(57)【要約】【課題】インクジェット記録ヘッド製造工程における熱履歴の影響、及び印字時に発生する熱によるヒータ基板とベースプレート接着面に発生する応力を緩和する。【解決手段】インクを吐出するための熱エネルギーを発生するヒータ部が形成されたヒータ基板と、当該ヒータ基板における前記ヒータ部の非形成面に取り付けられたプレート部材とを有するインクジェット記録ヘッドであって、前記プレート部材における前記ヒータ基板の取付面に、前記ヒータ基板に形成されたヒータ部の配列方向と直交する方向に所定間隔で複数のスリット部を形成した。【選択図】      図１
2006281702.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
インクを吐出するための熱エネルギーを発生するヒータ部が形成されたヒータ基板と、当該ヒータ基板における前記ヒータ部の非形成面に取り付けられたプレート部材とを有するインクジェット記録ヘッドであって、
前記プレート部材における前記ヒータ基板の取付面に、前記ヒータ基板に形成されたヒータ部の配列方向と直交する方向に所定間隔で複数のスリット部を形成したことを特徴とするインクジェット記録ヘッド。
【請求項２】
隣接するスリット部の離間距離と前記スリット部の幅との比が３７４：１より小さい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。
【請求項３】
インクを吐出するための熱エネルギーを発生するヒータ部が形成されたヒータ基板と、当該ヒータ基板における当該ヒータ部の非形成面に取り付けられたプレート部材とを有するインクジェット記録ヘッドであって、
前記プレート部材は、前記ヒータ基板に形成されたヒータ部の配列方向と直交する方向の少なくとも一部で分割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。
【請求項４】
前記プレート部材における前記ヒータ部の配列方向と直交する方向の分割距離と、前記ヒータ部の配列方向の分割幅との比が３７４：１より小さいことを特徴とする請求項３に記載のインクジェット記録ヘッド。
【請求項５】
前記インクを吐出する吐出口が同一材料である前記ヒータ基板と天板とにより挟持されており、前記吐出口の周囲が樹脂材料で形成されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載のインクジェット記録ヘッド。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれか１項に記載のインクジェット記録ヘッドを有し、前記ヒータ部によりインクを加熱発泡させて記録材に吐出させることで記録を行うことを特徴とするインクジェット記録装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、インクジェット記録ヘッド及び記録装置に関し、特にインクジェット記録ヘッドを構成するベースプレートの応力を緩和することによってヒータ基板の反りや割れを防止する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
発熱抵抗体によってインクを加熱させてインク滴を吐出させるインクジェット方式においては、吐出エネルギー発生素子が設けられている基板（以下、「ヒータ基板」と呼ぶ。）は従来、材料の異なるベースプレート上に接合されている。
【０００３】
膨張係数の違いから、記録ヘッドの温度変化に対して接合界面に生じる応力を和らげるように接合界面の端部にスリットを設けたものがある。
【特許文献１】特開２００１−１３８５２８公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、上記特許文献１の方法によれば、ベースプレートとノズルプレートとの物理的構造によってノズル列を除いた両端部分にスリットを設ける他なく、ノズル列区間部においては熱膨張係数の違いにより接合界面に応力が生ずる可能性がある。
【０００５】
とりわけ、サーマルインクジェット方式で且つ記録幅が広い長尺ヘッドになると温度のダイナミックレンジが大きくなるので記録ヘッドの反りや、クラックの発生等、重大な問題が顕在化する懸念がある。
【０００６】
そこで、本発明は従来の課題を解決し、インクジェット記録ヘッド製造工程における熱履歴の影響、及び印字時に発生する熱によるヒータ基板とベースプレート接着面に発生する応力を緩和し、ヒータ基板に反りや割れが生じることがなく、高品位の記録を達成することが可能な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を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、インクを吐出するための熱エネルギーを発生するヒータ部が形成されたヒータ基板と、当該ヒータ基板における前記ヒータ部の非形成面に取り付けられたプレート部材とを有するインクジェット記録ヘッドであって、前記プレート部材における前記ヒータ基板の取付面に、前記ヒータ基板に形成されたヒータ部の配列方向と直交する方向に所定間隔で複数のスリット部を形成した。
【０００８】
更に、隣接するスリット部の離間距離と前記スリット部の幅との比が３７４：１より小さいことが好ましい。
【０００９】
また、本発明は、インクを吐出するための熱エネルギーを発生するヒータ部が形成されたヒータ基板と、当該ヒータ基板における当該ヒータ部の非形成面に取り付けられたプレート部材とを有するインクジェット記録ヘッドであって、前記プレート部材は、前記ヒータ基板に形成されたヒータ部の配列方向と直交する方向の少なくとも一部で分割されている。
【００１０】
また、前記プレート部材における前記ヒータ部の配列方向と直交する方向の分割距離と、前記ヒータ部の配列方向の分割幅との比が３７４：１より小さいことが好ましい。
【００１１】
また、前記インクを吐出する吐出口が同一材料である前記ヒータ基板と天板とにより挟持されており、前記吐出口の周囲が樹脂材料で形成されていることが好ましい。
【００１２】
また、本発明は、上記インクジェット記録ヘッドを有し、前記ヒータ部によりインクを加熱発泡させて記録材に吐出させることで記録を行うインクジェット記録装置を構成する。
【発明の効果】
【００１３】
以上に説明したように、本発明によれば、熱膨張率の差により発生するヒータ基板のヒータ配列方向の反りや割れが生じることなく、着弾精度が高い高速印刷に耐えうる構造とし高品位記録を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下に、添付図面を参照して本発明を実施するための最良の形態について詳細に説明する。
【００１５】
尚、以下に説明する実施の形態は、本発明の実現手段としての一例であり、本発明が適用される装置の構成や各種条件によって適宜修正又は変更されるべきものであり、本発明は以下の実施の形態に限定されるものではない。
【００１６】
図１は、本発明に係る実施形態の４インチの印字幅を有するインクジェット記録ヘッドの構成を示す図である。
【００１７】
図１において、ベースプレート１はアルミ製であり、シリコンにより形成されるヒータ基板２を支持している。ヒータ基板２には各吐出エネルギー発生素子に対応してノズル（流路）を形成するための流路壁が複数形成され、かつ、各ノズルと共通している共通液室を囲む液室枠も形成されている。なお、ベースプレート１は、熱変形特性や平滑性の観点から金属やセラミック等の材料が好ましい。
【００１８】
このように形成されたノズルの側壁（流路壁）及び液室枠の上には、共通液室にインクを供給するためのインク供給口を有する平らな天板３が接合されている。したがってヒータ基板２と天板３が一体化した状態でベースプレート１に積層接着されているといえる。前記積層接着は銀ペーストなどの熱伝導率のよい接着剤によって行われている。一方、ベースプレート１のヒータ基板２の後方には実装済みのＰＣＢ（配線基板）４が両面テープにより支持されており、さらに、その上から天板上面に接するようにインク供給部材５が接合されている。このインク供給部材５に設けられたインク供給路によって天板３にインクが供給される。また、ヒータ基板２上の各吐出エネルギー発生素子とＰＣＢ４とは、各々の配線に対応してワイヤボンディングにより電気的に接続されている。
【００１９】
図４は本発明のインクジェット記録ヘッドを備えたインクジェット記録装置の一実施形態の内部構造を示す概略正面図である。
【００２０】
図４において、複数のインクジェット記録ヘッド１１、各記録ヘッドに個別の回復ユニット１２、インクタンク１３、搬送部１４、オペレーションパネル部１５、給紙部１６、などから構成される。記録用紙は給紙部から搬送部へ給紙され、各記録ヘッドが不図示の駆動手段により記録位置に移動し印刷を行う。
【００２１】
図５は従来のインクジェット記録ヘッドにおけるインク吐出部の詳細図である。図５(ａ)はインク吐出口を正面から見た図であり、図５（ｂ）は図５(ａ)の上面図である。図５(ｂ)は便宜上ＰＣＢ４、インク供給部材５を図示していない。上述したようにベースプレート１とヒータ基板２は銀ペースト７によって接合されており、その製造工程について以下に述べる。
【００２２】
まず、ベースプレート１のヒータ基板接合面に銀ペースト７をスクリーン印刷の手法を用い、均一の厚みになるように塗布した後、所定の位置にヒータ基板２を位置決めする。その際、ベースプレート１に形成された吸引用の複数の穴よりヒータ基板２を吸着し、保持した状態で仮止め剤にて位置決めを行う。仮止め剤硬化後吸着を解除し、銀ペーストのキュアを行う。通常このキュアは１５０℃で２時間を要する。
【００２３】
ここで、ヒータ基板を形成するシリコンの熱膨張率は２.６×１０-6、ベースプレートを形成するアルミの熱膨張率は２４×１０-6である。組立て工程が行われる室温を２５℃、前記キュア工程を１５０℃とした場合、４インチの印字幅をもつインクジェット記録ヘッドにおいては、シリコンにより形成されたヒータ基板の熱膨張による伸び量は３５.４μｍ、一方アルミ製ベースプレートの伸び量は３２６.７μｍとなり、両者のずれ量は２９１.３μｍとなる。したがって、キュア後、常温に戻した時にヒータ基板とアルミのベースプレートの収縮する割合が異なるために、両者の接着面に応力が発生し、結果として図５(ａ)の矢印の方向にヘッドの反りが発生したり、あるいはヒータ基板の割れが発生したりする。
【００２４】
図２は本発明の実施形態におけるインクジェット記録ヘッドにおけるインク吐出部の詳細図である。図２(ａ)はインク吐出口を正面から見た図であり、図２(ｂ)は図２(ａ)の上面図、図２(ｃ)は図２(ｂ)のＡ−Ａ断面図、図２(ｄ)は図２(ａ)のＢ部詳細図である。図２(ｂ)は便宜上ＰＣＢ４、インク供給部材５を図示していない。図２(ａ)において、ベースプレート１のヒータ基板接着面には複数のスリット６が形成されており、銀ペースト７によってベースプレート１にヒータ基板２がダイボンディングされている。
【００２５】
図３は本発明の実施形態におけるベースプレートの詳細図である。図３(ａ)はインク吐出口側から見た図であり、図３(ｂ)は図３(ａ)の上面図である。図３において、ベースプレート１のヒータ基板接着面には、ヒータ基板の吐出エネルギー発生素子の配列方向と直交方向にスリット６が形成されている。スリットの幅をＸ１、スリット端面から隣接するスリット端面までの寸法をＸ２、スリットの深さ寸法をＹとする。本実施形態ではＸ１を０.５ｍｍ、Ｘ２を１１ｍｍ、Ｙを５ｍｍと設定した。Ｘ１とＸ２の寸法比を以下の関係にすることによって、ノズルの位置精度及び信頼性を達成できる。
Ｘ１：Ｘ２＝１：３７４以下
つまり、Ｘ２とＸ１との比Ｘ２：Ｘ１を３７４：１より小さくすればよい（Ｘ２／Ｘ１＜３７４）。
【００２６】
これにより、スリット端面から隣接するスリット端面までの寸法Ｘ２におけるベースプレートとヒータ基板の伸び量の差をスリット幅Ｘ１で吸収することによって本発明の目的が達成される。
【００２７】
上述した接着剤キュア工程におけるΔｔを１２５℃とした場合、Ｘ２におけるシリコンとアルミの伸び量の差は以下の式で表される。
（２４−２.６）×１０-6×１２５×Ｘ２
＝２.６７５×１０-3×Ｘ２
この値がスリット幅Ｘ１より小さければ良い。したがって、Ｘ１を１とした時、
２.６７５×１０-3×Ｘ２＜１より、Ｘ２＜３７４となる。
【００２８】
つまり、Ｘ１：Ｘ２＝１：３７４以下
の寸法比でベースプレートを設計することにより、スリット端面から隣接するスリット端面までの寸法Ｘ２におけるベースプレートとヒータ基板の伸び量の差をスリット幅Ｘ１で吸収することが可能であり、ベースプレートとヒータ基板間に発生する応力を緩和することができる。
【００２９】
本実施形態においても、Ｘ１：Ｘ２＝０.５ｍｍ：１１ｍｍ
に設定したため、ノズルの位置精度及び信頼性を達成できた。
【００３０】
セラミック製のベースプレートの場合でも同じ関係式が適用できる。つまり、セラミックの熱膨張率は７×１０-6であり、アルミの熱膨脹率２４×１０-6よりも小さいため、前記寸法比でＸ１とＸ２を決定することにより、上述した応力を緩和することが十分可能である。
【００３１】
上記実施形態によれば、記録ヘッドにおいてヒータ素子が配設されたヒータ基板と異材料のベースプレートが積層接着された構造であっても、ベースプレートのヒータ基板接着面にヒータ基板のヒータ素子の配列方向と直交方向にスリットを形成することにより、記録ヘッド製造工程における熱履歴の影響、及び印字時に発生する熱によるヒータ基板とベースプレート接着面に発生する応力を緩和させることが可能となる。
【００３２】
従って、熱膨張率の差により発生するヒータ基板におけるヒータ配列方向の反りや割れが生じることなく、着弾精度が高い高速印刷に耐えうる構造の記録ヘッドにより高品位記録を実現することが可能となる。
【００３３】
［他の実施形態］
上記スリットに代えて、ベースプレートを、ヒータの配列方向の少なくとも一部で、当該配列方向と直交する方向に分割した構造としてもよい。
【００３４】
この場合には、隣接するベースプレートの離間距離と分離した各ベースプレートのヒータ配列方向の幅との比が１：３７４以下、つまり分離した各ベースプレートのヒータ配列方向の幅と、隣接するベースプレートの離間距離との比が３７４：１より小さくなるようにすることにより、上記スリットと同様の効果が得られる。
【産業上の利用可能性】
【００３５】
本発明は、インクに熱エネルギーを印加して吐出させるインクジェット記録装置のほか、ヒータに代えてピエゾ（圧電）素子を振動させてインクを吐出させるタイプにも適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明に係る実施形態のインクジェット記録ヘッドの構成を示す図である。
【図２】本発明に係る実施形態のインクジェット記録ヘッドのインク吐出部の詳細図である。
【図３】本発明に係る実施形態のインクジェット記録ヘッドのベースプレートの詳細図である。
【図４】本発明に係る実施形態のインクジェット記録ヘッドを搭載したインクジェット記録装置の内部を示す図である。
【図５】従来のインクジェット記録ヘッドのインク吐出部の詳細図である。
【符号の説明】
【００３７】
１  ベースプレート
２  ヒータ基板
３  天板
４  ＰＣＢ
５  インク供給部材
６  スリット
７  銀ペースト
８  インク吐出口
１１  インクジェット記録ヘッド
１２  回復ユニット
１３  インクタンク
１４  搬送部
１５  オペレーションパネル部
１６  給紙部
【図１】
2006281702.tif 000003
【図２】
2006281702.tif 000004
【図３】
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【図４】
2006281702.tif 000006
【図５】
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