インクジェット記録ヘッド

【課題】クロストークを軽減し、かつ液体の吐出周波数を高めてスループットを向上させることが可能なインクジェット記録ヘッドを提供する。
【解決手段】基板２と、液体を吐出する吐出口７が形成されたオリフィスプレート３と、基板２とオリフィスプレート３との間に形成された液室５と、を有し、基板２が、吐出口７に対向する圧力発生素子６であって、通電されると液室５における圧力発生素子６に対向する部分である圧力室Ｒ内に、液体を吐出口７から吐出させる圧力を発生させる圧力発生素子６と、圧力発生素子６の周囲に設けられ、液体を液室５に供給する供給口２Ａと、を備えている。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気熱変換素子やピエゾ素子等の圧力発生素子を利用して、圧力室に充填されたインクを吐出口から吐出するインクジェット記録ヘッドに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的なインクジェット記録装置では、インクタンクからインクジェット記録ヘッドにインクが供給される。インクジェット記録ヘッドは、インクを記録媒体に向けて吐出する。インクジェット記録ヘッドにおいて、インクは、供給口を通じて圧力室に充填される。圧力室に充填されたインクは、電気熱変換素子、ピエゾ素子に代表される圧力発生素子によって、吐出口から吐出される。その後、インクが供給口を通じて圧力室に再充填される、いわゆるリフィルが行われる。
【０００３】
上記のようなインクジェット記録ヘッドでは、異物が圧力室へ侵入するのを抑制する技術として、１つの吐出口に対してその吐出口よりも小さい２つのインク供給口を形成する技術が知られている（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−７１５０２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
インクジェット記録ヘッドにおいて、インク吐出に悪影響を及ぼす現象には、異物が圧力室に侵入する現象の他に、圧力発生素子によって発生した圧力波が他の圧力室に伝播する現象、いわゆるクロストークがある。そこで、インク流路を低く（狭く）するとインクの流れが壁面からの粘性抵抗を受けて抑制されるのでクロストークが軽減する。しかし、インクの流抵抗が大きくなると、リフィル速度が低下するのでインクの吐出周波数を高めることができない。すなわち、クロストークを軽減させようとするとスループットを高めることができなくなる。
【０００６】
本発明は、クロストークを軽減し、かつ液体の吐出周波数を高めてスループットを向上させること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。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するため、本発明のインクジェット記録ヘッドは、基板と、液体を吐出する吐出口が形成されたオリフィスプレートと、前記基板と前記オリフィスプレートとの間に形成された液室と、を有し、前記基板が、前記吐出口に対向する圧力発生素子であって、通電されると前記液室における前記圧力発生素子に対向する部分である圧力室内に、前記液体を前記吐出口から吐出させる圧力を発生させる圧力発生素子と、前記圧力発生素子の周囲に設けられ、前記液体を前記液室に供給する供給口と、を備えている。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、クロストークを軽減し、かつ液体の吐出周波数を高めてスループットを向上させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の第１の実施形態のインクジェット記録ヘッドの要部を示す平面図である。
【図２】図１に示すノズル列の１つを拡大して示す平面図である。
【図３】図２に示す切断線ＩＩＩ−ＩＩＩに沿った断面図である。
【図４】図２に示す切断線ＩＶ−ＩＶに沿った断面図である。
【図５】本発明の第２の実施形態のインクジェット記録ヘッドの要部を示す平面図である。
【図６】図５に示す切断線ＶＩ−ＶＩに沿った断面図である。
【図７】本発明の第３の実施形態のインクジェット記録ヘッドの要部を示す平面図である。
【図８】図７に示す切断線ＶＩＩＩ−ＶＩＩＩに沿った断面図である。
【図９】本発明の第４の実施形態のインクジェット記録ヘッドの要部を示す平面図である。
【図１０】本発明の第５の実施形態のインクジェット記録ヘッドの要部を示す平面図である。
【図１１】本発明の第６の実施形態のインクジェット記録ヘッドの要部を示す平面図である。
【図１２】本発明のインクジェット記録ヘッドが搭載されるインクジェット記録装置の主要な内部構成を示す斜視図である。
【図１３】図１２に示すインクジェット記録装置に搭載されるインクジェット記録ヘッドを下方から視た斜視図である。
【図１４】図１３に示すインクジェット記録ヘッドを上方から視た分解斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の実施形態の説明に先立ち、本発明のインクジェット記録ヘッドを適用可能なインクジェット記録装置の構成について図１２〜図１４を参照して説明する。
【００１１】
（インクジェット記録装置の構成）
図１２は、本発明のインクジェット記録ヘッドが搭載されるインクジェット記録装置１００の主要な内部構成を示す斜視図である。図１３は、図１２に示すインクジェット記録装置１００に搭載されるインクジェット記録ヘッド１９を下方から見た斜視図である。図１４は、図１３に示すインクジェット記録ヘッド１９を上方から見た分解斜視図である。
【００１２】
図１２に示すインクジェット記録装置１００では、記録媒体がトレイ１１にセットされ、インクジェット記録ヘッド１９がキャリッジ２２に搭載される。記録媒体は、インクジェット記録装置１００の内部を、搬送方向Ｂ（図１２参照）に搬送される。キャリッジ２２は、搬送方向Ｂに直交する主走査方向Ａに往復移動する。したがって、インクジェット記録ヘッド１９も主走査方向Ａに往復移動する。インクジェット記録ヘッド１９には、図１４に示すように複数のインクタンク２４が着脱可能に取り付けられている。
【００１３】
（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態のインクジェット記録ヘッドの要部を示す平面図である。本実施形態のインクジェット記録ヘッド１９には、図１に示すように、ノズル列群Ｃ１，Ｍ１，Ｙ，Ｍ２，Ｃ２が形成されている。ノズル列群Ｃ１およびＣ２は、シアンインク吐出用のノズル列群である。ノズル列群Ｃ１は、２つのノズル列Ｌａ，Ｌｂを含む。ノズル列群Ｃ２は、２つのノズル列Ｌｉ，Ｌｊを含む。ノズル列群Ｍ１およびＭ２は、マゼンタインク吐出用のノズル列群である。ノズル列群Ｍ１は、２つのノズル列Ｌｃ，Ｌｄを含む。ノズル列群Ｍ２は、２つのノズル列Ｌｇ，Ｌｈを含む。ノズル列群Ｙは、イエローインク吐出用のノズル列群であり、２つのノズル列Ｌｅ，Ｌｆを含む。
【００１４】
図２は、上述したノズル列の一つであるノズル列Ｌｄを拡大した平面図である。図３は、図２に示す切断線ＩＩＩ−ＩＩＩに沿った断面図である。図４は、図２に示す切断線ＩＶ−ＩＶ線に沿った断面図である。図３、４に示すように、本実施形態のインクジェット記録ヘッド１９は、支持部材１と、基板２と、オリフィスプレート３とを有する。支持部材１、基板２、およびオリフィスプレート３はインクジェット記録ヘッド１９における全てのノズル列に対して共通化させることができる。図１および図２は、オリフィスプレート３を取り除いた状態の平面図である。
【００１５】
支持部材１と基板２との間には、各ノズル列群に対応する複数の共通液室４が形成されている。各共通液室４には、インクタンク２４からインクが供給される。共通液室４に供給されたインクは、基板２を貫通する複数の供給口２Ａを通じて液室５に充填される。液室５は、基板２とオリフィスプレート３との間に形成されている。本実施形態において、複数の供給口２Ａが、ノズル列方向Ｙ（図２参照）に沿って配列されている。基板２には、ノズル列方向Ｙに沿って配列された複数の圧力発生素子６が形成されている。本実施形態において、圧力発生素子６は、配線１０（図２に参照）を通じて通電されると発熱する電気熱変換素子（ヒータ）である。オリフィスプレート３における、各圧力発生素子６と対向する位置には複数の吐出口７が形成されている。
【００１６】
吐出口列群Ｍ１において、ノズル列Ｌｃ，Ｌｄのそれぞれには複数の圧力発生素子６および吐出口７が所定のピッチＰで配列されている（図１参照）。さらに、ノズル列Ｌｃの圧力発生素子６および吐出口７と、ノズル列Ｌｄの圧力発生素子６および吐出口７は、半ピッチ（Ｐ／２）ずらされている（図１参照）。したがって、ノズル列Ｌｃ，Ｌｄのそれぞれにおける吐出口７のピッチＰの２倍の解像度で画像を記録することができる。本実施形態ではノズル列Ｌｃ，Ｌｄのそれぞれにおいて、複数の供給口２Ａは、圧力発生素子６および吐出口７と同じピッチＰで配列され、圧力発生素子６に隣接して交互に位置している。他の吐出口列群Ｃ１，Ｙ，Ｍ２，Ｃ２についても同様である。
【００１７】
インクジェット記録ヘッド１９では、ノズル列群Ｙを中心にノズル列群Ｃ１およびノズル列群Ｃ２が左右対称に位置し、ノズル列群Ｍ１およびＭ２が左右対称に位置することによって、いわゆる双方向記録が可能となっている。これにより、インクジェット記録ヘッド１９の往復移動時（図１に示す矢印Ａ１，Ａ２参照）にイエロー、シアン、およびマゼンタのインクを同じ順序で吐出して、色ムラの軽減された高品位の画像を記録することができる。ノズル列群Ｃ１とＣ２の間において、それらの圧力発生素子６と吐出口７はピッチＰの１／４（Ｐ／４）ずつずれている。同様に、ノズル列群Ｍ１とＭ２の間において、それらの圧力発生素子６と吐出口７はピッチＰの１／４（Ｐ／４）ずつずれている。
【００１８】
液室５において、圧力発生素子６および吐出口７に対向する部分は圧力室Ｒとして機能する。すなわち液室５は、互いに連通した複数の圧力室５で構成されている。各圧力室Ｒには、共通液室４から供給口２Ａを通じてインクが充填される。本実施形態では、液室５における各圧力室Ｒの周囲には複数のノズルフィルター８が設けられている。各ノズルフィルター８は、柱状体である。ノズルフィルター８の開口幅に相当する各柱状体の隙間Ｓ（図１参照）は、各吐出口７の口径Ｄ（図３参照）よりも狭い。これにより、吐出口７よりも大きい異物が圧力室内へ浸入することを防止できる。
【００１９】
本実施形態では、供給口２Ａは、上述したノズル列方向Ｙに直交するＸ方向の両端部が、配線１０の配置に必要な幅ｄを残してノズル列方向Ｙに延びている。このような構成のインクジェット記録ヘッド１９は、記録データに基づいて圧力発生素子６を発熱させて、圧力室Ｒ内のインクを発泡させることにより、その発泡エネルギーを利用して圧力室Ｒ内のインクを吐出口７から吐出させる。インク吐出後の圧力室Ｒ内には、供給口２Ａを通じて共通液室４内のインクがリフィル（再充填）される。このようなインクジェット記録ヘッド１９を図１２に示すシリアルスキャン方式のインクジェット記録装置１００に搭載した場合には、次のようにして画像を記録することができる。記録ヘッド１９を主走査方向Ａに移動させつつ、その吐出口７からインクを吐出させる動作と、記録媒体を搬送方向Ｂに搬送する動作と、を繰り返すことにより、記録媒体上に画像を記録することができる。このとき、各圧力発生素子６には２つの供給口２Ａがノズル列方向Ｙに隣接している。そのため、その２つの供給口２Ａからインクを圧力室Ｒに迅速にリフィルすることができる。本実施形態のようにノズル列群が２以上のノズル列で構成されている場合、圧力発生素子６にノズル列方向Ｙに隣接する２つの供給口２Ａに加えて、圧力発生素子６にＸ方向に隣接する２つの供給口２Ａからも圧力室Ｒ内にインクをリフィルすることができる。そのため、リフィル速度をより高めることが可能となる。したがって、より一層、インクの吐出周波数を高めてスループットを向上させることができる。
【００２０】
特に、本実施形態では、２つの供給口２Ａが、配線１０の配置箇所を除いて圧力発生素子６の四方を囲っていることにより、インクを圧力室Ｒに迅速にリフィルできる。すなわち、圧力発生素子６上で発生するインクの発泡を利用して圧力室Ｒ内のインクを吐出させた後、その圧力発生素子６の四方を断続的に囲う２つの供給口２Ａから圧力室Ｒにインクをより迅速に再充填できる。さらに、圧力発生素子６上に発生した気泡の圧力は、供給口２Ａに効率的に吸収される。したがって、クロストークを軽減することができる。本実施形態のようにノズル列群が２つのノズル列で構成されている場合、圧力発生素子６にノズル列方向Ｙに隣接する２つの供給口２Ａの両端部と、圧力発生素子６にＸ方向に隣接する供給口２Ａとに圧力室Ｒ内の気泡の圧力を吸収させることが可能となる。したがって、ノズル列方向Ｙに作用するクロストークのみならず、Ｘ方向に作用するクロストークも軽減させることが可能となる。本実施形態のインクジェット記録ヘッド１９によれば、リフィル速度の向上とクロストークの軽減といった、一般的に相反する課題に対して、両立させることが可能となる。
【００２１】
さらに、本実施形態のインクジェット記録ヘッド１９によれば、供給口２Ａから入ったゴミなどの異物は、ノズルフィルター８によって圧力室Ｒ内への侵入が防止される。そのため、インクの適正な吐出状態が安定的に保たれる。また、ノズル列方向Ｙに隣接する２つの圧力室Ｒの間に供給口２Ａが位置するため、供給口２Ａは、それら２つの圧力室Ｒによって共有される。そのため、１つの圧力室Ｒに対して複数の供給口２Ａを個別に備えた構成に比して、基板２を小さくすることができる。その結果、インクジェット記録ヘッド１９の小型化を図ることも可能となる。
【００２２】
上述したように、インクの吐出周波数を高めてスループットを向上させ、かつ圧力室Ｒ内で発生した圧力を供給口２Ａにて効率よく吸収して、クロストークを軽減することにより、高品位の画像を高速に記録することが可能となる。しかも、図１に示すようにノズル列群を２つのノズル列によって構成することにより、高解像度の画像を双方向記録することが可能となる。
【００２３】
（第２の実施形態）
図５は、本発明の第２の実施形態のインクジェット記録ヘッドの要部を示す平面図である。図６は、図５に示す切断線VI―VIに沿った断面図である。前述した実施形態
のインクジェット記録ヘッドと同様の構成要素については、同一符号を付して詳細な説明を省略する。図５の平面図は、図６に示すオリフィスプレート３を取り除いた状態を示す。
【００２４】
本実施形態では、基板２とオリフィスプレート３との間に形成された液室５（圧力室Ｒ）の高さｍｈが吐出口７の口径Ｄよりも低く、かつノズルフィルター８が設けられていない。液室５（圧力室Ｒ）の高さｍｈが吐出口７の口径Ｄよりも低いため、吐出口７よりも大きい異物は液室５に入らず、圧力室Ｒ内への異物の侵入が防止される。本実施形態のインクジェット記録ヘッドでは、圧力室Ｒの高さｍｈが第１の実施形態に比べ低いが、ノズルフィルター８が設けられていない。そのため、インクの流抵抗が第１の実施形態に比べ大きくならないので、第１の実施形態と同様に高い周波数でインクを吐出することが可能となる。
【００２５】
（第３の実施形態）
図７は、本発明の第３の実施形態のインクジェット記録ヘッドの要部構成を示す平面図である。図８は、図７に示す切断線VIII−VIIIに沿った断面図である。以下、上述し
た第１の実施形態のインクジェット記録ヘッドと同様の構成要素については、同一符号を付して詳細な説明を省略する。図７の平面図は、図８に示すオリフィスプレート３を取り除いた状態を示す。
【００２６】
本実施形態のインクジェット記録ヘッドには、液室５に一対の流路壁９が設けられている。一対の流路壁９は、供給口２Ａの外側から圧力室ＲをＸ方向に挟み、オリフィスプレート３を支持する。各流路壁９はノズル列方向Ｙに略平行に延びている。Ｘ方向における流路壁９の間隔Ｇは、供給口２ＡのＸ方向の幅Ｗｘ＋１００μｍ程度以下である（図７参照）。流路壁９は、供給口の外側に位置しているため、供給口２Ａから圧力室Ｒへのリフィルを阻害することなく、クロストークを軽減できる。この結果、前述した実施形態と同様に、高いインク吐出周波数を維持しながら、圧力室Ｒ間のクロストークを低減することができる。さらに、オリフィスプレート３の強度を上げることが可能となる。
【００２７】
本実施形態では、流路壁９はノズル列方向Ｙに不連続に延びた形状になっているが、ノズル列全体に渡って一体化した形状であっても同様の効果が得られる。
【００２８】
（第４の実施形態）
図９は、本発明の第４の実施形態のインクジェット記録ヘッドの要部を示す平面図である。前述した実施形態のインクジェット記録ヘッドと同様の構成要素については同一符号を付して詳細な説明を省略する。
【００２９】
図９（ａ）に示すインクジェット記録ヘッドでは、配線１０が圧力発生素子６の中心以外から延び、かつ配線１０のレイアウトが、ノズル列方向Ｙに関して交互に異なっている。このような配線レイアウトに対応するため供給口２Ａは、Ｔ字状に形成され、ノズル列方向Ｙに関して交互に逆向きに配置されている。
【００３０】
図９（ｂ）に示すインクジェット記録ヘッドでは、配線１０が圧力発生素子６の中心以外から延び、かつ配線１０のレイアウトが同一になっている。このような配線レイアウトに対応するため供給口２Ａは、Ｘ方向の両端部がノズル列方向Ｙに互いに反対に延びたような形状となっている。
【００３１】
図９（ｃ）に示すインクジェット記録ヘッドでは、配線１０のレイアウトが圧力発生素子６からノズル列方向Ｙに延びて、その後Ｘ方向に屈折した形状となっている。このような配線レイアウトに対応するため供給口２Ａは、図９（ｂ）に示す供給口２Ａに比べ中心部が狭い形状となっている。
【００３２】
図９（ａ）〜（ｃ）に示すインクジェット記録ヘッドはノズルフィルター８を備えていない。しかし、ノズルフィルター８を備えていても同様の効果が得られる。
【００３３】
（第５の実施形態）
図１０は、本発明の第５の実施形態のインクジェット記録ヘッドの要部構成を示す平面図である。前述した実施形態と同様の構成要素については、同一符号を付して詳細な説明を省略する。
【００３４】
図１０（ａ）、（ｂ）に示すインクジェット記録ヘッドでは、櫛状に形成された供給口２Ａが、各圧力発生素子６の三方を連続して囲む構成となっている。図１０（ｃ）に示すインクジェット記録ヘッドでは、１つの供給口２Ａが各圧力発生素子６の三方を連続して囲み、残り一方を断続的に囲んだ構成となっている。図１０（ａ）〜（ｃ）に示すインクジェット記録ヘッドでは、配線１０（不図示）は、各圧力発生素子６の周囲のうち供給口２Ａで囲まれてない部分から延びている。
【００３５】
図１０（ａ）〜（ｃ）に示すインクジェット記録ヘッドによれば、供給口２Ａの平面積が他の実施形態に比べ広くなっているので、インクの流抵抗が小さくなる。よって、リフィル速度を高めてインク吐出周波数を高めることが可能となる。
【００３６】
図１０（ａ）〜（ｃ）に示すインクジェット記録ヘッドはノズルフィルター８を備えていない。しかし、ノズルフィルター８を備えていても同様の効果が得られる。
【００３７】
（第６の実施形態）
図１１は、本発明の第６の実施形態のインクジェット記録ヘッドの要部を示す平面図である。前述した実施形態のインクジェット記録ヘッドと同様の構成要素については、同一符号を付して詳細な説明を省略する。
【００３８】
図１１（ａ）、（ｂ）に示すインクジェット記録ヘッドでは、１つの圧力発生素子６の四方を、４つの供給口２Ａで断続的に囲む構成となっている。これにより、他の実施形態に比べ配線１０を通せる部分が増え、配線レイアウトの自由度が増す。
【００３９】
上述した実施形態では、圧力発生素子６が電気熱変換素子（ヒーター）であったが、圧力発生素子であってもよい。特に圧力発生素子６が薄膜ピエゾ素子である場合、電気熱変換素子に近い高速駆動が可能となる。
【００４０】
さらに、上述した実施形態では吐出媒体がインクであるが、その他の液体であってもよい。特に産業用用途で用いられる吐出媒体はインクジェット用インクより高粘度の液体が多く、リフィル周波数が低くなる傾向がある。従ってこのような高粘度の液体について本発明のインクジェット記録ヘッドを利用することにより、リフィル周波数が低いという問題を解決することができる。
【００４１】
更に本発明のインクジェット記録ヘッドは、供給口２Ａを通してインクが供給される複数の圧力室Ｒがノズル列方向Ｙに配列され、各圧力室Ｒは、充填された液体を圧力発生素子６を利用して吐出口７から吐出可能であればよい。したがって、本発明は、このような構成のインクジェット記録ヘッドに対して、広く適用することができる。例えば、前述したようなシリアルスキャンタイプのインクジェット記録装置に用いられる記録ヘッドの他、いわゆるフルラインタイプのインクジェット記録ヘッドに用いられる記録ヘッドに対しても適用可能である。
【符号の説明】
【００４２】
２基板
２Ａ供給口
３オリフィスプレート
５液室
６圧力発生素子
７吐出口
Ｒ圧力室

【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、液体を吐出する吐出口が形成されたオリフィスプレートと、前記基板と前記オリフィスプレートとの間に形成された液室と、を有し、
前記基板が、前記吐出口に対向する圧力発生素子であって、通電されると前記液室における前記圧力発生素子に対向する部分である圧力室内に、前記液体を前記吐出口から吐出させる圧力を発生させる圧力発生素子と、前記圧力発生素子の周囲に設けられ、前記液体を前記液室に供給する供給口と、を備えている、インクジェット記録ヘッド。
【請求項２】
少なくとも一つ以上の前記供給口が、前記圧力発生素子の四方を断続的に囲んでいる、請求項１に記載のインクジェット記録ヘッド。
【請求項３】
一つの前記供給口が、前記圧力発生素子の三方を連続して囲んでいる、請求項１に記載のインクジェット記録ヘッド。
【請求項４】
前記液室における前記圧力室の周囲に設けられ、互いの隙間が前記各吐出口の口径よりも狭い複数のノズルフィルターをさらに有する、請求項１から３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５】
前記液室の高さが前記吐出口の口径よりも低い、請求項１から３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】
前記液室における前記供給口の外側に設けられ、前記オリフィスプレートを支持する流路壁をさらに有する、請求項１から５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７】
同じ色の前記液体を吐出する複数の前記吐出口が、複数の列に配列されている、請求項１から６のいずれか１項に記載のインクジェット記録ヘッド。

【図１】