JP2004202800A - インクジェット記録ヘッド - Google Patents

Abstract

【課題】同一インクで異なる吐出量のインクを吐出するヘッドにおいても、インクの圧力損失による吐出時性の低下を抑え、且つ異物による印字不良を引き起こさない歩留まりと信頼性の高いインクジェット記録ヘッドを提供する。
【解決手段】それぞれの吐出量に応じて、フィルタ孔・フィルタ面積・インク流路径が異なる複数種のフィルタを１つのインクタンクとインク流路の間に設ける構成とする。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、インクジェット記録ヘッド、該インクジェット記録ヘッドの製造方法及びインクジェット記録装置に関する。
【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、複写機等の記録機構を担う装置として広く採用されている。
【０００３】
このインクジェット記録の一つに、電気熱変換素子を用いた方法があり、一般に、インクジェットにより記録を行う際の構成要素として、インク滴を吐出するインクジェット記録ヘッドと、このインクジェット記録ヘッドに対してインクを供給する供給系とを少なくとも有する。電気熱変換素子を用いたインクジェット記録ヘッドは、インクの供給系の供給路と連通し、かつ、吐出口の形成された加圧室内に電気熱変換素子を設け、これに記録信号となる電気パルスを与えることによりインクに熱エネルギを与え、そのときのインクの相変化により生じるインクの発泡時（沸騰時）の気泡の圧力を利用してインク滴を吐出させるものである。
【０００４】
また、インクジェット記録の別の形態では、インクが充填されたインク収容部から、フィルタ及び流路を介してインクが供給され、供給されたインクは圧電振動子等を駆動させることによりノズルから吐出されるものもある。
【０００５】
このようなインクジェット記録技術を用いたカラーインクジェットプリンタは年々高解像度化しており、特に、画質を形成するために使用するインクジェット記録ヘッドにおいては個々の液滴を吐出する吐出口配列の解像度が６００ｄｐｉ、１２００ｄｐｉと年々高解像度化している。
【０００６】
また、画像を形成する吐出インク滴のサイズに関してはグレースケールのハーフトーン部や、カラーフォト画像における中間調、ハイライト部での粒状感を軽減させるべく、特にカラーインクを吐出させる記録ヘッドでは１５ｐｌ程度から５ｐｌ、２ｐｌと年々小液滴化する傾向にある。
【０００７】
しかし、小液滴、高解像度の記録ヘッドにおいては、高品位なカラーグラフィック画像や、フォト画像の印刷出力では高品位のユーザーニーズに対応できるものの、モノクロテキスト印刷や、帳票におけるカラーグラフなどの解像度の要求されない粗い画像の印刷出力に対しては、小液滴、高解像度により、画像出力データの肥大化、および、データ転送時間を必要とする点から、高速印刷の要求には反する結果となる。
【０００８】
これを改善するために本願出願人整理番号4296026において、高速印刷の要求の高い、モノクロ印刷用記録ヘッドには３０ｐｌ程度の大液滴サイズ、高周波対応の記録ヘッドを配し、カラーインクの記録ヘッドには５ｐｌ程度の小液滴の記録ヘッドを配する手段を考案し、製品化している。
【０００９】
しかしながら、カラー画像においても帳票グラフなどの粗い画像データを印刷する場合と、デジタルカメラや、カラースキャナなどによるデジタル入力機器データのデジタルフォト画像など、高精細画像データを印刷する場合では、印刷出力データのサイズ、およびデータ処理時間、データ転送時間、記録装置上のメモリバッファ量を考慮すると、高速印刷時には比較的大きいサイズの液滴で、少ない出力データサイズで画像を形成することが望ましく、高画質印刷の場合には限りなく小さいサイズの液滴で、形成画像の粒状性を極力少なくすることが望まれるため、同一色のインクの記録ヘッドノズル群で異なるサイズの液滴を吐出させ、一色あたりの液滴サイズを変調させることが望ましい。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、同一記録素子基板内に、２つの吐出量大液滴、小液滴を混在させる場合、吐出口径を変えるか、流路設計を行うこと等が知られているが、ヘッドのコスト信頼性という観点から見ると新たな課題が発生した。
【００１１】
すなわち、このようなインクジェット式記録ヘッドは、インク収容部のインク内に存在する異物が、インク流路内に混入されると、吐出不良を起こすという問題がある。そのため、通常、インク収容部と記録素子基板との間の流路には、複数の微細な孔を有し、インク内の異物及び気泡を除去するためのフィルタが装着されている。
【００１２】
このフィルタとしては、従来から、金属繊維を織って織り目をフィルタ孔としたフィルタが用いられ、このフィルタをインクが通過する際に異物及び気泡が除去される。しかし、このタイプのフィルタでは、除去しようとする異物、すなわち、より吐出口径の小さい小液滴ノズルの吐出口に詰まってしまう程度の異物より、かなり小さい目のフィルタ孔としなければならない。したがって、全体の開口率が小さくなるため、インクの流れによる圧力損失が大きく、特に、吐出量の多い大液滴ノズルの吐出特性が低下するという問題がある。
【００１３】
また、上記課題の解決のために、フィルタ自体の面積を増大する、あるいはフィルタの孔径を増大して、全体の流路面積を拡大する、または、圧力損失を低下させる方法が考えられている。
【００１４】
しかしながら、前者の場合、インクジェット記録ヘッド自体の寸法が大きくなってしまい、ひいては記録装置の長大化を招いてしまうという問題がある。また、後者の場合、小液滴ノズルの吐出口に詰まってしまう程度の異物がフィルタを通過してしまい、インク流路内に混入した異物が供給されると、吐出不良を起こすという問題がある。
【００１５】
さらに、上述のような問題を解決する手法として、大液滴ノズルに対して、小液滴ノズルの流路幅を狭くする、または、記録素子基板内のノズル近傍に設けたノズルフィルタの間隔を狭くするなどの手法が良く知られているが、上記のような構成は、その製法上、流路幅を狭くする、または、ノズルフィルタの間隔を狭くすることが困難であり、より小さな孔を形成することが出来る金属繊維を織って織り目をフィルタ孔としたフィルタのほうが、より、小さな異物を侵入させないためには、有利である。また、ノズル形状を変える場合、吐出口近傍に上述のような手法が取られるため、例えば、吐出量の違い、インク種の違い等の条件でも、最適な吐出を行なえるノズル設計に対する自由度が下がるという問題がある。
【００１６】
また、上記のように同一インクで２つの吐出量のインクを吐出するヘッドにおいて、それぞれのインクタンクを分離してしまうと、インクジェット記録ヘッド自体の寸法が大きくなってしまい、ひいては記録装置の長大化を招いてしまうため、２つの吐出量のインクを同一タンクから供給する必要がある。
【００１７】
そこで、本発明は、このような事情に鑑み、同一インクで異なる吐出量のインクを吐出するヘッドにおいても、インクの圧力損失による吐出特性の低下を抑え、且つ異物による印字不良を引き起こさないフィルタを備えた、歩留まりと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を課題とする。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
インク液滴を吐出する複数のノズルを有する記録素子基板と、インクを収容するインク収容部と、前記インク収容部から前記記録素子基板にインクを供給する流路とをするインクジェット記録ヘッドにおいて、
１つの前記インク収容部と前記流路の間に複数種のフィルタが並列に配置されていることを特徴とする。
【００１９】
また、前記記録素子基板に同一のインクを吐出するノズル列を複数有し、前記ノズル列のノズルの吐出口径がノズル列毎に異なることを特徴とする。
【００２０】
また、前記複数種のフィルタが前記インク収容部と前記流路の接する部位に設けられていてもよい。
【００２１】
さらに、前記複数種のフィルタのフィルタ孔が異なる、または、 前記複数種のフィルタのフィルタ面積が異なることを特徴とする。
【００２２】
また、前記複数種のフィルタにそれぞれ独立して記録素子基板のノズルに通じる流路が設けられていることを特徴とし、前記流路の流路径が異なる構成であってもよい。
【００２３】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
【００２４】
なお、以下の各実施形態で示される数値は一例であり、本発明はこれらに限定されるものではない。また、本発明は、各実施形態に限らず、これらをさらに組み合わせるものであってもよく、この明細書の特許請求の範囲に記載された本発明の概念に包含されるべき他の技術にも応用することができる。
【００２５】
（第１の実施形態）
図面を用い、本発明の第1の実施例を以下に示す。
【００２６】
図１から図7は、本発明が実施もしくは適用される好適なヘッドカートリッジ、記録ヘッド、インクタンクのそれぞれ及びそれぞれの関係を説明するための説明図である。以下、これらの図面を参照して各構成要素の説明を行う。
【００２７】
本発明の記録ヘッドH１００１は、電気信号に応じて膜沸騰をインクに対して生じせしめるための熱エネルギーを生成する電気熱変換体を用いて記録を行うバブルジェット方式のサイドシュータ型とされる記録ヘッドである。
【００２８】
記録ヘッドH１００１は、図２、図３に示すように、記録素子ユニットH１００２とインク供給ユニットH１００３とタンクホルダーH１８００から構成される。
【００２９】
さらに、記録素子ユニットH１００２は、第一の記録素子基板H１１００、第二の記録素子基板H１１０１、プレートH１２００、電気配線テープH１３００、電気コンタクト基板Ｈ１３０１で構成されており、また、インク供給ユニットＨ１００３は、インク供給部材Ｈ１５００、ジョイントゴムＨ１２０１、フィルタＨ１６００、シールゴムＨ１４００から構成されている。
【００３０】
また図５は第二の記録素子基板Ｈ１１０１の構成を説明するために一部分解した斜視図である。第二の記録素子基板Ｈ１１０１は３色のインクを吐出させるための記録素子基板であり、図６、図７に示すように、6個のインク供給口Ｈ１１０２が並列して形成されており、それぞれのインク供給口を挟んだ両側に電気熱変換素子Ｈ１１０３とインク吐出口が形成されている。また、３色のインクそれぞれに各色２列づつ、例えばそのインクの吐出量２ｐｌである小液滴のインクを吐出できる吐出口径の吐出口Ｈ１１１３を有するノズル列Ｈ１１１１と、例えばそのインクの吐出量５ｐｌである大液滴のインクを吐出できる吐出口径の吐出口Ｈ１１１４を有するノズル列Ｈ１１１２で構成されている。
【００３１】
そして、Ｓｉ基板Ｈ１１０６の上に樹脂材料でフォトリソ技術によりインク流路やインク吐出口が形成されている。また、電気配線に電力を供給するための電極部Ｈ１１０４にはＡｕ等のバンプＨ１１０５が形成されている。
【００３２】
図４（ａ）（ｂ）は、記録ヘッドカートリッジＨ１０００を構成する記録ヘッドＨ１００１とインクタンクＨ１７０１、Ｈ１７０２、Ｈ１７０３、Ｈ１７０４の装着を説明する図であり、インクタンクＨ１７０１、Ｈ１７０２、Ｈ１７０３、Ｈ１７０４の内部には、対応する色のインクが収納されている。また、図１および図３に示すようにそれぞれのインクタンクには、インクタンク内のインクを記録ヘッドＨ１００１に供給するためのインク供給口Ｈ１９０７が形成されている。
【００３３】
インクタンクＨ１７０２、Ｈ１７０３、Ｈ１７０４が記録ヘッドＨ１００１に装着されると、インクタンクの供給口Ｈ１７１０に設けられた圧接体Ｈ１７２０が、記録ヘッドＨ１００１のジョイント部Ｈ１５１０に設けられた小液滴用フィルタＨ１６０１および大液適用フィルタＨ１６０２と圧接され、インクタンクＨ１７００内のインクが供給口Ｈ１７１０から記録ヘッドＨ１００１の小液滴インク流路Ｈ１５０１および大液滴インク流路Ｈ１５０２を介して、第一のプレートＨ１２００を通り第２の記録素子基板Ｈ１１０１に設けられた小液滴ノズル列Ｈ１１１１および大液滴ノズル列Ｈ１１１２に、それぞれ独立して供給される。
【００３４】
そして、電気熱変換素子Ｈ１１０３と吐出口Ｈ１１０７のある発泡室Ｈ１１０９にインクが供給され、電気熱変換素子Ｈ１１０３に与えられる熱エネルギーによって被記録媒体である記録用紙に向けて吐出される。
【００３５】
このとき、小液滴用フィルタＨ１６０１は、連通している小液滴ノズルＨ１１１３の吐出量が２ｐｌのとき、その吐出口径は約１０μmとかなり小さく、インク収容部のインク内に存在する異物が、インク流路内に混入されると、吐出不良を起こす確率が高いため、例えばフィルタ孔の内径が２〜５μmというかなり小さいフィルタを用いて形成した。また、大液適用フィルタＨ１６０２は、連通している大液滴ノズルＨ１１１４の吐出量が５ｐｌのとき、その吐出口径は約１７μmとなり、ある程度の異物は吐出時もしくは吸引時に、ノズルＨ１１１４から外部に排出されるが、小液滴用フィルタＨ１６０１と同じフィルタ孔だと、その吐出量が多いため、いわゆるベタ印字時に、流量が不足し、吐出特性が低下するため、例えばフィルタ孔の内径が７〜１０μmというフィルタを用いて形成した。
【００３６】
また、大液滴の流量のマージンをさらに上げるため、図８に示すように、大液適用フィルタＨ１６０２の面積を、小液滴用フィルタＨ１６０１より大きくなるように形成する、また、大液滴インク流路Ｈ１５０２の流路径を、小液滴インク流路Ｈ１５０１より大きくなるように形成するものであってもよい。
【００３７】
また、より階調性をあげるために、図９に示すように、同一インクで３種の吐出量のインクを吐出させる場合も、同様に、小液滴用フィルタＨ１６０１、中液滴用フィルタＨ１６０３、大液適用フィルタＨ１６０２および、小液滴インク流路Ｈ１５０１、中液滴インク流路Ｈ１５０３、大液滴インク流路Ｈ１５０２を、その吐出量に応じて、最適な吐出特性、信頼性を上げられるように、異なるフィルタ孔、フィルタ面積、流路径で形成されるものであっても良い。また、３種類以上の吐出量を吐出させる場合も同様である。
【００３８】
また、フィルタＨ１６００は、インクタンクＨ１７００と接する部位に設けず、インク流路内に設ける構成であっても良い。
【００３９】
以上説明したように、本実施形態をとることにより、同一インクで、複数種の異なる吐出量のインクを吐出するヘッドにおいても、それぞれの吐出量に応じて複数種の異なるフィルタを１つのインクタンクから供給されるインク流路に設ける構成としたため、インクジェット記録ヘッド自体の寸法を長大化することなく、小液滴ノズルでの異物混入による吐出不良および大液滴ノズルでの流量不足による吐出特性低下を起こすことのな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可能となる。
【００４０】
（第２の実施形態）
次に、図１０を用い、本発明の第２の実施例を以下に示す。
【００４１】
図１０に示したように、インクタンクＨ１７００から、供給口Ｈ１７２０が２つ設けられ、それぞれの供給口Ｈ１７２０には、同一のインクを収容するスポンジ部Ｈ１７３０と接する圧接体Ｈ１７１０が設けられている。そして、インク供給部材Ｈ１５００に、ジョイント部Ｈ１５１０が、インクタンクＨ１７００の供給口Ｈ１７２０に対向する位置に、２つ設けられ、一方は、小液滴ノズルＨ１１１３に通ずる小液滴インク流路Ｈ１５０１、小液滴用フィルタＨ１６０１が形成され、他方は、大液滴ノズルＨ１１１４に通ずる大液滴インク流路Ｈ１５０２、大液滴用フィルタＨ１６０２が、実施例１と同様に、それぞれの吐出量のインク滴を吐出する際の吐出特性と信頼性を向上させるように異なるもので形成している。上記のような構成をとることによっても、本発明の第１の実施例と同様の効果を得られる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可能となる。
【００４２】
（第３の実施形態）
次に、図１１を用い、本発明の第３の実施例を以下に示す。本実施例は、記録ヘッド部とインク収容部が、一体型のインクジェット記録ヘッドカートリッジのものである。
【００４３】
図１１に示したように、記録ヘッドＨ１００１とインク収容部Ｈ１７４０が一体となっており、例えば、シアン、マゼンタ、イエローの３種のインクが吐出できるように、３つのインク収容部Ｈ１７０４が設けられ、それぞれには、インクを収容しているスポンジ部Ｈ１６０１と接するように、小液滴用フィルタＨ１６０１、大液適用フィルタＨ１６０２が設けられ、記録ヘッド部Ｈ１００１で、それぞれ小液滴インク流路Ｈ１５０１、大液滴インク流路Ｈ１５０２と通じ、小液滴ノズルＨ１１１３、大液滴ノズルＨ１１１４から２種の吐出量のインクを吐出する。このとき、各色のインク収容部に設けられた２種のフィルタは、実施例１と同様に、それぞれの吐出量のインク滴を吐出する際の吐出特性と信頼性を向上させるように異なるもので形成している。上記のような構成をとることによっても、本発明の第１の実施例と同様の効果を得られる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可能となる。
【００４４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、同一インクで、異なる吐出量のインクを吐出するヘッドにおいても、それぞれの吐出量に応じて複数種の異なるフィルタを１つのインクタンクから供給されるインク流路に設ける構成としたため、インクジェット記録ヘッド自体の寸法を長大化することなく、小液滴ノズルでの異物混入による吐出不良および大液滴ノズルでの流量不足による吐出特性低下を起こすことのな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可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例の構成を示す模式図
【図２】本発明のインクジェット記録ヘッドカートリッジの記録ヘッド部の分解斜視図
【図３】本発明のインクジェット記録ヘッドカートリッジの側断面図
【図４】本発明のインクジェット記録ヘッドカートリッジを示す斜視図
【図５】本発明のインクジェット記録ヘッドカートリッジの第２の記録素子基板を一部破断して示す斜視図
【図６】本発明のインクジェット記録ヘッドカートリッジの第２の記録素子基板のノズル配列を示す模式図
【図７】本発明のインクジェット記録ヘッドカートリッジのノズル形状を示す模式図
【図８】本発明の第１の実施例の別の構成を示す模式図
【図９】本発明の第１の実施例の別の構成を示す模式図
【図１０】本発明の第２の実施例の構成を示す側断面図
【図１１】本発明の第３の実施例の構成を一部破断して示す斜視図
【符号の説明】
Ｈ１０００ 記録ヘッドカートリッジ
Ｈ１００１ 記録ヘッド
Ｈ１００２ 記録素子ユニット
Ｈ１００３ インク供給ユニット
Ｈ１１００ 第１の記録素子基板
Ｈ１１０１ 第２の記録素子基板
Ｈ１１０２ インク供給口
Ｈ１１０３ 電気熱交換素子
Ｈ１１０４ 電極部
Ｈ１１０５ バンプ
Ｈ１１０６ Ｓｉ基板
Ｈ１１１１ 小液滴ノズル列
Ｈ１１１２ 大液滴ノズル列
Ｈ１１１３ 小液滴吐出口
Ｈ１１１４ 大液滴吐出口
Ｈ１２００ プレート
Ｈ１２０１ ジョイントゴム
Ｈ１３００ 電気配線テープ
Ｈ１３０１ 電気コンタクト基板
Ｈ１４００ シールゴム
Ｈ１５００ インク供給部材
Ｈ１５０１ 小液滴インク流路
Ｈ１５０２ 大液滴インク流路
Ｈ１５０３ 中液滴インク流路
Ｈ１５１０ ジョイント部
Ｈ１６００ フィルタ
Ｈ１６０１ 小液適用フィルタ
Ｈ１６０２ 大液適用フィルタ
Ｈ１６０３ 中液適用フィルタ
Ｈ１７００ インクタンク
Ｈ１７０１ ブラックインクタンク
Ｈ１７０２ シアンインクタンク
Ｈ１７０３ マゼンタインクタンク
Ｈ１７０４ イエローインクタンク
Ｈ１７１０ 供給口
Ｈ１７２０ 圧接体
Ｈ１７３０ スポンジ部
Ｈ１７４０ インク収容部
Ｈ１８００ タンクホルダー

Claims (7)

1. インク液滴を吐出する複数のノズルを有する記録素子基板と、インクを収容するインク収容部と、前記インク収容部から前記記録素子基板にインクを供給する流路とをするインクジェット記録ヘッドにおいて、
   １つの前記インク収容部と前記流路の間に複数種のフィルタが並列に配置されていることを特徴とするインクジェット記録ヘッド。
2. 前記記録素子基板に同一のインクを吐出するノズル列を複数有し、前記ノズル列のノズルの吐出口径がノズル列毎に異なることを特徴とする請求項１に記載のインクジェット記録ヘッド。
3. 前記複数種のフィルタが前記インク収容部と前記流路の接する部位に設けられていることを特徴とする請求項１に記載のインクジェット記録ヘッド。
4. 前記複数種のフィルタのフィルタ孔が異なることを特徴とする請求項１に記載のインクジェット記録ヘッド。
5. 前記複数種のフィルタのフィルタ面積が異なることを特徴とする請求項１に記載のインクジェット記録ヘッド。
6. 前記複数種のフィルタにそれぞれ独立して記録素子基板のノズルに通じる流路が設けられていることを特徴とする請求項１に記載のインクジェット記録ヘッド。
7. 前記流路の流路径が異なることを特徴とする請求項６に記載のインクジェット記録ヘッド。

Images