JP4999663B2

JP4999663B2 - インクジェット記録ヘッド

Info

Publication number: JP4999663B2
Application number: JP2007312405A
Authority: JP
Inventors: 宏康野村; 正司兼村; 紀幸茅野
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2007-12-03
Filing date: 2007-12-03
Publication date: 2012-08-15
Anticipated expiration: 2027-12-03
Also published as: JP2009137023A

Description

本発明は、インクを吐出して記録動作を行うインクジェット記録ヘッドに関する。

インクジェット記録装置は、インクジェット記録ヘッドの吐出口からインクを吐出し、記録媒体に付着させて画像記録を行うものであり、高精細な画像を高速で記録することができる。

近年、１つの記録素子基板に形成される吐出口列の長尺化、多列化によって、より低コストかつ省スペースでのカラー画像記録が可能になってきている。

このようなインクジェット記録へッドを図５に示す。この記録ヘッドは、多数の吐出口列を備えた記録素子基板の複数を、１つの支持板に千鳥状に列状に配列し、さらにこの列を複数配列することで、記録媒体の全幅に相当する吐出口列を形成した、フルライン型インクジェット記録ヘッドである。

まず、図５に示すインクジェット記録ヘッドの構造の概略を以下に説明する。吐出口列をそれぞれ４列備えた９枚の記録素子基板１ａ〜１ｉが支持板２の一方の面に千鳥配列で搭載されている。支持板２の他方の面には、インクを負圧状態で貯留するための共通液室５が形成されたヘッド内タンク３がインク漏れしないよう、密着固定されている。

次に、各記録素子基板へのインク供給順路について説明する。インク導入口６から記録ヘッドに導入されたインクは、共通液室５の中を記録ヘッドの長手方向（記録素子基板の配列方向）に流動しながら支持板２の個別インク供給路４ａ〜４ｅに順次流入し、奇数列の記録素子基板１ａ〜１ｅの吐出口列にそれぞれ供給される。偶数列の記録素子基板１ｆ〜１ｉへのインク供給順路も同様である。

記録素子基板１ａ〜１ｅ内に発生した泡は、浮力によって個別インク供給路４ａ〜４ｅを上昇して共通液室５の上部に集まり、インク導入口６から泡抜き排出口７に向けて流れるインク循環によってインクごと泡抜き排出口７から排出される。
特開２００３−３０５８５３号公報

ただし、記録動作の高速化に伴って、単位時間辺りに１つの吐出口からインクが吐出する回数が増大すると消費電力が増大し、その結果、記録素子基板１ａ〜１ｉに発生する熱の増大を招くことになる。増大した発熱は、昇温した吐出インクとともに記録ヘッド外に排熱されるが、ほとんどは記録素子基板１ａ〜１ｉから支持板２に伝わり、支持板２の面に沿って流動する共通液室５のインクに吸熱される。共通液室５のインクの吸熱が増えると、共通液室５のインクはインク導入口６から離れた下流に流動するほど高温になって支持板２からの吸熱量が低下する。そのため、下流側の記録素子基板ほど支持板２に熱が伝わりにくくなり、その記録素子基板の昇温量が増大する。また、下流側の記録素子基板ほど、より高温になったインクが個別インク供給路４を通って供給される。

すなわち、共通液室５を流動するインクを媒介して上流側の記録素子基板の熱が下流側の記録素子基板に伝熱されるため、下流側の記録素子基板ほど高温になり易いという熱的な不均衡が生じる。その結果、記録動作が高速化して発熱が増大するほど不均衡は顕著になり記録素子基板間の温度差は拡大していくことになる。吐出口からのインク吐出量は吐出口温度が高温になるほど増大するため、上述したように記録素子基板間で温度差が拡大すると、吐出量の差すなわち濃度差も拡大して記録品位に悪影響を及ぼすという問題があった。

そこで本発明の目的は、共通液室内におけるインクの流動に伴う昇温を抑え、共通液室のインクを媒介とした記録素子基板間の熱移動を朝得ることによって、記録素子基板の均熱特性を改善して、吐出口列内の温度格差に起因する画像の濃度ムラを低減するインクジェット記録ヘッドを提供することにある。

上述の目的を達成する本発明は、インクを吐出するための複数の吐出口からなる吐出口列を備える記録素子基板と、前記記録素子基板の複数を前記吐出口列の方向に配列して支持するとともに、前記記録素子基板にインクを供給するためのインク供給路が形成された支持板と、前記インク供給路に連通するとともに前記記録素子基板へ供給されるインクを貯留するための共通液室を備えたヘッド内タンクと、を有するインクジェット記録ヘッドにおいて、前記支持板と前記ヘッド内タンクとの間に、前記共通液室と前記インク供給路とを連通する連通口を有する断熱部を設け、当該断熱部の熱伝導率は前記支持板の熱伝導率よりも低いことを特徴とする。

本発明によれば、共通液室内におけるインクの流動に伴う昇温を抑え、共通液室のインクを媒介とした記録素子基板間の熱移動を抑えることにより、吐出口列内の温度格差に起因する画像の濃度ムラを低減するインクジェット記録ヘッドを提供することができる。

（第１の実施形態）
図１は本発明の第１の実施形態に係るフルライン型インクジェット記録ヘッドの概略構成を表す図であり、図１（ａ）は断面図であり、図１（ｂ）は下面図である。

まず、図１を用いて本実施形態におけるインクジェット記録ヘッドの構造の概略を説明する。本実施形態の記録ヘッドは、下方に向かってインクを吐出する形態であり、インク滴を吐出するための吐出口を列状に配した吐出口列をそれぞれ４列備えた９枚の記録素子基板１ａ〜１ｉが支持板２の下面に千鳥配列で搭載されている。支持板２には、各記録素子基板の吐出口列にインクを供給するための個別インク供給路４が記録素子基板毎に形成されている。この支持板２には、熱膨張係数が低く適度な熱伝導率を有する、例えばアルミナ（熱伝導率：３２Ｗ／ｍＫ）等のセラミック系材料を用いるのが一般的である。支持板２の上面には板状部材で形成された断熱部８が接着固定されており、個別インク供給路４にインクを供給するための連通口９が記録素子基板毎に形成されている。

断熱部８には、熱膨張係数が支持板２とほぼ同じで熱伝導率が支持板２よりも低い、例えば熱可塑性プラスチックであるＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド、熱伝導率：１７Ｗ／ｍＫ）等の材料を用いる。断熱部８の上面には、インクを負圧状態で貯留するための共通液室５が形成されたヘッド内タンク３がインク漏れしないよう密着固定されている。

次に、各記録素子基板へのインク供給順路について説明する。インク導入口６から記録ヘッドに導入されたインクは、共通液室５の中を記録ヘッドの長手方向（記録素子基板の配列方向）に流動しながら断熱部８に形成された連通口９ａ〜９ｅに順次流入する。さらに、インクは、個別インク供給路４ａ〜４ｅを経て奇数列の記録素子基板１ａ〜１ｅの吐出口列にそれぞれ供給される。偶数列の記録素子基板１ｆ〜１ｉへのインク供給順路も同様である。

記録素子基板１ａ〜１ｅ内に発生したインク中の泡は、浮力によって個別インク供給路４ａ〜４ｅを上昇して連通口９ａ〜９ｅを通過した後に共通液室５の上部に集まる。そして、泡は、インク導入口６から泡抜き排出口７に向けて流れるインク循環によってインクごと泡抜き排出口７から排出され、不図示のインクタンクに回収される。

次に、記録媒体の搬送過程および記録媒体への画像形成過程について説明する。記録媒体は、記録素子基板１ａ〜１ｉと対向し、記録素子基板１ａ〜１ｅ、記録素子基板１ｆ〜１ｉの順にインクの吐出を受けるように搬送される。まず奇数列の記録素子基板１ａ〜１ｅの各吐出口列からインクが吐出されて記録媒体上にドットを形成し、次にその隙間を補完するように偶数列の記録素子基板１ｆ〜１ｉの各吐出口列からインクが吐出されて記録媒体上にドットを形成する。このようにして、画像が１ラスター毎に完成する。

次に、インクの吐出に伴って記録素子基板１に発生する熱の伝播経路について説明する。インクの吐出のために記録素子基板１に投入される電力から吐出したインク滴が記録ヘッド外へ持ち出す熱とインク滴の吐出の運動エネルギーとを差し引いた残量が記録素子基板１に発生する熱となる。さらに、記録素子基板１から空気への放熱分を差し引いた熱が支持板２へと伝播する。ここで、共通液室５のインクの流動により熱伝達係数が上がったとしても、熱抵抗の高い断熱部８を介して共通液室５のインクに伝わる割合は小さくなっている。そのため、支持板２内に蓄積された熱は、主には個別インク供給路４を流れるインクに吸熱されるか、あるいは支持板２の側面から大気に放熱される。従って、記録が高速化して発熱が増大しても、本実施形態において共通液室５を流動するインクを媒介して上流側の記録素子基板の発熱が下流側の記録素子基板に輸送される熱量は、図５の従来型インクジェット記録ヘッドに比べて大幅に抑えることが可能である。そのため、本実施形態の記録ヘッドによると、記録素子基板間の温度差を従来よりも抑えることが可能となる。

図２は、本実施形態のインクジェット記録ヘッドでＬ判サイズ・単色５０％ｄｕｔｙのプリントを４０ｐｐｍのプリント速度で２００枚連続記録の昇温解析を行なった結果である。温度変化の検出は、記録素子基板１つにつき、吐出口列方向の両端にそれぞれ配置されたダイオード温度センサを用い、連続記録直後における記録素子基板１の温度分布を測定する。

図２において、１２は本実施形態の記録ヘッドで上述の条件でプリントを実行したときの温度分布である。ここで、黒塗り菱形プロットが奇数列の記録素子基板１ａ〜１ｅ上のダイオード温度センサの温度、白抜き菱形プロットが偶数列の記録素子基板１ｆ〜１ｉのダイオード温度センサの温度を表示している。また、１１は比較のために示した図５の従来型インクジェット記録ヘッドで同条件でプリントした後の昇温解析を行なった結果による温度分布である。丸形プロットが示すダイオード温度センサの温度は１２の表示と同様である。なお、インク導入口は図２の横軸上で左側にあり、共通液室５のインクは横軸を右向きに流動している。図２における温度分布１２と温度分布１１を比較すると、最高温度は両者でほぼ同じ（約３８℃）であるのに対して、最低温度である記録素子基板１ａの温度は３℃以上の温度差が生じている。このため、温度分布１２のほうが平均温度は高くなるものの、記録素子基板間の温度差は約３℃と温度分布１１に対して半減しているのが分かる。

なお、個別インク供給路４の形状は図１のような逆向きのＴ字状に限定するものではなく、共通液室５から記録素子基板１の吐出口列に連通していれば、どのような形状であってもよい。また、インク導入口６は図１のように記録ヘッドの左側端部にある必要はなく、記録素子基板１ｃ上部の記録ヘッド中央部に設けてもよい。

（第２の実施形態）
図３は、本発明の第２の実施形態に係るフルライン型インクジェット記録ヘッドの概略構成を表す図であり、図３（ａ）は断面図であり、図３（ｂ）は下面図である。

本実施形態のインクジェット記録ヘッドは、第１の実施形態と相違する構成として、断熱部８の断熱効果を上げるために、インクの連通口９を除く領域に、空気を含有する中空部１０を有する断熱部８を形成している。この空間部１０を囲み、断熱部８を構成する断熱材料は、第１の実施形態の断熱部８を構成する材料と同様のものである。この空間部１０は、支持板２との間で大気から遮断された空気層を設けるための構成である。空気は熱伝導率が０．０２６Ｗ／ｍＫと極めて低いため、自然対流による熱伝達性を考慮したとしても高い断熱効果が得られる。中空部１０以外の構成に関しては、上述の第１の実施形態の記録ヘッドと同様である。

なお、断熱部８の構成要素である部材の熱伝導率は支持板２のそれよりも低いことが望ましいが、支持板２との接着部（接触部）の面積が十分狭ければ、空気層が断熱性で支配的となるため、支持板２の熱伝導率と同じか或いは高くてもよい。また、空気層の厚みはある程度は薄くても一定の効果を得ることができるが、中空部１０を減圧しながら断熱層８と支持板２を接着することで、断熱効果がより向上する。

（第３の実施形態）
図４は、本発明の第３の実施形態に係るフルライン型インクジェット記録ヘッドの概略構成を表す図であり、図４（ａ）は断面図であり、図４（ｂ）は下面図である。

本実施形態では、断熱部８の有する空気を含有する中空部１０を共通液室５の下部に接して形成することで、ヘッド内タンク３と断熱部８とを一体的に形成して、記録ヘッドの組立工程の簡略化を図ったものである。ここで、共通液室５の下部とは、ヘッド内タンク３にある共通液室５の記録素子基板１側に位置する部位である。インクの連通口９を除く領域に中空部１０を設け、支持板２との間で大気から遮断された空気層を設ける構成に関しては図３の第２の実施形態と同様であり、それ以外の構成に関しては、上述の第１の実施形態の記録ヘッドと同様である。

なお、ヘッド内タンク３を構成する部材の熱伝導率は支持板２のそれよりも低いことが望ましいが、支持板２との接着部（接触部）の面積が十分狭ければ、空気層が断熱性で支配的となるため、支持板２の熱伝導率と同じか或いは高くてもよい。また、空気層の厚みはある程度は薄くても一定の効果を得ることができるが、中空部１０を減圧しながら断熱層８と支持板２を接着することで、断熱効果がより向上する。また、ヘッド内タンク３は分割し易い位置で分割された複数の部材で構成してもよい。

本発明の第１の実施形態に係るインクジェット記録ヘッドの概略構成を表す図である。図１の記録ヘッドの昇温解析を表す図である。本発明の第２の実施形態に係るインクジェット記録ヘッドの概略構成を表す図である。本発明の第３の実施形態に係るインクジェット記録ヘッドの概略構成を表す図である。従来のフルライン型インクジェット記録ヘッドの概略構成を表す図である。

符号の説明

１記録素子基板
２支持板
３ヘッド内タンク
４個別インク供給路
５共通液室
６インク導入口
７泡抜き排出口
８断熱層
９連通口
１０中空部

Claims

インクを吐出するための複数の吐出口からなる吐出口列を備える記録素子基板と、
前記記録素子基板の複数を前記吐出口列の方向に配列して支持するとともに、前記記録素子基板にインクを供給するためのインク供給路が形成された支持板と、
前記インク供給路に連通するとともに前記記録素子基板へ供給されるインクを貯留するための共通液室を備えたヘッド内タンクと、
を有するインクジェット記録ヘッドにおいて、
前記支持板と前記ヘッド内タンクとの間に、前記共通液室と前記インク供給路とを連通する連通口を有する断熱部を設け、当該断熱部の熱伝導率は前記支持板の熱伝導率よりも低いことを特徴とするインクジェット記録ヘッド。
前記断熱部は板状部材よりな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。
前記断熱部は、前記連通口を除く領域に中空部を有し、前記支持板に固定することにより、前記中空部が空気を含有した空気層とな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。
前記断熱部は、前記共通液室に接して、前記ヘッド内タンクと一体的に形成され、前記連通口を除く領域に中空部を有し、前記支持板に固定することにより、前記中空部が空気を含有した空気層とな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。