JP5388615B2 - インクジェット記録ヘッド - Google Patents

Description

本発明は、インクを吐出させて記録媒体に記録するインクジェット記録方式を採用しているインクジェット記録ヘッドに関する。

今日、インクジェット記録方式は、高精細な画像を高速で記録できるとともに、特別な処理を施していない記録媒体に対しても記録できるので広く普及している。このインクジェット記録方式を実現するインクジェット記録ヘッドには種々の吐出方式があり、インクを加熱発泡させたエネルギーで吐出させる方式や圧電素子を利用した方式が代表的である。これらの方式を採用しているインクジェット記録ヘッドにおいて、近年、さらなる高精彩、高画質の要求があり、これらの要求に応えるためには小液滴インクの吐出が必要である。

しかし、小液滴インクの吐出を達成するために吐出口の口径を小さくすると、吐出口の流抵抗が大きくなるので吐出効率の悪化が懸念される。この問題を解決するために吐出口の流抵抗を下げるには、オリフィスプレートの厚みを薄くすることが有効である。オリフィスプレートの厚みは、インク吐出時に発生するサテライト（主滴から分離した粒径の小さい液滴）を制御する観点から薄くする方が有効な場合がある。

しかし、オリフィスプレートの厚みが薄くなると、強度の面では非常に不利になる。特に、オリフィスプレートの材料が樹脂である場合には、オリフィスプレート自身がインク液により膨潤し、オリフィスプレートが変形してしまう可能性が高くなるので、インク液滴の吐出に悪影響を及ぼすことが懸念される。この問題を解決するためには、オリフィスプレートにリブを設けることが有効である（特許文献１参照）。リブを設けることによって、オリフィスプレートの変形に対する強度が向上するからである。オリフィスプレートに設けられるリブには、特許文献２に開示されているように、インク供給口とインク流路の連通部近傍に長手方向の長さがインク流路幅以上であるリブがある。このリブは、インクの吐出に必要な電気熱変換素子の配列方向に沿ってインク供給口上で連続した一つのリブまたは不連続な複数のリブとして設けられている。

特開平１０−１４６９７６号公報 特開２０００−１５８６５７号公報

オリフィスプレートが特に薄い場合には、オリフィスプレートの変形に対する強度を向上させるために、特許文献２に開示されているように、インク供給口上で連続した一つのリブを設ける構造が広く採用されている。図１１は、連続した一つのリブがインク供給口上に設けられている従来のインクジェット記録ヘッドの構成を示す図である。

図１１に示すインクジェット記録ヘッド１００では、基板１１には貫通口であるインク供給口４１が形成され、インク供給口４１上に位置するオリフィスプレート７１にリブ６１が設けられている。また、インク供給口４１の両側には、インクの吐出に必要な吐出エネルギーを発生させる吐出エネルギー発生素子３１が配列されている。吐出エネルギー発生素子３１の間には、ノズルとしてインク流路を形成するためのインク流路壁となる被覆樹脂層２１が設けられている。インクジェット記録ヘッド１００において、リブ６１の幅Ｗが約２０〜３０μｍの場合、インク供給口４１の開口幅Ｔは、通常、１００〜２００μｍであり、幅Ｗに比べ十分に広い。したがって、従来はインク供給口４１の開口幅Ｔやインク供給口４１に対するリブ６１の位置が製造時に数１０μｍ程度ずれたとしても、インク供給に与える影響はほとんどなかった。

しかしながら、上述のインクジェット記録ヘッドにおいて、近年、コストダウンのために基板のサイズを小さくする要求がある。その手段としてインク供給口のサイズを小さくすることが有効であるため、インク供給口の開口幅を従来よりも小さくする要求がある。開口幅が小さなインク供給口上にリブを設ける場合、インクジェット記録ヘッドの製造時にオリフィスプレートにおけるリブの位置がインク供給口に対する設計位置からずれると、インク供給口の開口面積が非常に小さくなってしまうことが考えられる。この開口面積が小さくなると、インクの流抵抗が増大するので、リフィル速度（オリフィスプレートへのインクの充填速度）が遅くなることが懸念される。

そこで、特許文献２に開示されているようなインク供給口上で不連続な複数のリブを用いればリブの間に隙間が生じるため従来の連続した一つのリブよりもリフィル速度の低下を抑えられる。しかし、リブが不連続であるため従来の連続する構造よりもオリフィスプレートの強度が低下するという課題が生じる。

本発明は、インク供給口の開口幅を小さくしても、インクの吐出に支障をきたさないでオリフィスプレートの強度を十分に保つことが可能な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によるインクジェット記録ヘッドは、複数の吐出エネルギー発生素子と、前記複数の吐出エネルギー発生素子の配列方向に沿って位置し梁によって互いに区画された複数のインク供給口と、が設けられた基板と、前記梁に支持された複数のリブと、前記複数のリブに支持され、前記複数のインク供給口から流入し前記複数の吐出エネルギー発生素子で吐出エネルギーを与えられた液滴を吐出する吐出口を備えたオリフィスプレートと、を有し、前記複数のリブは、前記配列方向と直交する直交方向の幅が前記インク供給口の前記直交方向の開口幅よりも広く、かつ、前記配列方向の長さが前記梁の前記配列方向の幅よりも長く、かつ、前記オリフィスプレートに接合する端部の断面形状が曲線形状であり、１つの前記吐出エネルギー発生素子と複数の前記インク供給口とが連通している。

本発明によれば、インク供給口の開口幅を小さくしてもインクの吐出に支障をきたさないでオリフィスプレートの強度を十分に保つことが可能となる。

本発明の第１実施形態のインクジェット記録ヘッドの構成を示す図である。 図１に記載の切断線Ａ−Ａに沿った断面図である。 本発明の第１実施形態のインクジェット記録ヘッドの要部の構成を示す図である。（ａ）は、図１に記載の領域Ｂの拡大図である。（ｂ）は、（ａ）に記載の切断線Ｃ−Ｃに沿った断面図である。 製造時にインク供給口に対するリブの位置がずれた状態の一例を示す図である。 本発明の第１の実施形態のインクジェット記録ヘッドにおいて、リブの幅を広げた形態の一例を示す図である。 本発明の第１の実施形態のインクジェット記録ヘッドにおいて、オリフィスプレートに接合するリブの端部の形状が丸みをつけた形状である形態の一例を示す図である。 本発明の第２の実施形態のインクジェット記録ヘッドの要部の構成を示す図である。 本発明の第２の実施形態のインクジェット記録ヘッドにおいて、リブの長さを長くした形態の一例を示す図である。 本発明の第３の実施形態のインクジェット記録ヘッドの要部の構成を示す図である。 本発明の第３実施形態のインクジェット記録ヘッドにおいて、２つのリブを一体化させた構成の一例を示す図である。 従来のインクジェット記録ヘッドの構成を示す図である。

（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態のインクジェット記録ヘッドの構成を示す図であり、内部を露呈させた状態で示している。また、図２は、図１に記載の切断線Ａ−Ａに沿った断面図である。

図１に示すように、本実施形態のインクジェット記録ヘッド１０において、基板１には、貫通口である複数のインク供給口４が間隔をおいて形成されている。インク供給口４の両側には、インクの吐出に必要な吐出エネルギーを発生させる吐出エネルギー発生素子３が配列されている。吐出エネルギー発生素子３の間には、ノズルとしてインク流路を形成するためのインク流路壁となる被覆樹脂層２が設けられている。被覆樹脂層２上には、吐出口８を備えるオリフィスプレート７が設けられている。インクジェット記録ヘッド１０では、インク供給口４から流入したインクは、吐出エネルギー発生素子３によって吐出エネルギーを与えられた後、インク滴（液滴）として吐出口８より吐出される。

図３は、インクジェット記録ヘッド１０の要部の構成を示す図であり、図３（ａ）は、図１に記載の領域Ｂの拡大図であり、図３（ｂ）は、図３（ａ）に記載の切断線Ｃ−Ｃに沿った断面図である。

インクジェット記録ヘッド１０では、図３（ａ）に示すように、梁５によって互いに複数のインク供給口４が区画されている。また、図３（ｂ）に示すように、オリフィスプレート７に複数のリブ６が設けられ、これらのリブ６は梁５に個別に支持されている。リブ６は、図３（ａ）に示すように、吐出エネルギー発生素子３の配列方向（以下、配列方向と称する。）に沿って並べられ、隣接するリブの間には隙間がある。

従来のインクジェット記録ヘッド１００では、広い開口面積を持つ一つのインク供給口４１上に、オリフィスプレート７１からリブ６１が設けられているだけであり、リブ６１は支持されていない。一方、本実施形態のインクジェット記録ヘッド１０では、複数のリブ６がインク供給口４の間に位置する梁５によってそれぞれ支持されているため、オリフィスプレート７の強度を十分に保つことができる。

以下に、具体的な数値を挙げてインクジェット記録ヘッド１０の効果を説明する。図４は、製造時にインク供給口４に対するリブ６の位置がずれた場合の一例を示す図である。

図４において、インク供給口４の開口幅Ｔを従来の１００〜２００μｍよりも小さくした５０〜６０μｍとし、リブ６の幅Ｗを２０μｍとする場合、製造時に約１０μｍのずれが生じると、リブ６１のような従来の連続したリブでは開口面積がおよそ１／３となる。この開口面積が小さくなると、インクの流抵抗が増大するのでインク供給性能に大きな影響を及ぼす。しかし、インクジェット記録ヘッド１０のように、インク供給口４上でリブ間に隙間があれば、インク供給口４に対するリブ６の位置がずれた場合でも、リブ間の隙間をインクが流れるのでインク供給性能に及ぼす影響を小さくできる。よって、本実施形態では製造上高い良品率を持つインクジェット記録ヘッドを提供できる。

また、上記の位置ずれを許容することで、従来の連続したリブではインク供給口を塞ぐおそれがあったためにできなかった、リブの幅を広げた構成も可能となる。図５は、インクジェット記録ヘッド１０においてリブ６の幅Ｗがインク供給口４の開口幅Ｔよりも広い形態の一例を示す図である。図５に示すように、幅Ｗを広げると、オリフィスプレート７を支持する面積が増加するのでオリフィスプレート７の変形に対する強度がより一層向上する。

なお、本実施形態では、図６に示すように、オリフィスプレート７に接合するリブ６の端部の断面形状が、Ｒ形状に代表される曲線形状であってもよい。この場合、オリフィスプレート７とリブ６にかかる応力が分散されるので、図２に示す矩形の断面形状よりもさらにオリフィスプレート７の変形に対する強度が向上する。

（第２の実施形態）
図７は、本発明の第２の実施形態のインクジェット記録ヘッドの構成を示す図である。本実施形態のインクジェット記録ヘッド１１は、実施形態１で説明したリブ６の配置構成がインクジェット記録ヘッド１０と異なっている。また、図７では、図３（ａ）と同様に図１に記載の領域Ｂに相当する領域の拡大図を示す。

インクジェット記録ヘッド１１は、図７に示すように、複数のリブ６が、配列方向と平行に延びた互いに離れた列上（第１の列上、第２の列上）に交互に位置している。すなわち、複数のリブ６は、インクジェット記録ヘッド１０のように一列に並べられた位置から配列方向に直交する直交方向へずらしたような（離れたような）配置構成となっている。これにより、互いに隣接するリブ６の隙間をより広げることが可能となるので、インク供給性能が向上する。

なお、図８に示すように、互いに隣接するリブ６の配列方向の長さを、重複する（並行する）部分を有するほど長くしてもよい。この場合、図７に示すリブ６に比べてオリフィスプレート７を支える面積が広くなるので、オリフィスプレート７の強度がより一層向上する。ただし、リブ６の配列方向の長さが、自身に隣接するインク供給口４を越える長さになると、インク供給に悪影響を及ぼす。そのため、各リブ６は、図８に示すように、隣接するリブ６と並行する部分を有しつつ、終端部がインク供給口４の途中位置（インク供給口４を越えない位置）にあることが望ましい。これにより、インク供給性能とオリフィスプレートの強度の向上を両立させることが可能となる。また、本実施形態においても、第１の実施形態と同様に、リブ６の端部の断面形状が曲線形状の場合、さらにオリフィスプレートの強度が向上する。

（第３の実施形態）
図９は、本発明の第３の実施形態を示すインクジェット記録ヘッドの要部の構成を示す図である。本実施形態のインクジェット記録ヘッド１２は、リブの配置構成がインクジェット記録ヘッド１０と異なっている。また、図９では、図３（ａ）と同様に図１に記載の領域Ｂに相当する領域の拡大図を示す。

インクジェット記録ヘッド１２では、図９に示すように、インクジェット記録ヘッド１１と同様、複数のリブ６を配列方向と平行に延びた異なる列上に交互に配置させることでインク供給性能を向上させている。さらに、インクジェット記録ヘッド１２には、図９に示すように、オリフィスプレート７の強度を向上させる構成として補助リブ９が設けられている。

補助リブ９は、梁５で支持されているためオリフィスプレート７の強度が十分に向上する。また、補助リブ９は、配列方向の長さが梁５の配列方向の幅よりも短くインク供給口４上にはみ出ないので、インク供給性能に及ぼす影響は小さい。

なお、補助リブ９は、図９に示すようにリブ６から離れた柱状であっても、図１０に示すようにリブ６と一体化した形状であってもよい。

また、本実施形態においても、第１の実施形態および第２の実施形態と同様に、リブ６の端部が曲線形状の場合、さらにオリフィスプレートの強度が向上する。

１ 基板
２ 被覆樹脂層
３ 吐出エネルギー発生素子
４ インク供給口
５ 梁
６ リブ
７ オリフィスプレート
８ 吐出口
９ 補助リブ

Claims (1)

1. 複数の吐出エネルギー発生素子と、前記複数の吐出エネルギー発生素子の配列方向に沿って位置し梁によって互いに区画された複数のインク供給口と、が設けられた基板と、
   前記梁に支持された複数のリブと、
   前記複数のリブに支持され、前記複数のインク供給口から流入し前記複数の吐出エネルギー発生素子で吐出エネルギーを与えられた液滴を吐出する吐出口を備えたオリフィスプレートと、を有し、
   前記複数のリブは、前記配列方向と直交する直交方向の幅が前記インク供給口の前記直交方向の開口幅よりも広く、かつ、前記配列方向の長さが前記梁の前記配列方向の幅よりも長く、かつ、前記オリフィスプレートに接合する端部の断面形状が曲線形状であり、
   １つの前記吐出エネルギー発生素子と複数の前記インク供給口とが連通している、インクジェット記録ヘッド。

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