(57)【要約】【課題】比較的高品位で高速記録を実現し、また装置全体の小型化および製造コストの低減を図る。【解決手段】インクを吐出する吐出口Ｈ１１０３に対応して、インクを吐出するためのエネルギーを発生するエネルギー発生体がそれぞれ設けられた複数のインク流路Ｈ１１０２に連通されたインク供給口Ｈ１１０７を備え、複数のエネルギー発生体をブロック単位毎に時分割して駆動する。そして、インク供給口Ｈ１１０７には、ブロック単位毎に、連通路Ｈ１２１７と、この連通路Ｈ１２１７に連通されインクの吐出時にインク供給口Ｈ１１０７に発生する圧力変動を連通路Ｈ１２１７を介して吸収可能な気液界面を有する気体保持室Ｈ１２１５とが連通されている。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
インクを吐出する吐出口に対応して、インクを吐出するためのエネルギーを発生するエネルギー発生手段がそれぞれ設けられた複数のインク流路に連通された共通液室を備え、複数の前記エネルギー発生手段をブロック単位毎に時分割して駆動するインクジェット記録ヘッドにおいて、
前記共通液室には、前記ブロック単位毎に、連通路と、該連通路に連通されインクの吐出時に前記共通液室に発生する圧力変動を該連通路を介して吸収可能な気液界面を有する気体保持室とが連通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２】
前記吐出口と、前記吐出エネルギー発生手段と、前記吐出口にインクを供給するためのインク供給口と、前記吐出エネルギー発生手段と電気的に接続される第１の電極端子とを有するインク吐出基板と、
前記インク吐出基板を支持する支持面と、該支持面に設けられ前記第１の電極端子と電気的に接続される第２の電極端子と、前記インク吐出基板にインクを供給するためのインク供給穴とを有する支持部材とを備え、
前記支持部材は、導体配線およびスルーホールを有する複数のシート材が積層されてなり、前記導体配線および前記スルーホールによって前記支持部材の内部に、前記第２の電極端子と電気的に接続される立体配線が形成されているインクジェット記録ヘッドであって、
前記支持部材には、前記支持面から、該支持面の反対側の面または前記支持面に直交する側面に向かって、前記インク吐出基板の前記インク供給口に連通されてインクを供給するインク供給穴が貫通されて設けられ、
前記インク供給穴の側面には、前記連通路および前記気体保持室が、前記ブロック単位毎にそれぞれ設けられている請求項１に記載のインクジェット記録ヘッド。
【請求項３】
前記支持部材には、前記インク供給穴と平行に貫通孔が延ばされて形成され、
前記気体保持室が前記貫通孔を介して前記連通路に連通されている請求項２に記載のインクジェット記録ヘッド。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれか１項に記載のインクジェット記録ヘッドを備え、被記録材に記録液を吐出して記録を行う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、インクを吐出して記録動作を行うインクジェット記録ヘッド、このインクジェット記録ヘッドを備えるインクジェット記録装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
インクジェット記録装置に搭載される記録ヘッドは、微小な吐出口から微小なインク滴を吐出させて、被記録材に対して記録を行うものである。記録ヘッドは、一般に、インク滴を吐出するための複数のノズル（インク流路）と、これらノズルにインクを供給する供給系とを備えている。
【０００３】
（１）特許文献１には、図７（特許文献１における図１に相当する）および図８（ａ），（ｂ）に示すように、解像度４００ＤＰＩ（Dots Per Inch）に相当する記録密度で、３０ｃｍ程度の幅に亘って被記録材に記録することが可能な記録ヘッドが開示されている。この記録ヘッドは、全吐出口の数が４６３７であり、インク流路１０６の各吐出口１０８の配列方向のピッチが６３．５μｍにされている。そして、この記録ヘッドは、各インク流路１０６の隔壁１１１の後部（インク流路１０６と共通液室１０９との連通口部分）から共通液室１０９の後端面の壁までの長さｄが２ｍｍであり、従来よりも短くされている。
【０００４】
図７に示すインクジェット記録装置の駆動タイミングにおいて、図７（ａ）に、No.1〜64のインク流路１０６のエネルギー発生体１０３を同時に駆動させる第１のパルスＰ１を示す。また、図７（ｂ）に、No.65〜128のインク流路１０６のエネルギー発生体１０３を同時に駆動させる第２のパルスＰ２を示す。また、図７(ｃ)に、No.129〜192のインク流路１０６のエネルギー発生体１０３を同時に駆動させる第３のパルスＰ３を示し、図７(ｄ）に、No.193〜256のインク流路１０６のエネルギー発生体１０３を同時に駆動させる第４のパルスＰ４を示している。第４のパルスＰ４以降、パルスは第７４のパルスＰ７４まで続いて、全インク流路１０６のエネルギー発生体１０３を駆動する。なお、パルス幅は全て７μsecである。
【０００５】
図７（ｅ）に、No.1〜64のインク流路１０６のエネルギー発生体１０３に第１のパルスＰ１のみを印加したときに、隣接するインク流路１０６、すなわちNo.65のインク流路１０６に連通する吐出口１０８のメニスカスの突出量Ｘ（μｍ）を示す。ここで、サイン曲線において、「＋」が凸状部分を示し、またサイン曲線において「−」が凹状部分を示す。定常状態では、突出量Ｘ＝−２（μｍ）である。なお、No.66のインク流路１０６に連通する吐出口１０８のメニスカスは、No.65のインク流路１０６に連通する吐出口１０８のメニスカスよりも緩和された動きをする。図７（ｆ）に、図７（ａ）〜（ｅ）までの時間軸ｔ（μsec）を示す。図７（ｅ）に、第１のパルスＰ１を印加後、遅れ時間ｔｄの後、すなわち、時刻ｔ＝ｔｄからＸが定常状態Ｘ＝Ｘ０から変化し始めて、時刻ｔ＝ｔ１で最大となる。その後、時刻ｔ＝ｔ３で定常状態と同じＸ＝−２となり、時刻ｔ＝ｔ４でＸは最小となる。さらに、時刻ｔ＝ｔ５で、再び定常状態と同じＸ＝−２となり、以後は、メニスカスの位置Ｘは変化しない。
【０００６】
ここで、第１のパルスＰ１を印加後、時刻ｔ＝ｔ１付近で第２のパルスＰ２を印加したとき、第２のパルスＰ２によるインク噴射量は、第１のパルスＰ１が無く、第２のパルスＰ２のみによる噴射量よりも増加する。また、第１のパルスＰ１を印加後、時刻ｔ＝ｔ４に、第２のパルスＰ２を印加したとき、第２のパルスＰ２によるインク噴射量は、第１のパルスＰ１が無く、第２のパルスＰ２のみによる噴射量よりも減少する。
【０００７】
そこで、第１のパルスＰ１の印加後、時刻ｔ２＝ｔ３−ｔｄ（μsec）のタイミングで第２のパルスＰ２を印加したとき、第１のパルスＰ１の有無に関わらず、第２のパルスＰ２によるインク噴射量は変化しなかった。すなわち、相互干渉の影響が見られなかった。この効果は以下の動作によって実現された。
【０００８】
全インク流路１０６のエネルギー発生体１０３の分割駆動によって、まず、第１ブロックの噴射のために、第１のパルスＰ１でNo.1〜64のインク流路１０６のエネルギー発生体１０３を駆動させる。この駆動によって、隣接する第２ブロックであるNo.65〜128のインク流路１０６に連通する吐出口１０８のメニスカスが、サイン曲線において凸状に変化する。その後、第２ブロックの吐出口１０８のメニスカスが最も早く定常状態と同じ位置に復帰する時刻ｔ＝ｔ３に、実質的に第２ブロックのエネルギー発生体１０３を駆動させる。
【０００９】
このように、このインクジェット装置は、インクを吐出する吐出口に対応し、インクを吐出するためのエネルギーを発生するエネルギー発生手段が設けられた複数のインク流路と、この複数のインク流路が連通する共通液室とを有する記録ヘッドを用いる。インクジェット装置は、駆動手段によって、記録ヘッドの複数のインク流路に設けられたエネルギー発生手段を所定のブロック単位毎に時分割して駆動することによって記録を行う。
【００１０】
そして、このインクジェット装置において、駆動手段は、所定のブロックに属するエネルギー発生手段を駆動した後、所定のブロックに対して位置的に隣接するブロックに属するエネルギー発生手段を駆動させる。つまり、駆動手段は、所定のブロックに隣接するブロックに属する吐出口のメニスカスの位置が定常状態と同じ位置に最も早く復帰するタイミングに実質的に合わせて、この隣接するブロックに属するエネルギー発生手段を駆動させる。このインクジェット装置は、ブロック毎のインク流路間で相互干渉することなくインクを噴射させることが可能にされている。
【００１１】
さらに、特許文献２には、図９（特許文献２における図２に相当する）に示すように、一定数のインク流路毎に共通液室２０９を時分割毎に隔壁２１１で分割された構成のインクジェット記録ヘッドが開示されている。このインクジェット記録ヘッドでは、ブロック単位毎のインク吐出時に発生する圧力波が、共通液室２０９を通じて他のブロックに影響を及ぼすことを無くして、インク振動による記録ムラを解消している。
【００１２】
（２）特許文献３には、図１０（ａ），（ｂ）（特許文献３における図２に相当する）に示すように、記録液を吐出する複数のインク吐出口３４１と、各インク吐出口３４１に連通され並列配置された液路３４２とを備える記録ヘッドが開示されている。また、このインクジェット記録ヘッドは、並列配置された液路３４２に記録液を供給する共通液室３５４と、記録液の吐出時に共通液室３５４に発生する圧力変動を、開口部３１３を介して吸収可能な気液界面を有する空気保持室３０４、３１４とを備える。各液路３４２は、飛翔液滴を形成するための吐出エネルギー発生手段をそれぞれに有している。空気保持室３０４、３１４は、共通液室３５４において、並列配置されたそれぞれの液路３４２と対向する位置に開口部３１３を有している。そして、このインクジェット記録ヘッドは、メニスカスの早期復帰によって安定したリフィルを得ることが可能にされている。
【００１３】
（３）特許文献４には、図１１（特許文献４における図１１に相当する）に示すように、インクを吐出する記録素子基板４０１と、この記録素子基板４０１を支持する支持部材４０２とを備える記録ヘッドが開示されている。記録素子基板４０１は、インクを吐出するためのエネルギーを発生するエネルギー発生素子４１３が設けられた基体と、吐出口４１１が設けられた吐出口プレート４１４とを有している。基体上には、インクを吐出する吐出口４１１が、エネルギー発生素子４１３に対向する位置に配置されている。
【００１４】
そして、従来の記録ヘッドには、記録素子基板４０１の吐出口４１１ヘインクを供給するためのインク供給路４０６と、このインク供給路４０６と連通路室４０９ａ，４０９ｂを介して連通されて、空気が存在する空気室４０７ａ，４０７ｂとが設けられている。空気室４０７ａ、４０７ｂは、少なくとも一部の内壁面が支持部材４０２によって形成されている。この記録ヘッドによれば、記録ヘッドにおける吐出口の高マルチ化に特有のインクリフィルに関わる圧力変動などの問題を解消して、特に優れた高速な応答特性が得られている。
【特許文献１】特許第２７６３３６４号公報
【特許文献２】特開平０７−１４８９２４号公報
【特許文献３】特開平０８−３００６５５号公報
【特許文献４】特開２００１−１３０００４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
上述した特許文献１ないし４に開示された構成には、以下の問題点がある。
【００１６】
（１）上述の特許文献１，２の構成は、各々のブロック内の単位で考えたとき、インクの種類によっては、圧力変動によって発生するメニスカスの安定化に比較的長い時間を要する場合がある。このため、インク液滴が微細化され、より一層の高速な応答特性が要求されるに至り、これらの圧力変動を吸収することが非常に困難になってきている。
【００１７】
（２）特許文献３の構成では、記録ヘッドを製造する際に、Ｓｉウエハー上にパターンを幾重にも形成する必要がある。したがって、各々のインク流路毎に空気室の開口と空気保持室が設けられ、より一層高い解像度を達成するための高密度なインク流路を形成するには構造が複雑となり、１つの記録ヘッド当たりの面積が増えて、記録ヘッドの製造コストが上昇してしまう。
【００１８】
（３）特許文献４の構成では、記録素子基板と支持部材の接合箇所に空気室が設けられている。このため、記録ヘッドの小型化や製造コストの削減のために記録素子基板を小さくした場合、共通液室内の圧力変動を吸収するために必要とされる空気室の大きさが確保できなくなるおそれがある。また、この場合、空気室内の空気が断熱層になり、記録ヘッドの駆動時に記録素子基板から発生する熱が効率良く支持部材に伝導されなくなることで、インク吐出の高速駆動に支障をきたすおそれがある。
【００１９】
そこで、本発明は、比較的高品位で高速記録が可能なインクジェット記録ヘッドを提供することを目的とする。また、本発明は、装置全体の小型化および製造コストの低減が図られたインクジェット記録装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
上述した目的を達成するため、本発明に係るインクジェット記録ヘッドは、インクを吐出する吐出口に対応して、インクを吐出するためのエネルギーを発生するエネルギー発生手段がそれぞれ設けられた複数のインク流路に連通された共通液室を備え、複数のエネルギー発生手段をブロック単位毎に時分割して駆動する。そして、共通液室には、ブロック単位毎に、連通路と、この連通路に連通されインクの吐出時に共通液室に発生する圧力変動を、連通路を介して吸収可能な気液界面を有する気体保持室とが連通されている。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、比較的高品位で高速記録を実現することができる。また、本発明によれば、装置全体の小型化および製造コストの低減を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。
【００２３】
（第１の実施形態）
図１〜図５は、第１の実施形態を説明するための図である。図１は、記録ヘッドを示す斜視図である。図２は、図１における記録ヘッドを矢印Ｃ方向から示す平面図である。図３に、図１における記録ヘッドのＡ−Ａ断面図を示し、図４に、図１における記録ヘッドのＢ−Ｂ断面図を示す。そして、本発明の特徴を最もよく表す図５は、図２中におけるＤ部分の部分詳細図である。
【００２４】
図１に示すように、本実施形態のインクジェット記録ヘッドは、インクを吐出するインク吐出基板Ｈ１１００と、このインク吐出基板Ｈ１１００を支持する立体配線（積層配線）付き支持部材Ｈ１２００とを備えている。
【００２５】
インク吐出基板Ｈ１１００には、インクを吐出する吐出口Ｈ１１０３と、インクを吐出するためのエネルギーを発生するエネルギー発生体（不図示）とを有する複数のインク流路（ノズル）Ｈ１１０２を備えている。また、インク吐出基板Ｈ１１００には、複数のインク流路Ｈ１１０２が配列されたノズル列を有しており、各インク流路Ｈ１１０２にインクを供給するための共通液室としてのインク供給口Ｈ１１０７が設けられている。また、インク吐出基板Ｈ１１００には、図１に示すように、各吐出エネルギー発生体と電気的に接続される第１の電極端子Ｈ１２１１が設けられている。
【００２６】
また、立体配線付き支持部材Ｈ１２００には、インク吐出基板Ｈ１１００が実装された支持面側の反対側に、インクを供給するためのインク供給部材（不図示）が接着剤で接合されている。
【００２７】
また、図４に示すように、支持部材Ｈ１２００には、インク吐出基板Ｈ１１００を支持する支持面に、第１の電極端子Ｈ１２１１と電気的に接続される第２の電極端子Ｈ１２１２が設けられている。支持部材Ｈ１２００は、内部導体配線Ｈ１２０４およびスルーホール（不図示）を有する複数のシート材が積層されてなる。そして、支持部材Ｈ１２００の内部には、内部導体配線Ｈ１２０４およびスルーホールによって、第２の電極端子Ｈ１２１２と電気的に接続される立体配線が形成されている。第２の電極端子Ｈ１２１２は、封止剤Ｈ１２１０で覆われて封止されている。
【００２８】
また、支持部材Ｈ１２００には、インク吐出基板Ｈ１１００のインク供給口Ｈ１１０７にインクを供給するためのインク供給穴Ｈ１２０９が設けられている。このインク供給穴Ｈ１２０９は、支持部材Ｈ１２００の支持面から、この支持面の反対側の面に向かって、貫通されて設けられている。なお、図示しないが、インク供給穴Ｈ１２０９は、支持面から支持部材Ｈ１２００の側面に向かって断面略Ｌ字状をなして貫通されて設けられてもよい。
【００２９】
図２および図３に示すように、立体配線付き支持部材Ｈ１２００のインク供給穴Ｈ１２０９内の側面には、インク吐出基板Ｈ１１００の近傍に、インク供給穴Ｈ１２０９に連通された連通路Ｈ１２１７が設けられている。また、この連通路Ｈ１２１７には、微細貫通孔Ｈ１２１６が連通されており、この微細貫通孔Ｈ１２１６を介してインクの吐出時にインク供給口Ｈ１１０７（共通液室）に発生する圧力変動を吸収可能な気液界面を有する気体保持室Ｈ１２１５に連通されている。気体保持室Ｈ１２１５内には、インク供給穴Ｈ１２０９に供給されたインクと空気との気液界面が形成されている。
【００３０】
微細貫通孔Ｈ１２１６は、インク供給穴Ｈ１２０９の長手方向と平行に延ばされて、連通路Ｈ１２１７および気体保持室Ｈ１２１５に連通されて設けられている。さらに、図４に示すように、支持部材Ｈ１２００には、各インク流路Ｈ１１０２のエネルギー発生体が時分割して駆動されるブロック単位毎に、連通路Ｈ１２１７、微細貫通孔Ｈ１２１６および気体保持室Ｈ１２１５がそれぞれ設けられている。
【００３１】
このように、支持部材Ｈ１２００のインク供給穴Ｈ１２０９に、連通路Ｈ１２１７、微細貫通孔Ｈ１２１６、気体保持室Ｈ１２１５が連通される構造は、セラミックグリーンシート法によって形成されている。すなわち、プレス成形型などで成形された平面状の流路が形成された複数のシート材を積層することで、３次元形状の流路が立体的に形成される。本実施形態では、図５に示すように、千鳥状に位置をずらして配置された吐出口Ｈ１１０３からなる２列のノズル列の片側１６個のノズル分を１つのブロック単位として時分割された構成における各気体保持室Ｈ１２１５の配置を示している。
【００３２】
本実施形態の記録ヘッドによれば、時分割して駆動されるブロック単位毎に気体保持室Ｈ１２１５がそれぞれ配置されることで、時分割された各ブロック単位内での圧力変動によって発生するメニスカスの安定化に要する時間を大幅に短縮することができる。このため、本実施形態の記録ヘッドによれば、高速な優れた応答特性を得ることができる。また、本実施形態の記録ヘッドによれば、装置全体の小型化および製造コストの低減を図ることが可能になる。
【００３３】
（第２の実施形態）
図６は、第２の実施形態の記録ヘッドを説明するための平面図である。本実施形態は、図５に示した共通液室としてのインク供給口Ｈ１１０７を、２つずつ対向する合計４つのインク流路（ノズル）Ｈ１１０２毎に１つの共通インク供給口Ｈ１１０８を有するように分割した構成である。
【００３４】
支持部材Ｈ１２００には、インク吐出基板Ｈ１１００の各々の共通インク供給口Ｈ１１０８に対応して、インク供給穴Ｈ１２０９の側面に連通路Ｈ１２１７が設けられ、連通路Ｈ１２１７から微細貫通孔Ｈ１２１６を介して気体保持室Ｈ１２１５に連通されている。
【００３５】
本実施形態によれば、第１の実施形態の構成に比べて、更に細かく分割されたブロック単位毎に、気体保持室Ｈ１２１５がそれぞれ設けられている。したがって、本実施形態によれば、より一層細分化されたブロック単位毎に、共通インク供給口Ｈ１１０８内で圧力変動によって発生するメニスカスの安定化に要する時間を大幅に短縮することが可能になる。したがって、本実施形態によれば、更に高速な優れた応答特性を得ることができる。
【００３６】
以上、本実施形態は、インク吐出基板Ｈ１１００のインク流路Ｈ１１０２近傍に位置して、気体保持室Ｈ１２１５が設けられた支持部材Ｈ１２００を備えることで、圧力変動で生じるメニスカスの安定化に要する時間を、更に大幅に短縮することが可能になる。このため、本実施形態によれば、高速な優れた応答特性が得られる。さらに、本実施形態は、支持部材Ｈ１２００内に気体保持室Ｈ１２１５が設けられることで、製造コストの低減が図られる。
【００３７】
なお、本発明は、記録装置として一般的なプリント装置の他、例えば、複写機、情報通信部を有するファクシミリ、プリント部を有するワードプロセッサ等の装置、さらには、各種処理装置と複合的に組み合わされた産業用記録装置等に用いられて好適である。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】第１の実施形態のインクジェット記録ヘッドを示す斜視図である。
【図２】第１の実施形態のインクジェット記録ヘッドが備える支持部材を示す平面図である。
【図３】第１の実施形態のインクジェット記録ヘッドを示す断面図である。
【図４】第１の実施形態のインクジェット記録ヘッドを示す断面図である。
【図５】図４におけるＤ部分を示す平面図である。
【図６】第２の実施形態のインクジェット記録ヘッドを示す断面図である。
【図７】従来のインクジェット記録装置における駆動タイミングを説明するための図である。
【図８】従来のインクジェット記録ヘッドの一例の構造を模式的に示す図である。
【図９】従来のインクジェット記録ヘッドの共通液室を説明するための断面図である。
【図１０】従来のインクジェット記録ヘッドの構成を説明するための断面図である。
【図１１】従来のインクジェット記録ヘッドの要部の構造を説明するための断面図である。
【符号の説明】
【００３９】
Ｈ１１００  インク吐出基板
Ｈ１１０２  インク流路
Ｈ１１０３  吐出口
Ｈ１１０７  インク供給口
Ｈ１２００  立体配線付き支持部材
Ｈ１２０４  内部導体配線
Ｈ１２０９  インク供給穴
Ｈ１２１５  気体保持室
Ｈ１２１６  微細貫通孔
Ｈ１２１７  連通路
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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