JP2004167929A - インクジェット記録装置 - Google Patents

Abstract

【課題】インクの初期充填および回復時に、共通液室に残留気泡なく、効率的に回復できるインクジェット記録ヘッドの提供（主に長尺ＦＭ）。
【解決手段】回復時に、ヘッド全体を傾け、気泡を片端上方に集め、インクをヘッドに加圧注入する。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は，被記録材に記録を行う記録ヘッド、特に、インクを吐出口から噴射してインク液滴を形成するインクジェット記録ヘッドおよびインクジェット記録装置に関するものである．
【０００２】
【従来の技術】
インクジェット記録装置は、いわゆるノンインパクト記録方式の記録装置である。高速な記録と様々な記録メディアに対して記録することが可能であり、記録時における騒音がほとんど生じないといった特徴を持つ。このようなことから、プリンタ、ワードプロセッサ、ファクシミリ、複写機などの記録機構を担う装置として広く採用されている。
【０００３】
インクジェット記録は、微小な吐出口から微小な液滴を吐出させ、記録紙に対し記録を行うこともので、代表的な方法としては電気熱変換素子を用いた方法がある。このようなインクジェット記録は、一般に液滴を形成するためのノズルを持つインクジェット記録ヘッドと、このヘッドに対してインクを供給する供給系とから構成される。電気熱変換素子を用いたインクジェット記録ヘッドでは、電気熱変換素子を加圧室内に設け、これに記録信号となる電気パルスを与えることにより記録液に熱エネルギーを与え、そのときの記録液の相変化により生じる記録液の発泡（沸騰）時の気泡圧力を記録液滴の吐出に利用する。
【０００４】
上記のような電気熱変換方式を用いたインクジェット記録ヘッドの場合、電気熱変換素子が配列された基板に対して平行に記録液を吐出させる方式（エッジシューター）と電気熱変換素子が配列された基板に対して垂直に記録液を吐出させる方式（サイドシューター）がある。以下、サイドシューターを例に挙げ、インクジェット記録ヘッドの具体的な構成について説明する。
【０００５】
図９はサイドシュータータイプのインクジェット記録ヘッドの外観斜視図、図１０は同記録ヘッドの平面図である。図１０（ａ）は同記録ヘッドのインク吐出方向から見た上面図、図１０（ｂ）および（ｃ）はそれぞれ、図１０（ａ）のＡ−Ａ断面、Ｂ−Ｂ断面の図である。
【０００６】
シリコン基板１０１の中央付近の表面側にはインクを吐出するためのインク吐出口１０２が複数開口しており、各々の吐出口に対応してインクを発泡させるための不図示の加熱ヒーターがシリコン基板１０１上に形成されている。
【０００７】
加熱ヒーターからの電気配線は、加熱ヒーターを駆動するためのトランジスタ回路に接続される。このトランジスタ回路は、記録素子基板上に作り込む方法と、別体に作り込んだ素子を記録素子基板に実装する方法とが知られている。通常、加熱ヒーターの個数が比較的少ないシリコン基板１０１においては、シリコン基板１０１上にトランジスタ回路を作り込む方法が一般的であるが、印字幅を広げる目的で、比較的多数個の加熱ヒーターを配設した記録素子基板においては、トランジスタ回路を作り込む構成では記録素子基板の歩留まりの大幅な低下を招くため、トランジスタ回路を別体に作り込んだ素子を記録素子基板に実装する方法の方が、歩留まり上、有利である。図９、１０には、トランジスタ回路を別体の外付け駆動素子１０３に作り込んだものを実装した従来例を示している。
【０００８】
図９１０においては、加熱ヒーターからの配線は、各々、シリコン基板１０１上の外付け駆動素子１０３実装部にのびており、ここに実装された駆動素子に電気的に接続されている。外付け駆動素子１０３は異方性導電フィルムや、半田バンプ等によるＣＯＢ（ｃｈｉｐ ｏｎ ｂｏａｄ）接続方法により、シリコン基板１０１に接続されている。また、外付け駆動素子１０３には、トランジスタ回路の他にトランジスタを駆動するためのロジック回路が搭載されており、そのロジック回路を駆動する信号は、シリコン基板１０１を介してフレキシブル回路基板１０５に接続される。さらにフレキシブル回路基板１０６は、ガラスエポキシ等の複合材料からなる電気回路基板１０７に接続され、電気回路基板１０７には、外部から電気的信号を入力するための電気コネクタ１０８が搭載されている。
【０００９】
外付け駆動素子１０３およびフレキシブル回路基板１０５の電気的接続部は、電極部が露出すると、吐出口から飛散した液滴もしくは紙上より跳ね返ったインクが電極に付着して電極やその下地金属を腐食するため、該電極部はエポキシ樹脂等の封止性、イオン遮断性に優れた不図示の封止剤により被覆され、封止されている。
【００１０】
シリコン基板１０１の裏面側には、ベースプレート１０４および支持部材１０６によって形成される、インクを保持するためのインク共通液室１２２がそれら吐出口列の長さとほぼ等しい長さで開口しており、シリコン基板１０１には、この裏面側のインクを表面側に供給するためのインク供給口１１０が設けられている。
【００１１】
インク共通液室１２２は、さらにインクジョイント１１９に連通しており、不図示のヘッド外部からのインクの供給を受ける構成になっている。インクジョイント１１９は、記録ヘッド１２０の印字幅が短い場合には、１つでも良いが、印字幅が広いもの、特に、記録紙の幅一杯に印字幅があるフルラインタイプの記録ヘッド１２０の場合は、単位時間当たりのインク使用量が大きいため、複数個のインクジョイント１１９を設けることもある。
【００１２】
上記のような構成のインクジェット記録ヘッド１２０を複数個並べ、カラーの印字を高速に印字するインクジェット記録装置の一例を図１２に示す。
【００１３】
ベルト送りローラー２０２に紙搬送ベルト２０１を巻き付け、被記録材である記録用紙を搬送する、紙搬送機構の上部に、上述したインクジェット記録ヘッドが複数個並べてある。これらのインクジェット記録ヘッド１２０は、例えば１ユニット当たり１色の印字ができるものを４色分搭載してフルカラー印字を可能にしたものが従来知られている。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら，上記に示した方法においては、以下に示す２つの問題点があった。
【００１５】
１つ目は、記録ヘッド１２０を製作し、初期のインクを流入させた際に、インク共通液室１２２に気泡１３０が混入し、インク共通液室１２２から抜けにくいという問題である。図１１に示すように、インク共通液室１２２にインクジョイント１１９からインクを加圧流入させると、インクはインク共通液室１２２内の下部から充填され、上部に気泡１３０が残りやすく、気泡１３０が残留したままインクジョイント１１９からいくらインクを加圧流入させても気泡は抜けにくい。この気泡１３０がその後の記録ヘッド１２０による印字時に、インク供給口１１０を通り、不図示のノズル内に流入し、印字不良の原因となるということがあるのである。気泡がノズル内に流入すると、ノズルに流入した気泡の大きさによって、吐出インクの量のバラツキを引き起こしたり、インクの飛翔速度の低下を招き、非記録材への着弾精度不良が発生したり、さらには不吐出といったトラブルが発生し、結果的には、印字品位の劣化につながっていた。
【００１６】
２つ目の問題点は、予めインク中に溶解していた気体が、記録ヘッド１２０の使用中に気化し、気泡１３０となり、これがインク共通液室１２２に滞留することがある点である。この場合も、第１の問題点と同様、気泡１３０が、インク供給口１１０を通り、不図示のノズル内に流入し、印字不良の原因となっていた。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記の課題に対し、インクジェット記録ヘッドのインクの初期充填時にヘッド内に残留する気泡、ないしは、使用時に発生した気泡を効率的に除去するために、インクジェット記録ヘッドを水平面に対して傾けた状態でインクを加圧することを特徴とする、インクジェット記録装置の提供である。
【００１８】
本発明の要旨を以下に述べる。
【００１９】
本発明の第１の要旨は、被記録材に記録液を吐出するための記録液吐出口と記録液に運動エネルギを印加するための記録素子が複数個設けられた記録素子基板と、該複数個の記録素子に記録液を供給するための共通液室と、該共通液室にインクを供給するためのインク供給口とを有するインクジェット記録ヘッドを有し、前記インク供給口に記録液を加圧流入させる記録液加圧手段を有するインクジェット記録装置であって、前記インクジェット記録ヘッドが、被記録材に記録液を吐出する第１の姿勢と、前記共通液室にインクを充填する第２の姿勢とを有し、前記第２の姿勢において、前記共通液室の天井が水平面に対して傾きをもっていることを特徴とするインクジェット記録装置に存在する。
【００２０】
本発明の第２の要旨は、前記共通液室の天井に、前記第２の姿勢において天井の上部に相当する位置に、気泡を流出させることのできる、気泡流出流路を有することを特徴とする、第１の要旨に記載のインクジェット記録装置に存在する。
【００２１】
本発明の第３の要旨は、前記インク供給口が複数個設けられたインクジェット記録ヘッドであって、該複数個のインク供給口のうち、少なくとも一つの前記インク供給口が、前記気泡流出流路を兼ねていることを特徴とする、第１ないしは第２の要旨に記載のインクジェット記録装置に存在する。
【００２２】
本発明の第４の要旨は、前記気泡流出流路が、前記第１ないしは第２の姿勢において、記録液吐出口と概略同一の高さにおいて、大気圧に解放されていることを特徴とする、第１、第２ないしは第３の要旨に記載のインクジェット記録装置に存在する。
【００２３】
本発明の第５の要旨は、前記インクジェット記録ヘッドは、前記被記録材の幅と同等の記録幅を持つことを特徴とする、第１、第２、第３ないしは第４の要旨に記載のインクジェット記録装置に存在する。
【００２４】
本発明の第６の要旨は、前記記録素子は、電気エネルギを熱エネルギに変換し、前記記録液の発泡現象を伴って前記記録液を吐出することを特徴とする、第１、第２、第３、第４ないしは第５の要旨に記載のインクジェット記録ヘッド。
【００２５】
本発明の第７の要旨は、前記記録液が、予め溶存ガスを脱気した、脱気記録液であることを特徴とした、第１、第２、第３、第４、第５ないしは第６の請求項に記載のインクジェット記録装置。
【００２６】
【発明の実施の形態】
［実施例１］
図３、図４および図５は本発明のインクジェット記録装置を構成するインクジェット記録ヘッドを説明するための図であり、図３は本発明のインクジェット記録ヘッドの外観斜視図、図４（ａ）は本発明の第１の実施例のインクジェット記録ヘッドの主要部の模式的平面図、図４（ｂ）は図４（ａ）のＡ−Ａ断面図、図４（ｃ）は図４（ａ）のＢ−Ｂ断面図、図５は本発明第１の実施例のインクジェット記録ヘッドの主要部の模式的断面斜視図である。
【００２７】
図３において、本発明のインクジェット記録ヘッドは、シリコン基板１０１の中央付近の表面側にインクを吐出するためのインク吐出口１０２が複数開口しており、このインク吐出口１０２から吐出されるインク滴によって記録を行うものである。
【００２８】
図４および図５に示すように、シリコン基板１０１上には、各々のインク吐出口１０２に対応してヒーター１１１が形成されており、このヒーター１１１に通電加熱してインクを発泡させ、その運動エネルギで記録液であるインクをインク吐出口１０２から吐出させる。
【００２９】
ヒーター１１１からの配線は、各々、シリコン基板１０１上の外付け駆動素子１０３実装部にのびており、ここに実装された駆動素子に電気的に接続されている。外付け駆動素子１０３は異方性導電フィルムを介してＣＯＢ（ｃｈｉｐ ｏｎ ｂｏａｄ）接続方法により、シリコン基板１０１に接続されている。また、外付け駆動素子１０３には、トランジスタ回路の他にトランジスタを駆動するためのロジック回路が搭載されており、そのロジック回路を駆動する信号は、シリコン基板１０１を介してフレキシブル回路基板１０５に接続される。さらにフレキシブル回路基板１０５は、ガラスエポキシ等の複合材料からなる電気回路基板１０７に接続され、電気回路基板１０７には、外部から電気的信号を入力するための電気コネクタ１０８が搭載されている。
【００３０】
外付け駆動素子１０３およびフレキシブル回路基板１０５の電気的接続部は、電極部が露出すると、吐出口から飛散した液滴もしくは紙上より跳ね返ったインクが電極に付着して電極やその下地金属を腐食するため、該電極部は封止性、イオン遮断性に優れたシリコン樹脂からなる封止剤１１２により被覆され、封止されている。
【００３１】
シリコン基板１０１の裏面側には、ベースプレート１０４および支持部材１０６によって形成される、インクを保持するためのインク共通液室１２２がそれら吐出口列の長さとほぼ等しい長さで開口しており、シリコン基板１０１には、この裏面側のインクを表面側に供給するためのインク供給口１１０が設けられている。
【００３２】
インク共通液室２１２は、さらにインクジョイント１１９に連通しており、インク吐出時には、インクジェット記録ヘッドは、外部の不図示のインクタンクからインクジョイント１１９を通じてインクの供給を受ける構成になっている。
【００３３】
このインクジェット記録ヘッド１２０を用いて印字を行う、インクジェット記録装置を図２に示す。
【００３４】
図２は、前述のインクジェット記録ヘッド１２０を４本並べ、それぞれにイエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの各色を割り当て、４色のフルカラー印字を行うインクジェット記録装置の模式図である。ベルト送りローラー２０２に紙搬送ベルト２０１を巻き付け、被記録材である記録用紙２０３を搬送する、紙搬送機構の上部に、上述したインクジェット記録ヘッド１２０が４本並べてある。記録用紙２０３がインクジェット記録ヘッド１２０の下をくぐる間に４本のインクジェット記録ヘッド１２０がインクを記録紙２０３に吐出し、高速に印字を行うものである。
【００３５】
このようなインクジェット記録装置において、インクジェット記録ヘッド１２０にインクを充填する際は、インクジョイント１１９からインクを加圧流入させる。このとき、インク共通液室２１２に気泡が残らないようにするため、本発明においては、図１に示すように、インクジェット記録ヘッド１２０を斜めに傾け、インク共通液室２１２に気泡が残らないようにするものである。インクジェット記録ヘッド１２０に、インクを加圧流入させている際のインクジェット記録ヘッド１２０内部を図６に示す。インクを初期充填する前は図６（ａ）に示すように、インク共通液室２１２にはインクは入っていない。インクを初期充填する際は、前述のように、図６（ｂ）に示すように、インクジェット記録ヘッド１２０をインクジョイント１１９が低くなるように傾け、インクをインクジョイント１１９から加圧流入させる。すると、インク共通液室２１２内部において、気泡１３０は、浮力とインク流入の流れに従って図６（ｂ）中右上に容易に集めることができる。さらにインクを加圧させることで、気泡１３０は、すべてインク供給口１１０を経て、ノズル１１４から排出されるのである。なお、図６に示したように、共通液室２１２の下流部分の角を落としておくといっそう、気泡１３０の排出が促進されることも実験によって確認された。
【００３６】
また、インクジェット記録ヘッド１２０を使用中に、インクに溶存していたガスがインクから排出され、インク共通液室２１２にたまり、気泡１３０を形成した際にも、上述のように、インクジェット記録ヘッド１２０を傾けてインクを加圧流入させることで気泡１３０を効果的に排出することができるのである。
【００３７】
さらに、本発明は、あらかじめインクに溶存するガスを脱気してインクの発泡安定性を高めたインクジェット記録装置に適用すれば、インク中への気泡１３０混入を防止することができるため、インクの脱気度の劣化を防ぐことができるのである。
【００３８】
このように、本発明によれば、インクジェット記録ヘッド１２０内部の不要な気泡１３０を排出する際に、インクジェット記録ヘッド１２０を傾け、インクを加圧流入させることで、効果的に気泡１３０を排出することができるインクジェット記録装置を提供できるものである。ひいては、ノズル内の気泡の除去性を向上し、安定して高い印字品位を実現するインクジェット記録装置を提供するものである。
【００３９】
［実施例２］
本発明の第２の実施例を図７を用いて説明する。
【００４０】
本実施例の第１の実施例との相違点は、インク共通液室２１２の端部に気泡流出流路１２１を設けた点にある。図７（ｂ）に示すように、インクジェット記録ヘッド１２０を傾けた際に、インク共通液室２１２のほぼ最上部に相当する箇所に細い流路が設けられている。この流路は、インクをインクジョイント１１９から加圧流入させた際に、インク共通液室２１２の最上部に気泡１３０がスムーズに集まり、その気泡１３０がよりスムーズに排出されるように設けられた流路である。この気泡流出流路１２１の他端は、望ましくは、インク吐出時の姿勢の状態（図７（ａ））で、メニスカスが破れたりしてインクが流出したり、ノズル１１４に不要の水頭圧を与えぬよう、ノズル１１４と同じ高さにし、ノズル１１４に形成されるインク吐出口１０２と同等のスケールの開口部を持って大気中に解放されているのが望ましい。
【００４１】
このように、本実施例は、第１の実施例に加えて気泡流出流路１２１を設け、インク共通液室２１２内の気泡１３０の排出を、よりスムーズにするものである。
【００４２】
［実施例３］
本発明の第３の実施例について図８を用いて説明する。
【００４３】
本発明の第１、第２の実施例との相違点は、本発明をインクを循環回復するインク供給系をもつインクジェット記録装置に適用した点にある。第１、第２の実施例においては、インクの供給は加圧のみであったが、本実施例の場合は、インクジョイント１１９を左右に２本設け、これらを用いて、気泡１３０の排出時にインク共通液室１２２内のインクを循環させるものである。
【００４４】
インクジェット記録ヘッド１２０へのインク初期充填および、気泡１３０の排出時には、図８（ｂ）に示すように、インクジェット記録ヘッド１２０を斜めにし、低い方のインクジョイント１１９からインクを加圧流入させると同時に、インク共通液室１２２を満たし、あふれるインクを高い方のインクジョイント１１９から流出させるものである。高い方のインクジョイント１１９から排出されたインクおよび、気泡１３０は付図示のインクタンクに戻される構成となっている。
【００４５】
このようにして気泡１３０が排出された後、図８（ａ）に示すように、インクジェット記録ヘッド１２０を水平に戻し、図２に示す構成で、印字を行う。印字の際のインクジェット記録ヘッド１２０へのインク供給は、２本のインクジョイント１１９の両方からインクが供給される構成となっている。
【００４６】
このように、本発明の第３の実施例によれば、本発明は、インクジェット記録ヘッド１２０内部をインク循環回復させるインクジェット記録ヘッドの構成にも適用でき、インクジェット記録ヘッド１２０内部に不要の気泡１３０を円滑に排出させることができるようにするものである。
【００４７】
【発明の効果】
本発明は、以上説明してきたように、インクジェット記録ヘッド１２０にインクを初期充填する際にインク共通液室１２２内部に残存する気泡１３０、あるいは、使用により発生した気泡１３０を、インクジェット記録ヘッド１２０を傾け、インクを流入させることで円滑に除去するものである。
【００４８】
その結果、ノズル内の気泡３０１の除去性を向上し、さらにノズル内への気泡３０１の混入を防止することができ、印字品位の高い、信頼性の高いインクジェット記録ヘッドを提供することができるようにするものである。
【００４９】
また、以上の説明は、全て、サイドシューターのバブルジェット（登録商標）方式のインクジェット記録ヘッドおよびインクジェット記録ヘッドについて行ってきたが、もちろん、エッジシューター方式のインクジェット記録ヘッドや、ピエゾ方式のインクジェット記録ヘッドにも、本発明は適用でき、その効果は上記説明と何ら変わりないものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例のインクジェット記録装置の模式的斜視図
【図２】本発明の第１の実施例のインクジェット記録装置の模式的斜視図
【図３】本発明の第１の実施例のインクジェット記録ヘッドの外観斜視図
【図４】本発明の第１の実施例のインクジェット記録ヘッドの３面図
【図５】本発明の第１の実施例のインクジェット記録ヘッド主要部の模式的断面斜視図
【図６】本発明の第１の実施例のインクジェット記録ヘッドの断面図
【図７】本発明の第２の実施例のインクジェット記録ヘッドの断面図
【図８】本発明の第３の実施例のインクジェット記録ヘッドの断面図
【図９】従来のインクジェット記録ヘッドの外観斜視図
【図１０】従来のインクジェット記録ヘッドの３面図
【図１１】本発明の第１の実施例のインクジェット記録ヘッドの断面図
【図１２】本発明の第１の実施例のインクジェット記録装置の模式的斜視図
【符号の説明】
１０１ シリコン基板
１０２ インク吐出口
１０３ 外付け駆動素子
１０４ ベースプレート
１０５ フレキシブル回路基板
１０６ 支持部材
１０７ 電気回路基板
１０８ 電気コネクタ
１０９ キャップ受け
１１０ インク供給口
１１１ ヒーター
１１２ 封止材
１１３ ノズル材
１１４ ノズル
１１５ 外部取り出し電極
１１６ マクラ部材
１１８ インク供給チューブ
１１９ インクジョイント
１２０ インクジェット記録ヘッド
１２１ 気泡流出流路
１２２ インク共通液室
１３０ 気泡
２０１ 紙搬送ベルト
２０２ ベルト送りローラー
２０３ 記録用紙

Claims (7)

1. 被記録材に記録液を吐出するための記録液吐出口と記録液に運動エネルギを印加するための記録素子が複数個設けられた記録素子基板と、
   該複数個の記録素子に記録液を供給するための共通液室と、
   該共通液室にインクを供給するためのインク供給口とを有するインクジェット記録ヘッドを有し、
   前記インク供給口に記録液を加圧流入させる記録液加圧手段を有するインクジェット記録装置であって、
   前記インクジェット記録ヘッドが、
   被記録材に記録液を吐出する第１の姿勢と、
   前記共通液室にインクを充填する第２の姿勢とを有し、
   前記第２の姿勢において、前記共通液室の天井が水平面に対して傾きをもっていることを特徴とするインクジェット記録装置。
2. 前記共通液室の天井に、前記第２の姿勢において天井の上部に相当する位置に、気泡を流出させることのできる、気泡流出流路を有することを特徴とする、第１の請求項に記載のインクジェット記録装置。
3. 前記インク供給口が複数個設けられたインクジェット記録ヘッドであって、
   該複数個のインク供給口のうち、少なくとも一つの前記インク供給口が、前記気泡流出流路を兼ねていることを特徴とする、第１ないしは第２の請求項に記載のインクジェット記録装置。
4. 前記気泡流出流路が、前記第１ないしは第２の姿勢において、記録液吐出口と概略同一の高さにおいて、大気圧に解放されていることを特徴とする、
   第１、第２ないしは第３の請求項に記載のインクジェット記録装置。
5. 前記インクジェット記録ヘッドは、前記被記録材の幅と同等の記録幅を持つことを特徴とする、第１、第２、第３ないしは第４の請求項に記載のインクジェット記録装置。
6. 前記記録素子は、電気エネルギを熱エネルギに変換し、前記記録液の発泡現象を伴って前記記録液を吐出することを特徴とする、第１、第２、第３、第４ないしは第５の請求項に記載のインクジェット記録ヘッド。
7. 前記記録液が、予め溶存ガスを脱気した、脱気記録液であることを特徴とした、第１、第２、第３、第４、第５ないしは第６の請求項に記載のインクジェット記録装置。

Images