(57)【要約】【課題】  低コストで組立の容易なＦＷＡ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。【解決手段】  ダイユニット１２を基体４０の開口１３に嵌合させてヘッドアレイユニット１０を形成する。ダイユニット１２は基体４０との嵌合部分近傍に電極１６を備えており、嵌合によってダイユニット１２と基体４０とが電気的に接続される。内部に電気配線の組み込まれた基体４０は、剛性の高い支持体４２と一体化され、ヘッドアレイユニット１０として形成される。インク供給路２３Ａ・排出路２３Ｂは、図２に示すようにヘッドアレイユニット１０全体で一括して供給する構造とするか１本のインク流路からダイユニット１２ごとに枝分かれさせて供給する構造とする。【選択図】        図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
１つまたはそれ以上の開口部と前記開口部に設けられた電極に接続された配線とを備えた基体と、
前記開口部に嵌合するダイユニットと、からなるインクジェット記録ヘッドであって、
前記ダイユニットは前記開口部より大きく、発熱体、インク流路およびインクノズルを含み、
前記ダイユニットは接続端子を備え、前記接続端子は前記開口部と前記ダイユニットの嵌合によって前記電極と対向す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】
前記基体よりも剛性の高い支持体を前記基体と一体的に設けた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】
前記基体あるいは前記支持体に前記ダイユニット毎のインクタンクが設けられていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のインクジェット記録ヘッド。
【請求項４】
前記インクタンクはフィルターを備えた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】
前記基体あるいは前記支持体に、前記ダイユニットにインクを供給および排出するインク流路が設けられていることを特徴とする請求項１乃至請求項４に記載のインクジェット記録ヘッド。
【請求項６】
前記インク流路と前記ダイユニットまたは前記インクタンクとの接続部に弁が設けられていることを特徴とする請求項５に記載のインクジェット記録ヘッド。
【請求項７】
前記基体あるいは前記支持体に、前記ダイユニットにインクを供給するインク流路が設けられていることを特徴とする請求項１乃至請求項４に記載のインクジェット記録ヘッド。
【請求項８】
前記インク流路と前記ダイユニットまたは前記インクタンクとの接続部に弁が設けられていることを特徴とする請求項７に記載のインクジェット記録ヘッド。
【請求項９】
前記インク流路が前記基体または前記支持体の内部に設けられていることを特徴とする請求項５乃至請求項８に記載のインクジェット記録ヘッド。
【請求項１０】
前記インク流路が前記基体または前記支持体の外部に設けられていることを特徴とする請求項５乃至請求項８に記載のインクジェット記録ヘッド。
【請求項１１】
前記基体あるいは前記支持体に冷却用流体を循環する流路が設けられていることを特徴とする請求項１乃至請求項１０に記載のインクジェット記録ヘッド。
【請求項１２】
前記配線は前記基体の１箇所または複数箇所に集結されて外部と接続されることを特徴とする請求項１乃至請求項１１に記載のインクジェット記録ヘッド。
【請求項１３】
前記ダイユニットに前記発熱体を駆動、制御する駆動素子および制御素子が一体化されていることを特徴とする請求項１乃至請求項１２に記載のインクジェット記録ヘッド。
【請求項１４】
単一種類のインクを用いることを特徴とする請求項１乃至請求項１３に記載のインクジェット記録ヘッド。
【請求項１５】
複数種類のインクを用いることを特徴とする請求項１乃至請求項１３に記載のインクジェット記録ヘッド。
【請求項１６】
請求項１乃至請求項１５に記載のインクジェット記録ヘッドを備えたインクジェット装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＦＷＡ（ページ幅：Full Width Array）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し、さらに詳しくは、画像情報に基づいてインク滴を画像記録媒体に吐出し、画像を記録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を備えたインクジェット記録装置に関し、特にFWAにおける簡易な構成と発熱体・流路・ノズルからなるダイユニット間の位置ずれのないＦＷＡ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を備えたインクジェット記録装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、複数のダイユニット（インクジェット記録ヘッドチップ）を直線上に並べてヘッドアレイを構成し、用紙のページ幅をカバーすることによって高速に印字を行なうインクジェット記録装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
しかし特許文献１に記載された構成は、図１０に示すヘッドアレイユニット１００のように、インク供給路１１０が内在された構造棒材１０２上にRoof Shooter型ダイユニット１０４を配置してアレイを形成し、ダイユニット１０４の電気的接続はこれと独立して個々のダイユニット１０４毎に配線１０６によって行われる構造となっている。その為、ヘッドアレイユニット１００全体の構造が複雑化する。
【０００４】
また、電気的接続に加えて個々のダイユニット１０４へインク供給路１１０からインクを供給するインク流路１０８とダイユニット１０４の接続も複雑となる。このため、特に用紙のページ幅の拡大とそれに伴うダイユニット１０４の個数増も加わった場合は配線１０６、インク流路１０８の構造棒材１０２内での引き回し、接続は工数の増加と歩留まりの低下によってコスト増加の原因となる。
【特許文献１】特開平０８−１３８８８５号公報  （図６、第３〜６頁）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は上記事実を考慮し、低コストで組立の容易なＦＷＡ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する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
請求項１に記載のインクジェット記録ヘッドは、１つまたはそれ以上の開口部と前記開口部に設けられた電極に接続された配線とを備えた基体と、前記開口部に嵌合するダイユニットと、からなるインクジェット記録ヘッドであって、前記ダイユニットは前記開口部より大きく、発熱体、インク流路およびインクノズルを含み、前記ダイユニットは接続端子を備え、前記接続端子は前記開口部と前記ダイユニットの嵌合によって前記電極と対向することを特徴とする。
【０００７】
上記構成の発明では、基体の開口部にダイユニットを嵌合させて両者の電気的接続を行なう構成としたことで、ダイユニットと基体の配線が簡略化されるので工程が単純化され、時間及びコストの削減ができる。
【０００８】
請求項２に記載のインクジェット記録ヘッドは、前記基体よりも剛性の高い支持体を前記基体と一体的に設けたことを特徴とする。
【０００９】
上記構成の発明では、電気配線を含む基体ではなく支持体に剛性を持たせて基体と組合せる構成としたことで、基体の素材や構造、製造方法などの自由度を高めることができる。
【００１０】
請求項３に記載のインクジェット記録ヘッドは、前記基体あるいは前記支持体に前記ダイユニット毎のインクタンクが設けられていることを特徴とする。
【００１１】
上記構成の発明では、ダイユニットごとにインクタンクを設けたことで、例えばヘッドのメンテナンス時にノズルからインクを吸引してもインク流路中のインクまで吸引されず、インクを浪費することがない。
【００１２】
請求項４に記載のインクジェット記録ヘッドは、前記インクタンクはフィルターを備えたことを特徴とする。
【００１３】
上記構成の発明では、インクタンクにフィルターを設けたことで、インク中の不純物やインクの変質によって生じた顔料粒子などでノズルが詰まる危険を防ぐことができる。
【００１４】
請求項５に記載のインクジェット記録ヘッドは、前記基体あるいは前記支持体に、前記ダイユニットにインクを供給および排出するインク流路が設けられていることを特徴とする。
【００１５】
上記構成の発明では、基体または支持体にインク流路を設けたことで、ダイユニットを基体に嵌合する作業でダイユニットへのインク供給路および排出路の接続も同時に行なえる。
【００１６】
請求項６に記載のインクジェット記録ヘッドは、前記インク流路と前記ダイユニットまたは前記インクタンクとの接続部に弁が設けられていることを特徴とする。
【００１７】
上記構成の発明では、ヘッドのメンテナンス時にノズルからインクを吸引する際、インク流路に設けた弁で個々のダイユニットごとに独立して吸引する・しないを選択できる。
【００１８】
請求項７に記載のインクジェット記録ヘッドは、前記基体あるいは前記支持体に、前記ダイユニットにインクを供給するインク流路が設けられていることを特徴とする。
【００１９】
上記構成の発明では、基体または支持体にインク流路を設けたことで、ダイユニットを基体に嵌合する作業でダイユニットへのインク供給路の接続も同時に行なえる。
【００２０】
請求項８に記載のインクジェット記録ヘッドは、前記インク流路と前記ダイユニットまたは前記インクタンクとの接続部に弁が設けられていることを特徴とする。
【００２１】
上記構成の発明では、ヘッドのメンテナンス時にノズルからインクを吸引する際、インク流路に設けた弁で個々のダイユニットごとに独立して吸引する・しないを選択できる。
【００２２】
請求項９に記載のインクジェット記録ヘッドは、前記インク流路が前記基体または前記支持体の内部に設けられていることを特徴とする。
【００２３】
上記構成の発明では、基体または支持体の中にインク流路を設けた構成とすることで、基体または支持体を製造する際にインク流路を同時に作り込むことができるので、ヘッドアレイユニット組立の際に工数を少なくすることができる。
【００２４】
請求項１０に記載のインクジェット記録ヘッドは、前記インク流路が前記基体または前記支持体の外部に設けられていることを特徴とする。
【００２５】
上記構成の発明では、基体または支持体の外にインク流路を設けた構成とすることで、基体または支持体の構造を単純にできる。また、組立後にインク流路のメンテナンスが必要となった際に作業し易い。
【００２６】
請求項１１に記載のインクジェット記録ヘッドは、前記基体あるいは前記支持体に冷却用流体を循環する流路が設けられていることを特徴とする。
【００２７】
上記構成の発明では、インクによる冷却のみではサーマル方式による発熱への対応が追い付かない場合でも、冷却用流体を循環させることによって過熱の恐れなく印字を行なうことができる。
【００２８】
請求項１２に記載のインクジェット記録ヘッドは、前記配線は前記基体の１箇所または複数箇所に集結されて外部と接続されることを特徴とする。
【００２９】
上記構成の発明では、基体に設けられた電気配線が外部と接続される際に１箇所または複数箇所のコネクタを経由する構造としたことで、ヘッドアレイユニットを記録装置に組み込む際の作業性が向上する。
【００３０】
請求項１３に記載のインクジェット記録ヘッドは、前記ダイユニットに前記発熱体を駆動、制御する駆動素子および制御素子が一体化されていることを特徴とする。
【００３１】
上記構成の発明では、ダイユニットに発熱体を駆動、制御する駆動素子および制御素子を一体化したことで、ダイユニットと基体の電気的接続が簡単になる。
【００３２】
請求項１４に記載のインクジェット記録ヘッドは、単一種類のインクを用いることを特徴とする。
【００３３】
上記構成の発明では、ヘッドアレイユニット全体で１種類のインクのみを使用することでコンタミや作業ミスなどの発生を未然に防ぐことができる。
【００３４】
請求項１５に記載のインクジェット記録ヘッドは、複数種類のインクを用いることを特徴とする。
【００３５】
上記構成の発明では、ヘッドアレイユニット中に複数のインクを用いることで、少ない数のヘッドアレイユニットでカラー印字を行なえる構造にできる。
【００３６】
請求項１６に記載のインクジェット記録装置は、請求項１乃至請求項１５に記載のインクジェット記録ヘッドを備えたことを特徴とする。
【００３７】
上記構成の発明では、低コストで組立の容易なＦＷＡインクジェット記録装置とすることができる。
【発明の効果】
【００３８】
本発明は上記構成としたので、低コストで組立の容易なＦＷＡ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とすることができた。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３９】
図１には本発明の第１実施形態に係るインクジェット記録ヘッド用のダイユニットが示されている。
【００４０】
本実施形態では、図１に示すようにダイユニット１２上にインク流路１８を挟んで発熱体アレイ１４が設けられ、個々の発熱体から外部と電気的に接続するための電極１６がダイユニット１２の外縁部近傍に設けられている。
【００４１】
これによってダイユニット１２をヘッドアレイユニットに嵌合する際、電極１６をヘッドアレイユニットの開口部近傍にてヘッドアレイユニット側に接続させることができる。
【００４２】
発熱体アレイを構成する個々の発熱体１５の上には図示しないノズルが存在し、発熱体１５によって熱せられたインクが蒸発し，発生した気泡の圧力でインク滴を吐出する。
【００４３】
ここではインク流路１８を挟んで２つの配列密度600dpiの発熱体アレイ１４が、１／２波長ずらして配置されている。従って、１つのダイユニット１２で1200dpiの解像度を得ることができる。また、FWA（ページ幅）プリンターにおいては、記録紙１パスすなわち一回の通過に対して、インク滴を吐出する時間間隔をずらすことで同一位置に画素を形成することもできる。
【００４４】
発熱体アレイ１４は長手方向に並べた方がより多くの発熱体をダイユニット１２上に設けることができるので、電気的接続用電極１６もまたダイユニット１２の長手方向縁部に並べて配置されている。
【００４５】
またダイユニット１２は発熱体アレイ１４の他に駆動素子・流路・ノズルが形成されている。
【００４６】
図２には本発明の第１実施形態に係るインクジェット記録ヘッドが示されている。
【００４７】
図２に示すように、ダイユニット１２を基体４０の開口１３に嵌合させてヘッドアレイユニット１０を形成する。ダイユニット１２は基体４０との嵌合部分近傍に電極１６を備えており、嵌合によってダイユニット１２と基体４０とが電気的に接続される。
【００４８】
内部に電気配線の組み込まれた基体４０は、剛性の高い支持体４２と一体化され、ヘッドアレイユニット１０として形成される。
【００４９】
このとき、基体４０または支持体４２の内部ではなく外部にインク供給路２３Ａ、排出路２３Ｂを設けることもできる。図２の楕円で囲んだ部分を拡大した図３に示すように、例えば支持体４２に設けた支持部材２５にインク供給路２３Ａあるいは排出路２３Ｂを設けることで、基体４０または支持体４２の内部にインクを循環または供給・排出させる流路を不要にできる。
【００５０】
また、このインク供給路２３Ａ、排出路２３Ｂに替えて冷却溶媒用流路を設けてもよい。通常はインク流がダイユニット１２の熱を吸収・排出するが、発熱体１５の数や密度が増加すると過熱する場合も考えられる。このため冷却溶媒を循環させることで、ダイユニット１２の温度を一定に保つことができる。
【００５１】
インク供給路２３Ａ・排出路２３Ｂは、図２に示すようにヘッドアレイユニット１０全体で一括して供給する構造としてもよい。すなわちインク供給口２２から供給されたインクを個々のダイユニット１２ごとに設けられた専用のインク供給路２３Ａを通じてダイユニット１２に供給され、インク排出路２３Ｂを通じてインク排出口２６へと排出される構造である。
【００５２】
また、図４に示すようにひとつのヘッドアレイユニット内に独立した２つまたはそれ以上のインク供給・排出路を設け、ヘッドアレイユニット単独で複数の色で印字できるような構成とすることもできる。
【００５３】
すなわち、ヘッドアレイユニット内にＡ，Ｂ二つのインク供給・排出路をそれぞれ設け、色Ａのインクはインク供給口２２Ａより供給されてダイユニット１２を通り印字に使用されたのちインク排出口２２Ａより排出される。一方、色Ｂのインクはインク供給口２２Ｂより供給されてダイユニット１２を通り印字に使用されたのちインク排出口２２Ｂより排出されるようにすれば一体のヘッドアレイユニットで２色のインクによる印字を行なうことができる。このとき、２色のインクは完全に独立した流路を通過するのでコンタミなどのおそれはない。
【００５４】
ダイユニット１２のメンテナンス時には、特定のダイユニット１２の電磁弁２８のみを開放し、他のダイユニット１２の電磁弁２８を閉じて吸引を行い、気泡の除去等を行うことができる。すべての電磁弁２８を同時に開放してインクの吸引操作を行なうと、ヘッドアレイユニット１０内に発生する流路抵抗差によって、インク中に気泡の抱きこみ現象を生じることがあるが、ダイユニット１２毎に上記の操作を行うことで気泡の抱き込み現象を防ぐことができる。
【００５５】
インクジェット記録装置全体を停止させる場合には、各ダイユニット１２のインク供給路２３Ａ側に設けられた電磁弁２８が閉じ、インク排出路２３Ｂ側からインク吸引が行われた後、ヘッドアレイユニット１０内のインクは取り除かれる。その後、乾燥やゴミの付着を防ぐために各ダイユニット１２を覆うキャッピングが行われる。
【００５６】
ヘッドアレイユニット１０内のインク流路を洗浄する時には、インクジェット記録装置本体側でインクと洗浄液の供給を切り替え、ヘッドアレイユニット１０内での洗浄液の循環およびダイユニット１２毎の吸引操作により、内部のインク流路洗浄が行われる。
【００５７】
図５には本発明の第２実施形態に係るインクジェット記録ヘッド用のダイユニットが示されている。
【００５８】
本実施形態では、図５に示すようにダイユニット１２上に２つのインク流路１８を挟んで発熱体アレイ１４が設けられ、個々の発熱体から外部と電気的に接続するための電極１６がダイユニット１２の外縁部近傍に設けられている。
【００５９】
これによってダイユニット１２をヘッドアレイユニットに嵌合する際、電極１６をヘッドアレイユニットの開口部近傍にてヘッドアレイユニット側に接続させることができるのは第１実施形態と同様である。本実施形態ではダイユニット１２に複数のインク流路１８を設け、さらに高密度化を可能にしている。
【００６０】
すなわち、２つのインク流路１８を挟んでそれぞれ２つの配列密度600dpiの発熱体アレイ１４を互いに１／４波長ずらして配置することにより、ダイユニット１２全体としては2400dpiの解像度を得ることができる。当然、３つ以上のインク流路１８を設け、さらに高密度化してもよい。
【００６１】
図６〜９には本発明の第２実施形態に係るインクジェット記録ヘッドが示されている。
【００６２】
図６に示すように、ダイユニット１２を基体４０の開口１３に嵌合させてヘッドアレイユニット１０を形成する。ダイユニット１２は基体４０との嵌合部分近傍に電極１６を備えており、嵌合によってダイユニット１２と基体４０とが電気的に接続される。
【００６３】
本実施例では支持体４２の内部にインク供給孔２４が設けられ、ダイユニット１２にインクを供給している。すなわち、図６の楕円で囲った部分の断面図８に示すように、インク供給孔２４は支持体４２の内部に設けられているので組み立て時に加工する必要がない。
【００６４】
この支持体４２にはダイユニット１２ごとにインクタンク３２が設けられ、供給されたインクは一旦このインクタンク３２を経由し、フィルタ３０で濾過され不純物やゴミを取り除いた状態でダイユニット１２から吐出される。
【００６５】
なお、第１実施形態のダイユニット１２と第２実施形態の基体・支持体構造、または第２実施形態のダイユニット１２と第１実施形態の基体・支持体構造を組合せてインクジェット記録ヘッドとしてもよいことは言うまでもない。
【００６６】
次に、ヘッドアレイユニットの組立てについて説明する。
【００６７】
１：ヘッドアレイユニットにダイユニットを実装
ヘッドアレイユニット１０の基体４０は、例えばPrint Wiring Boardのように内部（あるいは表面）に電気配線が設けられている。個々の基体４０の開口１３に、ダイユニット１２の電極１６に対応した位置の電極３６が露出し、バンプ３４を介して電気的接続が行なわれる。
【００６８】
このとき、千鳥上に隣接したダイユニット１２端部の発熱体アレイ１４（＝ノズル）と重なるようにノズル配列方向Ｘにおける位置決めが実施される。用紙搬送方向Ｙは各ダイユニット１２が平行になるように位置決めされる。各ダイユニット１２は、隣接間の発熱体と片側10bits重なるようにノズル数に余裕をもって設けられる。各ダイユニット１２の長さは40mmであり、８個のダイユニット１２によりA4長手方向をカバーすることができる。
【００６９】
ここでインク滴噴射面に、耐インク腐食および撥水のためコーティング，薄膜・板の張り合わせを施すことが可能である。電気的接続箇所は、インクの接触およびこれによる腐食を防止するために、封止部材３８で封止する。
【００７０】
２：ヘッドアレイユニットに支持体を装着
上記ヘッドアレイユニット１０の剛性を保つため、支持体４２を装着することができる。支持体４２には、図７に示すように各ダイユニット１２に対応したインクタンク３２を装着するための開口１３Ｂと、ヘッドアレイユニット１０の外からインクを供給および排出するインク供給孔２４が設けられている。
【００７１】
また支持体４２内には、ヘッドアレイユニット１０の冷却用にインク供給・排出路とは別に、前述のように冷却溶媒用流路を設けることもできる。
【００７２】
インク供給路・排出路は、図２の２３Ａ，２３Ｂのようにヘッドアレイユニット１０の外部から一括供給、一括排出されるようにしてもよいし、図６のように、インク供給路・排出路が１本のインク供給孔２４から各ダイユニット１２へ分岐して供給するようにしてもよい。
【００７３】
３：インクタンクを装着
フィルタ３０を備えたインクタンク３２をスナップフィット（図示せず）によりダイユニット１２毎に装着し、封止する。
【００７４】
４：電磁弁を装着
各ダイユニット１２近傍のインク供給路・排出路に電磁弁２８を装着する。電磁弁２８の電気的接続は、ヘッドアレイユニット１０の基体４０ととるようにしてもよいし、別に接続部を設けることも可能である。
【００７５】
５：電気的接続コネクターの接続
インクジェット記録装置本体とヘッドアレイユニット１０との電気的接続を行う。また、インク供給口２２、インク排出口２６にジョイントを装着して、インクジェット記録装置との流路接続を行う。
【００７６】
通常は、複数本のヘッドアレイユニット１０を用いてカラー印字を行う。ヘッドアレイユニット１０間の位置合わせは、インクジェット記録装置本体の電気コネクターと、これを支持する支持体で行われる。
【００７７】
作成されたヘッドアレイユニット１０は、インクジェット記録装置本体と電気的コネクターおよびインク供給・排出ジョイントだけで接続され、ヘッドアレイユニット１０が作成される時点でヘッドアレイユニット１０内部でのダイユニット１２間の位置合わせが行われる。かつ、ヘッドアレイユニット１０間の位置合わせはインクジェット記録装置側で行われる。従って、インクジェット記録装置に装着・脱着が容易なヘッドアレイユニット１０を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００７８】
【図１】本発明の第１形態に係るインクジェット記録ヘッドを示す正面図である。
【図２】本発明の第１形態に係るインクジェット記録ヘッドを示す正面図である。
【図３】本発明の第１形態に係るインクジェット記録ヘッドを示す断面図である。
【図４】本発明の第１形態に係るインクジェット記録ヘッドを示す正面図である。
【図５】本発明の第２形態に係るインクジェット記録ヘッドを示す正面図である。
【図６】本発明の第２形態に係るインクジェット記録ヘッドを示す正面図である。
【図７】本発明の第２形態に係るインクジェット記録ヘッドを示す断面図である。
【図８】本発明の第２形態に係るインクジェット記録ヘッドを示す断面図である。
【図９】本発明の第２形態に係るインクジェット記録ヘッドを示す断面図である。
【図１０】従来のインクジェット記録ヘッドを示す斜視図である。
【符号の説明】
【００７９】
１０    ヘッドアレイユニット
１２    ダイユニット
１４    発熱体アレイ
１６    電極
１８    インク流路
４０    基体
４２    支持体
【図１】
2005225098.tif 000003
【図２】
2005225098.tif 000004
【図３】
2005225098.tif 000005
【図４】
2005225098.tif 000006
【図５】
2005225098.tif 000007
【図６】
2005225098.tif 000008
【図７】
2005225098.tif 000009
【図８】
2005225098.tif 000010
【図９】
2005225098.tif 000011
【図１０】
2005225098.tif 000012