JP4587453B2 - 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

本発明は、液体にエネルギーを加えることによって、液滴を吐出させるインクジェット記録ヘッドと、そのような記録ヘッドを備えたインクジェット記録装置とに関するものである。

上記インクジェット記録ヘッドの一例として、液体に熱エネルギーを作用させて、液滴吐出の原動力を得るインクジェット記録ヘッドがある。かかる方式のインクジェット記録ヘッドの従来例を図１０〜図１３を参照しながら説明する。図１０は、従来のインクジェット記録ヘッドユニット２０１の外観斜視図である。図１１は、図１０に示すインクジェット記録ヘッドユニット２０１に搭載されているインクジェット記録ヘッド２０７の主要部の模式的断面図であり、図１２は平面図であり、図１３は、部分拡大平面図である。

図１０に示すインクジェット記録ヘッドユニット２０１は、支持部材２０２と、支持部材２０２の上面に設けられたプレート２０３と、支持部材２０２の側面に設けられたコネクタ２０４と、一端側がプレート２０３に接合され、他端側がコネクタ２０４に接合されたフレキシブル回路基板２０５と、プレート２０３に接合されたフレキシブル回路基板２０５の一端側に設けられた３つの矩形の穴の内側にそれぞれ配置されたインクジェット記録ヘッド２０７とを有する。

図１１に示すように、各インクジェット記録ヘッド２０７は、シリコン基板２１０の上に流路形成部材２１１によって流路２１２及び吐出口２１３が形成され、流路２１２内にヒーター２１４が配置されている。液体（インク）は、シリコン基板２１０を貫通するインク供給口２１５を通じてシリコン基板２１０の裏面側から流路２１２内に供給される。そして、ヒーター２１４に電圧を印加して流路２１２内のインクを加熱、発泡させると、液滴（インク滴）が吐出口２１３から吐出される。ヒーター２１４への電圧の印加は、シリコン基板２１０上に設けられた不図示のトランジスタ回路によって行なわれる。具体的には、図１０に示すコネクタ２１４に入力された電気信号は、不図示の電気回路基板、フレキシブル回路基板２０５を介して上記トランジスタ回路に入力される。トランジスタ回路は、入力された電気信号に応じて動作し、ヒーター２１４への電圧印加をＯＮ／ＯＦＦする。

以上のような基本構造を有するインクジェット記録ヘッドに、流路及び吐出口を高密度に形成する方法として、特許文献１及び特許文献２に記載されている方法が提案されている。また、インク供給口の形成については、異方性エッチングによってシリコン基板に穴を開ける方法が知られている。さらに、インクジェット記録ヘッドを長尺化する方法としては、基板の長手方向に沿って複数のインク供給口を形成する方法が知られており、図１０〜図１３に示すインクジェット記録ヘッド２０７にもこの方法が採用されている。
特開平５−３３００６６号公報 特開平６−２８６１４９号公報

図１２に示すように、従来のインクジェット記録ヘッドユニット２０１に搭載されているインクジェット記録ヘッド２０７では、長方形のインク供給口２１５がインクジェット記録ヘッドユニット２０１の副走査方向（図中の矢印Ｙ方向）に沿って千鳥配列され、各インク供給口２１５の長辺に沿って複数の吐出口２１３が一列に配置されている。ここで、インクジェット記録ヘッドユニット２０１を主走査方向（図中の矢印Ｘ方向）に走査しながら印字する際に印字抜けが発生することを防止するためには、吐出口２１３を副走査方向に一定ピッチで配置する必要がある。そこで、図１３に示すように、千鳥配列された複数のインク供給口２１５の長手方行端部同士は、主走査方向においてｄ（mm）だけオーバーラップしていた。このため、主走査方向に隣接するインク供給口２１５の間に所定寸法Ｗｈ（mm）の梁部を設けて、シリコン基板２１０の機械的強度を保つことが必要となり、シリコン基板の幅Ｗｃ（mm）が広くなってしまっていた。シリコン基板２１０の幅が広いことは、インクジェット記録ヘッド２０７を小型化する際の障害となるばかりでなく、ウエハからの基板取り個数の減少を招き、インクジェット記録ヘッド２０７のコストアップを招いていた。

本発明の目的は、少なくとも従来と同等の記録密度や耐久性を維持しつつ、さらに小型化及び低コスト化されたインクジェット記録ヘッドを実現することにある。

本発明のインクジェット記録ヘッドは、インクを吐出するための複数の吐出口と、該吐出口に対応して設けられる、複数のエネルギー発生素子を備える基板と、該複数のエネルギー発生素子へインクを供給するために前記基板を貫通して形成される、複数のインク供給口と、を備えたインクジェット記録ヘッドにおいて、前記複数のインク供給口は、互いに沿って形成される、長さの異なる一組の辺を有するとともに、該一組の辺の短辺に沿って前記複数の吐出口が配列されてなる第１の吐出口列と、該一組の辺の長辺に沿って前記複数の吐出口が配列されてなる第２の吐出口列と、を備え、前記複数のインク供給口は、その長手方向に、前記長辺と短辺とが交互になるように千鳥状態に配置されるとともに、該供給口の配列方向に隣接する一方のインク供給口の短辺に沿って設けられる前記第１の吐出口列の軸線が、他方のインク供給口の短辺に沿って設けられる前記第１の吐出口列と一致する、あるいは前記他方のインク供給口の短辺に沿って設けられる該第１の吐出口列と前記他方のインク供給口の長辺に沿って設けられる前記第２の吐出口列との間を通ることを特徴とする。

上述の構成によれば、強度を維持したまま図１３に示すＷｈの幅を小さくすることでシリコン基板の幅Ｗｃを小さく出来るので、少なくとも従来と同等の記録密度及び耐久性を維持しつつ、インクジェット記録ヘッドの更なる小型化、低コスト化が実現される。

（実施形態１）
以下、本発明のインクジェット記録ヘッドを備えたインクジェット記録ヘッドユニットの一例を図１〜図６を参照しながら詳細に説明する。図１は本例のインクジェット記録ヘッドユニット１の外観斜視図であり、図２は主要部分の拡大断面図である。また、図３は、本例のインクジェット記録ヘッドユニット１に搭載されているインクジェット記録ヘッド７の部分断面図、図４は平面図、図５は部分拡大平面図である。また、図６は、本例のインクジェット記録ヘッドユニット１による印字ドットを模式的に示す説明図である。

図１及び図２に示すように、本例のインクジェット記録ヘッドユニット１は、支持部材２と、支持部材２の上面に接合されたプレート３と、支持部材２の側面に接合されたコネクタ４と、一端側がプレート３の上面に接合され、他端側がコネクタ４の端部に接合されたフレキシブル回路基板５と、プレート３の上面に接合されたフレキシブル回路基板５の一端側に設けられた３つの矩形穴６の内側にそれぞれ配置されたインクジェット記録ヘッド７とを有する。尚、図２に示すインクジェット記録ヘッド７では、インク供給口１５より上層部分を便宜上省略してある。

図３に示すように、各インクジェット記録ヘッド７は、シリコン基板１０の上に流路形成部材１１によって、流路１２と、流路１２に連通する吐出口１３とが多数形成され、それぞれの流路１２内にはヒーター１４が設けられている。液体（インク）は、シリコン基板１０を貫通する略台形のインク供給口１５を通じてシリコン基板１０の裏面側から流路１２内に供給され、ヒーター１４によって加熱されることにより、インク滴となって吐出口１３から吐出する。

インクジェット記録ヘッド７について更に詳しく説明すると、図４に示すように、インクジェット記録ヘッド７には、略台形のインク供給口１５が長手方向に沿って一定間隔で複数配列されてなる２本の供給口列２１、２２が互いに平行に設けられている。ここで、一方の供給口列２１又は２２を構成しているインク供給口１３と他方の供給口列２２又は２１を構成しているインク供給口１３とは、配列方向に１ピッチ（供給口１つ分）ずれて互い違いに存在している。

各インク供給口１５の上底側には、該上底に沿って複数の吐出口１３が一定ピッチで一列設けられている。さらに、各インク供給口１５の上底側に設けられた吐出口１３は、インクジェット記録ヘッド７の長辺と平行な共通の直線上に配列され、第１の吐出口列２０を形成している。換言すれば、インクジェット記録ヘッド７の幅方向略中央には、該インクジェット記録ヘッド７の長手方向に沿って複数の吐出口１３が一定ピッチで一列に配置されてなる第１の吐出口列２０が設けられ、この第１の吐出口列２０を挟んで複数のインク供給口１５がその上底と第１の吐出口列２０とが向き合うようにして千鳥に配置されている。

さらに、各インク供給口１５の下底側には、該下底に沿って複数の吐出口１３が一定ピッチで一列に配置されてなる第２の吐出口列２３が設けられている。すなわち、第１の吐出口列２０は一本であるが、第２の吐出口列２３はインク供給口１５の数だけ存在している。そして、図５に示すように、各インク供給口１５の下底側に形成された第２の吐出口列２３の配列方向末端の吐出口１３ａと、該インク供給口１５に最も近いインク供給口１５の下底側に設けられた第２の吐出口列２３の配列方向始端の吐出口１３ｂとは、インクジェット記録ヘッド７の主走査方向（図５中の矢印Ｘ方向）においてオーバーラップしている。すなわち、上記配列方向末端の吐出口１３ａと始端の吐出口１３ｂとは、第１の吐出口列２０と直交する直線上に存在している。もっとも、インク供給口１５の上底と下底との長さの比率によっては、配列方向末端及び始端の吐出口１３ａ、１３ｂのみでなく、これらを含む配列方向端部の２以上の吐出口同士を上記のようにオーバーラップさせることもできる。

ここで、印字の際には、インクジェット記録ヘッド７が図５の矢印Ｘ方向に往復走査されるので、副走査方向（矢印Ｙ方向）における記録密度は、同方向における吐出口１３のピッチによって決定される。本例では、副走査方向における吐出口１３のピッチは全て一定であり、図５に示すＰ１及びＰ２は、共に42.3μm（＝600dpi）である。

再び図２を参照すると、上記構造を有するインクジェット記録ヘッド７が搭載される支持部材２及びプレート３には、各インクジェット記録ヘッド７の各インク供給口１５に連通する共通液室３０が設けられている。これら共通液室３０には、不図示のインク流入口からインクが供給される構造となっており、共通液室３０に供給されたインクは、各インクジェット記録ヘッド７のインク供給口１５から流路１２に供給され、ヒーター１４の熱で加熱される。ヒーター１４への電圧の印加は、シリコン基板１０（図３）に設けられた不図示のトランジスタ回路によって行なわれる。具体的には、図１に示すコネクタ４の各コンタクト端子３１に入力された電気信号は、不図示の電気回路基板、フレキシブル回路基板５を介してトランジスタ回路に入力される。トランジスタ回路は、入力された電気信号に応じて動作し、ヒーター１４への電圧印加をＯＮ／ＯＦＦする。

尚、図２に示す各共通液室３０には、イエロー、マゼンタ、シアンといった異なる色のインクを供給することも、同一色のインクを供給することもできる。よって、本例のインクジェット記録ヘッド１は、最大で３色の印字を行なうことができる。

図６は、本例のインクジェット記録ヘッドユニット１を用いて印字した印字ドットを模式的に示している。図６に示す印字ドット４１は、図５に示す３つのインク供給口１５のうち、左側のインク供給口１５の下底側に設けられている第２の吐出口列２３に属する複数の吐出口１３（以下「吐出口群５１ａ」）、及び第１の吐出口列２０に属する吐出口１３のうち、該インク供給口１５の上底側に設けられている複数の吐出口１３（以下「吐出口群５１ｂ」）から吐出されたインク滴によるものである。また、図６に示す印字ドット４２は、図５の中央のインク供給口１５の下底側に設けられている第２の吐出口列２３に属する複数の吐出口１３（以下「吐出口群５２ａ」）、及び第１の吐出口列２０に属する吐出口１３のうち、該インク供給口１５の上底側に設けられている複数の吐出口１３（以下「吐出口群５２ｂ」）から吐出されたインク滴によるものである。また、図６に示す印字ドット４３は、図５の右側のインク供給口１５の下底側に設けられている第２の吐出口列２３に属する複数の吐出口１３（以下「吐出口群５３ａ」）、及び第１の吐出口列２０に属する吐出口１３のうち、該インク供給口１５の上底側に設けられている複数の吐出口１３（以下「吐出口群５３ｂ」）から吐出されたインク滴によるものである。

図６から分かるように、印字ドット４１と４２との境目では、図５に示す吐出口群５１ａの右端に位置する吐出口１３ａと吐出口群５２ｂの左端に位置する吐出口１３ｂとから吐出されたインク滴が主走査方向において交互に着弾している。一方、印字ドット４２と４３との境目では、吐出口群５２ｂの右端に位置する吐出口１３ａと吐出口群５３ａの左端に位置する吐出口１３ｂとから吐出されたインク滴が主走査方向において交互に着弾している。すなわち、本例のインクジェット記録ヘッドユニット１に搭載されているインクジェット記録ヘッド７では、各インク供給口１５ごとに設けられた第２の吐出口列２３の端部の吐出口１３ａと１３ｂとが主走査方向において互いにオーバーラップしているので、オーバーラップしている一対の吐出口１３ａ、１３ｂから吐出されたインク滴が同一直線上に交互に着弾する。この結果、一方の吐出口１３ａ又は１３ｂから吐出されるインク滴と他方の吐出口１３ｂ又は１３ａから吐出されるインク滴との間に多少のバラツキがあったとしても、このバラツキに起因する画像劣化が目立たなくなる。

さらに、本例のインクジェット記録ヘッドユニット１に搭載されている各インクジェット記録ヘッド７では、台形のインク供給口１５が上底をインクジェット記録ヘッド７の幅方向内側に向けて千鳥配置されている。従って、最寄りのインク供給口１５同士の間に必要十分なクリアランスＷ１が確保され、インクジェット記録ヘッド７の機械的強度を低下させることなくインクジェット記録ヘッド７の幅Ｗ２が狭められている（図５）。また、各インク供給口１５の上底側に設けられた複数の吐出口１３は、全て一直線上に配列されて第１の吐出口列２０を形成しているので、該吐出口列２０の両外側のインク供給口１５が互いに近接し、インクジェット記録ヘッド７の幅Ｗ２がさらに狭くなっている。ここで、各インク供給口１５の上底側に設けられた吐出口１３が２以上の直線上に配置されていると、各列の吐出口１３から吐出されたインク滴が被記録媒体に着弾するタイミングにズレが生じる虞があるが、本例のインクジェット記録ヘッド７にはかかる虞がない。

（実施形態２）
以下、本発明のインクジェット記録ヘッドが搭載されたインクジェット記録ヘッドユニットの他例について図面を参照しながら詳細に説明する。本例のインクジェット記録ヘッドユニットの基本構成は実施形態１のインクジェット記録ヘッドユニットと同一であり、異なるのはインクジェット記録ヘッドの構成である。そこで、共通部分に関しては重複する説明を省略し、ここでは主にインクジェット記録ヘッドについて説明する。図７は、本例のインクジェット記録ヘッドユニット１０１に搭載されているインクジェット記録ヘッド１０７の平面図であり、図８は部分拡大平面図である。また、図９は、本例のインクジェット記録ヘッドユニット１０１の主要部分の拡大断面図である。

本例のインクジェット記録ヘッドユニット１０１に搭載されているインクジェット記録ヘッド１０７も、その基本構造は、実施形態１のインクジェット記録ヘッドユニット１に搭載されているインクジェット記録ヘッド７と同様である。すなわち、図７に示すように、シリコン基板１１０の上に流路形成部材１１１によって、不図示の流路と、流路に連通する吐出口１１３とが多数形成され、それぞれの流路内には不図示のヒーターが設けられている。液体（インク）は、シリコン基板１１０を貫通する開口部が台形のインク供給口１１５を通じてシリコン基板１１０の裏面側から上記流路内に供給され、上記ヒーターによって加熱されることにより、インク滴となって吐出口１１３から吐出する。よって、本例のインクジェット記録ヘッドユニット１０１に搭載されているインクジェット記録ヘッド１０７が実施形態１のインクジェット記録ヘッドユニット１に搭載されているインクジェット記録ヘッド７と異なる点は、吐出口１１３及びインク供給口１１５の配置のみである。

インクジェット記録ヘッド１０７には、その長手方向に沿って複数のインク供給口１１５が千鳥に配置されてなる供給口列１２１、１２２が設けられている。ここで各供給口列１２１、１２２におけるインク供給口１１５の配置状態等は同一なので、供給口列１２１を例にとってインク供給口１１５の配置状態を説明する。図８に示すように、供給口列１２１を構成している各インク供給口１１５の上底側及び下底側には、これら上底及び下底と平行に複数の吐出口１１３が一列に設けられて第１の吐出口列１２０及び第２の吐出口列１２３が形成されている。また、供給口列１２１を構成している複数のインク供給口１１５は、その上底側が配列方向において互いにオーバーラップするように配置されている。この結果、各インク供給口１１５の上底側に設けられている第１の吐出口列１２０は、配列方向に隣接する他のインク供給口１１５の第１の吐出口列１２０と第２の吐出口列１２３との間に位置している。換言すれば、各インク供給口１１５の上底側に設けられている第１の吐出口列１２０の軸線は、配列方向に隣接する他のインク供給口１１５の第１の吐出口列１２０と第２の吐出口列１２３との間を縦断している。

図９に示すように、上記構造を有するインクジェット記録ヘッド１０７は、支持部材１０２の上面の接合されたプレート１０３の上に搭載されている。また、支持部材１０２及びプレート１０３には、供給口列１２１を構成する各インク供給口１１５に連通する共通液室１３０ａと、供給口列１２２を構成する各インク供給口１１５に連通する共通液室１３０ｂとが設けられている。共通液室１３０ａ、１３０ｂには、不図示のインク流入口からインクがそれぞれ供給される構造となっており、各共通液室１３０ａ、１３０ｂに供給されたインクは、各供給口列１２１、１２２を通って対応する流路に供給され、ヒーターの熱で加熱される。尚、図９には示されていないが、支持部材１０２には、コネクタ、電気回路基板、フレキシブル回路基板が設けられており、実施形態１で説明したのと同様にして上記ヒーターへの電圧印加がＯＮ／ＯＦＦされる。また、図９に示すインクジェット記録ヘッド１０７では、インク供給口１５より上層部分を便宜上省略してある。

以上のように、本例のインクジェット記録ヘッドユニットに搭載されているインクジェット記録ヘッドには、供給口列が２列設けられているので、１つのヘッドで２色の印字を行なうことができる。また、ヘッドを支持部材に搭載した後に、色間のレジストレーションを調整する必要がない。さらに、各供給口列を構成するインク供給口は、その上底側がヘッドの幅方向において部分的にオーバーラップするように配置されているので、実施形態１で説明したヘッドに比べて、横幅がさらに狭くなっている。よって、本例のインクジェット記録ヘッドは、より安価でコンパクトなインクジェット記録ヘッドとなっている。尚、本例では、１つのヘッド１０７に供給口列が２列設けられている例を示したが、供給口列を３列以上として、３色以上の印字を実現することも可能である。

本例のインクジェット記録ヘッドユニット１０１も実施形態１のインクジェット記録ヘッドユニット１も、記録用紙を搬送する搬送手段を備えた記録装置本体に設けられているキャリッジに搭載することができる。上記キャリッジは、キャリッジモーターによって左右に往復駆動され、搭載されているインクジェット記録ヘッドユニットは同方向（主走査方向）にスキャンされる。一方、上記搬送手段は、記録用紙をキャリッジの移動方向と直交する方向（副走査方向）に搬送する。そして、インクジェット記録ヘッドユニットが主走査方向にスキャンされている最中に記録装置本体から出力された電気信号に応じて、インクジェット記録ヘッドからインク滴が吐出され、記録用紙への印字が行われる。尚、記録装置に搭載されるインクジェット記録ヘッドユニット（インクジェット記録ヘッド）は１つとは限らず、２つ以上の場合もある。例えば、インクジェット記録ヘッドユニットを２つ搭載し、一方のヘッドユニットには、イエロー、マゼンタ、シアンの各色のインクを割り当て、他方のヘッドユニットには、ブラック、淡マゼンタ、淡シアンの各色のインクを割り当てることもできる。

実施形態１に示すインクジェット記録ヘッドユニットの外観斜視図である。 図１に示すインクジェット記録ヘッドユニットの主要部分の拡大断面図である。 図１に示すインクジェット記録ヘッドユニットに搭載されているインクジェット記録ヘッドの部分断面図である。 図１に示すインクジェット記録ヘッドユニットに搭載されているインクジェット記録ヘッドの平面図である。 図１に示すインクジェット記録ヘッドユニットに搭載されているインクジェット記録ヘッドの部分拡大平面図である。 図１に示すインクジェット記録ヘッドユニットによる印字ドットを模式的に示す説明図である 実施形態２に示すインクジェット記録ヘッドユニットに搭載されているインクジェット記録ヘッドの平面図である。 図１に示すインクジェット記録ヘッドの部分拡大平面図である。 実施形態２に示すインクジェット記録ヘッドユニットの主要部分の拡大断面図である。 従来のインクジェット記録ヘッドユニットの外観斜視図である。 図１０に示すインクジェット記録ヘッドユニットに搭載されているインクジェット記録ヘッドの主要部分の模式的断面図である。 図１０に示すインクジェット記録ヘッドユニットに搭載されているインクジェット記録ヘッドの平面図である。 図１０に示すインクジェット記録ヘッドユニットに搭載されているインクジェット記録ヘッドの部分拡大平面図である。

符号の説明

１、１０１、２０１ インクジェット記録ヘッドユニット
２、１０２、２０２ 支持部材
３、１０３、２０３ プレート
４、２０４ コネクタ
５、２０５ フレキシブル回路基板
７、１０７、２０７ インクジェット記録ヘッド
１２ 流路
１３、１１３、２１３ 吐出口
１４、２１４ ヒーター
１５、１１５、２１５ インク供給口
２０、１２０ 第１の吐出口列
２１、１２１ 供給口列
２２、１２２ 供給口列
２３、１２３ 第２の吐出口列

Claims (3)

1. インクを吐出するための複数の吐出口と、
   該吐出口に対応して設けられる、複数のエネルギー発生素子を備える基板と、
   該複数のエネルギー発生素子へインクを供給するために前記基板を貫通して形成される、複数のインク供給口と、
   を備えたインクジェット記録ヘッドにおいて、
   前記複数のインク供給口は、互いに沿って形成される、長さの異なる一組の辺を有するとともに、該一組の辺の短辺に沿って前記複数の吐出口が配列されてなる第１の吐出口列と、該一組の辺の長辺に沿って前記複数の吐出口が配列されてなる第２の吐出口列と、を備え、前記複数のインク供給口は、その長手方向に、前記長辺と短辺とが交互になるように千鳥状態に配置されるとともに、
   該供給口の配列方向に隣接する一方のインク供給口の短辺に沿って設けられる前記第１の吐出口列の軸線が、他方のインク供給口の短辺に沿って設けられる前記第１の吐出口列と一致する、あるいは前記他方のインク供給口の短辺に沿って設けられる該第１の吐出口列と前記他方のインク供給口の長辺に沿って設けられる前記第２の吐出口列との間を通ることを特徴とするインクジェット記録ヘッド。
2. 前記一方のインク供給口の前記第２の吐出口列の端部の吐出口は、前記他方のインク供給口の前記第２の吐出口列の端部の吐出口を通る、前記第１の吐出口列に対して直交する直線上に形成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記録ヘッド。
3. 請求項１または請求項２に記載のインクジェット記録ヘッドが１つ以上搭載されたインクジェット記録装置。

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