JP4535562B2 - インクジェットヘッド - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、記録紙にインク滴を所定パターンに付着させて画像を形成するインクジェットヘッドに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、記録紙に画像を形成するための記録デバイスとしてインクジェットヘッドが用いられている。
【０００３】
インクジェットヘッドの記録方式には、インク滴を記録紙に向けて吐出・飛翔させるのに発熱抵抗体の発する熱エネルギーを利用するものや圧電素子の変形を利用するもの，更には電磁波の照射に伴って発生する熱を利用するもの等があり、これらの中でも発熱抵抗体の熱エネルギーを利用するサーマルジェットタイプのものは、発熱抵抗体のパターン形成が容易であることに加え、発熱抵抗体の面積が小さくても比較的大きな熱エネルギーを発生させることができることから高密度記録への対応に適したものとして注目されている。
【０００４】
かかるサーマルジェットタイプのインクジェットヘッドとしては、例えば、直線状に配列した多数の発熱抵抗体と該発熱抵抗体の発熱を制御する複数個のドライバーＩＣとが取着されている基板上に、前記発熱抵抗体に１対１に対応する多数のインク吐出孔が穿設されている天板を間に所定の間隔を空けて配置させるとともに、前記基板及び天板間にインクを充填させた構造のものが知られており、記録紙を前記天板の上面に沿って搬送しなから、多数の発熱抵抗体をドライバーＩＣの駆動に伴って個々に選択的に発熱させ、この熱エネルギーによってインク中に気泡を発生させるとともに、該発生した気泡による圧力でもってインクの一部を天板のインク吐出孔より外部に吐出させ、これを記録紙に付着させることによって所定の画像が記録される。
【０００５】
尚、前記インクをインク吐出孔より外部に吐出した後、基板と天板との間には吐出したインクと同じ量のインクが流入して補充されるようになっており、これによって上述の記録動作を連続的に繰り返すようにしている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述した従来のインクジェットヘッドにおいては、発熱抵抗体の熱エネルギーによってインク滴を吐出させた後、基板−天板間の気泡は上述したインクの補充によってその大部分が消滅するものの、細かな気泡がいくつか残ってしまうことがある。このような残留気泡を含んだ基板−天板間のインクは、次ラインの記録動作が開始されるまでの間、そのまま同じ場所にあるため、発熱抵抗体を再び発熱させて新たな気泡を発生させると、インクが小さな残留気泡を含んだまま外部に吐出されてしまったり、或いは、新たに発生した気泡と残留気泡とが合体することにより大きな気泡を形成する等してインクの吐出量が不均一となり、濃度むらが形成される欠点を有していた。
【０００７】
また上述した従来のインクジェットヘッドの基板−天板間に充填されているインクは、気泡発生の際やインク補充の際を除けば流動することが殆どなく、インクや基板中には熱がこもり易くなっている。それ故、インクジェットヘッドを長時間にわたって使用すると、基板の温度が過度に高温となり、インクの吐出量にバラツキを生じて濃度むらを発生したり、或いは不要なインクが外部に吐出される等の不具合を生じる欠点があり、またこれを避けるために各ラインの記録動作の間に十分な冷却時間を設けると、記録に要する時間が長くなって高速記録に供しなくなる欠点が誘発される。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記欠点に鑑み案出されたもので、本発明のインクジェットヘッドは、多数の発熱抵抗体及び該発熱抵抗体を選択的に発熱・駆動する複数個のドライバーＩＣが間に所定の間隔を空けて略平行に配列されている基板と、前記発熱抵抗体と１対１に対応する多数のインク吐出孔が穿設されている天板とを、前記インク吐出孔が前記発熱抵抗体の上部に位置するようにして間に所定の間隔を空けて配置させるとともに前記基板及び前記天板間に形成される隙間にインクを充填させてなり、前記発熱抵抗体の発する熱エネルギーによって前記インク吐出孔よりインク滴を吐出させて画像を形成するインクジェットヘッドであって、前記インクが、前記発熱抵抗体の配列に沿った前記基板の端部と前記天板との間の領域を介して前記発熱抵抗体及び前記インク吐出孔間に導入され、前記ドライバーＩＣを被覆する封止材と接触した後、前記発熱抵抗体の取着領域と前記ドライバーＩＣの取着領域との間の領域を介して前記発熱抵抗体の配列方向における前記基板の端部から外部に排出されるように構成されていることを特徴とするものである。
【０００９】
また、本発明の上記インクジェットヘッドは、前記封止材の頂部が、前記発熱抵抗体の配列方向に沿って前記天板の下面に当接されていてもよい。
また、本発明の上記インクジェットヘッドにおいて、前記インクが、少なくとも前記インク吐出孔の直下領域を前記発熱抵抗体の配列と直交する方向に流動しながら循環するように構成されていてもよい。
【００１０】
更に、本発明の上記インクジェットヘッドにおいて、前記インクの流速が、少なくとも前記発熱抵抗体及び前記インク吐出孔間の領域で５０μｍ／ｓｅｃ〜２０００μｍ／ｓｅｃに制御されるように構成されていてもよい。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を添付図面に基づいて詳細に説明する。
図１は本発明の一形態に係るインクジェットヘッドの分解斜視図、図２は図１のインクジェットヘッドの断面図、図3は図１のインクジェットヘッドにおけるインク１０の流れを説明するための平面図であり、１は基板、３は発熱抵抗体、６はドライバーＩＣ、７は封止材、８は天板、９はインク吐出孔、１０はインクである。
【００１２】
前記基板１は、アルミナセラミックス等の電気絶縁性材料によって矩形状をなすように形成され、その上面でグレーズ層２や多数の発熱抵抗体３，複数個のドライバーＩＣ６等を支持するための支持母材として機能する。
【００１３】
尚、前記基板１は、例えばアルミナセラミックスから成る場合、アルミナ、シリカ、マグネシア等のセラミックス原料粉末に適当な有機溶剤、溶媒を添加・混合して泥漿状に成すとともに、これを従来周知のドクターブレード法やカレンダーロール法等を採用することによってセラミックグリーンシートを得、しかる後、前記セラミックグリーンシートを所定形状に打ち抜いた上、高温で焼成することによって製作される。
【００１４】
また前記基板１の上面には、一方の長辺に沿って断面山状のグレーズ層２が帯状に形成され、更にその頂部には多数の発熱抵抗体３が直線状に被着・配列される。
【００１５】
前記グレーズ層２は、ガラス等によって形成されており、極めて平滑な表面状態を有しているため、該グレーズ層２上に従来周知のフォトリソグラフィー等によって多数の発熱抵抗体３をパターン形成する際、発熱抵抗体３の微細加工を容易になすようになっている。
【００１６】
尚、前記グレーズ層２は、ガラスから成る場合、ガラス粉末に適当な有機溶剤、有機バインダー等を添加・混合して得た所定のガラスペーストを、前記基板１の上面に、従来周知のスクリーン印刷等によって帯状に印刷・塗布し、これを高温で焼き付けることにより断面山状をなすように形成される。
【００１７】
また前記グレーズ層２上に被着されている多数の発熱抵抗体３は、例えば６００ｄｐｉのドット密度で主走査方向に直線状に配列されており、ＴａＮ系やＴａＳｉＯ系，ＴａＳｉＮＯ系，ＴｉＳｉＯ系，ＴｉＳｉＣＯ系，ＮｂＳｉＯ系等の電気抵抗材料から成っているため、各発熱抵抗体３の両端に電気的に接続されている電極層４，４を介して発熱抵抗体３に電源電力が供給されるとジュール発熱を起こし、インク１０中で気泡Ａを形成するのに必要な熱エネルギーを発生する作用を為す。
【００１８】
尚、前記発熱抵抗体３は、従来周知の薄膜手法、具体的にはスパッタリング、フォトリソグラフィー技術及びエッチング技術等を採用し、前述の電気抵抗材料をグレーズ層２の上面に所定厚み、所定パターンに被着させることにより形成され、更に窒化珪素等から成る保護膜５で被覆される。
【００１９】
更に前記基板１の上面には、複数個のドライバーＩＣ６が先に述べた発熱抵抗体３の配列と略平行に取着・配列される。
【００２０】
前記ドライバーＩＣ６は、発熱抵抗体３との間に所定の間隔（３ｍｍ〜１０ｍｍ）を空けて配列されており、各々の回路形成面にはシフトレジスタ、ラッチ、スイッチングトランジスタ等の電子回路が設けられているため、これらの電子回路に外部より画像データが入力されると、画像データに基づいて発熱抵抗体３の発熱を個々に制御することができる。
【００２１】
尚、前記ドライバーＩＣ６は、従来周知のフェースダウンボンディング等によって基板上面の所定位置に搭載され、その端子と前記電極４とを半田等の接続材でもって接続した上、これらをエポキシ樹脂等から成る封止材７で被覆することによって封止される。
【００２２】
そして前記基板１上には、発熱抵抗体３と１対１に対応する多数のインク吐出孔９を有する天板８が、間に所定の間隔を空けて基板上面と略平行に配置される。
【００２３】
前記天板８は、インク吐出孔９が対応する発熱抵抗体３の上部に位置するように位置合わせされ、その下面には基板１−天板８間の間隔を略一定に保つためのスペーサ８ａが天板８の外周に沿って天板８と一体的に形成されている。
【００２４】
前記スペーサ８ａは、基板１−天板８間にドライバーＩＣ６よりも厚く形成されており、該スペーサ８ａの下面が基板上面に当接されるようにして天板８を基板１上に載置させておくことにより基板１−天板５間に所定の隙間が形成される。
【００２５】
また前記天板８のインク吐出孔９は、インクジェットヘッドの記録動作時、インク滴ｉを記録紙に向けて吐出するためのものであり、発熱抵抗体３と１対１に対応するように、発熱抵抗体３と略等しい密度、例えば６００ｄｐｉのドット密度で主走査方向に直線状に配列されている。
【００２６】
尚、前記天板８は、モリブデン等の金属やアルミナセラミックス等の電気絶縁性材料から成り、例えばモリブデンから成る場合、モリブデンのインゴット（塊）を従来周知の金属加工法によって所定厚みの板体と成し、得られた板体に従来周知のレーザー加工等によって直径５０μｍ〜１１０μｍのインク吐出孔９を複数個、穿設することにより製作される。
【００２７】
そして、前述した基板１−天板８間の隙間にはインク１０が充填される。
前記インク１０としては、例えば顔料タイプの油性インクや水性染料インク等が使用され、該インク１０は図示しないインクタンクから基板１−天板８間に供給され、前述した発熱抵抗体３の熱エネルギーによってインク１０中に気泡Ａが発生すると、該気泡Ａによる圧力でもってインク１０の一部がインク滴ｉとなってインク吐出孔９より外部に吐出される。
【００２８】
また更に前記基板１及び天板８間に充填されたインク１０は、インク吐出孔９の配列と直交する方向（副走査方向）に流動させる図示しない循環ポンプ等によってインクタンクとの間で循環されるようになっている。
【００２９】
前記インク１０は、発熱抵抗体３とインク吐出孔９との間の領域において、例えば５０μｍ／ｓｅｃ〜２０００μｍ／ｓｅｃの流速で流動するように制御されており、かかるインク１０の流れは、発熱抵抗体３の駆動状態にかかわらず、発熱抵抗体３が発熱しているときも、発熱していないときも常に略等しい流速に保たれる。
【００３０】
このため、発熱抵抗体３からの熱エネルギーによってインク滴を吐出させた後、基板１−天板８間にいくつかの細かな気泡ａが残留したとしても、これらの残留気泡ａは基板１−天板８間を流動するインク１０と共にインク吐出孔９の配列と直交する方向に移動して、次ラインの記録動作が開始されるまでの間に、発熱抵抗体３とインク吐出孔９との間の領域から速やかに排除される。従って、次ラインの記録動作に伴い発熱抵抗体３を再び発熱させて新たな気泡を発生させた際、インク吐出孔９より吐出されるインク滴ｉの中に細かな残留気泡ａが含まれたり、新たに発生した気泡Ａと残留気泡ａとが合体することにより大きな気泡を形成したりすることは殆どなく、これによりインク１０の吐出量を略一定として濃度むらの少ない良好な画像を形成することが可能となる。
【００３１】
尚、インク１０の流動方向を副走査方向以外の方向、例えばインク吐出孔９の配列と平行な主走査方向に設定した場合、インク１０の流動に伴って残留気泡ａが移動する方向には他のインク吐出孔９が多数配置されることとなるので、全ての残留気泡ａを発熱抵抗体３とインク吐出孔９との間の領域から排除するには次ラインの記録動作が開始されるまでの間にインク１０を主走査方向にわたって流動させる必要があり、この場合、次ラインの記録動作を開始するまでに極めて長時間を要し、高速記録に供しなくなる。従って、残留気泡ａをインク吐出孔９の直下より速やかに取り除くにはインク１０の流動方向を副走査方向と合致させておく必要がある。
【００３２】
また本形態において重要な点は、基板１−天板８間のインク１０が、発熱抵抗体３の配列に沿った基板端部と天板８との間の領域を介して発熱抵抗体３−インク吐出孔９間に導入され、ドライバーＩＣ６を被覆する封止材７と接触した後で、発熱抵抗体３の取着領域とドライバーＩＣ６の取着領域の間の領域を介して基板１の主走査方向の両端部より外部に排出されるようになしてある点である。
【００３３】
具体的には、ドライバーＩＣ６を被覆する封止材７の頂部を主走査方向にわたって天板８の下面に完全に当接させてあり、この封止材７でせき止めたインク１０を封止材７の表面に沿って主走査方向（基板１の長手方向）両側に向けて流動させるようにしている。
【００３４】
この場合、基板１−天板８間のインク１０は、発熱抵抗体３の取着領域とドライバーＩＣ６の取着領域の間に設けられている比較的広い領域（幅：３ｍｍ〜１０ｍｍ）から外部に排出されるようになっているため、ドライバーＩＣ６と天板８との間の領域や隣接するドライバーＩＣ６，６間の領域など、極めて狭くなっている箇所にインク１０を流さざるを得ない場合に比べ、インク１０の流速にバラツキが生じることは少なく、インク１０をより安定的に循環させることができる。
【００３５】
また前記インク１０は、発熱抵抗体３や基板１を被覆する保護膜５やドライバーＩＣ６を被覆する封止材７と接した状態で流動することから、インクジェットヘッドを長時間にわたって使用する場合であっても、発熱抵抗体３や基板１，ドライバーＩＣ６等の内部に蓄積される熱は保護膜５や封止材７を介してインク１０に良好に吸収され、基板１やドライバーＩＣ６の温度が過度に高温となることはない。従って、各ラインの記録動作の間に十分な冷却時間を設けなくても、発熱抵抗体３やドライバーＩＣ６の温度を記録動作に適した温度に維持して、インク吐出孔９からのインク１０の吐出量を常に略一定となすことができ、濃度むらの少ない鮮明な画像を高速で記録することが可能となる。
【００３６】
しかもこの場合、前記インク１０は、発熱抵抗体３上を通過した後で封止材７と接触するようになっていることから、発熱抵抗体３上での気泡Ａの生成に際してドライバーＩＣ６より吸収した熱が気泡Ａの大きさ等に影響を与えることは殆どなく、これによってもインク吐出孔９からのインク１０の吐出量を略一定として、濃度むらをより少なくした鮮明な画像を記録することができる。
【００３７】
更に本形態によれば、基板１−天板８間のインク１０が全てのインク吐出孔９の直下領域で常に流動するようになしておくことにより、発熱抵抗体３の発した熱等によってインク１０中の水分もしくは油分がインク吐出孔９から多量に蒸発し、インク吐出孔９内のインク１０の粘度が上昇しようとしても、この部分にはインク吐出孔９の直下を流れるインク１０から水分もしくは油分が順次補給されることによりインク１０が固まってしまうことはなく、インク吐出孔９の目詰まりを有効に防止することができる。従って、画像データに対応した正確な画像を形成することができ、インクジェットヘッドの信頼性を向上させることが可能となる。
【００３８】
尚、前記インク１０は、基板１と天板８との間を通過した後、一旦、前述のインクタンクに戻って、再度、基板１と天板８との間に供給されるようになっており、これによってインク１０が基板１−天板８間の領域とインクタンクとの間を繰り返し循環することとなる。
【００３９】
また基板１−天板８間を流動するインク１０が吸収した熱は、前述の如き循環経路を流動する過程で外部に放散され、再び基板１−天板８間に供給されるまでの間に十分に低い温度まで冷却される。
【００４０】
かくして上述したインクジェットヘッドは、記録紙を天板８の上面に沿ってインク吐出孔９の配列方向と直交する方向に搬送しながら、ドライバーＩＣ６の駆動に伴って多数の発熱抵抗体３を外部からの画像データに基づき個々に選択的に発熱させ、該発生した熱エネルギーによって発熱抵抗体３上に気泡Ａを発生させるとともに、この気泡Ａによる圧力でもってインク１０の一部を天板８のインク吐出孔９より外部に吐出させ、吐出したインク滴ｉを記録紙に付着させることによって所定の画像が記録される。
【００４１】
尚、本発明は上述の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更、改良等が可能である。
【００４２】
例えば上述の形態においては、インク１０を発熱抵抗体３の配列に沿った基板端部と天板８との間の領域を介して発熱抵抗体３−インク吐出孔９間に導入し、発熱抵抗体３の取着領域とドライバーＩＣ６の取着領域の間の領域を介して基板１の主走査方向の両端部より外部に排出されるようになしたが、インク１０の流れをその逆、即ち、インク１０を発熱抵抗体３の取着領域とドライバーＩＣ６の取着領域の間の領域を介して基板１の主走査方向両端より基板１−天板８間に導入し、発熱抵抗体３上を通過させた後、発熱抵抗体３の配列に沿った基板端部と天板８との間の領域を介して外部に排出させるようにしても構わない。
【００４３】
また上述の形態においては、基板１−天板８間から外部へのインク１０の排出を基板１の主走査方向両端より行うようにしたが、これに代えてインク１０の排出を基板１の主走査方向の一方の端部から行うようにしても構わない。
【００４４】
更に上述の形態において、金属材料やセラミック材料から成る天板８の上面に更にポリイミド樹脂製のフィルムを被着させておいても構わない。この場合、前記フィルムには、インク吐出孔９の形成箇所に該吐出孔９よりも一回り小さなインク吐出孔が形成され、インク滴ｉは前記フィルムに設けたインク吐出孔より外部に吐出されることとなる。
【００４５】
【発明の効果】
本発明のインクジェットヘッドによれば、基板及び天板間のインクが、インク吐出孔の配列と直交する方向に流動するようにインクを循環させることから、発熱抵抗体の熱エネルギーによってインク滴を吐出させた後、基板−天板間にいくつかの細かな気泡が残留したとしても、これらの気泡は基板−天板間を流動するインクと共にインク吐出孔の配列と直交する方向に移動して、次ラインの記録動作が開始されるまでの間に、発熱抵抗体とインク吐出孔との間の領域から速やかに排除される。従って、次ラインの記録動作に伴い発熱抵抗体を再び発熱させて新たな気泡を発生させた際、インク吐出孔より吐出されるインク滴の中に細かな残留気泡が含まれたり、新たに発生した気泡と残留気泡とが合体することにより大きな気泡を形成したりすることは殆どなく、これによりインクの吐出量を一定として濃度むらの少ない良好な画像を形成することが可能となる。
【００４６】
また本発明のインクジェットヘッドによれば、インクが発熱抵抗体や基板を被覆する保護膜やドライバーＩＣを被覆する封止材等と接した状態で流動するようになっていることから、インクジェットヘッドを長時間にわたって使用する場合であっても、発熱抵抗体や基板，ドライバーＩＣ等の内部に蓄積される熱は保護膜や封止材等を介してインクに良好に吸収され、基板やドライバーＩＣの温度が過度に高温となることはない。従って、各ラインの記録動作の間に十分な冷却時間を設けなくても、発熱抵抗体やドライバーＩＣの温度を記録動作に適した温度に維持して、インク吐出孔からのインクの吐出量を略一定となすことができ、これによって濃度むらの少ない鮮明な画像を高速で記録することが可能となる。
【００４７】
しかもこの場合、前記インクは、発熱抵抗体上を通過した後で封止材と接触するようになっていることから、発熱抵抗体上での気泡の生成に際してドライバーＩＣより吸収した熱が気泡の大きさ等に影響を与えることは殆どなく、これによってもインク吐出孔からのインクの吐出量を略一定として、濃度むらをより少なくした鮮明な画像を記録することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一形態に係るインクジェットヘッドの分解斜視図である。
【図２】図１のインクジェットヘッドの断面図である。
【図３】図１のインクジェットヘッドにおけるインクの流れを説明するための平面図である。
【符号の説明】
１・・・基板、３・・・発熱抵抗体、６・・・ドライバーＩＣ、７・・・封止材、８・・・天板、９・・・インク吐出孔、１０・・・インク

Claims (4)

1. 多数の発熱抵抗体及び該発熱抵抗体を選択的に発熱・駆動する複数個のドライバーＩＣが間に所定の間隔を空けて略平行に配列されている基板と、前記発熱抵抗体と１対１に対応する多数のインク吐出孔が穿設されている天板とを、前記インク吐出孔が前記発熱抵抗体の上部に位置するようにして間に所定の間隔を空けて配置させるとともに前記基板及び前記天板間に形成される隙間にインクを充填させてなり、前記発熱抵抗体の発する熱エネルギーによって前記インク吐出孔よりインク滴を吐出させて画像を形成するインクジェットヘッドであって、
   前記インクが、前記発熱抵抗体の配列に沿った前記基板の端部と前記天板との間の領域を介して前記発熱抵抗体及び前記インク吐出孔間に導入され、前記ドライバーＩＣを被覆する封止材と接触した後、前記発熱抵抗体の取着領域と前記ドライバーＩＣの取着領域との間の領域を介して前記発熱抵抗体の配列方向における前記基板の端部から外部に排出されるように構成されていることを特徴とするインクジェットヘッド。
2. 前記封止材の頂部が、前記発熱抵抗体の配列方向に沿って前記天板の下面に当接さ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ヘッド。
3. 前記インクが、少なくとも前記インク吐出孔の直下領域を、前記発熱抵抗体の配列と直交する方向に流動しながら循環するように構成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載のインクジェットヘッド。
4. 前記インクの流速が、少なくとも前記発熱抵抗体及び前記インク吐出孔間の領域で５０μｍ／ｓｅｃ〜２０００μｍ／ｓｅｃに制御されることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のインクジェットヘッド。

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