JP6021415B2 - 液体吐出ヘッド、および記録装置 - Google Patents

Description

本発明は、インク等の液体を吐出して記録を行う液体吐出ヘッド、およびその液体吐出ヘッドを備えた記録装置に関する。

従来、サイドシューター型の液体吐出ヘッドは、互いに積層された基板と吐出口プレートで構成された記録素子基板を有する。図７は、従来の液体吐出ヘッドの斜視図である。図８は、図７に示す切断線Ａ−Ａに沿った断面図である。図７、８に示すように、基板１０１には複数の吐出エネルギー発生素子１０２が配列されている。吐出エネルギー発生素子１０２は、基板１０１を貫通する供給口１０３の長手方向に沿って配列されている。一方、吐出口プレート１０４には複数の吐出口１０５が形成されている。各吐出口１０５は各吐出エネルギー発生素子１０２に対向している。各吐出エネルギー発生素子１０２と各吐出口１０５の間には流路１０６が形成されている。このような構造を有する液体吐出ヘッドには、吐出口プレートの厚みを均一に形成することを図った液体吐出ヘッドが提案され、特許文献１に開示されている。図９は、特許文献１に記載の液体吐出ヘッドの製造工程を示す断面図である。まず、吐出エネルギー発生素子２０２を搭載した基板２０１に溶解可能な樹脂層２０３ａ、２０３ｂが形成される（図９（ａ）参照）。次に、吐出口プレートとなる樹脂層２０４が基板２０１および樹脂層２０３ａ、２０３ｂに積層される（図９（ｂ）参照）。このとき、樹脂層２０３ｂが土台として機能するので、樹脂層２０４の厚みが均一になる。その後、吐出口２０５が形成され、樹脂層２０３ｂを除去するための凹状の溝２０６が形成される（図９（ｃ）参照）。最後に、樹脂層２０３ａ、２０３ｂが除去され、供給口２０７が形成される（図９（ｄ）参照）。このとき、吐出口２０５を通じて樹脂層２０３ａを除去することにより流路２０８が形成される。

図９に示す液体吐出ヘッドでは、基板２０１の線膨張係数と吐出口プレート２０４の線膨張係数が互いに異なる。そのため、記録による発熱や保存状況などといった環境変化に伴って、基板２０１と樹脂層２０４（吐出口プレート）の界面部分に熱応力が発生する。その結果、樹脂層２０４が基板２０１から剥離する可能性がある。そこで、このような問題を解決するための液体吐出ヘッドが特許文献２に提案されている。図１０は、特許文献２に記載の液体吐出ヘッドの斜視図である。図１０に示すように、基板３０１に積層された吐出口プレート３０２には、図９に示す液体吐出ヘッドと同様に凹状の溝３０４が形成されている。図１０に示す液体吐出ヘッドでは、溝３０４の互いに対向する両側面（溝３０４の開口縁）を鋸歯状に形成することによって、吐出口プレート３０２にかかる熱応力を緩和させている。

特開平１１−１３８８１７号公報 特開２００３−８０７１７号公報

液体吐出ヘッドは、記録装置での使用に伴って、吐出口プレートの表面（ノズル面）に塵埃等の異物が付着する場合がある。この異物が付着した状態で記録動作が行われると、吐出口プレートの表面の濡れ性などの状態が変化するおそれがある。さらに、異物が吐出口を塞いで吐出不良を引き起こすおそれがある。そのため、記録装置には、吐出口プレートの表面に付着した異物を拭き取るワイピング部材を備えた機種がある。

特許文献２に開示された液体吐出ヘッドでは、図１０に示すように、溝３０４の両側面の全体が鋸歯状に形成されている。そのため、溝３０４の両側面の間に異物が引っ掛かると、その異物は除去しにくい。そのため、ワイピング部材を用いたとしても異物を除去できない可能性がある。図１１は、特許文献２に記載の液体吐出ヘッドに設けられた溝に異物が引っ掛かった状態を示す図である。溝３０４に引っ掛かった異物４００には、吐出口３０３から吐出されたインクの一部が付着する可能性がある。そのため、異物４００が溝３０４に引っ掛かった状態が長期間放置されると、インクが次々に異物４００に付着していく。その結果、図１０（ｂ）に示すように、異物４００は、インク玉４０１に成長する。成長したインク玉４０１は、吐出口３０３に入り込んで吐出不良を生じさせるおそれがある（図１１（ｃ）参照）。

そこで、本発明は、吐出口プレートが剥がれにくく、かつ吐出吐出口プレートに異物を除去しやすい液体吐出ヘッド、およびその液体吐出ヘッドを備えた記録装置を提供することを目的とする。

上述した目的を達成するため、本発明の液体吐出ヘッドは、液体を吐出するエネルギーを発生する複数の吐出エネルギー発生素子が配列されている基板と、前記基板に積層され、各吐出エネルギー発生素子に対向する複数の吐出口が形成されている吐出口プレートと、を有し、前記吐出口プレートは、前記複数の吐出口が形成されたノズル面を囲む凹状の溝を有し、前記溝は、前記ノズル面に隣接し、複数の凹凸が交互に連続した鋸歯状に形成された内側面と、前記内側面に対向する外側面とを有し、少なくとも吐出口の配列方向に平行な部分において、溝の内側面と外側面が互いに異なる形状を有しており、前記外側面のうち、前記吐出口の配列方向に平行な部分が平面状に形成されている。

上述した目的を達成するため、本発明の記録装置は、上記液体吐出ヘッドと、前記配列方向に移動しながら上記液体吐出ヘッドの前記ノズル面を拭くワイピング部材と、を有する。

本発明によれば、吐出口プレートが剥がれにくく、かつ吐出口プレートに異物が付着しにくい液体吐出ヘッド、およびその液体吐出ヘッドを備えた記録装置を提供することが可能となる。

本発明の液体吐出ヘッドの一実施形態を示す断面図である。 図１に示す基板の斜視図である。 図１に示す吐出口プレートの平面図である。 本発明の記録装置の要部の構成を示す斜視図である。 本発明の液体吐出ヘッドについて、吐出口プレートの剥離、異物の付着、および記録に関する効果を評価した結果を示す表である。 吐出口プレートの他の実施形態を示す平面図である。 従来の液体吐出ヘッドの斜視図である。 図７に示す切断線Ａ−Ａに沿った断面図である。 特許文献１に記載の液体吐出ヘッドの製造工程を示す断面図である。 特許文献２に記載の液体吐出ヘッドの斜視図である。 特許文献２に記載の液体吐出ヘッドに設けられた溝に異物が引っ掛かった状態を示す図である。

図１は、本発明の液体吐出ヘッドの一実施形態を示す断面図である。図１に示すように、本実施形態の液体吐出ヘッド１は、互いに積層された基板１１および吐出口プレート２１を有する記録素子基板を有する。まず、基板１１について説明する。図２は、図１に示す基板１１の斜視図である。矩形の基板１１は、シリコン半導体基板などに半導体製造技術を用いて製造される。基板１１の中央部には、基板１１を貫通する矩形の供給口１２が形成されている（図１参照）。供給口１２の長手方向Ｘの両側には、液体（以下、本実施形態ではインク）を吐出するためのエネルギーを発生する複数の吐出エネルギー発生素子１３が長手方向Ｘに沿って配列されている（図２参照）。各エネルギー発生素子１３は、供給口１２から供給されたインクを加熱して発泡させる。

次に、吐出口プレート２１について図１および図３を参照して説明する。図３は、図１に示す吐出口プレート２１の平面図である。吐出口プレート２１の材料は、インクなどと接触するので、耐インク性を有する樹脂材、好ましくはネガ型の光硬化性エポキシ樹脂などがよい。吐出口プレート２１には、各エネルギー発生素子１３に対向する複数の吐出口２２が形成されている。これにより、吐出口２２の配列方向は、各エネルギー発生素子１３と同じ長手方向Ｘである。各吐出口２２と各エネルギー発生素子１３との間には、流路２３が形成されている。各エネルギー発生素子１３に加熱されて発泡したインクは、流路２３を通じて各吐出口２２から吐出される。

吐出口２２が形成されているノズル面２４は、凹状の溝２５に囲まれている。図３に示すように、溝２５は、ノズル面２４に隣接する内側面２５ａと、内側面２５ａに対向する外側面２５ｂと、を有する。内側面２５ａは、複数の凹凸が交互に連続した鋸歯状に形成されている。一方、外側面２５ｂは、平面状に形成されている。

上記のように構成された記録素子基板の製造工程について簡単に説明する。まず、複数の吐出エネルギー発生素子１３が配列された基板１１の表面に、図９に示す樹脂層２０３ａ、２０３ｂのようなパターン用樹脂層が形成される。次に、吐出口プレート２１となる樹脂層が、基板１１およびパターン用樹脂層に積層される。その後、フォトリソグラフィプロセス、エッチングプロセスによって吐出口２２及び溝２５が形成される。最後に、パターン用樹脂層が除去されて流路２３が形成され、異方性エッチングなどの半導体プロセスによって供給口１２が形成される。このようにして製造された記録素子基板は、図４に示すように、液体吐出ヘッド１の本体部１０に取り付けられる。具体的には、記録素子基板は、吐出口プレート２１のノズル面２４が露出するように本体部１０に取り付けられる。

図４は、本発明の記録装置の要部の構成を示す斜視図である。図４に示す記録装置は、上述した液体吐出ヘッド１と、液体吐出ヘッド１のノズル面２４を拭くワイピング部材２と、を有する。ワイピング部材２は、吐出口６の配列方向（供給口１２の長手方向Ｘ）に沿って移動しながらノズル面２４に付着したインク、異物を拭き取る。本実施形態の液体吐出ヘッド１では、複数色のインクに対応する複数の吐出口列が互いに平行に形成されている。そのため、ワイピング部材２が、吐出口６の配列方向（長手方向Ｘ）と平行な移動方向Ｙに移動することによって、インクの混色が起こり難くなる。

以下に、本発明の液体吐出ヘッドについて、吐出口プレートの剥離、異物の付着、および記録に関する特性を相対的に評価した結果について説明する。

図５は、本発明の液体吐出ヘッドについて、吐出口プレートの剥離、異物の付着、および記録に関する効果を相対的に評価した結果を示す表である。まず、評価対象の吐出口プレートについて説明する。図５において、「形状１」は、溝の両側面が鋸歯状に形成され、かつ内側面の凸部が外側面の凸部に対向した吐出口プレートを示す。「形状２」は、本実施形態の吐出口プレート２１を示す。「形状３」は、溝の両側面が平面状に形成され、かつ、外側面における吐出口の配列方向に平行な部分が４分割された吐出口プレートを示す。「形状４」は、溝の両側面が鋸歯状に形成され、かつ内側面の凸部と外側面の凸部が吐出口の配列方向に互いにずれた吐出口プレートを示す。「形状５」は、両側面が平面状に形成された溝が２重に形成された吐出口プレートを示す。

次に、評価項目について説明する。図５に示す「異物」は、上述した各吐出口プレート上に紙粉を撒き、ワイピング部材が各吐出口プレートのノズル面を拭いた後の異物の除去率を評価する項目である。「インク玉」は、各溝で生成されたインクの玉の大きさを評価する項目である。「記録」は、各溝にインク玉が生成した状態における印字状態を評価する項目である。「剥離」は、吐出口プレートが基板から剥がれやすいか否か評価する項目である。

次に、評価結果について説明する。図５に示すように、異物の除去に関しては、「形状２」（本実施形態の吐出口プレート２１）の除去率が最も高かった。次いで、「形状３」〜「形状５」の除去率が同等であり、「形状１」の除去率が最も低かった。「形状１」では、凸部同士が互いに対向することによって溝の幅が狭くなる。その結果、「形状１」は他の形状に比べ、異物が付着しやすい構造となる。この構造が、異物の除去率が低くなった原因と考えられる。インク玉に関しては、「形状２」、「形状３」には、大きなインク玉は生成されなかった。印字状態に関しては、「形状２」〜「形状４」が良好であった。他の形状は、混色をおこした。吐出口プレートの剥がれに関しては、溝の両側面が平面状に形成された「形状３」と「形状５」が他の形状に比べ剥がれやすい構造と考えられる。

以上の評価結果から、本実施形態の吐出口プレート２１の構造が、吐出口プレートの剥離、異物の付着、および記録に関し最も優れた構造となる。本実施形態の吐出口プレート２１では、溝２５の外側面２５ｂが平面状に形成されている。そのため、異物が付着しにくくなる。さらに、溝２５の内側面２５ａが鋸歯状に形成されているので、吐出口プレート２１にかかる熱応力が緩和される。そのため、吐出口プレート２１は、基板１１から剥がれにくくなる。

本実施形態では、溝２５の外側面２５ｂの全体が平面状に形成されている。しかし、本発明はこの構造に限定されない。例えば、図６（ａ）に示すように、外側面２５ｂのうち、吐出口２４の配列方向に平行な部分２６が平面状に形成され、配列方向に直交する部分２７が内側面２５ａと同様な鋸歯状に形成された構造であってもよい。このような構造の場合、吐出口プレート２１の周縁部（溝２５を隔ててノズル面２４を囲む吐出口プレート２１の外側部分）にかかる熱応力を緩和させることが可能になる。なお、部分２７が鋸歯状に形成されていると、異物が除去しにくくなる。しかし、部分２７は、部分２６に比べ、図１１に示すようなインク玉４０１が生成されにくい。そのため、部分２７が鋸歯状に形成されていても吐出不良は起こりにくい。

本実施形態では、溝２５の内側面２５ａに形成された各凹凸は、図３に示すように、直線が鋭角に折れ曲がったような形状となっている。しかし、本発明はこの形状に限定されない。例えば、図６（ｂ）に示すように、内側面２５ａに形成された各凹凸は、曲面状であってもよい。内側面２５ａをこのような形状にすることによって、異物がより付着しにくくなる。

１１ 基板
１３ 吐出エネルギー発生素子
２１ 吐出口プレート
２２ 吐出口
２４ ノズル面
２５ 溝
２６ 内側面
２７ 外側面

Claims (5)

1. 液体を吐出するエネルギーを発生する複数の吐出エネルギー発生素子が配列されている基板と、前記基板に積層され、各吐出エネルギー発生素子に対向する複数の吐出口が形成されている吐出口プレートと、を有し、
   前記吐出口プレートは、前記複数の吐出口が形成されたノズル面を囲む凹状の溝を有し、前記溝は、前記ノズル面に隣接し、複数の凹凸が交互に連続した鋸歯状に形成された内側面と、前記内側面に対向する外側面とを有し、
   少なくとも前記吐出口の配列方向に平行な部分において、前記溝の前記内側面と前記外側面が互いに異なる形状を有しており、
   前記外側面のうち、前記吐出口の配列方向に平行な部分が平面状に形成されている、液体吐出ヘッド。
2. 前記外側面の全体が、前記平面状に形成されている、請求項１に記載の液体吐出ヘッド。
3. 前記外側面において、前記配列方向に直交する部分が前記鋸歯状に形成されている、請求項１に記載の液体吐出ヘッド。
4. 前記複数の凹凸が曲面状になっている、請求項１から３のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。
5. 請求項１から４のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッドと、
   前記配列方向に移動しながら前記液体吐出ヘッドの前記ノズル面を拭くワイピング部材と、
   を有する記録装置。

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