管
１０１３ インク供給チューブ
１０１４ インク流路
１０１５ 回路基板
１０１６ フィルター装置
１０１７ 固定ネジ

Claims (9)

1. インクを吐出する吐出口に連通するインク流路と該インク流路にインクの供給を行うための液室とを形成する流路形成部材と、
   インクを吐出するためのエネルギーを発生する記録素子が複数設けられた記録素子基板と、
   前記記録素子を選択的に駆動するための駆動素子が配された駆動素子基板と、
   前記流路形成部材に設けられたインク供給口に対してインクの流通を行うためのインク供給機構と、
   弾性部材と、
   前記弾性部材を介して前記記録素子基板と前記駆動素子基板とに電気的接続のための付勢力を加えて圧接するとともに、前記インク供給機構と前記インク供給口とのインク供給系の接続を成す圧接手段と、
   を有することを特徴とするインクジェットヘッド。
2. 前記圧接手段は固定ねじを有し、該固定ねじを締め付けることで電気的接続とインク供給系の接続とを成す請求項１に記載のインクジェットヘッド。
3. 前記インク供給機構は、前記圧接手段に設けられたインク供給路である請求項１または２に記載のインクジェットヘッド。
4. 前記インク供給機構は、前記記録素子基板と前記駆動素子基板とを圧接する圧接部材自体に設けられている請求項１または２に記載のインクジェットヘッド。
5. 前記インク供給機構は、前記駆動素子基板を保持する保持部材自体に設けられている請求項１または２に記載のインクジェットヘッド。
6. 前記圧接手段は２系統のインク供給機構を有する請求項４または５に記載のインクジェットヘッド。
7. 前記２系統のインク供給機構を用いてインク循環経路を形成する請求項６に記載のインクジェットヘッド。
8. 請求項１ないし７のいずれか１項に記載のインクジェットヘッドと、前記インクジェットヘッドに供給されるインクを保持するインク容器とを有することを特徴とするインクジェットヘッドカートリッジ。
9. 請求項１ないし７のいずれか１項に記載のインクジェットヘッドと、インクを受ける被記録媒体を搬送する被記録媒体搬送手段とを有することを特徴とするインクジェット装置。

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