インクジェットヘッドおよび該ヘッドの製造方法
【課題】インクを吐出するための吐出口を有する吐出エレメントと、外部から導入されたインクを貯留するとともに、インクを吐出エレメントに供給するために貯留部と、を具えたインクジェットヘッドにおいて、その大型化を伴わずに好ましいインク供給性を得るとともに、部品点数を少なくし、組立工程を簡略化して低廉化に資する。
【解決手段】一面が開放された箱形状を有する貯留室形成部材２１１と、これに接合する蓋部材２１２とにより貯留部を構成する。貯留室形成部材２１１を、開放面に対向する底面上に設けられた内壁によって包囲され、外部からインクを直接導入するインク導入室２３０となる部分と、その外側にあって吐出エレメント１５０へのインク供給室となる部分とに仕切り、インク導入室２３０となる部分の底面と対向する面にフィルタを配置し、フィルタを介してインク導入室２３０とインク供給室とが連通するようにする。
【解決手段】一面が開放された箱形状を有する貯留室形成部材２１１と、これに接合する蓋部材２１２とにより貯留部を構成する。貯留室形成部材２１１を、開放面に対向する底面上に設けられた内壁によって包囲され、外部からインクを直接導入するインク導入室２３０となる部分と、その外側にあって吐出エレメント１５０へのインク供給室となる部分とに仕切り、インク導入室２３０となる部分の底面と対向する面にフィルタを配置し、フィルタを介してインク導入室２３０とインク供給室とが連通するようにする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、インク等の液体を吐出するインクジェットヘッドおよび該ヘッドの製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
インクジェットヘッドを用いて記録を行うインクジェット記録方式は、記録時の発生騒音が極めて小さく、かつ高速記録が可能であり、普通紙に記録を行うことができる記録方式である。インクジェットヘッドとしては種々の吐出方式を採るものがある。しかしその中でも、インクを吐出するためのエネルギを発生する素子に発熱素子を用い、当該発熱に伴うインクの沸騰を利用して吐出を行う方式のものは、発熱素子の高集積化が容易なことから、インクジェットヘッドの主流となっている。
【０００３】
図１０（ａ）はインクジェットヘッドの従来例を示す斜視図、図１０（ｂ）はその吐出口付近（部分Ｘｂ）の拡大図、図１１は図１０（ａ）の分解斜視図である。また、図１２はインクジェットヘッドの構成要素であるジョイントケースの上面図、図１３はジョイントケースの縦断面図である。
【０００４】
図１４（ａ）およびは（ｂ）は、それぞれ、図１０（ａ）に示すインクジェットヘッドの正面図および背面図である。図１５（ａ）は図１４（ａ）のＸＶａ−ＸＶａ線断面図、同図（ｂ）は同図（ａ）の一部を拡大して示す図であり、吐出エレメント近傍（部分ＸＶｂ）を示す縦断面図、同図（ｃ）は同図（ｂ）の一部を拡大して示す図であり、吐出口近傍を示す縦断面図である。
【０００５】
インクジェットヘッドの外装は、概してインク貯留ケース１２００とジョイントケース１３００とからなり、パイプ１３０１および１３０２をそれぞれに接合させて両者間のインク路が形成される。また、ジョイントケース１３００にはジョイントカバー１２１８を超音波溶着するとともに、各部の封止を行うことでインク通路部材１２１０が構成される。
【０００６】
ジョイントケース１３００は外部（インクジェット記録装置本体）のインク供給系（不図示）と連結するジョイントユニット１２１９をなし、インク供給系からインクを導入するため、およびインク供給系にインクを導出するためのジョイント１２４０および１２４５を有する。これらのジョイント１２４０および１２４５は、それぞれ、パイプ１３０１に連通するインク導入路および導出路に連通し、それらインク導入路および導出路の途中には、インク供給系からの、およびインク供給系への塵埃の移動を阻止するフィルタ１２１５および１２１６が配設されている。
【０００７】
インク通路部材１２１０ないしインク貯留ケース１２００には、吐出エレメント１１５０を位置合せして接合し、両者を互いに押圧した状態で固定ビス１１１２により止めることで、インクジェットヘッドが完成する。
【０００８】
吐出エレメント１１５０には、インクを吐出するための複数の吐出口１１５１と、その吐出口１１５１に供給されるインクを貯留する共通液室１１５３と、各吐出口１１５１と共通液室１１５３とを連通する複数の液路１１５２と、が備えられる。各液路１１５２の一部には、インクを吐出するために利用されるエネルギとして、熱エネルギを発生する発熱素子１１５４が設けられている。また、共通液室１１５３には、インク貯留ケース１２００に設けられたインク貯留室１２１４から供給口１１５５を介してインクが供給される。なお、インク貯留室１２１４は、共通液室１１５５と同等以上の断面寸法および等しい断面形状を有している。
【０００９】
吐出エレメント１１５０は、発熱素子が形成された単結晶Ｓｉ基板１１６０に対し、成膜技術と露光装置とにより光感光性の樹脂を成膜することで吐出口壁１１６１を形成し、さらに単結晶Ｓｉに異方性エッチング処理を施してなる天板１１６５を接合することで構成される。
【００１０】
１１１０はセラミック製のプレートであり、吐出エレメント１１５０の位置を定めるとともに、発熱素子１１５４の駆動に伴って発生する熱のうちインク吐出に関与しない不要な熱エネルギを放熱させる役目を担う。プレート１１１０は、例えばアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）等の線膨張係数の低い材質で作製される。このプレート１１１０に対し、吐出エレメント１１５０は精密に位置決めされて固定される。この際、熱硬化性のボンディング剤により固定が行われるが、上記放熱を行うためには吐出エレメント１１５０からプレート１１１０に伝熱を行う必要があるので、ボンディング剤としては例えばＡｇ（銀）を混入した接着剤を使用することができる。そして、そのボンディング剤を硬化させるために温度炉へ投入し、焼結させることで、吐出エレメント１１５０とプレート１１１０との固定が完了する。
【００１１】
次に、吐出エレメント１１５０に対しては、記録装置本体から供給される電気信号に応じて発熱素子１１５４を駆動するための配線を有した電気配線基板１１２０が接続される。また、電気配線基板１１２０には、所要の情報を書込み可能な記憶素子１１２５が搭載される。電気配線基板１１２０は、吐出エレメント１１５０とプレート１１１０との一体物に貼り付けられ、吐出エレメント１１５０および電気配線基板１１２０は電気配線１１９０を介して接続される。
【００１２】
次に、インクジェットヘッド内のインク流れについて説明する。
インクは外部のインク供給系からジョイント１２４０を介して導入され、フィルタ１２１５により濾過されながら、矢印（あ）および矢印（い）に沿って流れた後（図１２および図１３）、パイプ１３０１を通ってインク貯留室１２１４へ流れ込み、さらに共通液室１１５５にインクが供給される。
【００１３】
ここで、インク吐出に伴って生じるインクの流れは、図１５（ｃ）に示すように、インク貯留室１２１４の内部での進行方向および共通液室１１５５への流入方向（矢印（お））に対して直交する、液路液路１１５２の延在方向ないし吐出方向（矢印（お−１））である。
【００１４】
一方、共通液室１１５５に供給される以外のインクは、パイプ１３０２を介し、矢印（う）に沿って流れ、フィルタ１２１６を介してジョイント１２４５に戻り、さらに矢印（え）に沿って外部のインク供給系に還流する（図１４（ａ）、（ｂ）、図１２および図１３）。この流れにより、インク貯留室１２１４内に存在する気泡はインクジェットヘッド外に押し流され、最適な状態でインク吐出を行うことが可能になる。また、インク供給系に還流したインクは適切な脱気や清浄化が行われた後、再びインクジェットヘッドに供給可能である。
【００１５】
【特許文献１】特開平１１−３４８２９１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
ところで、インクジェットヘッドはインクの吐出周波数がインクジェット記録装置の性能に直接関わってくる。すなわち、吐出周波数が高いほど、高速かつ高品位の記録を行うことが可能となるからである。そして、インクの吐出周波数を向上させるためには、高流量のインクがインクジェットヘッドないし共通液室１１５３に円滑に供給される必要がある。
【００１７】
しかし上述した構成のインクジェットヘッドでは、次のような課題がある。
まず、図１４（ａ）および（ｂ）に示される矢印（あ）の流れは、インクの供給性に対して直接影響するので、この流れの途中に配されるフィルタ１２１５の面積を大きくすることが強く望ましい。しかしながら、これに伴いジョイント部分も大型化せざるを得ないので、インクジェットヘッド自体の寸法が増大してしまうという問題が生じる。
【００１８】
また、共通液室１１５３に流れ込むまでにもインクの流れが様々に屈曲しているので、インクの流れに対し大きな抵抗が生じている。そのため、１０ｋＨｚ程度の高周波吐出を数秒間継続しただけで、吐出後の液路へのインク再充填（リフィル）が円滑に行われなくなり、記録がかすれる現象が発生してしまう。
【００１９】
さらに、上記インクジェットヘッドは、多数の部材を組み立ててインク流路が形成されている。そのため、ジョイントケース１３００とフィルタとの熱溶着部や、インク貯留室ケース１２００とジョイントケース１３００とを連通させるパイプ１３０１および１３０２の接合部等に関し、確実な接続がなされているかについて各々検査を行う必要があり、組立工程が複雑化し、そのためインクジェットヘッドの製造コストが増大するという問題がある。
【００２０】
本発明は、以上の問題に鑑みてなされたものである。すなわち、本発明は、
・インクジェットヘッドの大型化を伴わずに好ましいインク供給性を得ること、
・インクジェットヘッド内の流路抵抗を減じ、高周波吐出に対応することで、高速かつ高品位の記録を可能とすること、および
・部品点数を少なくし、組立工程を簡略化してインクジェットヘッドの低廉化に資すること
を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
そのために、本発明は、インクを吐出するための吐出口を有する吐出エレメントと、外部から導入されたインクを貯留するとともに、前記インクを前記吐出エレメントに供給するために貯留部と、を具えたインクジェットヘッドにおいて、
前記貯留部は、一面が開放された箱形状を有する第１部材と、当該開放面を覆って前記第１部材に接合する第２部材とにより構成されるとともに、前記インクが直接導入されるインク導入室と、前記吐出エレメントに直接インクを供給するインク供給室とに区画され、
前記第１部材は、前記開放面に対向する底面上に設けられた内壁によって包囲される前記インク導入室となる部分と、その外側にあって前記インク供給室となる部分とに仕切られ、
前記インク導入室となる部分の前記底面と対向する面にフィルタが配置され、該フィルタを介して前記インク導入室と前記インク供給室とが連通することを特徴とする。
【００２２】
また、本発明は、上記インクジェットヘッドを製造する方法であって、
レーザ光を吸収する材料で構成され、前記フィルタが配置された前記第１部材を用意する工程と、
該第１部材上にレーザ光を透過する材料で構成された前記第２部材を配する工程と、
前記第１部材と前記第２部材との接合部に、前記第２部材の側からレーザ光を照射することで前記第１部材と前記第２部材とを溶着する工程と、
を具えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、インクが直接導入されるインク導入室と、前記吐出エレメントに直接インクを供給するインク供給室とを有する貯留部を主に２部材で構成し、かつ両室を比較的大面積のフィルタを介して連通させることができる。これにより、インクジェットヘッドの大型化を伴わずに好ましいインク供給性を得ることができるとともに、インクジェットヘッド内の流路抵抗を減じ、高周波吐出に対応することで、高速かつ高品位の記録に資することが可能となる。また、上記２部材を簡易的かつ高信頼性の手段であるレーザ溶着により接合することで貯留部が構成されるので、部品点数が少なく、組立工程を簡略化してインクジェットヘッドの低廉化に資することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、図面を参照して本発明を詳細に説明する。
図１〜図７は本発明の一実施形態に係るインクジェットヘッドを示す。ここで、図１（ａ）はその主要部の斜視図、図１（ｂ）はその吐出口付近（部分Ｉｂ）を拡大して示す斜視図である。図２（ａ）は図１（ａ）の分解斜視図、図２（ｂ）はその吐出エレメント付近（部分ＩＩｂ）を拡大して示す斜視図である。また、図３は図１におけるインク貯留室ケースの正面図、図４はその蓋部材を取り外してインク貯留室ケース本体（インク貯留室形成部材）の内部構成を示した正面図である。図５はインク貯留室形成部材と蓋部材との接合方法を説明するための図である。図６は図２（ａ）のＶＩ−ＶＩ線に沿った断面図、図７（ａ）は図６における吐出エレメント近傍（部分ＶＩＩａ）の詳細、図７（ｂ）は同図（ａ）の一部（部分ＶＩＩｂ）の詳細、さらに図７（ｃ）は同図（ｂ）の一部（部分ＶＩＩｃ）の詳細をそれぞれ示す図である。
【００２５】
インク貯留室ケース２１０は、吐出エレメントに供給するために外部から導入されたインクを貯留する貯留部である。インク貯留室ケース２１０は、概して、一面が開放された扁平な箱形状を有する第１部材であるインク貯留室形成部材２１１と、その開放面を閉塞するように配置されて接合される第２部材であるインク貯留室蓋部材２１２とを有し、それらの接合によって形成される内部空間にインクの貯留室ないし所要のインク流路が画成される。
【００２６】
インク貯留室形成部材２１１には、インク供給系からインクを導入するための導入ジョイント部２４０およびインク供給系にインクを導出するための導出ジョイント部２４５が設けられている。インク貯留室形成部材２１１は、導入ジョイント部２４０および導出ジョイント部２４５にそれぞれ接続されるインク導入室２３０およびインク供給室２３５に区画されている。
【００２７】
ここで、一面が開放された箱形状のインク貯留室形成部材２１１の当該開放面と対向する底面上には、インク貯留室形成部材２１１の外側壁の高さより低い高さの内壁２１１Ｗが配置されている。つまり、インク貯留室形成部材２１１は、内壁によって包囲された部分と、その外側とに仕切られている。そして、内壁２１１Ｗによって包囲された部分の開放面にフィルタ２１５が配置されることでインク導入室２３０が画成され、さらにインク貯留室形成部材２１１に対してインク貯留室蓋部材２１２を接合することでインク供給室２３５が画成される。すなわち、インク導入室２３０と、フィルタ２１５と、インク供給室２３５の一部とは、インク室ケース２１０の厚み方向にオーバーラップしており、両室はフィルタ２１５を介してインク連通することになる。そして、インク導入室２３０には導入ジョイント部２４０を介して外部のインク供給系からインクが直接導入されるとともに、フィルタ２１５がインク供給系からの塵埃の移動を阻止するインク導入側フィルタとして機能する。
【００２８】
また、インク供給室２３５と導出ジョイント部２４５との接続部分には、インク導出側フィルタ２１６が設けられている。なお、後述する吐出エレメント１５０の直近において、吐出エレメント１５０内への塵埃の移動を阻止する中間フィルタが設けられていてもよい。
【００２９】
ここで、インク導入側フィルタ２１５は、吐出エレメント１５０へのインク供給に先立ってインクが通過するフィルタである。従ってインク導入側フィルタ２１５は、インクジェットヘッド１００の高周波駆動ないし高速度記録に対応したインク供給性を実現するべく、インクの流れを阻害しない面積とされていること、すなわちできるだけ大面積であることが強く望ましい。本実施形態では、インク貯留室形成部材２１１を内壁２１１Ｗによって区画することでインク導入室２３０となる部分を仕切り、内壁２１１Ｗ上にインク導入側フィルタ２１５を配置する構成としている。すなわち、フィルタ２１５に対しては、インク導入室２３０の開放面の面積に等しい面積を確保できることになる。換言すれば、インク貯留室形成部材２１１の寸法内において、適切な開放面の面積を有するインク導入室２３０を画成し、その面積内で可能な限り大きいフィルタ２１５を配置することができるようになる。
【００３０】
一方、インクジェットヘッド１００内に存在し得る空気をヘッド外のインク供給系へ効果的に排出するためには、インクが低流速・高圧力で導出されることが望ましい。このため、インク導出側フィルタ２１６については、インク供給室２３５と導出ジョイント部２４５との接続部分に配置され、その面積が小さいものとなっている。
【００３１】
なお、本実施形態で使用される各部フィルタは、金属の繊維を８μｍ四方の間隔で織込んで形成したものであり、この寸法以上の塵埃がトラップされることになる。各フィルタは熱溶着により取り付けが可能である。
【００３２】
これらのフィルタ２１５および２１６が取り付けられたインク貯留室形成部材２１１に対して、インク貯留室蓋部材２１２を所定の位置に位置決めし、接合することで、インク貯留室ケース２１０が完成する。
【００３３】
ここで、図５を用いて当該接合方法について説明する。
本実施形態では、インク貯留室蓋部材２１２とインク貯留室形成部材２１１とを位置合わせした状態で、インク貯留室蓋部材２１２側に光透過性の材質（例えばガラス）でなる部材３１１を配置し、インク貯留室蓋部材２１２をインク貯留室形成部材２１１に押し付ける方向に押圧する（矢印Ｘ方向）。このときの押圧力は、インク貯留室蓋部材２１２がインク貯留室形成部材２１１に密着する圧力とする必要があるが、インク貯留室蓋部材２１２が０．８ｍｍ程度の肉厚の樹脂等で作成されていれば、比較的低い押圧力で反りや曲がりが矯正され、密着し易くなる。
【００３４】
この状態で部材３１１側に配置したレーザ溶着システム３２０からレーザ光３１０を照射することで、溶着によりインク貯留室形成部材２１１とインク貯留室蓋部材２１２とを接合する。このためには、インク貯留室蓋部材２１２をレーザ光を透過する色の材質とする必要があり、本実施形態では乳白色ないしは薄茶色の材質でなる樹脂でインク貯留室蓋部材２１２を形成することで、９４０ｎｍ波長のレーザ光が透過できるようにしている。
【００３５】
レーザ溶着システム３２０は、部材３１１およびインク貯留室蓋部材２１２を介し、インク貯留室形成部材２１１の外壁上面、流路境界部および支柱の上面を含む接合部２１９（ハッチを付して示す）に沿ってレーザ光３１０を照射する。照射条件は、例えば、
波長：９４０ｎｍ
レーザスポット径：０．６ｍｍ
エネルギ：６０Ｗ
レーザスポット移動速度：１０ｍｍ／ｓ
とすることができる。
【００３６】
レーザ溶着法およびこれに適した材料には、例えば特許文献１に開示された技術を用いることが可能である。適用されるレーザ溶着システムは様々なメーカから入手可能であり、実施形態のインクジェットヘッドないしインク貯留ケースの仕様に適合する範囲内のものであればいずれが使用されてもよい。照射されたレーザ光３１０はインク貯留室形成部材２１１に吸収される。すなわち、インク貯留室形成部材２１１の接合部表面に熱が蓄積され、表面が溶融する。このとき発生した熱がインク貯留室蓋部材２１２にも伝えられ、インク貯留室蓋部材２１２も溶融することで、インク貯留室蓋部材２１２およびインク貯留室形成部材２１１の溶融した表面同士が融着されるわけである。
【００３７】
なお、インク貯留室蓋部材２１２とインク貯留室形成部材２１１との接合部は密着性を必要とするため、両者の接合部は高い平面度を有していることが強く望ましく、かつそれぞれは同一平面上に構成された接合面として形成されている。これにより、インク貯留室蓋部材２１２とインク貯留室形成部材２１１とは、簡易的かつ信頼性の高い手段であるによりレーザ溶着システム３２０を用いて接合可能となり、部品組立の簡略化および高信頼性を確保できるわけである。
【００３８】
また、本実施形態では接合部同士の溶着により最終的にインク貯留室ないしインク流路が画成されるが、インク貯留室形成部材２１１の内壁や流路境界部を適切に定めることで、種々の内部構成を得ることが可能となる。
【００３９】
さらに、インク貯留室形成部材２１１およびインク貯留室蓋部材２１２には、上述のようなレーザ溶着に適した材質であれば適宜のものを使用することができる。しかしインクジェットヘッド１００に使用されるインクに侵されず、かつ駆動に伴って発生する高温・高圧による析出が生じない材質であることが強く望ましい。また、接合部にレーザ光の反射率の低い、ないしはレーザ光の吸収率の高い材料層を形成しておくことで、レーザ光を効率よく熱エネルギに変換するようにすることも可能である。
【００４０】
上述のように本例では、インク貯留室形成部材２１１およびインク貯留室蓋部材２１２は、接着剤を使用することなくレーザ溶着により接合されている。これは、耐インク性や、吐出エレメントの液路ないし吐出口に目詰まり等を生じさせ得る析出物の発生を防止する上で有効である。
【００４１】
一方、吐出エレメント１５０は、従来とほぼ同様の構成を有する。すなわち吐出エレメント１５０には、図６および図７（ａ）〜（ｃ）に示すように、インクを吐出するための複数の吐出口１５１と、その吐出口１５１に供給されるインクを貯留する共通液室１５３と、各吐出口１５１と共通液室１５３とを連通する複数の液路１５２と、が備えられる。各液路１５２の一部には、インクを吐出するために利用されるエネルギとして、熱エネルギを発生する発熱素子１５４が設けられている。また、共通液室１５３には、インク貯留ケース１２０に設けられたインク供給室２３５から供給口１５５を介してインクが供給される。
【００４２】
吐出エレメント１５０は、発熱素子が形成された単結晶Ｓｉの基体に対し、成膜技術と露光装置とにより光感光性の樹脂を成膜することで吐出口壁１６１を形成した基板１６０を有する。そしてその基板１６０に対し、単結晶Ｓｉに異方性エッチング処理を施して共通液室１５５へのインク導入口等を形成しなる天板１６５を接合することで構成される。
【００４３】
セラミック製のプレート１１０は、吐出エレメント１５０の位置を定めてこれを支持するとともに、発熱素子１５４の駆動に伴って発生する熱のうちインク吐出に関与しない不要な熱エネルギを放熱させる役目を担う。プレート１１０は、例えばアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）等の線膨張係数の低い材質で作製される。このプレート１１０に対し、吐出エレメント１５０は精密に位置決めされて固定される。この際、熱硬化性のボンディング剤により固定が行われるが、上記放熱を行うためには吐出エレメント１５０からプレート１１０に伝熱を行う必要があるので、ボンディング剤としては例えばＡｇ（銀）を混入した接着剤を使用することができる。そして、そのボンディング剤を硬化させるために温度炉へ投入し、焼結させることで、吐出エレメント１５０とプレート１１０との固定が完了する。
【００４４】
吐出エレメント１５０に対しては、記録装置本体から供給される電気信号に応じて発熱素子１５４を駆動するための配線１９０を有した電気配線基板１２０が接続される。また、電気配線基板１２０には、所要の情報を書込み可能な記憶素子１２５が搭載される。電気配線基板１２０は、吐出エレメント１５０とプレート１１０との一体物に貼り付けられ、吐出エレメント１５０および電気配線基板１２０は電気配線１９０を介して接続される。以上によりインクジェットヘッド本体が構成される。
【００４５】
かかるインクジェットヘッド本体と上述のインク貯留室ケース２１０とを、図１（ａ）、図２（ａ）および図６に示すように取り付けることでインクジェットヘッド１００が完成し、内部インク流路が形成される。インクジェットヘッド本体はインク貯留室ケース２１０の一側面に取り付けられるので、インクジェットヘッド１００の組立は一方向から行うこと、すなわち組立時にインクジェットヘッド１００の向きを変えることなく組立てを行うことが可能である。
【００４６】
次に、インクジェットヘッド１００内のインク流れについて説明する。
図４および図６に示すように、インクは、外部のインク供給系からジョイント部２４０を介し、その内部に設けた流路２４０Ａを通ってインク導入室２３０に流れ込む（矢印（か））。そしてインクは、導入側フィルタ２１５により濾過されながら、インク供給室２３５へ流れ込み（矢印（き））、さらに共通液室１５５に供給される（矢印（く））。共通液室１５５に供給される以外のインクは、インク供給室２３５から導出側フィルタ２１６に向かって流れ（矢印（け））、フィルタ２１６を通過した後にジョイント部２４５を介して外部のインク供給系に排出される（矢印（こ））。この過程で、インク供給室２３５内に存在し得る気体も押し出される。
【００４７】
本実施形態においては、インク貯留室ケース２１０内を第１およびインク供給室２３０および２３５に区画し、両者間に大面積のフィルタ２１５を配置するとともに、前者がジョイント部２４０に、後者が共通液室１５５に流体接続されるようにしている。すなわち、インクは狭隘な流路に配置されるフィルタを介することなく直接インク導入室２３０に流れ込み、大面積のフィルタ２１５を通ってインク供給室２３５に至り、ここから共通液室１５５に直接供給されるものとなる。従って、インクの流れは、従来例に比して屈曲が格段に少なく、図６に示されるようにほぼ直線的なものとなるとともに、フィルタによる流れの損失も少ない。これにより、高流量のインクがインクジェットヘッドないし共通液室１１５３に円滑に供給可能となり、インクの吐出周波数の向上に対応して、高速かつ高品位の記録に資することができるものとなる。
【００４８】
また、本実施形態に係るインクジェットヘッドでは、用意したインク貯留室形成部材２１１とインク貯留室蓋部材２１２とを接合するのみで、つまり２部品を接合するのみで、内部流路が形成されたインク貯留ケース２１０を組み立てることができる。これは、フィルタ１２１５および１２１６が配置されるジョイントケース１３００ないしジョイントカバー１２１８、インク貯留ケース１２００およびパイプ１３０１および１３０２を構成要素とする、構成部品点数の多い従来例に比して、組立上非常に有利である。部品点数が多いほど、各部の位置決めに意を払わなければならず、また溶着ないし接着箇所の数が増すことで、組立工定数が多くなるからである。
【００４９】
以上のように、本実施形態に係るインクジェットヘッドは、大型化を伴わずに好ましいインク供給性を得、高周波吐出に対応することで高速かつ高品位の記録を可能とするとともに、部品点数が少なく組立工程が簡略化されることで低廉なものとなる。
【００５０】
次に、上記構成のインクジェットヘッドの適用例について説明する。
図８は本発明に係るインクジェットヘッドを備えた画像形成装置の一例として、フルカラーのインクジェット記録装置（以下、プリンタと言う）の概略を示す図である。
【００５１】
図８に示すプリンタ１０００は、給紙装置５０、排紙装置６０、画像形成部４５、搬送装置７０およびインク供給装置９０などの機構部および複数のインクタンク１を備えている。
【００５２】
給紙装置５０により搬送装置７０に給紙されたシート状の記録媒体（以下、シートと言う）５１は、搬送装置７０により画像形成部４５に対して搬送される。当該搬送の過程で、後述の制御ユニット１０３等の指示に基づいて吐出口１５１よりインクが吐出され、シート５１に文字やイメージなどが形成される。シート５１は、画像形成部４５を通過して引き続き搬送装置７０により搬送され、排紙装置６０に積載されて行く。
【００５３】
画像形成部４５には、インクジェット方式のインクジェットヘッド１００が複数色のインクに対応して配置されている。インクジェットヘッド１００は、シート５１の搬送方向と異なる方向（例えば直交する方向）に、シート５１の幅に対応した範囲にわたってインク吐出口を配列してなるものである。各インク吐出口に対しては、インクを吐出するために利用されるエネルギとして、インクに膜沸騰を生じさせる熱エネルギを発生する発熱素子が設けられる。
【００５４】
インクタンク１は、複数色のインクに対応して複数設けられ、それぞれについてインクジェットヘッドとの間のインク供給系が構成される。ここで、インクは形成する画像の内容に応じ、使用頻度の高い色ほど消費が速く進むので、収納しているインクの残量が実質的に無くなったインクタンク１のみを交換することができるよう、プリンタ１０００に対し独立に着脱が可能な構成となっている。
【００５５】
図９は図８のプリンタを含む制御系の構成例を示すブロック図である。
プリンタ１０００は、ＵＳＢやセントロニクス仕様の汎用インターフェースを介してホストコンピュータ等の外部機器１０１と接続され、外部機器１０１から転送される印刷情報に基づいて画像形成を行う。ここで、印刷情報には、所定のプリンタ言語に基づく文字コードデータ，図形描画命令，イメージデータ等の画像情報や、用紙切替、排紙口切替等の装置制御情報が含まれる。
【００５６】
プリンタ１０００は、上記各機構部を動作させるための制御に関与する各部として、操作パネル１０２、制御ユニット１０３および排紙オプション装置６０を備えている。
【００５７】
ここで、操作パネル１０２は、各種スイッチ（ボタン）のほか、ＬＣＤやＬＥＤ表示器よりなる表示装置等により構成されるマン・マシンインターフェースとして機能する。すなわち、ユーザは操作パネル１０２上の各種スイッチを介してプリンタ１０００に指示を与えることができるとともに、表示装置を介して装置状態の情報等を得ることができる。なお、ユーザにより指示ないし設定された各種データ等は、例えばＮＶＲＡＭ等の不揮発メモリに記憶され、管理される。
【００５８】
制御ユニット１０３は、上記印刷情報に基いて、インクジェットヘッド１００内の発熱素子を選択的に駆動するための駆動データを生成する。当該駆動データに基いて発熱素子が駆動されることでインクが沸騰し、これに応じて対応したインク吐出口よりインクが吐出されて、文字やイメージがシート５１上に形成される。
【００５９】
しかしながら、連続した画像形成を行っていくと、インク吐出に費やされた以外の熱エネルギがインクに蓄積され、インクの温度が上昇してインク内の溶存気体が発泡し、気泡となることがある。この気泡が発熱素子上の液路に存在していると、駆動に伴う発熱素子の沸騰が不完全となり、対応する吐出口からのインク吐出動作が不能または不良となることで、画像形成が正常に行われなくなる恐れがある。そこで制御ユニット１０３は、所定の周期または適宜のタイミングにて、インクジェットヘッド１００および外部インク供給装置９０間でインクを循環させる命令を出す。
【００６０】
制御ユニット１０３は、具体的にはビデオコントローラ１０６、エンジンコントローラ１０７およびオプションコントローラ１０８を有する。
【００６１】
ここで、ビデオコントローラ１０６は、汎用インターフェースを介して外部機器１０１と接続され、外部機器１０１から転送されてくる印刷情報を受信し、これに所要の演算等を施すことで、インク吐出動作を規定するドットデータ等からなる２値または多値の情報を生成し、ビデオインターフェース１０９を介してエンジンコントローラ１０７に対して当該情報を送信する。また、これと共に、統括インターフェース１１０を介してオプションコントローラ１０８に対して排紙を指定するためのコマンド等を送信する。
【００６２】
エンジンコントローラ１０８は、シート５１の搬送に適切に同期させながら、ビデオコントローラ１０６から転送されるドットデータに基づいてインクジェットヘッド１００の発熱素子を駆動する。また、オプションコントローラ１０８に対して排紙タイミングの指示を行う。
【００６３】
オプションコントローラ１０８は、図示しないＣＰＵ、ＲＯＭおよびＲＡＭ等を備え、プリンタ１０００の各種オプション装置に具備されるオプションコントローラユニットと通信を行い、各種のオプション装置を統括的に制御可能である。図２では、オプション装置として、指示に応じた排紙動作を行うオプション装置６０が例示されている。オプションコントローラ１０８は、ビデオコントローラ１０６から転送される排紙情報指定およびエンジンコントローラ１０８からの排紙情報指定等に基づき、インターフェース１１１を介して排紙オプション装置６０の動作を制御する。
【００６４】
なお、インクジェットヘッドの個数ないし対応する色調数はあくまでも例示であって、本発明を制限するものではない。また、インクジェットヘッドの吐出エレメントについても、上述したような発熱素子を有する形態のもののほか、ピエゾ素子等の電気機械的エネルギ変換素子を有するものなど、適宜の形態のものを用い得ることは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】（ａ）は本発明の一実施形態に係るインクジェットヘッドの主要部の斜視図、（ｂ）はその吐出口付近（部分Ｉｂ）を拡大して示す斜視図である。
【図２】（ａ）は図１（ａ）の分解斜視図、図２（ｂ）はその吐出エレメント付近（部分ＩＩｂ）を拡大して示す斜視図である。
【図３】図１におけるインク貯留室ケースの正面図である。
【図４】蓋部材を取り外してインク貯留室ケース本体（インク貯留室形成部材）の内部構成を示した正面図である。
【図５】インク貯留室形成部材と蓋部材との接合方法を説明するための図である。
【図６】図２（ａ）のＶＩ−ＶＩ線に沿った断面図である。
【図７】（ａ）は図６における吐出エレメント近傍（部分ＶＩＩａ）の詳細を示す拡大図、（ｂ）はその一部（部分ＶＩＩｂ）の詳細を示す拡大図、（ｃ）はその一部（部分ＶＩＩｃ）の詳細を示す拡大図である。
【図８】本発明に係るインクジェットヘッドを備えた画像形成装置の一例として、フルカラーのインクジェット記録装置（以下、プリンタと言う）の概略を示す図である。
【図９】図８のプリンタを含む制御系の構成例を示すブロック図である。
【図１０】（ａ）はインクジェットヘッドの従来例を示す斜視図、（ｂ）はその吐出口付近（部分Ｘｂ）の拡大図である。
【図１１】図１０（ａ）の分解斜視図である。
【図１２】図１０（ａ）のインクジェットヘッドの構成要素であるジョイントケースの上面図である。
【図１３】図１０（ａ）のインクジェットヘッドの構成要素であるジョイントケースの縦断面図である。
【図１４】（ａ）およびは（ｂ）は、それぞれ、図１０（ａ）に示すインクジェットヘッドの正面図および背面図である。
【図１５】（ａ）は図１４（ａ）のＸＶａ−ＸＶａ線断面図、（ｂ）はその一部を拡大して示す図であり、吐出エレメント近傍（部分ＸＶｂ）を示す縦断面図、（ｃ）はさらにその一部を拡大して示す図であり、吐出口近傍（部分ＸＶｃ）を示す縦断面図である。
【符号の説明】
【００６６】
１００ インクジェットヘッド
１５０ 吐出エレメント
１５１ 吐出口
１５３ 共通液室
２１０ インク貯留室ケース
２１１ インク貯留室形成部材
２１１Ｗ インク貯留室形成部材内壁
２１２ インク貯留室蓋部材
２３０ インク導入室
２３５ インク供給室
２１５、２１６ フィルタ
３２０ レーザ溶着システム
【技術分野】
【０００１】
本発明は、インク等の液体を吐出するインクジェットヘッドおよび該ヘッドの製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
インクジェットヘッドを用いて記録を行うインクジェット記録方式は、記録時の発生騒音が極めて小さく、かつ高速記録が可能であり、普通紙に記録を行うことができる記録方式である。インクジェットヘッドとしては種々の吐出方式を採るものがある。しかしその中でも、インクを吐出するためのエネルギを発生する素子に発熱素子を用い、当該発熱に伴うインクの沸騰を利用して吐出を行う方式のものは、発熱素子の高集積化が容易なことから、インクジェットヘッドの主流となっている。
【０００３】
図１０（ａ）はインクジェットヘッドの従来例を示す斜視図、図１０（ｂ）はその吐出口付近（部分Ｘｂ）の拡大図、図１１は図１０（ａ）の分解斜視図である。また、図１２はインクジェットヘッドの構成要素であるジョイントケースの上面図、図１３はジョイントケースの縦断面図である。
【０００４】
図１４（ａ）およびは（ｂ）は、それぞれ、図１０（ａ）に示すインクジェットヘッドの正面図および背面図である。図１５（ａ）は図１４（ａ）のＸＶａ−ＸＶａ線断面図、同図（ｂ）は同図（ａ）の一部を拡大して示す図であり、吐出エレメント近傍（部分ＸＶｂ）を示す縦断面図、同図（ｃ）は同図（ｂ）の一部を拡大して示す図であり、吐出口近傍を示す縦断面図である。
【０００５】
インクジェットヘッドの外装は、概してインク貯留ケース１２００とジョイントケース１３００とからなり、パイプ１３０１および１３０２をそれぞれに接合させて両者間のインク路が形成される。また、ジョイントケース１３００にはジョイントカバー１２１８を超音波溶着するとともに、各部の封止を行うことでインク通路部材１２１０が構成される。
【０００６】
ジョイントケース１３００は外部（インクジェット記録装置本体）のインク供給系（不図示）と連結するジョイントユニット１２１９をなし、インク供給系からインクを導入するため、およびインク供給系にインクを導出するためのジョイント１２４０および１２４５を有する。これらのジョイント１２４０および１２４５は、それぞれ、パイプ１３０１に連通するインク導入路および導出路に連通し、それらインク導入路および導出路の途中には、インク供給系からの、およびインク供給系への塵埃の移動を阻止するフィルタ１２１５および１２１６が配設されている。
【０００７】
インク通路部材１２１０ないしインク貯留ケース１２００には、吐出エレメント１１５０を位置合せして接合し、両者を互いに押圧した状態で固定ビス１１１２により止めることで、インクジェットヘッドが完成する。
【０００８】
吐出エレメント１１５０には、インクを吐出するための複数の吐出口１１５１と、その吐出口１１５１に供給されるインクを貯留する共通液室１１５３と、各吐出口１１５１と共通液室１１５３とを連通する複数の液路１１５２と、が備えられる。各液路１１５２の一部には、インクを吐出するために利用されるエネルギとして、熱エネルギを発生する発熱素子１１５４が設けられている。また、共通液室１１５３には、インク貯留ケース１２００に設けられたインク貯留室１２１４から供給口１１５５を介してインクが供給される。なお、インク貯留室１２１４は、共通液室１１５５と同等以上の断面寸法および等しい断面形状を有している。
【０００９】
吐出エレメント１１５０は、発熱素子が形成された単結晶Ｓｉ基板１１６０に対し、成膜技術と露光装置とにより光感光性の樹脂を成膜することで吐出口壁１１６１を形成し、さらに単結晶Ｓｉに異方性エッチング処理を施してなる天板１１６５を接合することで構成される。
【００１０】
１１１０はセラミック製のプレートであり、吐出エレメント１１５０の位置を定めるとともに、発熱素子１１５４の駆動に伴って発生する熱のうちインク吐出に関与しない不要な熱エネルギを放熱させる役目を担う。プレート１１１０は、例えばアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）等の線膨張係数の低い材質で作製される。このプレート１１１０に対し、吐出エレメント１１５０は精密に位置決めされて固定される。この際、熱硬化性のボンディング剤により固定が行われるが、上記放熱を行うためには吐出エレメント１１５０からプレート１１１０に伝熱を行う必要があるので、ボンディング剤としては例えばＡｇ（銀）を混入した接着剤を使用することができる。そして、そのボンディング剤を硬化させるために温度炉へ投入し、焼結させることで、吐出エレメント１１５０とプレート１１１０との固定が完了する。
【００１１】
次に、吐出エレメント１１５０に対しては、記録装置本体から供給される電気信号に応じて発熱素子１１５４を駆動するための配線を有した電気配線基板１１２０が接続される。また、電気配線基板１１２０には、所要の情報を書込み可能な記憶素子１１２５が搭載される。電気配線基板１１２０は、吐出エレメント１１５０とプレート１１１０との一体物に貼り付けられ、吐出エレメント１１５０および電気配線基板１１２０は電気配線１１９０を介して接続される。
【００１２】
次に、インクジェットヘッド内のインク流れについて説明する。
インクは外部のインク供給系からジョイント１２４０を介して導入され、フィルタ１２１５により濾過されながら、矢印（あ）および矢印（い）に沿って流れた後（図１２および図１３）、パイプ１３０１を通ってインク貯留室１２１４へ流れ込み、さらに共通液室１１５５にインクが供給される。
【００１３】
ここで、インク吐出に伴って生じるインクの流れは、図１５（ｃ）に示すように、インク貯留室１２１４の内部での進行方向および共通液室１１５５への流入方向（矢印（お））に対して直交する、液路液路１１５２の延在方向ないし吐出方向（矢印（お−１））である。
【００１４】
一方、共通液室１１５５に供給される以外のインクは、パイプ１３０２を介し、矢印（う）に沿って流れ、フィルタ１２１６を介してジョイント１２４５に戻り、さらに矢印（え）に沿って外部のインク供給系に還流する（図１４（ａ）、（ｂ）、図１２および図１３）。この流れにより、インク貯留室１２１４内に存在する気泡はインクジェットヘッド外に押し流され、最適な状態でインク吐出を行うことが可能になる。また、インク供給系に還流したインクは適切な脱気や清浄化が行われた後、再びインクジェットヘッドに供給可能である。
【００１５】
【特許文献１】特開平１１−３４８２９１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
ところで、インクジェットヘッドはインクの吐出周波数がインクジェット記録装置の性能に直接関わってくる。すなわち、吐出周波数が高いほど、高速かつ高品位の記録を行うことが可能となるからである。そして、インクの吐出周波数を向上させるためには、高流量のインクがインクジェットヘッドないし共通液室１１５３に円滑に供給される必要がある。
【００１７】
しかし上述した構成のインクジェットヘッドでは、次のような課題がある。
まず、図１４（ａ）および（ｂ）に示される矢印（あ）の流れは、インクの供給性に対して直接影響するので、この流れの途中に配されるフィルタ１２１５の面積を大きくすることが強く望ましい。しかしながら、これに伴いジョイント部分も大型化せざるを得ないので、インクジェットヘッド自体の寸法が増大してしまうという問題が生じる。
【００１８】
また、共通液室１１５３に流れ込むまでにもインクの流れが様々に屈曲しているので、インクの流れに対し大きな抵抗が生じている。そのため、１０ｋＨｚ程度の高周波吐出を数秒間継続しただけで、吐出後の液路へのインク再充填（リフィル）が円滑に行われなくなり、記録がかすれる現象が発生してしまう。
【００１９】
さらに、上記インクジェットヘッドは、多数の部材を組み立ててインク流路が形成されている。そのため、ジョイントケース１３００とフィルタとの熱溶着部や、インク貯留室ケース１２００とジョイントケース１３００とを連通させるパイプ１３０１および１３０２の接合部等に関し、確実な接続がなされているかについて各々検査を行う必要があり、組立工程が複雑化し、そのためインクジェットヘッドの製造コストが増大するという問題がある。
【００２０】
本発明は、以上の問題に鑑みてなされたものである。すなわち、本発明は、
・インクジェットヘッドの大型化を伴わずに好ましいインク供給性を得ること、
・インクジェットヘッド内の流路抵抗を減じ、高周波吐出に対応することで、高速かつ高品位の記録を可能とすること、および
・部品点数を少なくし、組立工程を簡略化してインクジェットヘッドの低廉化に資すること
を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
そのために、本発明は、インクを吐出するための吐出口を有する吐出エレメントと、外部から導入されたインクを貯留するとともに、前記インクを前記吐出エレメントに供給するために貯留部と、を具えたインクジェットヘッドにおいて、
前記貯留部は、一面が開放された箱形状を有する第１部材と、当該開放面を覆って前記第１部材に接合する第２部材とにより構成されるとともに、前記インクが直接導入されるインク導入室と、前記吐出エレメントに直接インクを供給するインク供給室とに区画され、
前記第１部材は、前記開放面に対向する底面上に設けられた内壁によって包囲される前記インク導入室となる部分と、その外側にあって前記インク供給室となる部分とに仕切られ、
前記インク導入室となる部分の前記底面と対向する面にフィルタが配置され、該フィルタを介して前記インク導入室と前記インク供給室とが連通することを特徴とする。
【００２２】
また、本発明は、上記インクジェットヘッドを製造する方法であって、
レーザ光を吸収する材料で構成され、前記フィルタが配置された前記第１部材を用意する工程と、
該第１部材上にレーザ光を透過する材料で構成された前記第２部材を配する工程と、
前記第１部材と前記第２部材との接合部に、前記第２部材の側からレーザ光を照射することで前記第１部材と前記第２部材とを溶着する工程と、
を具えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、インクが直接導入されるインク導入室と、前記吐出エレメントに直接インクを供給するインク供給室とを有する貯留部を主に２部材で構成し、かつ両室を比較的大面積のフィルタを介して連通させることができる。これにより、インクジェットヘッドの大型化を伴わずに好ましいインク供給性を得ることができるとともに、インクジェットヘッド内の流路抵抗を減じ、高周波吐出に対応することで、高速かつ高品位の記録に資することが可能となる。また、上記２部材を簡易的かつ高信頼性の手段であるレーザ溶着により接合することで貯留部が構成されるので、部品点数が少なく、組立工程を簡略化してインクジェットヘッドの低廉化に資することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、図面を参照して本発明を詳細に説明する。
図１〜図７は本発明の一実施形態に係るインクジェットヘッドを示す。ここで、図１（ａ）はその主要部の斜視図、図１（ｂ）はその吐出口付近（部分Ｉｂ）を拡大して示す斜視図である。図２（ａ）は図１（ａ）の分解斜視図、図２（ｂ）はその吐出エレメント付近（部分ＩＩｂ）を拡大して示す斜視図である。また、図３は図１におけるインク貯留室ケースの正面図、図４はその蓋部材を取り外してインク貯留室ケース本体（インク貯留室形成部材）の内部構成を示した正面図である。図５はインク貯留室形成部材と蓋部材との接合方法を説明するための図である。図６は図２（ａ）のＶＩ−ＶＩ線に沿った断面図、図７（ａ）は図６における吐出エレメント近傍（部分ＶＩＩａ）の詳細、図７（ｂ）は同図（ａ）の一部（部分ＶＩＩｂ）の詳細、さらに図７（ｃ）は同図（ｂ）の一部（部分ＶＩＩｃ）の詳細をそれぞれ示す図である。
【００２５】
インク貯留室ケース２１０は、吐出エレメントに供給するために外部から導入されたインクを貯留する貯留部である。インク貯留室ケース２１０は、概して、一面が開放された扁平な箱形状を有する第１部材であるインク貯留室形成部材２１１と、その開放面を閉塞するように配置されて接合される第２部材であるインク貯留室蓋部材２１２とを有し、それらの接合によって形成される内部空間にインクの貯留室ないし所要のインク流路が画成される。
【００２６】
インク貯留室形成部材２１１には、インク供給系からインクを導入するための導入ジョイント部２４０およびインク供給系にインクを導出するための導出ジョイント部２４５が設けられている。インク貯留室形成部材２１１は、導入ジョイント部２４０および導出ジョイント部２４５にそれぞれ接続されるインク導入室２３０およびインク供給室２３５に区画されている。
【００２７】
ここで、一面が開放された箱形状のインク貯留室形成部材２１１の当該開放面と対向する底面上には、インク貯留室形成部材２１１の外側壁の高さより低い高さの内壁２１１Ｗが配置されている。つまり、インク貯留室形成部材２１１は、内壁によって包囲された部分と、その外側とに仕切られている。そして、内壁２１１Ｗによって包囲された部分の開放面にフィルタ２１５が配置されることでインク導入室２３０が画成され、さらにインク貯留室形成部材２１１に対してインク貯留室蓋部材２１２を接合することでインク供給室２３５が画成される。すなわち、インク導入室２３０と、フィルタ２１５と、インク供給室２３５の一部とは、インク室ケース２１０の厚み方向にオーバーラップしており、両室はフィルタ２１５を介してインク連通することになる。そして、インク導入室２３０には導入ジョイント部２４０を介して外部のインク供給系からインクが直接導入されるとともに、フィルタ２１５がインク供給系からの塵埃の移動を阻止するインク導入側フィルタとして機能する。
【００２８】
また、インク供給室２３５と導出ジョイント部２４５との接続部分には、インク導出側フィルタ２１６が設けられている。なお、後述する吐出エレメント１５０の直近において、吐出エレメント１５０内への塵埃の移動を阻止する中間フィルタが設けられていてもよい。
【００２９】
ここで、インク導入側フィルタ２１５は、吐出エレメント１５０へのインク供給に先立ってインクが通過するフィルタである。従ってインク導入側フィルタ２１５は、インクジェットヘッド１００の高周波駆動ないし高速度記録に対応したインク供給性を実現するべく、インクの流れを阻害しない面積とされていること、すなわちできるだけ大面積であることが強く望ましい。本実施形態では、インク貯留室形成部材２１１を内壁２１１Ｗによって区画することでインク導入室２３０となる部分を仕切り、内壁２１１Ｗ上にインク導入側フィルタ２１５を配置する構成としている。すなわち、フィルタ２１５に対しては、インク導入室２３０の開放面の面積に等しい面積を確保できることになる。換言すれば、インク貯留室形成部材２１１の寸法内において、適切な開放面の面積を有するインク導入室２３０を画成し、その面積内で可能な限り大きいフィルタ２１５を配置することができるようになる。
【００３０】
一方、インクジェットヘッド１００内に存在し得る空気をヘッド外のインク供給系へ効果的に排出するためには、インクが低流速・高圧力で導出されることが望ましい。このため、インク導出側フィルタ２１６については、インク供給室２３５と導出ジョイント部２４５との接続部分に配置され、その面積が小さいものとなっている。
【００３１】
なお、本実施形態で使用される各部フィルタは、金属の繊維を８μｍ四方の間隔で織込んで形成したものであり、この寸法以上の塵埃がトラップされることになる。各フィルタは熱溶着により取り付けが可能である。
【００３２】
これらのフィルタ２１５および２１６が取り付けられたインク貯留室形成部材２１１に対して、インク貯留室蓋部材２１２を所定の位置に位置決めし、接合することで、インク貯留室ケース２１０が完成する。
【００３３】
ここで、図５を用いて当該接合方法について説明する。
本実施形態では、インク貯留室蓋部材２１２とインク貯留室形成部材２１１とを位置合わせした状態で、インク貯留室蓋部材２１２側に光透過性の材質（例えばガラス）でなる部材３１１を配置し、インク貯留室蓋部材２１２をインク貯留室形成部材２１１に押し付ける方向に押圧する（矢印Ｘ方向）。このときの押圧力は、インク貯留室蓋部材２１２がインク貯留室形成部材２１１に密着する圧力とする必要があるが、インク貯留室蓋部材２１２が０．８ｍｍ程度の肉厚の樹脂等で作成されていれば、比較的低い押圧力で反りや曲がりが矯正され、密着し易くなる。
【００３４】
この状態で部材３１１側に配置したレーザ溶着システム３２０からレーザ光３１０を照射することで、溶着によりインク貯留室形成部材２１１とインク貯留室蓋部材２１２とを接合する。このためには、インク貯留室蓋部材２１２をレーザ光を透過する色の材質とする必要があり、本実施形態では乳白色ないしは薄茶色の材質でなる樹脂でインク貯留室蓋部材２１２を形成することで、９４０ｎｍ波長のレーザ光が透過できるようにしている。
【００３５】
レーザ溶着システム３２０は、部材３１１およびインク貯留室蓋部材２１２を介し、インク貯留室形成部材２１１の外壁上面、流路境界部および支柱の上面を含む接合部２１９（ハッチを付して示す）に沿ってレーザ光３１０を照射する。照射条件は、例えば、
波長：９４０ｎｍ
レーザスポット径：０．６ｍｍ
エネルギ：６０Ｗ
レーザスポット移動速度：１０ｍｍ／ｓ
とすることができる。
【００３６】
レーザ溶着法およびこれに適した材料には、例えば特許文献１に開示された技術を用いることが可能である。適用されるレーザ溶着システムは様々なメーカから入手可能であり、実施形態のインクジェットヘッドないしインク貯留ケースの仕様に適合する範囲内のものであればいずれが使用されてもよい。照射されたレーザ光３１０はインク貯留室形成部材２１１に吸収される。すなわち、インク貯留室形成部材２１１の接合部表面に熱が蓄積され、表面が溶融する。このとき発生した熱がインク貯留室蓋部材２１２にも伝えられ、インク貯留室蓋部材２１２も溶融することで、インク貯留室蓋部材２１２およびインク貯留室形成部材２１１の溶融した表面同士が融着されるわけである。
【００３７】
なお、インク貯留室蓋部材２１２とインク貯留室形成部材２１１との接合部は密着性を必要とするため、両者の接合部は高い平面度を有していることが強く望ましく、かつそれぞれは同一平面上に構成された接合面として形成されている。これにより、インク貯留室蓋部材２１２とインク貯留室形成部材２１１とは、簡易的かつ信頼性の高い手段であるによりレーザ溶着システム３２０を用いて接合可能となり、部品組立の簡略化および高信頼性を確保できるわけである。
【００３８】
また、本実施形態では接合部同士の溶着により最終的にインク貯留室ないしインク流路が画成されるが、インク貯留室形成部材２１１の内壁や流路境界部を適切に定めることで、種々の内部構成を得ることが可能となる。
【００３９】
さらに、インク貯留室形成部材２１１およびインク貯留室蓋部材２１２には、上述のようなレーザ溶着に適した材質であれば適宜のものを使用することができる。しかしインクジェットヘッド１００に使用されるインクに侵されず、かつ駆動に伴って発生する高温・高圧による析出が生じない材質であることが強く望ましい。また、接合部にレーザ光の反射率の低い、ないしはレーザ光の吸収率の高い材料層を形成しておくことで、レーザ光を効率よく熱エネルギに変換するようにすることも可能である。
【００４０】
上述のように本例では、インク貯留室形成部材２１１およびインク貯留室蓋部材２１２は、接着剤を使用することなくレーザ溶着により接合されている。これは、耐インク性や、吐出エレメントの液路ないし吐出口に目詰まり等を生じさせ得る析出物の発生を防止する上で有効である。
【００４１】
一方、吐出エレメント１５０は、従来とほぼ同様の構成を有する。すなわち吐出エレメント１５０には、図６および図７（ａ）〜（ｃ）に示すように、インクを吐出するための複数の吐出口１５１と、その吐出口１５１に供給されるインクを貯留する共通液室１５３と、各吐出口１５１と共通液室１５３とを連通する複数の液路１５２と、が備えられる。各液路１５２の一部には、インクを吐出するために利用されるエネルギとして、熱エネルギを発生する発熱素子１５４が設けられている。また、共通液室１５３には、インク貯留ケース１２０に設けられたインク供給室２３５から供給口１５５を介してインクが供給される。
【００４２】
吐出エレメント１５０は、発熱素子が形成された単結晶Ｓｉの基体に対し、成膜技術と露光装置とにより光感光性の樹脂を成膜することで吐出口壁１６１を形成した基板１６０を有する。そしてその基板１６０に対し、単結晶Ｓｉに異方性エッチング処理を施して共通液室１５５へのインク導入口等を形成しなる天板１６５を接合することで構成される。
【００４３】
セラミック製のプレート１１０は、吐出エレメント１５０の位置を定めてこれを支持するとともに、発熱素子１５４の駆動に伴って発生する熱のうちインク吐出に関与しない不要な熱エネルギを放熱させる役目を担う。プレート１１０は、例えばアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）等の線膨張係数の低い材質で作製される。このプレート１１０に対し、吐出エレメント１５０は精密に位置決めされて固定される。この際、熱硬化性のボンディング剤により固定が行われるが、上記放熱を行うためには吐出エレメント１５０からプレート１１０に伝熱を行う必要があるので、ボンディング剤としては例えばＡｇ（銀）を混入した接着剤を使用することができる。そして、そのボンディング剤を硬化させるために温度炉へ投入し、焼結させることで、吐出エレメント１５０とプレート１１０との固定が完了する。
【００４４】
吐出エレメント１５０に対しては、記録装置本体から供給される電気信号に応じて発熱素子１５４を駆動するための配線１９０を有した電気配線基板１２０が接続される。また、電気配線基板１２０には、所要の情報を書込み可能な記憶素子１２５が搭載される。電気配線基板１２０は、吐出エレメント１５０とプレート１１０との一体物に貼り付けられ、吐出エレメント１５０および電気配線基板１２０は電気配線１９０を介して接続される。以上によりインクジェットヘッド本体が構成される。
【００４５】
かかるインクジェットヘッド本体と上述のインク貯留室ケース２１０とを、図１（ａ）、図２（ａ）および図６に示すように取り付けることでインクジェットヘッド１００が完成し、内部インク流路が形成される。インクジェットヘッド本体はインク貯留室ケース２１０の一側面に取り付けられるので、インクジェットヘッド１００の組立は一方向から行うこと、すなわち組立時にインクジェットヘッド１００の向きを変えることなく組立てを行うことが可能である。
【００４６】
次に、インクジェットヘッド１００内のインク流れについて説明する。
図４および図６に示すように、インクは、外部のインク供給系からジョイント部２４０を介し、その内部に設けた流路２４０Ａを通ってインク導入室２３０に流れ込む（矢印（か））。そしてインクは、導入側フィルタ２１５により濾過されながら、インク供給室２３５へ流れ込み（矢印（き））、さらに共通液室１５５に供給される（矢印（く））。共通液室１５５に供給される以外のインクは、インク供給室２３５から導出側フィルタ２１６に向かって流れ（矢印（け））、フィルタ２１６を通過した後にジョイント部２４５を介して外部のインク供給系に排出される（矢印（こ））。この過程で、インク供給室２３５内に存在し得る気体も押し出される。
【００４７】
本実施形態においては、インク貯留室ケース２１０内を第１およびインク供給室２３０および２３５に区画し、両者間に大面積のフィルタ２１５を配置するとともに、前者がジョイント部２４０に、後者が共通液室１５５に流体接続されるようにしている。すなわち、インクは狭隘な流路に配置されるフィルタを介することなく直接インク導入室２３０に流れ込み、大面積のフィルタ２１５を通ってインク供給室２３５に至り、ここから共通液室１５５に直接供給されるものとなる。従って、インクの流れは、従来例に比して屈曲が格段に少なく、図６に示されるようにほぼ直線的なものとなるとともに、フィルタによる流れの損失も少ない。これにより、高流量のインクがインクジェットヘッドないし共通液室１１５３に円滑に供給可能となり、インクの吐出周波数の向上に対応して、高速かつ高品位の記録に資することができるものとなる。
【００４８】
また、本実施形態に係るインクジェットヘッドでは、用意したインク貯留室形成部材２１１とインク貯留室蓋部材２１２とを接合するのみで、つまり２部品を接合するのみで、内部流路が形成されたインク貯留ケース２１０を組み立てることができる。これは、フィルタ１２１５および１２１６が配置されるジョイントケース１３００ないしジョイントカバー１２１８、インク貯留ケース１２００およびパイプ１３０１および１３０２を構成要素とする、構成部品点数の多い従来例に比して、組立上非常に有利である。部品点数が多いほど、各部の位置決めに意を払わなければならず、また溶着ないし接着箇所の数が増すことで、組立工定数が多くなるからである。
【００４９】
以上のように、本実施形態に係るインクジェットヘッドは、大型化を伴わずに好ましいインク供給性を得、高周波吐出に対応することで高速かつ高品位の記録を可能とするとともに、部品点数が少なく組立工程が簡略化されることで低廉なものとなる。
【００５０】
次に、上記構成のインクジェットヘッドの適用例について説明する。
図８は本発明に係るインクジェットヘッドを備えた画像形成装置の一例として、フルカラーのインクジェット記録装置（以下、プリンタと言う）の概略を示す図である。
【００５１】
図８に示すプリンタ１０００は、給紙装置５０、排紙装置６０、画像形成部４５、搬送装置７０およびインク供給装置９０などの機構部および複数のインクタンク１を備えている。
【００５２】
給紙装置５０により搬送装置７０に給紙されたシート状の記録媒体（以下、シートと言う）５１は、搬送装置７０により画像形成部４５に対して搬送される。当該搬送の過程で、後述の制御ユニット１０３等の指示に基づいて吐出口１５１よりインクが吐出され、シート５１に文字やイメージなどが形成される。シート５１は、画像形成部４５を通過して引き続き搬送装置７０により搬送され、排紙装置６０に積載されて行く。
【００５３】
画像形成部４５には、インクジェット方式のインクジェットヘッド１００が複数色のインクに対応して配置されている。インクジェットヘッド１００は、シート５１の搬送方向と異なる方向（例えば直交する方向）に、シート５１の幅に対応した範囲にわたってインク吐出口を配列してなるものである。各インク吐出口に対しては、インクを吐出するために利用されるエネルギとして、インクに膜沸騰を生じさせる熱エネルギを発生する発熱素子が設けられる。
【００５４】
インクタンク１は、複数色のインクに対応して複数設けられ、それぞれについてインクジェットヘッドとの間のインク供給系が構成される。ここで、インクは形成する画像の内容に応じ、使用頻度の高い色ほど消費が速く進むので、収納しているインクの残量が実質的に無くなったインクタンク１のみを交換することができるよう、プリンタ１０００に対し独立に着脱が可能な構成となっている。
【００５５】
図９は図８のプリンタを含む制御系の構成例を示すブロック図である。
プリンタ１０００は、ＵＳＢやセントロニクス仕様の汎用インターフェースを介してホストコンピュータ等の外部機器１０１と接続され、外部機器１０１から転送される印刷情報に基づいて画像形成を行う。ここで、印刷情報には、所定のプリンタ言語に基づく文字コードデータ，図形描画命令，イメージデータ等の画像情報や、用紙切替、排紙口切替等の装置制御情報が含まれる。
【００５６】
プリンタ１０００は、上記各機構部を動作させるための制御に関与する各部として、操作パネル１０２、制御ユニット１０３および排紙オプション装置６０を備えている。
【００５７】
ここで、操作パネル１０２は、各種スイッチ（ボタン）のほか、ＬＣＤやＬＥＤ表示器よりなる表示装置等により構成されるマン・マシンインターフェースとして機能する。すなわち、ユーザは操作パネル１０２上の各種スイッチを介してプリンタ１０００に指示を与えることができるとともに、表示装置を介して装置状態の情報等を得ることができる。なお、ユーザにより指示ないし設定された各種データ等は、例えばＮＶＲＡＭ等の不揮発メモリに記憶され、管理される。
【００５８】
制御ユニット１０３は、上記印刷情報に基いて、インクジェットヘッド１００内の発熱素子を選択的に駆動するための駆動データを生成する。当該駆動データに基いて発熱素子が駆動されることでインクが沸騰し、これに応じて対応したインク吐出口よりインクが吐出されて、文字やイメージがシート５１上に形成される。
【００５９】
しかしながら、連続した画像形成を行っていくと、インク吐出に費やされた以外の熱エネルギがインクに蓄積され、インクの温度が上昇してインク内の溶存気体が発泡し、気泡となることがある。この気泡が発熱素子上の液路に存在していると、駆動に伴う発熱素子の沸騰が不完全となり、対応する吐出口からのインク吐出動作が不能または不良となることで、画像形成が正常に行われなくなる恐れがある。そこで制御ユニット１０３は、所定の周期または適宜のタイミングにて、インクジェットヘッド１００および外部インク供給装置９０間でインクを循環させる命令を出す。
【００６０】
制御ユニット１０３は、具体的にはビデオコントローラ１０６、エンジンコントローラ１０７およびオプションコントローラ１０８を有する。
【００６１】
ここで、ビデオコントローラ１０６は、汎用インターフェースを介して外部機器１０１と接続され、外部機器１０１から転送されてくる印刷情報を受信し、これに所要の演算等を施すことで、インク吐出動作を規定するドットデータ等からなる２値または多値の情報を生成し、ビデオインターフェース１０９を介してエンジンコントローラ１０７に対して当該情報を送信する。また、これと共に、統括インターフェース１１０を介してオプションコントローラ１０８に対して排紙を指定するためのコマンド等を送信する。
【００６２】
エンジンコントローラ１０８は、シート５１の搬送に適切に同期させながら、ビデオコントローラ１０６から転送されるドットデータに基づいてインクジェットヘッド１００の発熱素子を駆動する。また、オプションコントローラ１０８に対して排紙タイミングの指示を行う。
【００６３】
オプションコントローラ１０８は、図示しないＣＰＵ、ＲＯＭおよびＲＡＭ等を備え、プリンタ１０００の各種オプション装置に具備されるオプションコントローラユニットと通信を行い、各種のオプション装置を統括的に制御可能である。図２では、オプション装置として、指示に応じた排紙動作を行うオプション装置６０が例示されている。オプションコントローラ１０８は、ビデオコントローラ１０６から転送される排紙情報指定およびエンジンコントローラ１０８からの排紙情報指定等に基づき、インターフェース１１１を介して排紙オプション装置６０の動作を制御する。
【００６４】
なお、インクジェットヘッドの個数ないし対応する色調数はあくまでも例示であって、本発明を制限するものではない。また、インクジェットヘッドの吐出エレメントについても、上述したような発熱素子を有する形態のもののほか、ピエゾ素子等の電気機械的エネルギ変換素子を有するものなど、適宜の形態のものを用い得ることは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】（ａ）は本発明の一実施形態に係るインクジェットヘッドの主要部の斜視図、（ｂ）はその吐出口付近（部分Ｉｂ）を拡大して示す斜視図である。
【図２】（ａ）は図１（ａ）の分解斜視図、図２（ｂ）はその吐出エレメント付近（部分ＩＩｂ）を拡大して示す斜視図である。
【図３】図１におけるインク貯留室ケースの正面図である。
【図４】蓋部材を取り外してインク貯留室ケース本体（インク貯留室形成部材）の内部構成を示した正面図である。
【図５】インク貯留室形成部材と蓋部材との接合方法を説明するための図である。
【図６】図２（ａ）のＶＩ−ＶＩ線に沿った断面図である。
【図７】（ａ）は図６における吐出エレメント近傍（部分ＶＩＩａ）の詳細を示す拡大図、（ｂ）はその一部（部分ＶＩＩｂ）の詳細を示す拡大図、（ｃ）はその一部（部分ＶＩＩｃ）の詳細を示す拡大図である。
【図８】本発明に係るインクジェットヘッドを備えた画像形成装置の一例として、フルカラーのインクジェット記録装置（以下、プリンタと言う）の概略を示す図である。
【図９】図８のプリンタを含む制御系の構成例を示すブロック図である。
【図１０】（ａ）はインクジェットヘッドの従来例を示す斜視図、（ｂ）はその吐出口付近（部分Ｘｂ）の拡大図である。
【図１１】図１０（ａ）の分解斜視図である。
【図１２】図１０（ａ）のインクジェットヘッドの構成要素であるジョイントケースの上面図である。
【図１３】図１０（ａ）のインクジェットヘッドの構成要素であるジョイントケースの縦断面図である。
【図１４】（ａ）およびは（ｂ）は、それぞれ、図１０（ａ）に示すインクジェットヘッドの正面図および背面図である。
【図１５】（ａ）は図１４（ａ）のＸＶａ−ＸＶａ線断面図、（ｂ）はその一部を拡大して示す図であり、吐出エレメント近傍（部分ＸＶｂ）を示す縦断面図、（ｃ）はさらにその一部を拡大して示す図であり、吐出口近傍（部分ＸＶｃ）を示す縦断面図である。
【符号の説明】
【００６６】
１００ インクジェットヘッド
１５０ 吐出エレメント
１５１ 吐出口
１５３ 共通液室
２１０ インク貯留室ケース
２１１ インク貯留室形成部材
２１１Ｗ インク貯留室形成部材内壁
２１２ インク貯留室蓋部材
２３０ インク導入室
２３５ インク供給室
２１５、２１６ フィルタ
３２０ レーザ溶着システム
【特許請求の範囲】
【請求項１】
インクを吐出するための吐出口を有する吐出エレメントと、吐出エレメントに供給するために外部から導入されたインクを貯留する貯留部と、を具えたインクジェットヘッドにおいて、
前記貯留部は、一面が開放された箱形状を有する第１部材と、当該開放面を覆って前記第１部材に接合する第２部材とにより構成されるとともに、前記インクが直接導入されるインク導入室と、前記吐出エレメントに直接インクを供給するインク供給室とに区画され、
前記第１部材は、前記開放面に対向する底面上に設けられた内壁によって包囲される前記インク導入室となる部分と、その外側にあって前記インク供給室となる部分とに仕切られ、
前記インク導入室となる部分の前記底面と対向する面にフィルタが配置され、該フィルタを介して前記インク導入室と前記インク供給室とが連通することを特徴とするインクジェットヘッド。
【請求項２】
前記インク供給室から前記吐出エレメントに供給されなかったインクを前記外部に導出する導出部を有し、該導出部には前記フィルタよりも小面積のフィルタが配置さ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ヘッド。
【請求項３】
請求項１に記載のインクジェットヘッドを製造する方法であって、
レーザ光を吸収する材料で構成され、前記フィルタが配置された前記第１部材を用意する工程と、
該第１部材上にレーザ光を透過する材料で構成された前記第２部材を配する工程と、
前記第１部材と前記第２部材との接合部に、前記第２部材の側からレーザ光を照射することで前記第１部材と前記第２部材とを溶着する工程と、
を具えたことを特徴とするインクジェットヘッドの製造方法。
【請求項４】
前記接合部は、平滑な面として同一平面上に構成された複数の接合面として形成されていることを特徴とする請求項３に記載のインクジェットヘッドの製造方法。
【請求項１】
インクを吐出するための吐出口を有する吐出エレメントと、吐出エレメントに供給するために外部から導入されたインクを貯留する貯留部と、を具えたインクジェットヘッドにおいて、
前記貯留部は、一面が開放された箱形状を有する第１部材と、当該開放面を覆って前記第１部材に接合する第２部材とにより構成されるとともに、前記インクが直接導入されるインク導入室と、前記吐出エレメントに直接インクを供給するインク供給室とに区画され、
前記第１部材は、前記開放面に対向する底面上に設けられた内壁によって包囲される前記インク導入室となる部分と、その外側にあって前記インク供給室となる部分とに仕切られ、
前記インク導入室となる部分の前記底面と対向する面にフィルタが配置され、該フィルタを介して前記インク導入室と前記インク供給室とが連通することを特徴とするインクジェットヘッド。
【請求項２】
前記インク供給室から前記吐出エレメントに供給されなかったインクを前記外部に導出する導出部を有し、該導出部には前記フィルタよりも小面積のフィルタが配置さ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ヘッド。
【請求項３】
請求項１に記載のインクジェットヘッドを製造する方法であって、
レーザ光を吸収する材料で構成され、前記フィルタが配置された前記第１部材を用意する工程と、
該第１部材上にレーザ光を透過する材料で構成された前記第２部材を配する工程と、
前記第１部材と前記第２部材との接合部に、前記第２部材の側からレーザ光を照射することで前記第１部材と前記第２部材とを溶着する工程と、
を具えたことを特徴とするインクジェットヘッドの製造方法。
【請求項４】
前記接合部は、平滑な面として同一平面上に構成された複数の接合面として形成されていることを特徴とする請求項３に記載のインクジェットヘッドの製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【公開番号】特開２００８−８７３７３（Ｐ２００８−８７３７３Ａ）
【公開日】平成２０年４月１７日（２００８．４．１７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−２７１９３１（Ｐ２００６−２７１９３１）
【出願日】平成１８年１０月３日（２００６．１０．３）
【出願人】（０００２０８７４３）キヤノンファインテック株式会社 (1,218)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年４月１７日（２００８．４．１７）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年１０月３日（２００６．１０．３）
【出願人】（０００２０８７４３）キヤノンファインテック株式会社 (1,218)
【Ｆターム（参考）】
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