記録ヘッド
【課題】高密度でかつ長尺のフルマルチ化に対応可能なインクの発泡圧力と空気流とを用いた記録ヘッドを提供する。
【解決手段】液体インクを記録媒体に向かって吐出し記録を行なう記録装置において、表面に少なくとも1列に複数の発熱体を設けたヒータ基板と、ヒータ基板上に発熱体と対向して設けられた複数のインク吐出口5と、インク吐出口に対向して設けられた複数の空気吐出口7を有し、空気吐出口の等価直径を50μm以下とする記録ヘッド。
【解決手段】液体インクを記録媒体に向かって吐出し記録を行なう記録装置において、表面に少なくとも1列に複数の発熱体を設けたヒータ基板と、ヒータ基板上に発熱体と対向して設けられた複数のインク吐出口5と、インク吐出口に対向して設けられた複数の空気吐出口7を有し、空気吐出口の等価直径を50μm以下とする記録ヘッド。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明はインクジェット記録装置において、記録ヘッドの構成に関する。
【背景技術】
【0002】
インクジェット記録で空気流を補助的に用い、インク滴速度や階調性を上げる提案は、例えば圧電インクジェットとの組み合わせで特開昭52−82426や特開昭57−115354、サーマルインクジェットとの組み合わせで特開平5−201031、静電インクジェットとの組み合わせで特開平5−104716などがあり公知である。
【特許文献1】特開昭52−82426号公報
【特許文献2】特開昭57−115354号公報
【特許文献3】特開平5−201031号公報
【特許文献4】特開平5−104716号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0003】
しかしながらこれらの提案は単独ノズルか、たかだかのマルチノズル化にしか対応できなかった。今後のインクジェットプリンタの高速化に必須な高密度(例えば600dpi以上)で紙幅分(例えば8インチないし12インチ)のフルマルチヘッドにはとても対応できるものでは無かった。
【0004】
したがって本発明は高密度でかつ長尺のフルマルチヘッドに対応可能な空気流を用いた新規な記録ヘッドを提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【0005】
液体インクを記録媒体に向かって吐出し記録を行なう記録装置において、表面に少なくとも1列に複数の発熱体を設けたヒータ基板と、該ヒータ基板上に前記発熱体と対向して設けられた複数のインク吐出口と、該インク吐出口に対向して設けられた複数の空気吐出口を有し、該空気吐出口の等価直径が50μm以下とすることである。
【発明の効果】
【0006】
本発明によれば、高密度でかつフルマルチ化に対応可能なインクの発泡圧力と空気流とを用いた記録ヘッドを提供する事が出来る。
【発明を実施するための最良の形態】
【0007】
図1は本発明の実施例のヘッドを示す平面図で、図2はそのA−A断面拡大図、図3は図2のB−B断面図、図4は図2のC−C断面図である。
【0008】
図1に示すように、ヘッドには5がピッチp=42.3μm(600dpi)で一列に配置され、ヘッドの有効長Lは約600mm(12インチ)で総計7200個の5が並んでいる。ヘッドの幅Wは約20mmである。図2を元にさらに詳しく構成を説明すると、1はプラスチックの射出成形またはセラミックで作られたヘッド基体、2はシリコンのヒータ基板、3はヒータ基板2の表面に作られた発熱体、4−1、4−2、4−3は2の表面に作られたバンプ、5はインク吐出口、6はインク吐出口部材、7は空気吐出口、8は空気吐出口部材、9は駆動ICチップ、10はFPC(フレキシブルプリント基板)である。ヘッド基体1には液室11、インク流入口12、空気室13、空気流入口14、ヒータ基板2にはインク流入孔15、空気流入孔16、インク吐出孔部材6にはインク分配流路17、空気吐出孔部材8には空気分配流路18が設けられている。インク流入口12、液室11、インク流入孔15、インク分配流路17、インク吐出口5はインク19で満たされており、空気流入口14、空気室13、空気流入孔16、空気分配流路18、空気吐出口7には空気流20が流れている。
【0009】
図2の構成で、図示されていない本体からの駆動信号がFPC10を介してバンプ4−3に与えられ、バンプ4−2から駆動ICチップ9に信号が流れる。駆動ICチップ9からの出力はバンプ4−1を介して発熱体3に負荷され、発熱体3は所定温度に発熱しそれによりインク分配流路17中のインク19は沸騰しその圧力でインク19はインク吐出口5から吐出され、空気吐出孔7を通して流出する空気流20にのって図示していない記録媒体に向かって飛翔し、記録が行われる。
【0010】
図5でさらに詳しくその動作を説明する。図5(a)は非吐出状態を示し、インク19はインク吐出口5の表面でメニスカスを形成し、空気流20は空気吐出口7を通って一定の速度で流れている。図5(b)において、所定の駆動パルスが発熱体3に印加され、発熱体3が発熱するとインク19は沸騰しバブル21が発生する。21の圧力でインク19はインク滴22となってインク吐出口5から吐出を始め、空気流20に押されながら加速される。駆動された後発熱体3は冷却し、21も収縮を始めるが、22は慣性と空気流20により加速されインク吐出口5から飛出していく。ここで注目すべきなのは、本実施例では発熱体3とインク吐出口5の間が極めて狭く、その容積が小さいため、発熱体3に対向するインク19は殆どすべて22となって飛んでいくことである。その結果発熱体3の表面はインク吐出孔5を介して大気と連通する。
【0011】
つぎに本発明の空気吐出口について述べる。図1ないし図5で述べた実施例のヘッドで空気吐出口7の等価直径(正方形など各種形状を面積の等しい等価円として代替して考えた時の直径)を振ったものと、対象例として従来から提案されている空気吐出口をスリットを含め調べたところ図7のような結果となった。したがって高密度、長尺のフルマルチに適した空気吐出口等価直径daは従来提案されていたよりもはるかに小さいda≦50μm、さらに望ましくはda≦30μm、特にインク滴が4pl以下の場合にはda≦20μmであることがわかった。またインク吐出口5と空気吐出口7の距離(空気層厚さ)haもha<20μm、さらに望ましくはha<15μm、インク滴が4pl以下の場合にはha<10μmが望ましいことがわかった。表1でインク滴速度が低速とは空気流でほとんど加速されなかったことを示し、必要空気量膨大とは7000ノズルもあるフルマルチプリンタで消費空気量が無視できないほど多く、大型で騒音の高いポンプが必要なことを示している。
【0012】
図8に本発明の空気吐出孔の等価直径daと発熱体の等価直径dhとの関係を示す。この結果から空気吐出孔の等価直径daと発熱体の等価直径dhが0.5*dh≦da≦2*dhであればインク滴が安定して加速され空気流の効果があることが判る。さらに0.8*dh≦da≦1.5*dhであればより安定した吐出が可能である。空気吐出孔の等価直径daが小さすぎるとインク滴が空気吐出口を通過する時に空気流で粉砕されスプラッシュとして飛び散り、空気吐出口の等価直径daが大きすぎると空気流の効果が出ず、インク滴の加速が行われない。前述したように本発明のヘッドは発熱体3前面のほとんどのインクがインク吐出口5から吐出されるから、インク吐出孔5の大きさに関わらず、吐出インク滴22の量は決まるから、発熱体の等価直径dhと空気吐出口の等価直径daの密接な最適関係を持つことが理解されよう。
【0013】
図6に本発明の記録ヘッドの製造方法を示す。
ステップ(a)
ヒータ基板2の表面に所定の絶縁膜などを構成し、発熱体3、バンプ4−1、バンプ4−2、バンプ4−3等を作る。必要に応じ発熱体3表面に保護膜を構成する。
ステップ(b)
インク分配流路17などの流路を構成すべき部分の型材としてポジ型感光樹脂31を塗布、露光、パターニングする。
ステップ(c)
インク吐出孔部材6となるべきネガ型感光性樹脂32を塗布、露光する。
ステップ(d)
空気分配流路18などの流路を構成すべき部分の型材としてポジ型感光樹脂33を塗布、露光、パターニングする。
ステップ(e)
空気吐出孔部材8となるべきネガ型感光性樹脂34を塗布、露光する。
ステップ(f)
ネガ型感光性樹脂32、ネガ型感光性樹脂34をエッチングしパターニングする。この時空気吐出孔7も形成される。
ステップ(g)
ヒータ基板2に異方性エッチングによりインク流入孔15、空気流入孔16が形成される。
ステップ(h)
ポジ型感光樹脂33、ポジ型感光樹脂31がエッチング液で除去されインク分配流路17、空気分配流路18が形成される。
ステップ(i)
ネガ型感光性樹脂32のインク吐出孔5および空気流路35がエッチングされる。
ステップ(j)
駆動ICチップ9およびFPC10がACFによって電気的接続される。さらにアルミナ、またはノリル製のヘッド基体1が接着されヘッド体が完成する。
【0014】
以上の実施例で判るように本実施例ではフォトプロセスでヘッドの重要部分を製造するから空気吐出孔の等価直径da、インク吐出孔等価直径di、発熱体の等価直径dh、空気層厚さhaやインク吐出孔高さhIが極めて精度よく作られ、空気流を用いた高密度な、長尺フルマルチヘッドを提供する事が出来る。
【0015】
フルマルチを使ったラインプリンタは1パスで画像形成しなければならず、シリアルプリンタのようにマルチパスで高画質を得る手法が使えない。したがって各ノズルの濃度むらや着弾精度に厳しい要求があるが、空気流を使うことと、発熱体の前面のインクを全て吐出するサーマルヘッドの組み合わせで十分な品質を得ることが出来る。
【図面の簡単な説明】
【0016】
【図1】本発明の実施例のヘッドを示す平面図である。
【図2】図1のA−A断面図である。
【図3】図2のB−B断面図である。
【図4】図2のC−C断面図である。
【図5】本発明の動作を示す模式断面図である。
【図6】本発明の記録ヘッドの製造プロセスを示す模式図である。
【図7】本発明の空気吐出口の等価直径daと空気吐出口のスリット等の構成との関係を示す表である。
【図8】本発明の空気吐出口の等価直径daと発熱体の等価直径dhとの関係を示す表である。
【符号の説明】
【0017】
1 ヘッド基体
2 ヒータ基板
3 発熱体
4−1、4−2、4−3 バンプ
5 インク吐出口
6 インク吐出口部材
7 空気吐出口
8 空気吐出口部材
9 駆動ICチップ
10 FPC
11 液室
12 インク流入口
13 空気室
14 空気流入口
15 インク流入孔
16 空気流入孔
17 インク分配流路
18 空気分配流路
19 インク
20 空気流
21 バブル
22 インク滴
【技術分野】
【0001】
本発明はインクジェット記録装置において、記録ヘッドの構成に関する。
【背景技術】
【0002】
インクジェット記録で空気流を補助的に用い、インク滴速度や階調性を上げる提案は、例えば圧電インクジェットとの組み合わせで特開昭52−82426や特開昭57−115354、サーマルインクジェットとの組み合わせで特開平5−201031、静電インクジェットとの組み合わせで特開平5−104716などがあり公知である。
【特許文献1】特開昭52−82426号公報
【特許文献2】特開昭57−115354号公報
【特許文献3】特開平5−201031号公報
【特許文献4】特開平5−104716号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0003】
しかしながらこれらの提案は単独ノズルか、たかだかのマルチノズル化にしか対応できなかった。今後のインクジェットプリンタの高速化に必須な高密度(例えば600dpi以上)で紙幅分(例えば8インチないし12インチ)のフルマルチヘッドにはとても対応できるものでは無かった。
【0004】
したがって本発明は高密度でかつ長尺のフルマルチヘッドに対応可能な空気流を用いた新規な記録ヘッドを提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【0005】
液体インクを記録媒体に向かって吐出し記録を行なう記録装置において、表面に少なくとも1列に複数の発熱体を設けたヒータ基板と、該ヒータ基板上に前記発熱体と対向して設けられた複数のインク吐出口と、該インク吐出口に対向して設けられた複数の空気吐出口を有し、該空気吐出口の等価直径が50μm以下とすることである。
【発明の効果】
【0006】
本発明によれば、高密度でかつフルマルチ化に対応可能なインクの発泡圧力と空気流とを用いた記録ヘッドを提供する事が出来る。
【発明を実施するための最良の形態】
【0007】
図1は本発明の実施例のヘッドを示す平面図で、図2はそのA−A断面拡大図、図3は図2のB−B断面図、図4は図2のC−C断面図である。
【0008】
図1に示すように、ヘッドには5がピッチp=42.3μm(600dpi)で一列に配置され、ヘッドの有効長Lは約600mm(12インチ)で総計7200個の5が並んでいる。ヘッドの幅Wは約20mmである。図2を元にさらに詳しく構成を説明すると、1はプラスチックの射出成形またはセラミックで作られたヘッド基体、2はシリコンのヒータ基板、3はヒータ基板2の表面に作られた発熱体、4−1、4−2、4−3は2の表面に作られたバンプ、5はインク吐出口、6はインク吐出口部材、7は空気吐出口、8は空気吐出口部材、9は駆動ICチップ、10はFPC(フレキシブルプリント基板)である。ヘッド基体1には液室11、インク流入口12、空気室13、空気流入口14、ヒータ基板2にはインク流入孔15、空気流入孔16、インク吐出孔部材6にはインク分配流路17、空気吐出孔部材8には空気分配流路18が設けられている。インク流入口12、液室11、インク流入孔15、インク分配流路17、インク吐出口5はインク19で満たされており、空気流入口14、空気室13、空気流入孔16、空気分配流路18、空気吐出口7には空気流20が流れている。
【0009】
図2の構成で、図示されていない本体からの駆動信号がFPC10を介してバンプ4−3に与えられ、バンプ4−2から駆動ICチップ9に信号が流れる。駆動ICチップ9からの出力はバンプ4−1を介して発熱体3に負荷され、発熱体3は所定温度に発熱しそれによりインク分配流路17中のインク19は沸騰しその圧力でインク19はインク吐出口5から吐出され、空気吐出孔7を通して流出する空気流20にのって図示していない記録媒体に向かって飛翔し、記録が行われる。
【0010】
図5でさらに詳しくその動作を説明する。図5(a)は非吐出状態を示し、インク19はインク吐出口5の表面でメニスカスを形成し、空気流20は空気吐出口7を通って一定の速度で流れている。図5(b)において、所定の駆動パルスが発熱体3に印加され、発熱体3が発熱するとインク19は沸騰しバブル21が発生する。21の圧力でインク19はインク滴22となってインク吐出口5から吐出を始め、空気流20に押されながら加速される。駆動された後発熱体3は冷却し、21も収縮を始めるが、22は慣性と空気流20により加速されインク吐出口5から飛出していく。ここで注目すべきなのは、本実施例では発熱体3とインク吐出口5の間が極めて狭く、その容積が小さいため、発熱体3に対向するインク19は殆どすべて22となって飛んでいくことである。その結果発熱体3の表面はインク吐出孔5を介して大気と連通する。
【0011】
つぎに本発明の空気吐出口について述べる。図1ないし図5で述べた実施例のヘッドで空気吐出口7の等価直径(正方形など各種形状を面積の等しい等価円として代替して考えた時の直径)を振ったものと、対象例として従来から提案されている空気吐出口をスリットを含め調べたところ図7のような結果となった。したがって高密度、長尺のフルマルチに適した空気吐出口等価直径daは従来提案されていたよりもはるかに小さいda≦50μm、さらに望ましくはda≦30μm、特にインク滴が4pl以下の場合にはda≦20μmであることがわかった。またインク吐出口5と空気吐出口7の距離(空気層厚さ)haもha<20μm、さらに望ましくはha<15μm、インク滴が4pl以下の場合にはha<10μmが望ましいことがわかった。表1でインク滴速度が低速とは空気流でほとんど加速されなかったことを示し、必要空気量膨大とは7000ノズルもあるフルマルチプリンタで消費空気量が無視できないほど多く、大型で騒音の高いポンプが必要なことを示している。
【0012】
図8に本発明の空気吐出孔の等価直径daと発熱体の等価直径dhとの関係を示す。この結果から空気吐出孔の等価直径daと発熱体の等価直径dhが0.5*dh≦da≦2*dhであればインク滴が安定して加速され空気流の効果があることが判る。さらに0.8*dh≦da≦1.5*dhであればより安定した吐出が可能である。空気吐出孔の等価直径daが小さすぎるとインク滴が空気吐出口を通過する時に空気流で粉砕されスプラッシュとして飛び散り、空気吐出口の等価直径daが大きすぎると空気流の効果が出ず、インク滴の加速が行われない。前述したように本発明のヘッドは発熱体3前面のほとんどのインクがインク吐出口5から吐出されるから、インク吐出孔5の大きさに関わらず、吐出インク滴22の量は決まるから、発熱体の等価直径dhと空気吐出口の等価直径daの密接な最適関係を持つことが理解されよう。
【0013】
図6に本発明の記録ヘッドの製造方法を示す。
ステップ(a)
ヒータ基板2の表面に所定の絶縁膜などを構成し、発熱体3、バンプ4−1、バンプ4−2、バンプ4−3等を作る。必要に応じ発熱体3表面に保護膜を構成する。
ステップ(b)
インク分配流路17などの流路を構成すべき部分の型材としてポジ型感光樹脂31を塗布、露光、パターニングする。
ステップ(c)
インク吐出孔部材6となるべきネガ型感光性樹脂32を塗布、露光する。
ステップ(d)
空気分配流路18などの流路を構成すべき部分の型材としてポジ型感光樹脂33を塗布、露光、パターニングする。
ステップ(e)
空気吐出孔部材8となるべきネガ型感光性樹脂34を塗布、露光する。
ステップ(f)
ネガ型感光性樹脂32、ネガ型感光性樹脂34をエッチングしパターニングする。この時空気吐出孔7も形成される。
ステップ(g)
ヒータ基板2に異方性エッチングによりインク流入孔15、空気流入孔16が形成される。
ステップ(h)
ポジ型感光樹脂33、ポジ型感光樹脂31がエッチング液で除去されインク分配流路17、空気分配流路18が形成される。
ステップ(i)
ネガ型感光性樹脂32のインク吐出孔5および空気流路35がエッチングされる。
ステップ(j)
駆動ICチップ9およびFPC10がACFによって電気的接続される。さらにアルミナ、またはノリル製のヘッド基体1が接着されヘッド体が完成する。
【0014】
以上の実施例で判るように本実施例ではフォトプロセスでヘッドの重要部分を製造するから空気吐出孔の等価直径da、インク吐出孔等価直径di、発熱体の等価直径dh、空気層厚さhaやインク吐出孔高さhIが極めて精度よく作られ、空気流を用いた高密度な、長尺フルマルチヘッドを提供する事が出来る。
【0015】
フルマルチを使ったラインプリンタは1パスで画像形成しなければならず、シリアルプリンタのようにマルチパスで高画質を得る手法が使えない。したがって各ノズルの濃度むらや着弾精度に厳しい要求があるが、空気流を使うことと、発熱体の前面のインクを全て吐出するサーマルヘッドの組み合わせで十分な品質を得ることが出来る。
【図面の簡単な説明】
【0016】
【図1】本発明の実施例のヘッドを示す平面図である。
【図2】図1のA−A断面図である。
【図3】図2のB−B断面図である。
【図4】図2のC−C断面図である。
【図5】本発明の動作を示す模式断面図である。
【図6】本発明の記録ヘッドの製造プロセスを示す模式図である。
【図7】本発明の空気吐出口の等価直径daと空気吐出口のスリット等の構成との関係を示す表である。
【図8】本発明の空気吐出口の等価直径daと発熱体の等価直径dhとの関係を示す表である。
【符号の説明】
【0017】
1 ヘッド基体
2 ヒータ基板
3 発熱体
4−1、4−2、4−3 バンプ
5 インク吐出口
6 インク吐出口部材
7 空気吐出口
8 空気吐出口部材
9 駆動ICチップ
10 FPC
11 液室
12 インク流入口
13 空気室
14 空気流入口
15 インク流入孔
16 空気流入孔
17 インク分配流路
18 空気分配流路
19 インク
20 空気流
21 バブル
22 インク滴
【特許請求の範囲】
【請求項1】
液体インクを記録媒体に向かって吐出し記録を行なう記録装置において、表面に少なくとも1列に複数の発熱体を設けたヒータ基板と、該ヒータ基板上に前記発熱体と対向して設けられた複数のインク吐出口と、該インク吐出口に対向して設けられた複数の空気吐出口を有し、該空気吐出口の等価直径が50μm以下である事を特徴とする記録ヘッド。
【請求項2】
前記空気吐出口の等価直径が30μm以下であり、前記インク吐出口と前記空気吐出口の間隔が20μm以下である事を特徴とする請求項1に記載の記録ヘッド。
【請求項3】
液体インクを記録媒体に向かって吐出し記録を行なう記録装置において、表面に少なくとも1列に複数の発熱体を設けたヒータ基板と、該ヒータ基板上に前記発熱体と対向して設けられた複数のインク吐出口と、該インク吐出口に対向して設けられた複数の空気吐出口を有し、空気吐出口の等価直径daと前記発熱体の等価直径dhが
0.5*dh≦da≦2*dh
を満たすことを特徴とする記録ヘッド。
【請求項4】
前記インク吐出口と前記空気吐出口の間隔が10μm以下である事を特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載の記録ヘッド。
【請求項5】
前記空気吐出口の等価直径daと前記発熱体の等価直径dhが
0.8*dh≦da≦1.5*dh
であることを特徴とする請求項1乃至4のいずれかに記載の記録ヘッド。
【請求項1】
液体インクを記録媒体に向かって吐出し記録を行なう記録装置において、表面に少なくとも1列に複数の発熱体を設けたヒータ基板と、該ヒータ基板上に前記発熱体と対向して設けられた複数のインク吐出口と、該インク吐出口に対向して設けられた複数の空気吐出口を有し、該空気吐出口の等価直径が50μm以下である事を特徴とする記録ヘッド。
【請求項2】
前記空気吐出口の等価直径が30μm以下であり、前記インク吐出口と前記空気吐出口の間隔が20μm以下である事を特徴とする請求項1に記載の記録ヘッド。
【請求項3】
液体インクを記録媒体に向かって吐出し記録を行なう記録装置において、表面に少なくとも1列に複数の発熱体を設けたヒータ基板と、該ヒータ基板上に前記発熱体と対向して設けられた複数のインク吐出口と、該インク吐出口に対向して設けられた複数の空気吐出口を有し、空気吐出口の等価直径daと前記発熱体の等価直径dhが
0.5*dh≦da≦2*dh
を満たすことを特徴とする記録ヘッド。
【請求項4】
前記インク吐出口と前記空気吐出口の間隔が10μm以下である事を特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載の記録ヘッド。
【請求項5】
前記空気吐出口の等価直径daと前記発熱体の等価直径dhが
0.8*dh≦da≦1.5*dh
であることを特徴とする請求項1乃至4のいずれかに記載の記録ヘッド。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【公開番号】特開2008−149673(P2008−149673A)
【公開日】平成20年7月3日(2008.7.3)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2006−342531(P2006−342531)
【出願日】平成18年12月20日(2006.12.20)
【出願人】(000001007)キヤノン株式会社 (59,756)
【Fターム(参考)】
【公開日】平成20年7月3日(2008.7.3)
【国際特許分類】
【出願日】平成18年12月20日(2006.12.20)
【出願人】(000001007)キヤノン株式会社 (59,756)
【Fターム(参考)】
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