JP3229465B2 - インクジェットヘッドおよび記録装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、エネルギ発生素子の耐
久性を向上させたインクジェット記録ヘッドおよび記録
装置に関する。なお、ここで、記録とは、布、糸、紙、
シート材等のインク付与を受けるインク支持体全てへの
インク付与等（プリント）を含むもので、記録装置は、
各種情報処理装置全てあるいはその出力器としてのプリ
ンタを含むものであり、本発明はこれらへの用途が可能
なものである。

【０００２】

【従来の技術】インクジェット記録装置は、インクを微
小な液滴としてノズルより吐出し文字や図形等の記録を
行うもので、高精細な画像の出力、高速印字の手段とし
てすぐれた利点を有している。特に、電気熱変換体（以
下、ヒータ）等により生成したバブル（気泡）圧を用い
る方法、いわゆる熱インクジェット記録方法（特公昭６
１−５９９１１〜４号）は装置の小型化、画像の高密度
化が容易であるなどの特長を有している。

【０００３】この種の装置は、通常、例えば、特開昭５
５−１００１６９号公報に記載されるように、インク流
路中の熱エネルギを発生する電気熱変換体のより上流側
に流体抵抗部を備えている。かかるインクジェットヘッ
ドの構造を図８に示す。同図にように示すように、イン
クを吐出する吐出口０１に連通するインク流路０２内に
は、流入開口０３からインク０４が流入されるようにな
っている。このインク流路０２の吐出口０１の近傍に
は、気泡を形成してインクを吐出するために利用される
熱エネルギを発生する電気熱変換体０５が壁面に配設さ
れており、この電気熱変換体０５が配設されている壁面
の該電気熱変換体０５より上流側（流入開口０３側）に
は障壁０６が突設されている。かかるヘッドにおいて、
電気熱変換体０５に電気信号が入力されると、インク０
４内に気泡が発生してこの作用によりインク滴０７が吐
出口０１から吐出される。このとき、同時に気泡による
作用力は反吐出方向にも作用するが、反吐出方向に設け
られている障壁０６のため、吐出方向に向かう流体抵抗
より反吐出方向に向かう流体抵抗の方が大きくなり、気
泡による作用力は有効にインク滴０７の吐出のために利
用される。なお、このような障壁０６は、特開昭５５−
１００１６９号公報の第２図〜第７図に記載されるよう
に、電気熱発熱体０５の表面に垂直で前記インク流路０
２の中心線を含む面に対して対称に設けられている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上述したインクジェッ
トヘッドでは、消泡時のキャビテーションにより電気熱
変換体０５の耐久性能が低下するという問題がある。上
述した従来例では、障壁１８により発砲時の反吐出方向
への流体抵抗の上昇により反吐出方向へのインク流量が
低減し、これにより消泡時の電気熱変換体０５の上流側
から吐出方向へのインク流量が低減して消泡時のキャビ
テーションエネルギが減少するので、電気熱変換体０５
の耐久性能に有利である。しかしながら、未だ、充分な
耐久性能を有するインクジェットヘッドは開発されてい
ない。

【０００５】本発明の目的は、このような事情に鑑み、
エネルギ変換素子の耐久性を向上させたインクジェット
記録ヘッドおよび記録装置を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】かかる目的を達成するた
め、本発明のインクジェットヘッドは、記録液滴を吐出
するための複数の吐出口と、該各吐出口に連通し該吐出
口から吐出される記録液を供給するための複数の液路
と、該複数の液路が連通する共通液室と、前記各液路に
対応して設けられて前記記録液に膜沸騰を生じさせる熱
エネルギを発生する吐出エネルギ発生素子と、を備えて
なるインクジェットヘッドにおいて、前記吐出エネルギ
発生素子が位置する前記液路の内面と異なる内面に、前
記吐出エネルギ発生素子の中央部と前記共通液室との間
に位置し、かつ前記液路の中心線を超える高さに突出し
て、前記膜沸騰により発生する気泡の消泡位置を前記吐
出エネルギ発生素子の中央部から変位させるための突出
部を設け、前記液路は、該液路の中心線を含みかつ前記
吐出エネルギ発生素子の表面に対して垂直な面に対して
非対称形状としたことを特徴とする。ここで、前記突出
部の先端と対向する前記液路の内面に凹部を設けてもよ
く、また実質的に前記液路に沿う方向にインクを吐出し
てもよい。

【０００７】また、本発明のインクジェット記録装置
は、インクジェットヘッドを具えたインクジェット記録
装置であって、前記インクジェットヘッドが記録装置本
体に対して着脱可能であることを特徴とする。

【０００８】

【作用】本発明によれば、吐出エネルギ発生素子が位置
する液路の内面と異なる内面に、液路の中心線を超える
高さに突出する突出部を設け、その突出部によって、気
泡の消泡位置を吐出エネルギ発生素子の中央部から大き
く変位させる。

【０００９】

【実施例】以下、本発明を実施例に基づいて説明する。

【００１０】図１は、一実施例にかかるインクジェット
ヘッドの構造を示し、図１（Ａ）はノズルの断面図、図
１（Ｂ）は吐出口の正面図、図１（Ｃ）はヘッドの分解
斜視図である。これらの図に示すように、インクを吐出
する吐出口１１に連通するインク流路１２内には、流入
開口１３からインク１４が流入されるようになってい
る。このインク流路１２の吐出口１１の近傍には、気泡
を形成してインクを吐出するために利用される熱エネル
ギを発生する電気熱変換体１５が配設されており、この
電気熱変換体１５より上流側（流入開口１３側）には、
流体抵抗部１６が設けられている。この流体抵抗部１６
は、インク吐出時に電気熱変換体１５の中心部から反吐
出方向に向かう流体抵抗を吐出方向に向かう流体抵抗よ
り大きくするものであるが、インク吐出後のインク充填
時にインク流路１２の流入開口１３から電気熱変換体１
５の中心部までの吐出方向へ向かう流体抵抗をインク吐
出時に電気熱変換体１５の中心部から反吐出方向に向か
う流体抵抗より小さくするように形成されている。ま
た、電気熱変換体１５より上流側で気泡を分断する位置
に突設されているが、突設された状態は従来と異なる。
すなわち、流体抵抗部１６は電気熱変換体１５が配設さ
れた面に隣接する面に突設されており、この突設によ
り、電気熱変換体１５の上流側のインク流路１２の形状
が、当該インク流路１２の中心線を含みかつ当該電気熱
変換体１５の表面に垂直な面に対して非対称となってい
る。なお、インク流路１２は、図１（Ｃ）に示すよう
に、基板１７、天板１８およびこれらの間に所定間隔で
設けられた隔壁１９によって画成されている。また、基
板１７および天板１８の間には、隔壁１９により、流入
開口１３を介してインク流路１２に連通する共通液室２
０が画成されており、天板１８には共通液室２０にイン
ク１４を供給するための供給口２１が形成されている。

【００１１】このようなインクジェットヘッドのノズル
でのインクの吐出の様子を図２に示す。図２（Ａ）は、
電気熱変換体１５に電気信号を入力することによりイン
ク滴２２を吐出する状態を示すもので、発生した気泡２
３が最大に発泡した状態を示す。このとき気泡２３の一
部は、流体抵抗部１６により分断される。図２（Ｂ）
は、気泡２３が収縮した状態を示すもので、気泡２３
は、電気熱変換体１５の表面に沿った方向に、すなわ
ち、インク流路１２の中心を通りかつ電気熱変換体１５
の表面に垂直な平面に対して非対称に変形しつつ収縮す
る。これは、流体抵抗部１６が電気熱変換体１５の表面
に沿う方向に非対称に設けられているからである。図２
（Ｃ）は、気泡２３が消滅する直前の状態を示す。イン
ク滴２２の吐出に伴って補充されるインクは、電気熱変
換体１５の表面に沿う一方側（図中下側）に片寄った流
体抵抗通路２４から充填されるので、図中下側でのイン
クの流れが増大し、気泡２３は電気熱変換体１５の表面
上の中央部ではなく図中上側へ片寄った位置で消滅する
ことになる。すなわち、気泡２３の消泡位置は、吐出方
向と直交する方向へばらつくことになり、さらに、電気
熱変換体１５上以外となることもある。したがって、キ
ャビテーションにより電気熱変換体１５が受ける損傷が
低減し、電気熱変換体１５の耐久性能が向上する。

【００１２】図３は、他の実施例にかかるインクジェッ
トヘッドのノズルの断面を示す。本実施例では、インク
流路１２の上流側で該インク流路１２の中心線を通りか
つ電気熱変換体１５の表面に垂直な面の両側に、当該面
に対して非対称となるように流体抵抗部２５Ａおよび２
５Ｂを突設したものである。この例では、吐出直後に充
填されるインクの通路となる流体抵抗通路２６が、図中
上から下に向かうように形成されており、インク充填時
のインクの流れが図中下側で極力増大されるようになっ
ている。したがって、本実施例では、吐出方向に直交す
る方向への消泡位置のばらつきがさらに増大し、かつ電
気熱変換体１５上以外で消泡する確率がさらに高くな
る。

【００１３】図４は、さらに他の実施例にかかるインク
ジェットヘッドのノズルの断面を示す。本実施例では、
インク流路１２の上流側の該インク流路１２の中心線を
通りかつ電気熱変換体１５の表面に垂直な面の一方側に
突起状の流体抵抗部２７Ａを突設し、他方側に凹部形状
の流体抵抗部２７Ｂを形成したものであり、これによ
り、電気熱変換体１５の上流側のインク流路１２の形状
を、該インク流路１２の中心線を通りかつ電気熱変換体
１５の表面に垂直な面に対して非対称にしたものであ
る。この例では、吐出直後に充填されるインクの通路と
なる流体抵抗通路２８からのインクの流れが、図中上か
ら下に向かうようになり、したがって、インク充填時の
インクの流れが図中下側で極力増大されるようになって
いる。これにより、本実施例では、吐出方向に直交する
方向への消泡位置のばらつきがさらに増大し、かつ電気
熱変換体１５上以外で消泡する確率がさらに高くなる。

【００１４】図５は、以上の構成のインクジェットヘッ
ドが適用されるインクジェットカートリッジＩＪＣの斜
視図、図６はその分解斜視図を示す。これらの図におい
て、１００はＳｉ基板上に複数の列状に配された電気熱
変換体とこの電気熱変換体に電力を供給するＡｌ等の電
気配線とが成膜技術により形成されてなるヒータボー
ド、２００はヒータボード１００に対する配線基板であ
り、配線基板２００はヒータボード１００の配線に対応
する配線およびこの配線の端部に位置して本体装置から
の電気信号を受けるパッド２１０を有する。３００は複
数のインク流路およびこれらに連通する共通液室それぞ
れ区分するための隔壁等を設けた天板、４００は共通液
室に連通するインク受け口、５００は吐出口を複数個有
するオリフィスプレートであり、これらは例えばポリサ
ルフォンにより一体成形される。６００は配線基板２０
０の裏面を平面で支持する例えば金属製の支持体であ
り、インクジェットユニットの底板となる。７００は天
板３００およびヒータボード１００を支持体６００に圧
着固定する押さえばねであり、この押さえばね７００の
足部は支持体６００の穴６１０に係合されている。８０
０はインク供給部材であり、このインク供給部材８００
には後述するインクタンクＩＴの供給口１０２０を介し
てインク吸収体１１００に一端が圧接されるインク供給
管８１０と、このインク供給管８１０の他端に一端が連
続しかつ他端が前記インク受け口４００に圧接されるイ
ンク導管８２０とが形成されている。９００はインク供
給管８１０のタンク側端部に設けたれたフィルタであ
る。なお、支持体６００の供給口１０２０に対応する位
置には、インク供給管８１０が貫通する穴６２０が形成
されている。

【００１５】このように構成されるインクジェットユニ
ットＩＪＵにインクを供給するインクタンクＩＴは、カ
ートリッジ本体１０００と、インクを含浸させるための
インク吸収体１１００と、このインク吸収体１１００を
カートリッジ本体１０００に上記インクジェットユニッ
トＩＪＵ取付面とは反対側から挿入した後これを封止す
るためのするための蓋部材１２００とで構成されてい
る。カートリッジ本体１０００には、インクタンクＩＴ
内に空気を供給するための大気連通口１０１０が形成さ
れており、この大気連通口１０１０には、この大気連通
口１０１０からのインク漏れを防止するための撥液材１
３００が挿入されている。また、カートリッジ本体１０
００には、インク供給口１０２０が形成されており、こ
のインク供給口１０２０には、パッキン１４００が設け
られている。なお、上述したインクジェットユニットＩ
ＪＵは、カートリッジ本体１０００のインク吸収体１１
００挿入側とは反対側の側面支持体６００を固定するこ
とにより取り付けられ、蓋部材１５００で覆われてい
る。

【００１６】図７は、以上のように構成されるインクジ
ェットカートリッジＩＪＣが搭載されるインクジェット
記録装置の一例の概観図を示す。このインクジェット記
録装置ＩＪＲＡは、駆動モータの２０１０の正逆回転に
連動して駆動力伝達ギア２０２０，２０３０を介して回
転するリードスクリュー２０４０を有する。インクジェ
ットカートリッジＩＪＣが載置されるキャリッジＨＣ
は、キャリッジ軸２０５０およびリードスクリュー２０
４０に支持され、リードスクリュー２０４０のら線溝２
０４１に対して係合するピン（不図示）を有しており、
リードスクリュー２０４０の回転に伴って、矢印ａ，ｂ
方向に往復移動される。２０６０は紙押え板であり、キ
ャリッジ移動方向にわたって紙Ｐをプラテンローラ２０
７０に対して押圧する。２０８０および２０９０はフォ
トカプラで、これらは、キャリッジＨＣに設けられたレ
バー２１００のこの域での存在を確認してモータ２０１
０の回転方向切換等を行うためのホームポジション検知
手段として動作する。２１１０は記録ヘッドの前面をキ
ャップするキャップ部材であり、支持部材２１２０によ
り支持されている。２１３０はこのキャップ内を吸引す
る吸引手段であり、キャップ内開口を介して記録ヘッド
の吸引回復を行う。記録ヘッドの端面をクリーニングす
るクリーニングブレード２１４０は、前後方向に移動可
能に部材２１５０に設けられており、これらは本体支持
板２１６０に支持されている。ブレード２１４０はこの
形態に限定されず、周知のクリーニングブレードが本例
に適用できることはいうまでもない。また、２１７０は
吸引回復の吸引を開始するためのレバーであり、キャリ
ッジＨＣと係合するカム２１８０の移動に伴って移動す
るようになっており、これにより駆動モータ２０１０か
らの駆動力がクラツチ切換等の公知の伝達手段で移動制
御される。

【００１７】これらのキヤツピング、クリーニング、吸
引回復は、キャリッジＨＣがホームポジシヨン側領域に
きたときにリードスクリユー２０４０の作用によってそ
れらの対応位置で所望の処理が行えるように構成されて
いるが、周知のタイミングで所望の作動を行うようにす
れば、本例には何れも適用できる。上述における各構成
は単独でも複合的に見ても優れた発明であり、本発明に
とって好ましい構成例を示している。

【００１８】（その他）なお、本発明は、特にインクジ
ェット記録方式の中でも、インク吐出を行わせるために
利用されるエネルギとして熱エネルギを発生する手段
（例えば電気熱変換体やレーザ光等）を備え、前記熱エ
ネルギによりインクの状態変化を生起させる方式の記録
ヘッド、記録装置において優れた効果をもたらすもので
ある。かかる方式によれば記録の高密度化，高精細化が
達成できるからである。

【００１９】その代表的な構成や原理については、例え
ば、米国特許第４７２３１２９号明細書，同第４７４０
７９６号明細書に開示されている基本的な原理を用いて
行うものが好ましい。この方式は所謂オンデマンド型，
コンティニュアス型のいずれにも適用可能であるが、特
に、オンデマンド型の場合には、液体（インク）が保持
されているシートや液路に対応して配置されている電気
熱変換体に、記録情報に対応していて核沸騰を越える急
速な温度上昇を与える少なくとも１つの駆動信号を印加
することによって、電気熱変換体に熱エネルギを発生せ
しめ、記録ヘッドの熱作用面に膜沸騰を生じさせて、結
果的にこの駆動信号に一対一で対応した液体（インク）
内の気泡を形成できるので有効である。この気泡の成
長，収縮により吐出用開口を介して液体（インク）を吐
出させて、少なくとも１つの滴を形成する。この駆動信
号をパルス形状とすると、即時適切に気泡の成長収縮が
行われるので、特に応答性に優れた液体（インク）の吐
出が達成でき、より好ましい。このパルス形状の駆動信
号としては、米国特許第４４６３３５９号明細書，同第
４３４５２６２号明細書に記載されているようなものが
適している。なお、上記熱作用面の温度上昇率に関する
発明の米国特許第４３１３１２４号明細書に記載されて
いる条件を採用すると、さらに優れた記録を行うことが
できる。

【００２０】記録ヘッドの構成としては、上述の各明細
書に開示されているような吐出口，液路，電気熱変換体
の組合せ構成（直線状液流路または直角液流路）の他に
熱作用部が屈曲する領域に配置されている構成を開示す
る米国特許第４５５８３３３号明細書，米国特許第４４
５９６００号明細書を用いた構成も本発明に含まれるも
のである。加えて、複数の電気熱変換体に対して、共通
するスリットを電気熱変換体の吐出部とする構成を開示
する特開昭５９−１２３６７０号公報や熱エネルギの圧
力波を吸収する開孔を吐出部に対応させる構成を開示す
る特開昭５９−１３８４６１号公報に基いた構成として
も本発明の効果は有効である。すなわち、記録ヘッドの
形態がどのようなものであっても、本発明によれば記録
を確実に効率よく行うことができるようになるからであ
る。

【００２１】さらに、記録装置が記録できる記録媒体の
最大幅に対応した長さを有するフルラインタイプの記録
ヘッドに対しても本発明は有効に適用できる。そのよう
な記録ヘッドとしては、複数記録ヘッドの組合せによっ
てその長さを満たす構成や、一体的に形成された１個の
記録ヘッドとしての構成のいずれでもよい。

【００２２】加えて、上例のようなシリアルタイプのも
のでも、装置本体に固定された記録ヘッド、あるいは装
置本体に装着されることで装置本体との電気的な接続や
装置本体からのインクの供給が可能になる交換自在のチ
ップタイプの記録ヘッド、あるいは記録ヘッド自体に一
体的にインクタンクが設けられたカートリッジタイプの
記録ヘッドを用いた場合にも本発明は有効である。

【００２３】また、本発明の記録装置の構成として、記
録ヘッドの吐出回復手段、予備的な補助手段等を付加す
ることは本発明の効果を一層安定できるので、好ましい
ものである。これらを具体的に挙げれば、記録ヘッドに
対してのキャッピング手段、クリーニング手段、加圧或
は吸引手段、電気熱変換体或はこれとは別の加熱素子或
はこれらの組み合わせを用いて加熱を行う予備加熱手
段、記録とは別の吐出を行なう予備吐出手段を挙げるこ
とができる。

【００２４】また、搭載される記録ヘッドの種類ないし
個数についても、例えば単色のインクに対応して１個の
みが設けられたものの他、記録色や濃度を異にする複数
のインクに対応して複数個数設けられるものであっても
よい。すなわち、例えば記録装置の記録モードとしては
黒色等の主流色のみの記録モードだけではなく、記録ヘ
ッドを一体的に構成するか複数個の組み合わせによるか
いずれでもよいが、異なる色の複色カラー、または混色
によるフルカラーの各記録モードの少なくとも一つを備
えた装置にも本発明は極めて有効である。

【００２５】さらに加えて、以上説明した本発明実施例
においては、インクを液体として説明しているが、室温
やそれ以下で固化するインクであって、室温で軟化もし
くは液化するものを用いてもよく、あるいはインクジェ
ット方式ではインク自体を３０℃以上７０℃以下の範囲
内で温度調整を行ってインクの粘性を安定吐出範囲にあ
るように温度制御するものが一般的であるから、使用記
録信号付与時にインクが液状をなすものを用いてもよ
い。加えて、熱エネルギによる昇温を、インクの固形状
態から液体状態への状態変化のエネルギとして使用せし
めることで積極的に防止するため、またはインクの蒸発
を防止するため、放置状態で固化し加熱によって液化す
るインクを用いてもよい。いずれにしても熱エネルギの
記録信号に応じた付与によってインクが液化し、液状イ
ンクが吐出されるものや、記録媒体に到達する時点では
すでに固化し始めるもの等のような、熱エネルギの付与
によって初めて液化する性質のインクを使用する場合も
本発明は適用可能である。このような場合のインクは、
特開昭５４−５６８４７号公報あるいは特開昭６０−７
１２６０号公報に記載されるような、多孔質シート凹部
または貫通孔に液状又は固形物として保持された状態
で、電気熱変換体に対して対向するような形態としても
よい。本発明においては、上述した各インクに対して最
も有効なものは、上述した膜沸騰方式を実行するもので
ある。

【００２６】さらに加えて、本発明インクジェット記録
装置の形態としては、コンピュータ等の情報処理機器の
画像出力端末として用いられるものの他、リーダ等と組
合せた複写装置、さらには送受信機能を有するファクシ
ミリ装置の形態を採るもの等であってもよい。

【００２７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明は、吐出エ
ネルギ発生素子が位置する液路の内面と異なる内面に、
液路の中心線を超える高さに突出する突出部を設け、そ
の突出部によって、気泡の消泡位置を吐出エネルギ発生
素子の中央部から大きく変位させることにより、キャビ
テーションによる吐出エネルギ発生素子の損傷を確実に
低減して、その耐久性を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係るインクジェットヘッド
の構成を示す概略図である。

【図２】本発明の図１のインクジェットヘッドのノズル
における吐出の様子を示す断面図である。

【図３】本発明の他の実施例にかかるインクジェットヘ
ッドのノズルの構成を示す断面図である。

【図４】本発明の他の実施例にかかるインクジェットヘ
ッドのノズルの構成を示す断面図である。

【図５】本発明のインクジェットヘッドを適用したイン
クジェットユニットの一例を示す斜視図である。

【図６】図５のインクジェットユニットの分解斜視図で
ある。

【図７】本発明のインクジェットヘッドを適用したイン
クジェット記録装置の一例を示す斜視図である。

【図８】従来技術に係るインクジェットヘッドのノズル
を示す断面図である。

【符号の説明】

１１ 吐出口 １２ インク流路 １３ 流入開口 １４ インク １５ 電気熱変換体 １６，２５Ａ，２５Ｂ，２７Ａ，２７Ｂ 流体抵抗部 １７ 基板 １８ 天板 １９ 隔壁 ２０ 共通液室 ２１ 供給口 ２２ インク滴 ２３ 気泡 ２４，２６，２８ 流体抵抗通路

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 記録液滴を吐出するための複数の吐出口
   と、該各吐出口に連通し該吐出口から吐出される記録液
   を供給するための複数の液路と、該複数の液路が連通す
   る共通液室と、前記各液路に対応して設けられて前記記
   録液に膜沸騰を生じさせる熱エネルギを発生する吐出エ
   ネルギ発生素子と、を備えてなるインクジェットヘッド
   において、 前記吐出エネルギ発生素子が位置する前記液路の内面と
   異なる内面に、前記吐出エネルギ発生素子の中央部と前
   記共通液室との間に位置し、かつ前記液路の中心線を超
   える高さに突出して、前記膜沸騰により発生する気泡の
   消泡位置を前記吐出エネルギ発生素子の中央部から変位
   させるための突出部を設け、 前記液路は、該液路の中心線を含みかつ前記吐出エネル
   ギ発生素子の表面に対して垂直な面に対して非対称形状
   としたことを特徴とするインクジェットヘッド。
2. 【請求項２】 請求項１に記載のインクジェットヘッド
   において、 前記突出部の先端と対向する前記液路の内面に凹部を設
   けたことを特徴とするインクジェットヘッド。
3. 【請求項３】 請求項１または２に記載のインクジェッ
   トヘッドにおいて、前記インクジェットヘッドは、実質
   的に前記液路に沿う方向にインクを吐出することを特徴
   とするインクジェットヘッド。
4. 【請求項４】 請求項１から３のいずれかに記載のイン
   クジェットヘッドを具えたインクジェット記録装置であ
   って、前記インクジェットヘッドが記録装置本体に対し
   て着脱可能であることを特徴とするインクジェット記録
   装置。