JP3595584B2 - インクジェット記録ヘッド及びインクジェット記録装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、被記録媒体に記録ヘッドからインクを吐出して被記録媒体に記録を行うインクジェット記録ヘッドおよびこれを用いたインクジェット記録装置に関する。ここで、記録とは、布、紙、糸、シート材等のインク付与を受けるインク支持体全てへのインク付与等（プリント）を含むもので、本発明はこれらへの用途が可能なものである。
【０００２】
【背景技術】
現在知られている各種の記録方式の中でも、記録時に騒音の発生がほとんどないノンインパクト記録方式であって、高速記録が可能であり、しかも普通紙に特別の定着を必要とせずに記録を行えるインクジェット記録方式は、極めて有効な記録方式であると認められている。
【０００３】
図７および図８は、このようなインクジェット記録方式に用いられる代表的なインクジェット記録ヘッドの要部を示すもので、図７は概略斜視図であり、図８は分解斜視図である。図９は図７のＸ−Ｘ面でのインクジェット記録ヘッドの内部構造を示す概略断面図である。
【０００４】
図中の符号１００は各部品（後述）を構築して構成するためのベースプレートである。このベースプレート１００上には、吐出エネルギー発生素子としての複数の電気熱変換体（ヒーター）２０１を有する基板（以下、ヒーターボードという）２００が設けられている。このヒーターボード２００上には、複数のインク吐出口３０１の各々に対応するインク路（図示略）が設けられており、所定の位置に天板３００が接合されている。天板３００は、インク吐出口３０１が形成されたオリフィスプレート３０４と、上記インク路に供給されるインクを貯留する共通液室３０２および、この共通液室３０２へインクを供給するための円筒状のインク供給口３０５とを有している。上記接合にあたっては、ヒーターボード２００の複数のヒータ２０１と天板３００側のインク吐出口３０１とが対応するような位置で、ヒーターボード２００に天板３００を接着剤で仮固定し、さらに付勢力を与えるためのバネ（図示略）により天板３００上部から機械的圧力を加えて十分な密着状態を得ている。その後、天板３００およびヒーターボード２００の周囲を図９に示すように封止剤４００により封止し、インク路および共通液室３０２を外部と遮断密閉している。
【０００５】
インクジェット記録ヘッドにおけるインク吐出のための圧力は、ヒーター２０１で発生したエネルギーがインク路３０８内のインクに作用することにより生じ、その圧力は、インク路３０８内のインクを通じてインク吐出口３０１方向と、該インク吐出口３０１と反対方向にある共通液室３０２方向へ伝達される。
【０００６】
インク吐出口３０１方向へ伝わった圧力の作用によって、インク路３０８内のインクはインク吐出口３０１から押し出され、押し出されたインクは飛翔吐出液滴を形成する。押し出されたインクが吐出液滴となってインク吐出口３０１から離れる際、吐出液滴量に応じて吐出口３０１部のメニスカスが後退し、このメニスカスをインク吐出口３０１方向へ引き戻そうとする張力の作用により、ある時間の経過後インク路内のインクの充填状態は吐出前の状態に復帰する。この現象はリフィールと呼ばれている。実際の記録の際には以上の操作が繰り返され良好なリフィールが行われることによって、安定なインク吐出が持続して得られる。
【０００７】
ところが、最近では吐出インク量の増加や印字速度の高速化により、短時間に多くのインクを吐出させるため、安定したリフィールが行われず不安定なインクの吐出が行われ印字品位の劣化を引き起こすことがしばしば見られた。
【０００８】
このような問題を解決する手段として、特開平１−３０８６４４号公報等により天板３００内に圧力−体積変換体を設ける提案がなされている。又、図１０に示す様に、前記天板３００の共通液室３０２の内部に、該共通液室と一部が連通した小室３１０を設け、該小室（バブルセル）３１０と該共通液室３０２が前記複数のインク吐出口３０１の設けられた方向で連通されているものも提案されている。
【０００９】
前記小室３１０と前記共通液室３０２は微小連通部で連通されているため、前記小部屋３１０にはインクが入り込みにくい形状となっている。すなわち、前記小室３１０には常に空気が存在する状態となっている。この空気が特開平１−３０８６４４号公報等で提案されている圧力−体積変換体と同じ効果を生じ、インク吐出時の圧力変動を吸収し、安定したリフィールが得られ、高速での良好な印字が実施できる。
【００１０】
また、ヒーターボード２００上の前記小室３１０の対応する位置には、特願平６−１７６６５３号公報で提案した様に前記小室３１０内にインクが入り込んだ場合に該小部屋３１０内に泡を発生させるためのヒーター（不図示）が設けられている。
【００１２】
【発明が解決しようとしている課題】
インクジェット記録ヘッドにおいて、前記共通液室３０２内からインク吐出口３０１までのインク中に空気等の気泡が存在すると、該気泡が核となり時間の経過と共に該気泡が成長し、インクの流れを断ち切りインクの不吐出を発生することが知られている。そのため、インクジェット記録装置には、定期的にインクを吸引し該気泡を取り除く回復装置等が設けられているのが一般的である。
【００１３】
液室内に設けたバブルセル３１０内の空気も例外ではなく、該空気が核となり成長した気泡がインク路まで達し、インクの不吐出を引き起こすことがある。そのため、前記バブルセル３１０は、インク吐出口３０１からできるかぎり離れた位置に配置されている。
【００１４】
しかしながら、最近では、インクジェット記録ヘッドの小型化およびヒーターボードのコストダウン等を目的として、ヒーターボードの小型化が進んできており、前記バブルセル３１０をインク吐出口３０１近傍に配置しなければならなくなってきており、回復装置が作動する間隔よりも短い期間で該バブルセル３１０から成長した気泡がインク吐出口近傍に達し、インクの不吐出を引き起こす場合があった。また、ヒーターボードの小型化に伴い前記共通液室３０２の容積も小さくなってきているため、前記共通液室３０２内に溜ったわずかな気泡がインク路近傍に達し、インクの不吐出を引き起こす場合があった。本発明は、上記の様な問題点に鑑みなされたものであって、より小さく低コストで、インクの不吐出が発生することなく信頼性の高いインクジェットヘッドを提供することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段及び作用】
上記目的を達成するための本発明のインクジェット記録ヘッドは、複数の吐出口と、該吐出口の各々に対応して設けられるインク路を形成するための複数の溝と、該インク路に供給されるインクを貯留するための共通液室を形成する凹部とを一体的に有する天板と、該天板と接合することで前記インク路に対応して配設される吐出エネルギー発生素子を配した素子基板とを有するインクジェット記録ヘッドにおいて、前記天板は、共通液室に連通部を介して連通し、気体が配される小室を一体的に有し、前記連通部を形成する面に垂直な方向が、前記インク路の列と交差しないよう形成されていることを特徴とする。
【００１６】
上記構成により、成長した気泡の成長方向が規制され、成長した気泡がインク路３０８に引き込まれにくくなり、インクの不吐出が防止され、インクジェット記録ヘッドおよび、ヒーターボードの更なる小型化が達成でき、より信頼性の高いインクジェット記録ヘッドを提供することができるようになった。
【００１７】
【実施例】
以下図面を参照して本発明の実施例を詳細に説明する。
【００１８】
なお、以下の実施例においては、吐出エネルギー発生素子として、熱エネルギーを発生する電気熱変換体を用いて説明するが圧電素子等の電気熱変換体であってもよい。
【００１９】
（実施例１）
図１〜図３は本発明を適用したインクジェットヘッドの第１の実施例である。図１は本発明を適用したインクジェットヘッドの一部を概略的に示す概略斜視図である。図２は図１の分解斜視図であり、図３は天板３００を共通液室３０２側（内面が見える方向）から見た斜視図である。１００は、各部品を構成するための支持部材となるベースプレートである。吐出エネルギー発生素子としての複数の電気熱変換体（ヒーター）２０１が形成された素子基板（以下ヒーターボードと呼ぶ）２００に複数のインク吐出口３０１の各々に対応して設けられるインク路（流路）３０８を形成する溝、該インク吐出口３０１、該インク路に供給されるインクを貯留する共通液室３０２を形成する凹部および該共通液室３０２へインクを供給するための円筒状のインク供給口３０５と一体的に有した天板３００が、前記複数のヒーター２０１と前記複数のインク吐出口３０１が対応する位置で接合されている。この接合にあたっては、ヒーターボード２００に天板３００を接着剤で仮固定し、さらに付勢力を与えるためのバネ（不図示）により天板３００上部から機械的圧力を加えて十分な密着状態を得ている。この際、天板３００の共通液室３０２の後方に凸部３０６を設けることにより、ヒーターボード２００と天板３００の接触部は、この凸部３０６と複数のインク路３０８を形成する複数のインク路壁３０７となるため、インク路壁３０７とヒーターボード２００の密着がより確実に行われ、より安定したインクの吐出が行われる。その後、天板３００及びヒーターボード２００の周囲を封止剤（不図示）により封止し、ヒーターボード２００と共通液室壁３０３のわずかな隙間に封止剤が流れ込み前記複数のインク路３０８及び共通液室３０２を外部と遮断密閉している。本実施例では、この隙間すなわち前記凸部３０６と共通液室壁３０３の段差は５〜２０μｍとした。天板３００の共通液室３０２内には、前述の通りインク吐出時の圧力変動を吸収し安定したリフィールを得るためにバブルセル３１０が天板に一体的に設けられている。図３に示すように、前記バブルセル３１０を前記複数のインク吐出口３０１からできるかぎり離れた位置に配置し、該バブルセル３１０と前記共通液室３０２は、微小連通部３１１で連通されている。本発明においては、微小連通部の面の方向（この面に垂直な方向）は、インク路３０８の列と交差しない構成になっている。このため、バブルセル３１０内の気泡を核として成長した気泡が、直接的にインク路３０８近傍にすることが抑制され、インクの不吐出が発生することなく、より小さく低コストで信頼性の高いインクジェット記録ヘッドを得ることができた。特に本実施例においては、微小連通部の面の方向をインク路３０８の列の方向とほぼ平行にしているため、気泡が成長してもインク路３０８の列の方向にしか気泡は成長せず、インク路の方向へ気泡が到達することが抑制される。
【００２０】
（参考例）
図４は、本発明の参考例を適用した天板３００を実装した時の図１のＸ−Ｘ面でのインクジェット記録ヘッドの内部構造を示す概略断面図である。天板３００以外の構成は実施例１と同様であるので、詳細な説明はここでは省略する。
【００２１】
インクジェット記録ヘッドやヒーターボードの小型化に伴い天板３００の共通液室３０２の容積も小さくなる。このため、前記共通液室３０２内に溜った従来では問題にならない程度の小さな気泡でさえインクの流れを断ち切り、インクの不吐出を引き起こす場合があった。特に、前記共通液室３０２内に溜った気泡は、インク流速の速いインク吐出口の両端に引っ張られ、インク吐出口の両端部でインクの不吐出を起こしやすいことがわかった。そこで図４に示す、本発明であるところのにヒーターボード２００とオリフィス平面と平行な共通液室側面との成す角θを３５ｄｅｇ、４０ｄｅｇ、４５ｄｅｇの３種類を試作し、Ａ４サイズ標準原稿の連続印字テストを行い泡不吐が発生するまでの印字枚数を調べた。その結果を表１に示す。
【００２２】
【表１】

【００２３】
従来のインクジェット記録ヘッドの上記テストの印字枚数は、２５０〜３００程度である。表１に示すように、本発明であるところのにヒーターボード２００とオリフィス平面と平行な共通液室側面との成す角θを４０ｄｅｇより大きな角度にすると共に、該共通液室の天井がインク吐出口より十分高くすること、すなわち共通液室内のインク吐出口両端部のインクの流速を落とすことによって、気泡がをインク路３０８近傍に達しにくくなり、従来のインクジェット記録ヘッドと同等以上枚数までインクの不吐出が発生することなくより小さく低コストで信頼性の高いインクジェット記録ヘッドを得ることができた。
【００２４】
図５は別の参考例を適用したインクジェットヘッドの天板３００を共通液室３０２側から見た斜視図である。
【００２５】
図５に示すように、前記バブルセル３１０を前記複数のインク吐出口３０１近傍に配置した例である。このような位置にバブルセル３１０を設けることは、ヒーターボード２００の小型化が進むと、ヒーターボード端部から最外のインク吐出口までの距離も短くなるため、バブルセル３１０の位置をインク路３０８の近傍に設けざるをえなくなるが、本実施例では、バブルセル３１０と共通液室との連通部３１１の面の方向（面に垂直な方向）が、インク路の列と交わらないよう構成されている。特に、本参考例においては連通部３１１の面の方向が、インク路が配されている側と逆の方向となるよう構成されている。このため、気泡が成長したとしても、インク路と逆の方向にしか成長しないため、インク路の部分に気泡が到達することがない。
【００２６】
また、このように共通液室の壁に沿った位置にバブルセルを配することで、このバブルセルが、共通液室３０２を外部と遮断密閉するための封止剤溜まりの機能も果たし、封止剤がインク路３０８に流れ込むことなく信頼性の高いインクジェット記録ヘッドを提供することができるという利点もある。
【００２７】
本参考例のバブルセル３１０は連通部３１１の面の方向がインク路列と交差しない方向に向いていると共に、前記バブルセル３１０と前記共通液室３０２を仕切る仕切り壁３１２の該共通液室３０２側の壁の角度が素子基板に対して４０ｄｅｇより大きな角度とされている。図４に示すように、前記バブルセル３１０を前記複数のインク吐出口３０１近傍に配置する場合、前記仕切り壁３１２をインク路壁３０９よりヒーターボード２００と反対側へわずかに凹に形成することが望ましい。すなわち、天板３００とヒーターボード２００が密着された時に前記ヒーターボード２００と前記仕切り壁３１２の間にわずかに隙間ができる様に形成するのである。本参考例においては、この隙間を、０．０５〜０．１ｍｍとした。これは、前述の通りヒーターボード２００と前記インク路壁３０９の密着性を確保するためである。以上の様な構成とすると、バブルセル３１０内の気泡を核として成長した気泡が前記微小連通部３１１から共通液室３０２へせり出してくると共に、前記隙間からも該前記気泡がせり出しインク路３０８まで達し、インクの不吐出を発生することがある。そこで、ヒーターボード２００と仕切り壁３１２の該共通液室３０２側面との成す角θを４０ｄｅｇより大きな角度にすると共に、該共通液室３２０の天井をインク路３０８より十分高く形成することが必要となる。これにより、前記隙間からせり出した前記気泡は前述の通り気泡がをインク路３０８近傍に達しにくくなり、インクの不吐出が発生することなく、より小さく低コストで信頼性の高いインクジェット記録ヘッドを得ることができた。
【００２８】
図６は本発明が適用されるインクジェット記録装置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ュー５００５のら線溝５００４に対して係合するキャリッジ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、キャリッジ移動方向にわたって紙をプラテン５０００に対して押圧する。５００７、５００８はフォトカプラでキャリッジのレバー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ョン検知手段である。５０１６は記録ヘッドの前面をキャップするキャップ部材５０２２を支持する部材で、５０１５はこのキャップ内を吸引する吸引手段でキャップ内開口５０２３を介して記録ヘッドの吸引回復を行う。５０１７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、キャリッジと係合するカム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ッチ切換等の公知の伝達手段で移動制御される。
【００２９】
これらのキャッピング、クリーニング、吸引回復は、キャリッジがホームポジション側領域にきたときにリードスクリュー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。
【００３０】
尚、本装置にはインク吐出圧発生素子を駆動するための駆動信号供給手段を有している。
【００３１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、天板の共通液室の内部に設けられたバブルセルと該共通液室との連通部の面に垂直な方向が、インク路の列方向と略平行になるようにされている。このことにより、バブルセル内の気泡を核として成長した気泡がインク路側に達しにくくなり、インクの不吐出が発生することなく、より小さく低コストで信頼性の高いインクジェット記録ヘッドを提供することができるようになった。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例を適用したインクジェットヘッドの一部を概略的に示す概略斜視図。
【図２】図１の分解斜視図。
【図３】図１の天板を共通液室側から見た斜視図。
【図４】本発明の参考例を適用した天板を実装した時の図１のＸ−Ｘ断面図。
【図５】別の参考例を適用したインクジェットヘッドの天板を共通液室側から見た斜視図。
【図６】本発明のインクジェットヘッドを搭載したインクジェット装置を示す図。
【図７】背景技術のインクジェットヘッドの一部を概略的に示す概略斜視図。
【図８】図７の分解斜視図。
【図９】図７のＸ−Ｘ断面図。
【図１０】図７の天板を共通液室側から見た斜視図。
【符号の説明】
１００ ベースプレート
２００ ヒーターボード
２０１ ヒーター
３００ 天板
３０１ インク吐出口
３０２ 共通液室
３０３ 共通液室壁
３０４ オリフィスプレート
３０５ インク供給口
３０６ 凸部
３０７ インク路壁
３０８ インク路
３１０ 小部屋
３１１ 微小連通部
３１２ 仕切り壁
３１３ 共通液室の天井
４００ 封止剤

Claims (6)

1. 複数の吐出口と、該吐出口の各々に対応して設けられるインク路を形成するための複数の溝と、該インク路に供給されるインクを貯留するための共通液室を形成する凹部を一体的に有する天板と、該天板と接合することで前記インク路に対応して配設される吐出エネルギー発生素子を配した素子基板と、を有するインクジェット記録ヘッドにおいて、
   前記天板は共通液室に連通部を介して連通した気体が配される小室を一体的に有し、前記連通部の面に垂直な方向が、前記インク路の列方向と略平行になるように形成されていることを特徴とするインクジェット記録ヘッド。
2. 前記小室が前記共通液室の隅部に設けられてい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. 前記小室を複数有することを特徴とする請求項１または、２記載のインクジェット記録ヘッド。
4. 請求項１〜３のいずれかの項に記載のインクジェット記録ヘッドにおいて、インク吐出エネルギー発生素子は、インクに熱を作用させる熱エネルギーを発生する電気熱変換体であることを特徴とするインクジェット記録ヘッド。
5. 請求項１〜４のいずれかの項に記載のインクジェット記録ヘッドと、該ヘッドを駆動するための駆動信号供給手段とを具備することを特徴とするインクジェット記録装置。
6. 請求項５記載のインクジェット記録装置において、前記インクジェット記録ヘッドに供給すべきインクを貯留するタンクを含み、該タンクと前記インクジェット記録ヘッドとは、着脱自在に一体化されたことを特徴とするインクジェット記録装置。

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