JP2012051235A - 液体吐出ヘッド - Google Patents

Abstract

【課題】 ノズルプレートの膨潤時に応力による、ノズルプレートと基板との剥がれ。
【解決手段】 複数のエネルギー発生素子と、貫通口からなる供給口と、を有する基板と、複数の吐出口を備え前記基板に接合されたノズルプレートと、前記ノズルプレートの、前記供給口に対向する位置に設けられた梁状突起と、を備えた液体吐出ヘッドにおいて、前記梁状突起には前記供給口の長手方向に沿って形成されたスリットと、前記梁状突起から前記供給口の両側に形成された吐出口列に向けて該梁状突起と一体に形成された複数の補強リブとが形成されており、該複数の補強リブは前記基板と接触している。
【選択図】 図１

Description

本発明は、吐出口からインクを吐出して記録を行う液体吐出ヘッドに関するものである。

図２に示す液体吐出ヘッドでは、シリコン等からなり供給口やエネルギー発生素子を備えた記録素子基板１１上に、吐出口１を備えるノズルプレート９を形成したものを設けてインク吐出部としている。ノズルプレート９は複数の流路６や複数の吐出口１を備えた中空構造になっているため、外力等に対して脆弱な構成である。よって特にノズルプレート９の強度アップのために、供給口の上部に対応する位置に梁状の構造（以下、梁３）と梁３に補強リブを設ける構成が開示されている（特許文献１）。この特許文献１の構成は、インクの吐出性能が低下しないようにノズルの数２本に対して補強リブを１本とした構成となっている。

特開２００７−２８３５０１

近年、印刷速度アップのためノズル数が増加傾向にあり、それによりノズル列方向の記録素子基板のサイズが大きくなっており、これにより新たな課題が生じた。図４（ａ）は従来のノズル形状を示す平面図であり、図４（ｂ）は図４（ａ）のＡ―Ａ断面を示し、図４（ｃ）はノズルプレート９がインクを吸収し膨潤したときの断面図である。一般に樹脂からなる流路形成部材はインクと接触しているため徐々に膨潤する。膨潤によりノズルプレート９には応力が発生する。供給口２上のノズルプレートに形成された梁は樹脂厚みが厚く、長いため体積が大きい。また、梁は記録素子基板から浮いている。このように体積の大きい梁３が浮いている状態のため、膨潤による応力は強く、フィルター等の役割として梁に対し近くに形成されている柱状構造８（以下、柱８）に剪断応力が強く伝わる。柱８と記録素子基板の表面との密着力を剪断応力が上回ると柱８が基板からはがれるおそれがある。柱８がはがれるとその部位のノズルの流抵抗が小さくなるため、インク吐出不良を発生し、印字品位の低下を引き起こす。

本発明の目的は、ノズルプレートの膨潤により応力が発生した場合でもインク吐出不良を軽減する液体吐出ヘッドを提供することである。

上記目的を達成する本発明は、液体を吐出するエネルギーを発生する複数のエネルギー発生素子と、前記エネルギー発生素子の配列方向に沿って延在する貫通口からなる供給口と、を有する基板と、 前記複数のエネルギー発生素子に対応し、前記供給口の両側にそれぞれ配置された吐出口列を形成する複数の吐出口を備え、前記基板に接合されたノズルプレートと、 前記ノズルプレートの、前記供給口に対向する位置に設けられた梁状突起と、を備えた液体吐出ヘッドにおいて、前記梁状突起には前記供給口の長手方向に沿って形成されたスリットと、前記梁状突起から前記供給口の両側に形成された吐出口列に向けて該梁状突起と一体に形成された複数の補強リブとが形成されており、該複数の補強リブは前記基板と接触していることを特徴とする液体吐出ヘッド。

以上の構成によれば、梁に設けられたスリットが変形することにより、応力を吸収するため柱に加わる剪断応力が減ずる。よってノズルプレートと記録素子基板との剥がれを軽減させることが出来る。

本発明の第一の実施形態を示す図 本発明の第二の実施形態を示す図 本発明の第三の実施形態を示す図 従来の液体吐出ヘッドの構成を示す図

（第一の実施形態）
以下、図１を用いて本発明を実施するための構成について説明する。図１（ａ）（ｂ）は本発明の液体吐出ヘッドのインク吐出部を示す図である。図１（ａ）が平面図であり、図１（ｂ）は図１（ａ）のＡ―Ａ断面図である。記録素子基板１１に供給口２が貫通口として開口している。基板１１には、供給口の長手方向に沿って両側に各々６００ｄｐｉ（両列千鳥で１２００ｄｐｉ）で合計１０４０個のエネルギー発生素子としてヒータ１０が延在している。供給口２の両側には吐出口が配列してなる吐出口列が形成されており、吐出口の配列方向は供給口の長手方向に沿っている。基板の上に感光性の樹脂部材からなるノズルプレート９が接合されている。ノズルプレート９には、フォトリソ工程によって複数の流路６、複数の発泡室５、吐出口１がヒータ位置に対応して形成されている。発泡室５はヒータ１０の周囲に設けられ、ヒータ１０に対向した部分には外部と連通した吐出口１が開口している。流路６は供給口２と発泡室５を連通している。

これら、ヒータ１０と発泡室５と吐出口１と流路６でノズルを形成している。ヒータの数１個に対しノズルも１個なので、供給口の両側には１０４０個のノズルからなるノズル列が設けられている。ノズル列の長さは約０．８７インチである。ノズルプレート９の供給口に面した部分には供給口長手方向に沿って梁状突起３（以下、梁３）が設けられている。梁の両端は供給口２をまたいで基板に密着している。梁３の中央には長手方向に沿ってスリット４が穿たれている。梁３の厚さはノズルプレート９の厚さと等しく２６ｕｍである。スリット４の厚さは流路や発泡室のある部分のノズルプレート９の厚さと等しく１０ｕｍである。梁３の幅はスリット込みで６１．５ｕｍであり、スリット４の幅は１５ｕｍである。ノズルと供給口２の間にはノズルプレート９から基板に密着する柱状構造（以下、柱）８が形成されている。柱には１本おきに、梁３に直行する方向に梁３からリブが延ばされ、補強リブ７を構成している。補強リブは梁と一体に形成され基板上に接触して形成されている。補強リブ７の太さは柱８の直径と等しい。補強リブ７や柱８部の厚みはノズルプレート９の厚みと等しく２６ｕｍである。

インク吐出部の作用について説明する。各ノズルには、図示しないインク供給部より供給口２を介してインクが満たされる。図示しないプリンタから印字信号がヘッドのインク吐出部の制御部に伝えられると、印字したい画像に応じて任意のヒータが選択され、ヒータに電流が流れる。ヒータによりインクが加熱され発泡する。発泡により吐出口からインク滴を吐出し、図示しない記録メディア上に画像を形成する。

ノズルプレート９は樹脂のため、インクの溶媒により膨潤する。図１（ｃ）のように、膨潤すると柱・補強リブへの剪断応力とスリット部への曲げ力が伝わる。補強リブ７があることにより、密着面積が確保され、リブ延長方向への剛性が向上している。また、スリット４は厚みが少ないため柔らかく曲がりやすい。これらの効果により、柱・補強リブは記録素子基板とはがれることが無く、スリットが変形する。スリットの変形は各ノズルのインク吐出性能に影響しないため、膨潤してもインク吐出不良は発生しない。

（第二の実施形態）
第二の実施形態を図２に示す。第一の実施形態では供給口２の両側のノズル列を左右で同じＹ座標（図で上下方向がＹ軸方向）に置いたが、左右でＹ座標がずれた構成であってもよい。図２にノズルピッチの半分Ｙ座標がずれた構成を示す。このように供給口に対して補強リブを非対称に形成することで、補強リブ７の位置がずれているため、スリット４にかかる圧力が分散され、柱と補強リブにかかる力がより緩和される。

（第三の実施形態）
第三の実施形態を図３を用いて説明する。図３（ａ）、図３（ｂ）はそれぞれノズル列の両端部を示す。本実施形態においてノズル列の中央部は図１と同様である。端部からそれぞれ４本のノズルは予備吐出による混色解消を目的としたダミーノズル１２である。ダミーノズルのうち端部から２つのノズルと供給口の間は柱は無く、補強リブ７を備える。ノズル列端部は長手方向の膨潤により、応力がノズル列中央部より強くなる。本形態ではノズル列端部の基板への密着面積をより多く確保し、剛性を向上させているため、端部に対してのはがれ抑止効果が高い。

なお、補強リブ７を連続して配置すると流抵抗が上がり吐出周波数の低下が起こる。しかし、ダミーノズルは予備吐出にのみ使用するため、印字には影響がない。また、通常、予備吐出の吐出周波数は印字の吐出周波数の半分ほどである。一例では印字時の２１ｋＨｚに対し、予備吐出時は１０．５ｋＨｚである。通常、ノズルの形状が同じであれば補強リブを連続で入れても予備吐の吐出周波数は確保できる。当然ながら、本例ではダミーノズルと印字用ノズルの形状を同じとしたが、吐出周波数をそろえる目的でこれらを変更しても良い。

１ 吐出口
２ 供給口
３ 梁
４ スリット
５ 発泡室
６ 流路
７ 補強リブ
８ 柱
９ ノズルプレート
１０ ヒータ

Claims (2)

1. 液体を吐出するエネルギーを発生する複数のエネルギー発生素子と、前記エネルギー発生素子の配列方向に沿って延在する貫通口からなる供給口と、を有する基板と、
   前記複数のエネルギー発生素子に対応し、前記供給口の両側にそれぞれ配置された吐出口列を形成する複数の吐出口を備え、前記基板に接合されたノズルプレートと、
   前記ノズルプレートの、前記供給口に対向する位置に設けられた梁状突起と、
   を備えた液体吐出ヘッドにおいて、
   前記梁状突起には前記供給口の長手方向に沿って形成されたスリットと、前記梁状突起から前記供給口の両側に形成された吐出口列に向けて該梁状突起と一体に形成された複数の補強リブとが形成されており、該複数の補強リブは前記基板と接触していることを特徴とする液体吐出ヘッド。
2. 前記複数の補強リブは供給口に対して非対称であることを特徴とする請求項１記載の液体吐出ヘッド。

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