(57)【要約】【課題】液体吐出基板上の全ての吐出口からの吐出量を均一化し、インクジェット記録ヘッドにおいては印字物の濃度ムラの発生や不安定な色再現性を防ぐ。【解決手段】少なくとも２列以上の共通インク室１７を有しその両側の吐出口１８からインクを吐出する液体吐出基板２が、共通インク室１７に連通するインク供給口１６にインクを供給するための複数の個別インク供給流路１５を有する流路部材１に固定されている。共通インク供給流路１４は、個別インク供給流路１５の並び方向の両側について、個別インク供給流路１５の側において少なくとも液体吐出基板２の幅に対応する分だけ、個別インク供給流路１５より延出した壁面ｗｂを有する。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の吐出口からなる吐出口列が複数、並設され、及び、該吐出口から液体を吐出するための吐出エネルギーを該液体に付与する吐出エネルギー発生手段が前記複数の吐出口に対応して複数、配設された液体吐出基板、並びに、前記液体吐出基板に接合された流路部材であって、前記複数の吐出口に連通する個別流路であって前記複数の吐出口列の少なくとも１つに対応する個別流路が複数、並設され、及び、前記複数の個別流路に連通する共通流路が配設された流路部材を備えた液体吐出ヘッドにおいて、
前記共通流路は、前記複数の個別流路の並び方向の両側について、前記複数の個別流路の側において前記複数の個別流路より延出した部分であって、少なくとも前記並び方向における前記液体吐出基板の幅に対応する分だけ延出した部分を有することを特徴とする液体吐出ヘッド。
【請求項２】
前記共通流路の前記複数の個別流路の側における前記並び方向の寸法が、前記複数の個別流路とは反対側における前記並び方向の寸法よりも大きいことを特徴とする請求項１に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項３】
前記共通流路の前記複数の個別流路の側における前記並び方向の寸法が、前記複数の個別流路とは反対側における前記並び方向の寸法よりも小さいことを特徴とする請求項１に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項４】
前記延出した部分は湾曲した形状を有することを特徴とする請求項１に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項５】
前記延出した部分は面取りされた形状を有することを特徴とする請求項１に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項６】
前記吐出エネルギー発生手段は電気エネルギーを熱エネルギーに変換するヒータであることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか一項に記載の液体吐出ヘッドを備えたことを特徴とする液体吐出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液体を吐出する液体吐出ヘッド及び液体吐出装置に関する。より詳細には、吐出エネルギー発生手段を有する液体吐出基板と液体の流路を有する流路部材を備えた液体吐出ヘッド及び該液体吐出ヘッドを備える液体吐出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
液体吐出装置として、例えばインクジェット記録装置が知られている。インクジェット記録装置は液体吐出ヘッドとしてインクジェット記録ヘッドを備え、インクジェット記録ヘッドからインクを記録媒体に向けて吐出して記録媒体上に画像を記録する。
【０００３】
このようなインクジェット記録装置においては、一般に、吐出口が備えられた液体吐出基板の温度変動に応じてインクの吐出量が変動する。例えば、液体吐出基板の温度が上昇した場合は、温度上昇前と比較して吐出口からのインク吐出量が増加する。従って、記録素子基板全体の温度が不均一になると、基板上の領域ごとにインク吐出量が異なってしまう。この結果、記録媒体上の画像に濃度ムラが生じる場合がある。また、一つの液体吐出基板に備えられた吐出口から複数色のインクを吐出するタイプのインクジェット記録ヘッドにおいては、記録媒体上で重ね合わせる各色のインク量が異なってしまい、色再現性が損なわれる場合がある。
【０００４】
そこで、液体吐出基板に液体を供給するための主流路を吐出口の配列方向に沿うように流路部材に設け、インクを該主流路において循環させることで冷却効果を得る構成の液体吐出ヘッドが、特許文献１(例えば図１１(ｂ)参照)により提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１１−２４０５２１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、同文献に開示された構成によれば、液体吐出基板(２)の図中右端部から流路部材(１)に伝わる熱が主流路(１４)内のインクの循環により効率的に放熱されるのに対し、液体吐出基板(２)の左端部では主流路(１４)が延在する範囲が十分でない。よって、該左端部から流路部材(１)に伝わる熱の放熱は十分ではない。このように、特に液体吐出基板(２)の左端部における放熱が十分でないことから、同文献の構成によっても、液体吐出基板(２)における温度分布を均一にすることはできない。この結果、記録物の濃度ムラの発生や不安定な色再現性を招来し、画像品位を損なう場合があった。
【０００７】
そこで本発明の目的は、基板全体において吐出量を均一化して上記の課題を解決することのできる液体吐出ヘッド及び液体吐出装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成する本発明は、複数の吐出口からなる吐出口列が複数、並設され、及び、該吐出口から液体を吐出するための吐出エネルギーを該液体に付与する吐出エネルギー発生手段が前記複数の吐出口に対応して複数、配設された液体吐出基板、並びに、前記液体吐出基板に接合された流路部材であって、前記複数の吐出口に連通する個別流路であって前記複数の吐出口列の少なくとも１つに対応する個別流路が複数、並設され、及び、前記複数の個別流路に連通する共通流路が配設された流路部材を備えた液体吐出ヘッドにおいて、前記共通流路は、前記複数の個別流路の並び方向の両側について、前記複数の個別流路の側において前記複数の個別流路より延出した部分であって、少なくとも前記並び方向における前記液体吐出基板の幅に対応する分だけ延出した部分を有することを特徴とする液体吐出ヘッドを提供する。
【０００９】
本発明はさらに、上記液体吐出ヘッドを備えた液体吐出装置を提供する。
【発明の効果】
【００１０】
以上の構成の本発明によれば、共通流路が有する、少なくとも液体吐出基板の幅に対応する分だけ延出した部分に、液体による冷却効果が得られる。よって、吐出エネルギー発生手段からの熱が該延出した部分へ液体吐出基板から放熱されることで基板両端部における温度が上昇することなく、基板上の温度分布を均一にでき、これにより、すべての吐出口からの液体の吐出量を均一化できる。したがって、本発明を例えばインクジェット記録ヘッド及びインクジェット記録装置に適用した場合にあっては、濃度ムラのない、色再現性の高い記録を安定的に行える。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明を適用可能なインクジェット記録装置の基本構成を説明するための概略斜視図
【図２】本発明を適用可能なインクジェット記録ヘッドの外観を概略的に示す斜視図
【図３】図１に示すインクジェット記録ヘッドの液体吐出部を模式的に示す透視図
【図４】実施形態１に係るインクジェット記録ヘッドの、図３におけるＡ−Ａ’断面図
【図５】実施形態１の変形例に係るインクジェット記録ヘッドの、図３におけるＡ−Ａ’断面図
【図６】実施形態２に係るインクジェット記録ヘッドの、図３におけるＡ−Ａ’断面図
【図７】実施形態３に係るインクジェット記録ヘッドの、図３におけるＡ−Ａ’断面図、である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の種々実施形態について図面を用いて説明する。  
【００１３】
〔実施形態１〕
本実施形態の液体吐出装置は、インク（液体）を吐出するインクジェット記録ヘッド（液体吐出ヘッド）を備え、インクジェット記録ヘッドからインクを記録媒体に向けて吐出して記録媒体上に画像を記録するインクジェット記録装置としての適用例である。本実施形態の液体吐出ヘッドは、同装置に備えられるインクジェット記録ヘッドとしての適用例である。
【００１４】
図１は、本実施形態の液体吐出装置であるフルラインタイプのインクジェット記録装置の基本構成を説明するための概略斜視図である。同構成は例示のためのものであって本発明を限定するものでなく、シリアルタイプのインクジェット記録装置にも本発明は適用可能である。
【００１５】
図１に表されたインクジェット記録装置は、ブラック、シアン、マゼンタ、イエローのインクを吐出するインクジェット記録ヘッド５Ｂｋ，５Ｃ，５Ｍ，５Ｙを備える。これらインクジェット記録ヘッド５Ｂｋ，５Ｃ，５Ｍ，５Ｙは、搬送ベルト３の上面に対向するように備えられ、搬送ベルト３を含む搬送機構により矢印Ａ方向に搬送される記録媒体Ｐに対してインクを吐出することで、記録媒体Ｐ上にカラー画像を記録する。
【００１６】
図２は、本実施形態の液体吐出ヘッドである、図１に表されたインクジェット記録ヘッドの概略斜視図である。図３は、図１及び図２に表された記録ヘッドを吐出口面から透視した詳細図である。図４（ａ）は、図３におけるＡ−Ａ’断面図である。
【００１７】
図に示すように、インクジェット記録ヘッド５は、液体吐出基板２と流路部材１と電気配線部材２０を備える。液体吐出基板２はインクを吐出させる複数の吐出口からなる吐出口列を有する。流路部材１は液体吐出基板２に接合されて液体吐出基板２を支持固定し、インクタンク（不図示）からインク供給ユニット４を経たインクを液体吐出基板２に供給するための流路を内部に有する。電気配線部材２０を介して液体吐出基板２に記録制御信号や電力が供給される。
【００１８】
液体吐出基板２は千鳥状の配置で流路部材１に接合されている。液体吐出基板２は、例えば、厚さ０．５〜１ｍｍのＳｉ基板に、基板長手方向（図３において垂直方向）に延在する、溝状のインク流路である貫通口がインク供給口１６として３個、基板裏面側において基板短手方向（同水平方向）に並設されてなる。インク供給口１６は例えば異方性エッチング等により形成できるが、他の方法によって形成されてもよい。基板表面側には３個のインク供給口１６に対応して共通インク室１７、すなわち共通液室が３個、配設されている。共通インク室１７を介してインク供給口１６と連通し、基板表面に開口を有する複数の吐出口１８が、インク供給口１６の長手方向に沿った千鳥状の配置で配設されている。インク供給口１６に沿って、半導体プロセスにより、吐出口１８に対応するヒータ１２、及び、ヒータ１２を駆動する駆動回路（不図示）が配設されている。ヒータ１２により、電気エネルギーから変換された熱エネルギーを吐出エネルギーとしてインクに付与してインクを吐出口１８から吐出させる。さらに、液体吐出基板２の、図３中垂直方向における両端部には一対の電極部１３が配設されている。
【００１９】
流路部材１には、３個のインク供給口１６に対応する方向に３列の個別インク供給流路１５、すなわち個別流路または分配流路が配設されている。個別インク供給流路１５はインク供給ユニット４と連通しており、個別インク供給流路１５がインク供給口１６と連通するように、液体吐出基板２と流路部材１が接合されている。これらの個別インク供給流路１５には、単一の共通インク供給流路１４、すなわち共通流路または主流路が連通している。
【００２０】
なお、流路部材１の材料は、液体吐出基板２の材料の線膨張率と同等の線膨張率を有することが好ましく、また熱伝導率も比較的高いアルミナなどのセラミックを用いると好適である。しかし、これは限定ではなく例示にすぎず、インクジェット記録ヘッドやインクジェット記録装置の仕様により液体吐出基板２の発熱量が少ない場合には、低線膨張率で比較的熱伝導率が低い樹脂材料を用いてもよい。
【００２１】
電気配線部材２０は、ワイヤーボンディング等により電極部１３と接続される。この電気接続部は、インクによる腐食及び外力による損傷を防止するため、封止材により封止されている。
【００２２】
以上の構成により、インク供給ユニット４から流路部材１内の共通インク供給流路１４に供給されたインクは３つの個別インク供給流路１５に分流され、各個別インク供給流路１５からインク供給口１６を介して共通インク室１７へと供給される。吐出エネルギー発生素子であるヒータ１２が記録信号に応じて駆動回路により駆動されると、熱エネルギーを付与されたインクが膜沸騰して気泡が生じる。気泡が生じた際の圧力によってヒータ１２の上方に在るインクが吐出口１８の方へ押圧され、インク滴が吐出口１８から吐出される。吐出されたインク滴は、搬送ベルト３の上面に載置された記録媒体Ｐ上に着弾する。
【００２３】
次に、図４(ａ)を参照して本実施形態の構成をさらに詳細に説明する。
【００２４】
本実施形態では、流路部材１において、共通インク供給流路１４の流路幅Ｌを３つの個別インク供給流路１５の占有幅Ｌ０より大きくし、液体吐出基板２の短辺寸法Ｗとほぼ同じ寸法とした。流路幅Ｌが占有幅Ｌ０より大きい分は、共通インク供給流路１４の左右両側に等分に配置され、共通インク供給流路１４は図４(ａ)中上側、すなわち個別インク供給流路１５の側に、個別インク供給流路１５よりも右方及び左方に延出した壁面ｗｂを有する。壁面ｗｂは、少なくとも液体吐出基板２の幅に対応する分だけ、個別インク供給流路１５よりも延出している。
【００２５】
共通インク供給流路１４内をインクが循環すると、共通インク供給流路１４の壁面Ｗｂに、インクによる冷却効果が得られる。したがって、ヒータ１２の発熱により液体吐出基板２が持つ熱は、液体吐出基板２の全体において満遍なく放熱される。すなわち、液体吐出基板２の内側では真ん中の個別インク供給流路１５を循環するインクによる冷却効果が得られ、液体吐出基板２の左右両側では左右の個別インク供給流路１５の両外側領域から壁面Ｗｂへと伝熱することによる効率よい冷却効果が得られる。
【００２６】
このような作用によって液体吐出基板２の左右両側の領域における温度上昇を効率よく抑制することで、基板内側領域との部分による温度差をなくすことができ、液体吐出基板２内の温度分布を均一にできる。その結果、インクジェット記録ヘッド５による記録動作中の、液体吐出基板２内のすべての吐出口１８からのインク滴の吐出量の均一化が実現できることから、濃度ムラのない、色再現性の高い記録を安定的に行うことができる。
【００２７】
図面を参照して説明した上記構成は本発明を限定するものではなく、例示にすぎない。すなわち、共通インク供給流路１４の流路幅Ｌを個別インク供給流路１５の占有幅Ｌ０より大きくし、該大きい分を共通インク供給流路１４の右側及び左側に配置すればよい。右側に配置する分と左側に配置する分は等分である必要はない。この範囲で、インク流速、記録条件等により、必要な冷却効果に応じた最適寸法を決定すればよい。図４(ａ)の構成では流路幅Ｌ＝短辺寸法Ｗであるが、例えば図４(ｂ)に示すように、液体吐出基板２の左右両側においてより大きな冷却効果を得るためにＬ＞Ｗとする変形を実施することができる。一方、より小さな冷却効果が必要な場合はＷ＞Ｌ＞Ｌ０(不図示)とするする別の変形を実施することもできる。
【００２８】
しかし、図４（ｂ）に示したＬ＞Ｗとする構成にあっては、共通インク供給流路１４のＨで示した隅の部分においてはインクが流れにくくなり、泡だまりする場合が考えられる。このような現象を防止するための変形例として、隅部形状を改良した構成を図５に示す。図５（ａ）の構成において隅部Ｈは面取りした形状を持ち、図５（ｂ）の構成において隅部Ｈは湾曲したＲ形状を持つ。
【００２９】
〔実施形態２〕
次に、実施形態２について図６を参照して説明する。
【００３０】
本実施形態に係るインクジェット記録ヘッドは、流路部材１の共通インク供給流路１４の断面形状を実施形態１における矩形から台形にしたものであり、その他の構成要素は実施形態１と同じである。
【００３１】
図６の通り、共通インク供給流路１４は個別インク供給流路１５の側に頂辺として短辺を持ち、その反対側に底辺として長辺を持つ台形状の断面形状を有する。頂辺の寸法Ｌ１を液体吐出基板２の幅Ｗと同じ値とし、底辺の寸法Ｌ２を幅Ｗより大きな値とした。流路部材１の共通インク供給流路１４の断面形状をこのような形状にしたため、共通インク供給流路１４の図中左右の側壁が図４（ａ）に表された同側壁に対し斜いた面となり、共通インク供給流路１４中のインクと接触する面積をより大きくすることができる。従って、共通インク供給流路１４が長方形断面を有する実施形態１に係るインクジェット記録ヘッドと比べ、共通インク供給流路１４が個別インク供給流路１５より延出した壁面ｗｂ及びその近傍における、インク循環における冷却効果をより大きくすることができる。本実施形態においても、壁面ｗｂは、少なくとも液体吐出基板２の幅に対応する分だけ、個別インク供給流路１５よりも延出している。
【００３２】
本実施形態によるこのような作用によっても、実施形態１と同様、液体吐出基板２の左右両側における温度上昇を効率よく抑制することで、基板内側領域との部分による温度差をなくすことができ、液体吐出基板２内の温度分布を均一にできる。その結果、画像の記録において実施形態１と同様の前述した効果が得られる。
【００３３】
〔実施形態３〕
次に、実施形態３について図７を参照して説明する。
【００３４】
本実施形態に係るインクジェット記録ヘッドは、流路部材１の共通インク供給流路１４の断面形状を実施形態１における矩形から台形にしたものであり、その台形形状が実施形態２における断面の台形形状とは異なっている。その他の構成要素は実施形態１と同じである。
【００３５】
図７の通り、共通インク供給流路１４は個別インク供給流路１５の側に頂辺として長辺を持ち、その反対側に底辺として短辺を持つ台形状の断面形状を有する。頂辺の寸法Ｌ１を液体吐出基板２の幅Ｗと同じ値とし、底辺の寸法Ｌ２を幅Ｗより小さな値とした。寸法Ｌ２の値はＬ１＞Ｌ２を満足すればよく、共通インク供給流路１４の寸法や記録条件等により任意に設定できる。流路部材１の共通インク供給流路１４の断面形状をこのような形状にしたため、共通インク供給流路１４の図中左右の側壁が図４（ａ）に表された同側壁に対し斜いた面となる。このため、共通インク供給流路１４の図中右及び左上隅の部分においてインクと接触する面積をより大きくすることができる。従って、共通インク供給流路１４が長方形断面を有する実施形態１に係るインクジェット記録ヘッドと比べて、共通インク供給流路１４が個別インク供給流路１５より延出した壁面ｗｂにおける、インク循環における冷却効果をより大きくすることができる。本実施形態においても、壁面ｗｂは、少なくとも液体吐出基板２の幅に対応する分だけ、個別インク供給流路１５よりも延出している。
【００３６】
また、共通インク供給流路１４の断面積を図４（ａ）の場合に比べて小さくすることができる。そのため、共通インク供給流路１４を循環させるインクの流量を図４（ａ）の場合と本実施形態で同一にした場合、本実施形態におけるインク流速のほうが速くなる。そのため、インク循環流量を増大することなくインク循環による冷却効果を高めることができ、装置のコストＵＰや装置の信頼性低下などを防止できる。
【００３７】
本実施形態によるこのような作用によっても、実施形態１と同様、液体吐出基板２の左右両側における温度上昇を効率よく抑制することで、基板内側領域との部分による温度差をなくすことができ、液体吐出基板２内の温度分布を均一にできる。その結果、画像の記録において実施形態１と同様の前述した効果が得られるほか、装置のコストＵＰや装置の信頼性低下などを招くことがない。
【００３８】
上記各実施形態は３列のインク供給口を持つ液体吐出基板を備えるインクジェット記録ヘッドに本発明を適用した例であるが、インク供給口が少なくとも２列、並設された液体吐出基板と対応する流路部材を備えるインクジェット記録ヘッドに本発明を適用できる。また、上記実施形態は一つのインク供給口に対応して千鳥配置の一対のノズル列を持つ液体吐出基板を備えるインクジェット記録ヘッドに本発明を適用した例であるが、ノズル列の構成をこれに限定することなく本発明を適用することができる。例えば、インク供給口が少なくとも２列並設され、各インク供給口に対応してインライン配列の一つのノズル列を持つ液体吐出基板を備えるインクジェット記録ヘッドにも本発明を適用することができる。
【００３９】
〔他の実施形態〕
本発明の液体吐出ヘッドは、インクを吐出可能なインクジェット記録ヘッドの他、種々の液体を吐出するためのヘッドとして広く適用することができ、例えば、種々の処理液や薬剤などを吐出するためのヘッドとして用いることもできる。また、本発明の液体吐出装置は、インクジェット記録ヘッドを用いるインクジェット記録装置の他、種々の処理液や薬剤などを処理部材に付与するための装置として、広く適用することができる。
【符号の説明】
【００４０】
１  流路部材
２  液体吐出基板
１２  ヒータ
１４  共通インク供給流路
１５  個別インク供給流路
１７  共通インク室
１８  吐出口
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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