JP5031534B2 - インクジェット記録ヘッド - Google Patents

Description

本発明は、記録装置及び液体吐出記録ヘッドに関し、特に、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の一つとして、バブルジェット（登録商標）記録装置が知られている。この記録装置は、熱等のエネルギーをインクに与えることで、インクに急峻な体積変化（気泡の発生）を伴う状態変化を生じさせ、この状態変化に基づく作用力によって吐出口からインクを吐出させることで、インクを記録媒体上に付着させて画像形成を行う。

このようなインクジェット記録装置に用いられるインクジェット記録ヘッド（以下では、記録ヘッドと称する）について簡単に説明する。記録ヘッドは、一般的に、インクを吐出するための吐出口を備えた吐出部と、この吐出口にインクを導くための液流路と、吐出ヒータとを有する。吐出ヒータは、液流路内に配されたインク吐出に利用される熱エネルギーを発生する電気熱変換素子である。そして、記録ヘッドは、上記液流路を複数個、列状に配置することで、上記吐出口による吐出口面を構成する。また、各液流路の吐出口面側を前部とすると、その反対側の後部は、各液流路の前部にインクを供給するための共通液室に繋がっている。

このような構成においては、吐出ヒータからの熱エネルギーを利用してインクを加熱し発泡させることによりインク滴を吐出口から吐出させると、共通液室から液流路の前部にインクが再供給（リフィル）される。

このような記録ヘッドを搭載したインクジェット記録装置は、品位の高い画像を高速、低騒音で記録することができる。また、吐出口を高密度に配置することができるため、記録媒体のサイズの割には小型の装置で高解像度の記録画像、白黒画像のみならず、カラー画像をも容易に得ることができるなど多くの優れた点を有している。

このため、インクジェット記録装置は、近年、パーソナルコンピュータの普及により、これらの出力部としてプリンタ、複写機、ファクシミリ等の多くのオフィス機器に利用されている。

ところが、このようなインクジェット記録装置に採用される記録ヘッドでは、吐出口、吐出ヒータ及び液流路を含むノズルを高密度に配置しているため、隣接するノズル間の距離がより短くなっている。そのため、隣接するノズル同士の不所望な流体的相互作用（以下、クロストークと称する）の影響があった。

具体的に説明すると、あるノズルにおいてインク吐出のために吐出ヒータからの熱エネルギーを利用してインクを加熱し発泡させると、発泡は吐出方向だけでなく、共通液室方向にも成長し、共通液室方向にインクの流れを生じさせる。共通液室方向へのインクは、発泡したノズルに隣接又は近接するノズルへも液流路の後部から流れ込み、吐出を不安定にさせる。この問題に対して、従来、ノズル間に隔壁を設けてクロストークを低減していた（特許文献１）。
特開２００３−３１１９６４号公報

しかしながら、クロストークを上述の手段で低減させようとすると、インクの再供給に時間がかかるという問題があった。インクの再供給に時間がかかると、駆動できる周波数を高く設定できないために印字速度が低下してしまうことになる。

一方、ノズルの配置方法として、複数のノズルの吐出口を１つの直線上に配置するのではなく、高い解像度を得るために吐出口を千鳥状に配置する方法がある。図５はノズルの吐出口を千鳥状に配置した場合の吐出部の一例を示す正面図である。図の上下方向をＹ軸方向とし、左右方向をＸ軸方向とする。

図５に示すように、各ノズルの液流路７はその側面を囲む流路構成部４によって形づけられている。図に示さない吐出口プレートが図５に示す流路構成部４及び液流路７を覆っている。吐出口プレートにおいて、吐出ヒータとなる電気熱変換素子１に相当する位置に吐出口が設けられている。インクは、インク供給室（不図示）からインク供給口３を経由して共通液室３６０に供給される。

図５では、共通液室３６０から吐出口までの距離が短いノズル３１０と、共通液室３６０から吐出口までの距離が長いノズル３００とがＹ軸方向に交互に配置されている。ノズル３００の吐出口とノズル３１０の吐出口とを別々に見ると、それぞれは同じＸ軸座標上に配置されているが、異なる直線上にある。ノズル３００の電子熱変換素子１が配置されるＸ座標と、ノズル３１０の電子変換素子１が配置されるＸ座標とが異なっている。

図５に示した、ノズルの配置方法でも、ノズル３００は、共通液室３６０から吐出口までの距離がノズル３１０よりも長く、インクの再供給に時間がかかってしまう。そのため、隔壁３５０をＸ軸方向に短くするなどのレイアウト変更を行って、ノズル３００の吐出口へのインクの再供給の時間を短くすることを図り、その一方でクロストークを低減させなければならない。

クロストークの低減方法として、上述した方法の他に、各ノズルの液流路７に流体抵抗体を設ける方法もある。しかし、この方法では各ノズルの液流路７の流体抵抗が高くなってしまうため、再供給時間が長くなってしまうという課題があった。レイアウト変更を行ってノズル３００の吐出口へのインクの再供給の時間を短くしようとしても、クロストーク低減の対策を施すと、再供給の時間が長くなってしまうことになる。

本発明は上述したような技術が有する問題点を解決するためになされたものであり、ノズルへのインクの再供給時間が長くなるのを防ぎ、隣同士のノズル間のクロストークを低減したインクジェット記録ヘッドを提供することを目的とする。

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、インクを吐出させる吐出エネルギー発生素子と、該吐出エネルギー発生素子にインクをインク供給口から共通液室を介して導く液流路と、を有するインクジェット記録ヘッドであって、
隔壁を介して隣り合う２つの前記液流路をつなぐ前記共通液室に、インクに対する流体抵抗が前記２つの液流路のうち一方から他方への場合と他方から一方への場合とで異なるノズル間流路が設けられ、
前記ノズル間流路は、該ノズル間流路の流路断面積が前記２つの液流路の一方から他方又は他方から一方にかけて一定の割合で変化しており、
前記インク供給口から前記吐出エネルギー発生素子までの距離が前記２つの液流路のうち一方よりも他方が短く、
前記流路断面積が前記２つの液流路の一方から他方にかけて小さくなる構成である。

本発明では、隣同士のノズルを結ぶノズル間流路をインクが流れる方向によって流体抵抗が異なる構造にすることにより、インクの再供給時間が長くなることを防止するとともに、クロストークを低減できる。

本発明の記録ヘッドは、隣同士のノズル間でインクの流れる方向によって流体抵抗が異なる構造を有することを特徴とする。以下に、本発明の記録ヘッドの実施例を説明する。

本実施例の記録ヘッドの構成について図面を参照して説明する。

図１は本実施例の記録ヘッドの斜視図であり、図２は図１に示す記録ヘッドを線分Ａ−Ａ’で切ったときの断面図である。なお、図１及び図２に限らず他の図においても、電気熱変換素子１を駆動するための電気的な配線等の構成は、従来と同様であるため、図に示すことを省略し、また、その詳細な説明を省略する。

基板３４の上に流路構成部４及び吐出口プレート８が設けられている。インク供給室１０は、基板表面に設けられた開口部のインク供給口３を介して、吐出部の共通液室及び液流路につながっている。

図１に示すように基板３４の一面には、インク吐出に作用する吐出エネルギー発生素子となる電気熱変換素子１と、長細い矩形のインク供給口３とが形成されている。インク供給口３は基板３４の表面に形成された長溝状の貫通孔であり、インク供給室１０への開口に相当する。インク供給室１０は、基板３４の電気熱変換素子１が形成されている面とは反対側の面の溝に設けられ、インク供給口３を介して吐出部側とつながっている。

電気熱変換素子１は、インク供給口３の長手方向の両側にそれぞれ１列ずつ千鳥状に電気熱変換素子１の間隔が６００ｄｐｉのピッチで配列されている。さらに、基板３４の一面には流路構成部４が設けられ、その上に吐出口プレート８が接合されている。吐出口プレート８には、電気熱変換素子１に対応して吐出口２が設けられている。

基板３４は、例えば、ガラス、セラミックス、プラスチックあるいは金属等の材質である。基板３４は、流路構成部４の一部として機能し、その材質は、吐出エネルギー発生手段、並びに吐出口２及び後述の液流路を形成する材料層の支持体として機能し得るものであれば、特に限定されるものではない。本実施例では、基板３４にシリコン基板（ウエハ）を用いた。

図２に示すように、インク供給口３から各電気熱変換素子１上の発泡室５にインクを導くための複数の液流路７が流路構成部４により形成されている。そして、吐出口プレート８には、流路構成部４の発泡室５を外部に通じさせるインク吐出ノズルが形成されている。吐出口プレート８の表面に露出して設けられ、インク滴を吐出する開口が吐出口２である。以下では、流路構成部４で形成された液流路７、電気熱変換素子１、及び吐出口２を含む構成をノズルと称する。

図３Ａは図１及び図２に示した記録ヘッドの基板に形成された吐出部の正面図であり、図３Ｂは図３Ａに示す吐出部を線分Ｂ−Ｂ’で切ったときの断面図である。本実施例では、吐出口プレート８と流路構成部４は同一部材であるが、別の部材であっても同様の効果が得られる。

図３Ａに示すように、本実施例では、流路構成部４とインク供給口３との間の共通液室１６０に抵抗体１１が設けられている。そして、液流路７の長いノズル１００と短いノズル１１０とが千鳥状に配置されている。ノズル１００とノズル１１０のそれぞれにおける一回の吐出量は同じである。

また、ノズル１００の液流路７に対する隔壁１８０のインク供給口側の端とノズル１１０の液流路７に対する隔壁１８０のインク供給口側の端は、インク供給口３からの距離が異なっている。図３Ａでは、隔壁１８０のインク供給口側の端はノズル１００の方がノズル１１０よりもインク供給口３から離れている。

この構成により、ノズル１００では液流路７のインク供給口側の先端が広くなっている。また、流路構成部４の隔壁１８０を介して隣り合うノズル間において、抵抗体１１と流路構成部４との間に設けられたノズル間流路１２はノズル１００からノズル１１０へのY軸方向に狭まっている。

ノズル間流路１２は、流路断面積がノズル１００の液流路７とノズル１１０の液流路７のうち一方から他方又は他方から一方にかけて一定の割合で変化している。図３Ａでは、ノズル間流路１２の流路断面積は、２つの液流路のうちノズル１００の方からノズル１１０にかけて小さくなっている。

ノズル間流路１２の流路断面積の変化は、ノズル間流路１２の幅がノズル１００からノズル１１０又はノズル１１０からノズル１００にかけて一定の割合で変化することに伴うものである。

図３Ａに示す構成により、ノズル１００からノズル１１０へはインクが流れやすくなり、ノズル１１０からノズル１００へはインクが流れにくくなる。そのため、ノズル１１０からノズル１００へのクロストークは発生しにくくなる。また、ノズル１００では液流路７のインク供給口側の先端が広くなっているために再供給時間を短くすることができる。

また、液流路７の短いノズル１１０では液流路７の粘性抵抗が低いことから、液流路７のインク供給口側の先端を広くしなくても、所望の再供給時間を得ることができる。このようにして、抵抗体１１を設けることでノズル間のY軸のプラスからマイナス方向か、マイナスからプラス方向かによって流体抵抗が異なる構造にすることにより、再供給時間を過大に長くすることなくクロストークを低減することができた。

図５を参照して本実施例の記録ヘッドの特徴を説明する。図５において、ノズル３１０が発泡したときにノズル３００に生じるクロストークの方がノズル３００が発泡したときにノズル３１０に生じるクロストークよりも、その影響が大きい。これは、吐出口が共通液室３６０に近い側のノズル３１０の方が共通液室３６０までの流体抵抗がノズル３００よりも低く、発泡時のインクが共通液室側に流れやすいためである。

本実施例による記録ヘッドは、吐出量の同じノズルを千鳥状に配置した構成において、隣同士のノズル間の抵抗体と流路構成部との間に、２つのノズルの液流路を結ぶノズル間流路が設けられている。そして、ノズル間流路は、液流路の長いノズルから短いノズルへ向かって狭まっている構成である。そのため、液流路の短いノズルから長いノズルへインクが流れにくくなる。各液流路内に流体抵抗体を設けなくても、２つのノズル間でクロストークの発生しやすい方向にはインクが流れにくくなり、クロストークの発生しにくい方向にはインクが流れやすくなる。その結果、ノズルへの再供給時間が長くなることを防ぐとともに、クロストークを低減することができる。

本実施例は、隣同士のノズル間でインクの吐出量を異なるようにしたものである。

図４は本実施例の記録ヘッドの吐出部の正面図である。本実施例では、吐出口プレート８と流路構成部４は同一部材であるが、別の部材であっても同様の効果が得られる。

図４に示すように、本実施例では、流路構成部４とインク供給口３との間の共通液室２６０に抵抗体１３を設けている。

１回のインクの吐出量が所定量のノズル２００と、１回の吐出量がノズル２００よりも大きいノズル２１０とが交互に配置されている。ノズル２００に対応する電気熱変換素子１５はノズル２１０に対応する電気熱変換素子１６よりも小さく、発泡時の液流路側に流れるインクの量が少ない。

一方、ノズル２１０に対応する電気熱変換素子１６はノズル２００に対応する電気熱変換素子１５よりも大きく、発泡時に液流路側へ流れるインクの量が多い。そのため、隣同士のノズル間の発泡時のインクの流れは、ノズル２００からノズル２１０への流れよりもノズル２１０からノズル２００への流れの方が大きくなる。

ノズル２００の液流路７に対する隔壁１９０のインク供給口側の端とノズル２１０の液流路７に対する隔壁１９０のインク供給口側の端は、インク供給口３からの距離が異なっている。図４では、隔壁１９０のインク供給口側の端はノズル２００の方がノズル２１０よりもインク供給口３から離れている。

この構成により、図４に示すように、ノズル２００では液流路７のインク供給口側の先端が広くなっている。また、隣同士のノズル間において、抵抗体１３と流路構成部４との間に設けられたノズル間流路１２はノズル２００からノズル２１０へのY軸方向に狭まっている。

ノズル間流路１２は、液流断面積がノズル２００の液流路７とノズル２１０の液流路７のうち一方から他方又は他方から一方にかけて一定の割合で変化している。図４では、ノズル間流路１２の流路断面積は、２つの液流路のうちノズル２００の方からノズル２１０にかけて小さくなっている。

この構造では、ノズル２００からノズル２１０へはインクが流れやすくなり、ノズル２１０からノズル２００へはインクが流れにくくなる。そのため、ノズル２１０からノズル２００へのクロストークは発生しにくくなる。

抵抗体１３は、ノズル間流路１２よりもインク供給口側に設けられている。そして、抵抗体１３により、ノズル間流路１２よりもインク供給口側における液流路７の幅が決まる。

ノズル２１０とノズル２００は抵抗体間の距離が異なっている。図４では、ノズル２１０の抵抗体間距離Ｗ２はノズル２００の抵抗体間距離Ｗ１よりも広くなっている。これは、液流路７において、インク供給口３に近い方をノズル間流路１２よりも流体抵抗を下げることにより、ノズル２１０における発泡時にインク供給口側へインクを流れやすくするためである。この構成により、ノズル２１０からノズル２００へインクを流れにくくするとともに、抵抗体間距離を広げることにより再供給時間を短くすることができる。

本実施例のように、一回の吐出量が異なるノズルを隣り合って配置した構成の場合、相対的に大きな吐出量を吐出させるためには吐出ヒータを大きくする必要がある。吐出ヒータを大きくしたノズルから２１０からノズル２００へのクロストークの方がノズル２００からノズル２１０へのクロストークよりも、その影響が大きい。

本実施例による記録ヘッドは、吐出量の異なるノズルを隣り合って配置した構成において、相対的に大きな吐出量を吐出させるノズルでは抵抗体間の距離が広くなっている構成である。このような構成により、相対的に大きな吐出量のノズルから相対的に小さな吐出量のノズルへインクが流れにくくなる。各液流路内に流体抵抗体を設けなくても、隣同士のノズル間でクロストークの発生しやすい方向にはインクが流れにくくなり、クロストークの発生しにくい方向にはインクが流れやすくなる。その結果、実施例１と同様な効果が得られる。

なお、この抵抗体間の幅を変える構成を実施例１に適用してもよい。この場合、ノズル１１０の液流路７の幅をノズル１００の液流路７よりも広くする。また、図４では、吐出量を変える構成とノズルの幅を変える構成の両方を含むものであるが、いずれか一方であってもよい。

本発明では、隔壁を介して隣り合う２つの液流路に設けられたノズル間流路は、インクに対する流体抵抗が２つの液流路のうち一方から他方への場合と他方から一方への場合とで異なる構成である。隣同士のノズルを結ぶノズル間流路をインクが流れる方向によって流体抵抗が異なる構造にし、クロストークの影響の少ない方向では流体抵抗を低くし、影響の多い方向では流体抵抗を高くしている。

このような構成により、隣同士のノズル間でクロストークの発生しやすい方向にはインクが流れにくくなり、クロストークの発生しにくい方向にはインクが流れやすくなる。液流路の長さが異なるノズルが交互に配置された記録ヘッドや、１回のインクの吐出量が異なるノズルが交互に配置された記録ヘッドにおいても、インクの再供給時間が長くなることを防止するとともに、クロストークを低減できる。

実施例１の記録ヘッドの斜視図である。 図１に示す記録ヘッドを線分Ａ−Ａ’で切ったときの断面図である。 図１及び図２に示した記録ヘッドの基板に形成された吐出部の正面図である。 図３Ａに示す吐出部を線分Ｂ−Ｂ’で切ったときの断面図である。 実施例２の記録ヘッドの吐出部の正面図である。 吐出口を千鳥状に配置した場合の吐出部の一例を示す正面図である。

符号の説明

１ 電気熱変換素子
３ インク供給口
７ 液流路
１２ ノズル間流路

Claims (5)

1. インクを吐出させる吐出エネルギー発生素子と、該吐出エネルギー発生素子にインクをインク供給口から共通液室を介して導く液流路と、を有するインクジェット記録ヘッドであって、
   隔壁を介して隣り合う２つの前記液流路をつなぐ前記共通液室に、インクに対する流体抵抗が前記２つの液流路のうち一方から他方への場合と他方から一方への場合とで異なるノズル間流路が設けられ、
   前記ノズル間流路は、該ノズル間流路の流路断面積が前記２つの液流路の一方から他方又は他方から一方にかけて一定の割合で変化しており、
   前記インク供給口から前記吐出エネルギー発生素子までの距離が前記２つの液流路のうち一方よりも他方が短く、
   前記流路断面積が前記２つの液流路の一方から他方にかけて小さくなる、インクジェット記録ヘッド。
2. インクを吐出させる吐出エネルギー発生素子と、該吐出エネルギー発生素子にインクをインク供給口から共通液室を介して導く液流路と、を有するインクジェット記録ヘッドであって、
   隔壁を介して隣り合う２つの前記液流路をつなぐ前記共通液室に、インクに対する流体抵抗が前記２つの液流路のうち一方から他方への場合と他方から一方への場合とで異なるノズル間流路が設けられ、
   前記ノズル間流路よりも前記インク供給口側に前記液流路の幅を決める抵抗体が設けられ、
   前記２つの液流路は前記抵抗体間の距離が互いに異なり、
   前記インク供給口から前記吐出エネルギー発生素子までの距離が前記２つの液流路のうち一方よりも他方が短く、
   前記他方の液流路についての前記抵抗体間の距離が前記一方の液流路よりも広い、インクジェット記録ヘッド。
3. 前記一方の液流路に対する前記隔壁の前記インク供給口側の端と前記他方の液流路に対する前記隔壁の前記インク供給口側の端は、前記インク供給口からの距離が異なる、請求項１または２に記載のインクジェット記録ヘッド。
4. 前記隔壁の前記インク供給口側の端は、前記他方の液流路よりも前記一方の液流路の方が前記インク供給口から離れている、請求項３に記載のインクジェット記録ヘッド。
5. 前記ノズル間流路は、該ノズル間流路の幅が前記２つの液流路の一方から他方又は他方から一方にかけて変化することによって前記流路断面積が変化する、請求項１から４のいずれか１項に記載のインクジェット記録ヘッド。

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