JP2004098297A - Inkjet recording head, inkjet cartridge, and inkjet recorder - Google Patents

Inkjet recording head, inkjet cartridge, and inkjet recorder Download PDF

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JP2004098297A
JP2004098297A JP2002259301A JP2002259301A JP2004098297A JP 2004098297 A JP2004098297 A JP 2004098297A JP 2002259301 A JP2002259301 A JP 2002259301A JP 2002259301 A JP2002259301 A JP 2002259301A JP 2004098297 A JP2004098297 A JP 2004098297A
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ink
ink jet
recording head
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Keiichiro Tsukuda
佃 圭一郎
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To enhance reliability of an inkjet recording head by suppressing deformation of constitutional members. <P>SOLUTION: A protrusion 501 and a recess 502 regulating the position each other are provided, respectively, on the bonding faces of a heater board 209 and a top plate 210 between an electrothermal conversion element 102 and an ejection opening 101. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、インクを吐出可能なインクジェット記録ヘッド、インクジェットカートリッジ、およびそれらを用いたインクジェット記録装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来のインクジェット記録ヘッドの一構成例を図1から図4に示す。図1は、記録ヘッドの斜視図、図2は図1のII−II線に沿う断面図、図3は図2のIII−III線に沿う断面図、図4は図3のIV−IV線に沿う断面図である。
【0003】
これらの図において、インクジェット記録ヘッドには、複数の吐出口101が設けられ、また、これらの吐出口101からそれぞれインクを吐出するために利用される熱エネルギーを発生する電気熱変換素子102が各インク流路103毎に設けられている。各電気熱変換素子102は、主に、発熱抵抗体104と、これに電力を供給するための電気配線105とによって構成されている。
【0004】
すなわち、図4に示されるように、シリコン等からなる基板201上には、絶縁膜202、層間膜203が形成され、これらの形成された膜上には、図3に示されるようなパターンの発熱抵抗体104の層が形成される。さらに、この層上には、一部を除いて、AI等よりなる電気配線105の層が図3に示されるようなパターンで形成される。発熱抵抗体104の層において電気配線105の層が形成されない部分は、電気熱変換素子102としての発熱部を構成する。さらに、発熱抵抗体104および電極配線205のパターンを覆うように、第1保護膜207および第2保護膜208が被覆される。このように、基板201及びその上に形成される電気熱変換素子102等により、ヒーターボード209が構成される。
【0005】
図3,図4において、各インク流路103は流路壁106によって仕切られ、また各インク流路103の吐出口101と反対側の端部は共通液室107と連通している。この共通液室107には、インクタンク(不図示)からインク受口401を通して供給されるインクが貯蔵される。共通液室107に供給されたインクは、ここから各インク流路103に導かれ、吐出口101近傍でメニスカスを形成して保持される。この状態にて、電気熱変換素子102を選択的に通電して駆動させることにより、それが熱エネルギーを発生し、その熱エネルギーによりインクに膜沸騰を生じされる。そして、その膜沸騰により発生した気泡の成長によって、インクが吐出口101から吐出される。
【0006】
このようなインクジェット記録ヘッドのヒーターボード209上には、樹脂等よりなる天板210が接合される。すなわち、天板210には、吐出口101を形成するオリフィスプレート402、および流路壁106が一体に形成されている。この天板210とヒーターボード209は、図2に示されるように、前者の吐出口103の形成部等と後者の電気熱変換素子102等との相対位置を画像処理等の手段により位置合わせしながら接合される。そして、接着剤等によって天板210の後部(吐出口形成部と反対側の部分)をヒーターボード209に仮どめした後、板バネ等の弾性部材(図示せず)によって、天板210における流路壁106の上部をヒーターボード209側に加圧する。これにより、ヒーターボード209上の各電気熱変換素子102の相互間が流路壁106により分離されて、各インク流路103毎に電気熱変換素子102が配置されることになる。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
近年、インクジェット記録装置の高速記録化に伴い、インクジェット記録ヘッドの記録幅(ノズル列幅)は長尺化の方向にあり、樹脂成形品である天板210の反りが生産上の重要な問題になってきている。また、天板210をヒーターボード209に押圧する板バネ等の弾性部材の押圧のみによって、インクの吐出方向における天板210の位置規制が行われているため、記録ヘッドを高温で長期保存すると天板210が熱変形をおこして、天板210に設けられたノズル(インク流路103)とヒーターボード209の電気熱変換素子102(以下、ヒーターともいう)との相対的な位置ずれが発生するおそれがあった。
【0008】
本発明は、以上のような問題を鑑みてなされたものであり、その目的は、インクジェット記録ヘッドの構成部材の変形を抑止して、その信頼性を高めることにある。
【0009】
また、本発明の他の目的は、コスト的に有利な樹脂成形の天板を用いた場合においても、その天板の成形時の反りや高温保存時の変形等の問題を解決し、生産性を上げつつ、信頼性の高いインクジェット記録ヘッド、インクジェットカートリッジ、およびインクジェット記録装置を提供することにある。
【0010】
【課題を解決するための手段】
本発明のインクジェット記録ヘッドは、基板と天板との接合面間に、インク吐出口を該インク吐出口に連通するインク流路が形成され、前記基板に設けられた吐出エネルギー発生手段が発生する吐出エネルギーによって、前記インク流路内のインクを前記吐出口から吐出可能なインクジェット記録ヘッドにおいて、前記吐出エネルギー発生手段と前記吐出口との間における前記基板と前記天板との接合面のそれぞれに、互いに位置を規制し合う規制部を設けたことを特徴とする。
【0011】
本発明のインクジェットカートリッジは、前記インクジェット記録ヘッドと、前記インクジェット記録ヘッドに供給するためのインクを収容するタンクとを備えたことを特徴とする。
【0012】
本発明のインクジェット記録装置は、前記インクジェット記録ヘッドと前記インクジェット記録ヘッドと被記録媒体とを相対移動させる移動手段とを備えたことを特徴とするインクジェット記録装置。
【0013】
本発明のインクジェット記録装置は、前記インクジェットカートリッジと、前記インクジェットカートリッジと被記録媒体とを相対移動させる移動手段とを備えたことを特徴とするインクジェット記録装置。
【0014】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しつつ本発明の実施形態を詳細に説明する。
【0015】
(第1の実施形態)
本実施形態におけるインクジェット記録ヘッドの基本構成は、前述した図1から図4の従来例のものと同様であり、図2中のV円部を図5のように構成した点において従来例と相違する。
【0016】
本例のインクジェット記録ヘッドの基本構成においては、前述のように、列状に設けられた複数個の吐出口101からインクを吐出させるために利用されるエネルギー発生素子として、電気熱変換素子102が構成されている。ハフニュウムの硼化物やタンタルのチッ化物からなる発熱抵抗体104は、シリコンからなる基板201上に設けられ、各発熱抵抗体104に電気信号を供給するアルミニウム等の電極配線205と共に、成膜技術により一体的に成形される。天板210は、複数のインク流路103のそれぞれを区分するための流路壁106や、各インク流路103へ供給されるインクを一時的に収納する共通液室107などを形成するための溝が設けられている。さらに、天板210には、インクタンク(不図示)からのインクを共通液室107に導入するためのインク受け口401、及び各インク流路103に対応した吐出口101を複数個有するオリフィスプレート402が一体に成形されている。天板210の材料としては、例えば、ポリエーテルポリサルフォン、ポリフェニレンオキシド、ポリプロピレンなどの他、種々の成型用樹脂材料を用いることができる。
【0017】
ヒーターボード209の基板201上には、無機材料(例えば、SiO,SiO,SiN等)からなる絶縁膜202(本実施例においては、SiO)の層が公知の成膜技術によって成膜される。その成膜後、2層配線の1層目の配線(不図示)、層間膜203の絶縁層(SiO)、発熱抵抗体104(HfB)の層、電極配線205(Al)の層、第1保護膜207(SiO)、第2保護膜208(Ta)等の層が成膜、パターニング法を用いて成形される。
【0018】
また、このようなヒーターボード209の成形時には、図5に示されるように、インク吐出のためにエネルギー発生素子としての電気熱変換素子(以下、「ヒーター」ともいう)102および電極配線205と、ヒーターボード209のインク吐出方向端部(図5中左側の端部)との間に、前述した電極配線205と同様の成膜、パターニング法によって、凸部501を成す層が形成される。この凸部501は、基板201からヒーターボード209側に突出する。さらに、天板210側には凹部502が形成されており、ヒーターボード209と天板210とを接合した時に、その凹部502がヒーターボード209側の凸部501に嵌合する。それぞれの凸部501と凹部502とが嵌め合わせることにより、ヒーターボード209と天板210とを正規な位置関係に規制することができる。
【0019】
すなわち、線膨張係数の違うシリコン基板201と樹脂製の天板210を用いたインクジェット記録ヘッドにおいて、温度変化が生じた場合に、凸部501と凹部502がヒーターボード209と天板210の相対変位を抑止し、天板210に設けられた吐出口を含むノズル(インク吐出のための流路103)と、ヒーターボード209に設けられた発泡エネルギー発生のためのヒーター102との位置関係は変化しない。したがって、高温による膨張時や低温による収縮時にもノズルとヒーター102との位相関係が変化せずに、常に安定したインクの吐出性能を得ることが可能となる。
【0020】
また、ヒーターボード209と天板210との接合時において、ヒーターボード209の凸部501によって、インクの吐出方向における天板210の変位が規制される。さらに、樹脂製の天板210の成形時に、天板210やオリフィスプレート402に反りが生じたとしても、その天板210をヒーターボード209に接合する時に、ヒーターボード209に対する天板210の姿勢を矯正することができる。したがって、ヒーターボード209に対する天板210の接合が完了することによって、ヒーター102と吐出口101までの間の距離が天板210の反りのために変化してしまうという問題はなくなる。
【0021】
さらに、このような構成の記録ヘッドが高温環境下に長時間放置されたり、またはインクの不吐出のために記録ヘッドの温度が上昇したりして、天板210が熱膨張により変形しようとした場合に、凸部501と凹部502によって、その天板210の変形を防止することができる。これらの結果、記録ヘッドの生産性と共に、その信頼性を高めることができる。
【0022】
なお、凸部501の形状は、天板210の位置決めが可能であって、インクが吐出に対する影響の無い形状であればよい。また、凸部501と凹部502の凸,凹の関係を逆にして、ヒーターボード209側に凹部を設け、かつ天板210側に凸部を設けてもよい。その場合、ヒーターボード209に凹部を形成するために、例えば、天板210の流路壁106が接合しているヒーターボード209の部分のパターンよりも低い凹状の部位を形成すべく、ヒーターボード209のシリコン面のエッチング等により、加工することにより、凹部を形成することができる。
【0023】
また、本実施形態では、ヒーターボード209と天板210との接合面のそれぞれに、互いに位置を規制し合う規制部としての凸部501と凹部502を設けたが、その規制部の形態は何ら限定されない。また、そのような規制部は、ヒーター102と吐出口101との間におけるヒーターボード209と天板210との接合面に設ければよい。
【0024】
(第2の実施形態)
図6は、上述した第1の実施形態としてのインクジェット記録ヘッドを用いて構成したインクジェットカートリッジの一例の斜視図である。
【0025】
本例におけるインクジェットカートリッジ40は、シリアルタイプの記録装置に備えられるものであり、前述した第1の実施形態としてのインクジェット記録ヘッド10と、インク供給管41と、インクを収容するインクタンク42と、このインクタンク42内を密閉する蓋部材43とで主要部が構成されている。インクを吐出するための多数の吐出口101が形成されたインクジェット記録ヘッド10は、インクタンク42から、インク供給管41およびインク受口401を通して、共通液室107内に供給されるようになっている。
【0026】
本例におけるインクジェットカートリッジ40は、インクジェットヘッド10とインクタンク42とを一体的に形成した。しかし、インクジェットヘッド10に対して、インクタンク42を交換可能に連結した構造としてもよい。
【0027】
(第3の実施形態)
図7は、上述した図6のインクジェットカートリッジ40を用いたインクジェット記録装置の一例を説明するための要部の斜視図である。
【0028】
本例のインクジェット記録装置50は、紙送りモータ51によって駆動回転するプラテンローラ52と、一対の案内棒53とが平行に配設され、その一対の案内棒53には、キャリッジ54が摺動自在に保持されている。また、案内棒53の両側に回転自在に配設された一対のプーリ55,56には、キャリッジ54に連結される走査ワイヤ57が巻き掛けられている。一方のプーリ55には、キャリッジ駆動モータ58が連結され、このキャリッジ駆動モータ58の正逆転によって、キャリッジ54は案内棒53に案内されながらプラテンローラ52の長手方向に走査されるようになっている。
【0029】
キャリッジ54には、着脱操作レバー59によって、図6のインクジェットカートリッジ40が交換可能に搭載される。インクジェット記録ヘッド10の吐出口101は、プラテンローラ52に巻き付けられた紙などの記録媒体70と所定の間隙を以て対向する。また、インクジェット記録ヘッド10には、フレキシブルケーブル60を介して、図示しない制御部に接続される。そして、キャリッジ駆動モータ58によるキャリッジ54の走査中における記録ヘッド10からのインク吐出と、モータ51による記録媒体70の送り動作とを繰り返すことによって、プリント媒体70上に順次画像を記録する。
【0030】
なお、インクジェットカートリッジ40は、使用するインクの色などに応じて、1つ以上(図示例では2つ)をキャリッジ54に搭載することができるようになっている。
【0031】
(その他)
なお、本発明は、特にインクジェット記録方式の中でも、インク吐出を行わせ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手段(例えば電気熱変換体やレーザ光等)を備え、前記熱エネルギによりインクの状態変化を生起させる方式の記録ヘッド、記録装置において優れた効果をもたらすものである。かかる方式によれば記録の高密度化,高精細化が達成できるからである。
【0032】
その代表的な構成や原理については、例えば、米国特許第4723129号明細書,同第4740796号明細書に開示されている基本的な原理を用いて行うものが好ましい。この方式は所謂オンデマンド型,コンティニュアス型のいずれにも適用可能であるが、特に、オンデマンド型の場合には、液体(インク)が保持されているシートや液路に対応して配置されている電気熱変換体に、記録情報に対応していて核沸騰を越える急速な温度上昇を与える少なくとも1つの駆動信号を印加することによって、電気熱変換体に熱エネルギを発生せしめ、記録ヘッドの熱作用面に膜沸騰を生じさせて、結果的にこの駆動信号に一対一で対応した液体(インク)内の気泡を形成できるので有効である。この気泡の成長,収縮により吐出用開口を介して液体(インク)を吐出させて、少なくとも1つの滴を形成する。この駆動信号をパルス形状とすると、即時適切に気泡の成長収縮が行われるので、特に応答性に優れた液体(インク)の吐出が達成でき、より好ましい。このパルス形状の駆動信号としては、米国特許第4463359号明細書,同第4345262号明細書に記載されているようなものが適している。なお、上記熱作用面の温度上昇率に関する発明の米国特許第4313124号明細書に記載されている条件を採用すると、さらに優れた記録を行うことができる。
【0033】
記録ヘッドの構成としては、上述の各明細書に開示されているような吐出口,液路,電気熱変換体の組合せ構成(直線状液流路または直角液流路)の他に熱作用部が屈曲する領域に配置されている構成を開示する米国特許第4558333号明細書,米国特許第4459600号明細書を用いた構成も本発明に含まれるものである。加えて、複数の電気熱変換体に対して、共通するスリットを電気熱変換体の吐出部とする構成を開示する特開昭59−123670号公報や熱エネルギの圧力波を吸収する開孔を吐出部に対応させる構成を開示する特開昭59−138461号公報に基いた構成としても本発明の効果は有効である。すなわち、記録ヘッドの形態がどのようなものであっても、本発明によれば記録を確実に効率よく行うことができるようになるからである。
【0034】
さらに、記録装置が記録できる記録媒体の最大幅に対応した長さを有するフルラインタイプの記録ヘッドに対しても本発明は有効に適用できる。そのような記録ヘッドとしては、複数記録ヘッドの組合せによってその長さを満たす構成や、一体的に形成された1個の記録ヘッドとしての構成のいずれでもよい。
【0035】
加えて、上例のようなシリアルタイプのものでも、装置本体に固定された記録ヘッド、あるいは装置本体に装着されることで装置本体との電気的な接続や装置本体からのインクの供給が可能になる交換自在のチップタイプの記録ヘッド、あるいは記録ヘッド自体に一体的にインクタンクが設けられたカートリッジタイプの記録ヘッドを用いた場合にも本発明は有効である。
【0036】
また、本発明の記録装置の構成として、記録ヘッドの吐出回復手段、予備的な補助手段等を付加することは本発明の効果を一層安定できるので、好ましいものである。これらを具体的に挙げれば、記録ヘッドに対してのキャッピング手段、クリーニング手段、加圧或は吸引手段、電気熱変換体或はこれとは別の加熱素子或はこれらの組み合わせを用いて加熱を行う予備加熱手段、記録とは別の吐出を行なう予備吐出手段を挙げることができる。
【0037】
また、搭載される記録ヘッドの種類ないし個数についても、例えば単色のインクに対応して1個のみが設けられたものの他、記録色や濃度を異にする複数のインクに対応して複数個数設けられるものであってもよい。すなわち、例えば記録装置の記録モードとしては黒色等の主流色のみの記録モードだけではなく、記録ヘッドを一体的に構成するか複数個の組み合わせによるかいずれでもよいが、異なる色の複色カラー、または混色によるフルカラーの各記録モードの少なくとも一つを備えた装置にも本発明は極めて有効である。
【0038】
さらに加えて、以上説明した本発明実施例においては、インクを液体として説明しているが、室温やそれ以下で固化するインクであって、室温で軟化もしくは液化するものを用いてもよく、あるいはインクジェット方式ではインク自体を30℃以上70℃以下の範囲内で温度調整を行ってインクの粘性を安定吐出範囲にあるように温度制御するものが一般的であるから、使用記録信号付与時にインクが液状をなすものを用いてもよい。加えて、熱エネルギによる昇温を、インクの固形状態から液体状態への状態変化のエネルギとして使用せしめることで積極的に防止するため、またはインクの蒸発を防止するため、放置状態で固化し加熱によって液化するインクを用いてもよい。いずれにしても熱エネルギの記録信号に応じた付与によってインクが液化し、液状インクが吐出されるものや、記録媒体に到達する時点ではすでに固化し始めるもの等のような、熱エネルギの付与によって初めて液化する性質のインクを使用する場合も本発明は適用可能である。このような場合のインクは、特開昭54−56847号公報あるいは特開昭60−71260号公報に記載されるような、多孔質シート凹部または貫通孔に液状又は固形物として保持された状態で、電気熱変換体に対して対向するような形態としてもよい。本発明においては、上述した各インクに対して最も有効なものは、上述した膜沸騰方式を実行するものである。
【0039】
さらに加えて、本発明インクジェット記録装置の形態としては、コンピュータ等の情報処理機器の画像出力端末として用いられるものの他、リーダ等と組合せた複写装置、さらには送受信機能を有するファクシミリ装置の形態を採るもの等であってもよい。
【0040】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明は、吐出エネルギー発生手段と吐出口との間における基板と天板との接合面のそれぞれに、互いに位置を規制し合う規制部を設けたことにより、吐出口近傍における基板や天板などの構成部材の変形を抑止して、インク吐出の信頼性を高めることができる。
【0041】
特に、コスト的に有利な樹脂成形の天板を用いた場合においても、その天板の成形時の反りや高温保存時の変形等の問題を解決し、生産性を上げつつ、信頼性を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】従来のインクジェット記録ヘッドの斜視図である。
【図2】図1のII−II線に沿う断面図である。
【図3】図2のIII−III線に沿う拡大断面図ある。
【図4】図3のIV−IV線に沿う断面図である。
【図5】本発明に係るインクジェット記録ヘッドの要部の拡大断面図である。
【図6】本発明に係るインクジェットカートリッジの斜視図である。
【図7】本発明に係るインクジェット記録装置の要部の斜視図である。
【符号の説明】
101 吐出口
102 電気熱変換素子
103 インク流路
104 発熱抵抗体
105 電気配線
106 流路壁
107 共通液室
201 基板
202 絶縁膜
203 層間膜
205 電極配線
207 第1保護膜
208 第2保護膜
209 ヒーターボード
210 天板
401 インク受け口
402 オリフィスプレート
501 凸部
502 凹部
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an inkjet recording head capable of discharging ink, an inkjet cartridge, and an inkjet recording apparatus using the same.
[0002]
[Prior art]
FIGS. 1 to 4 show a configuration example of a conventional ink jet recording head. 1 is a perspective view of a recording head, FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line II-II of FIG. 1, FIG. 3 is a cross-sectional view taken along line III-III of FIG. 2, and FIG. 4 is line IV-IV of FIG. FIG.
[0003]
In these drawings, the inkjet recording head is provided with a plurality of ejection ports 101, and each of the electrothermal conversion elements 102 for generating thermal energy used for ejecting ink from each of the ejection ports 101 is provided. It is provided for each ink channel 103. Each electrothermal conversion element 102 mainly includes a heating resistor 104 and an electric wiring 105 for supplying power thereto.
[0004]
That is, as shown in FIG. 4, an insulating film 202 and an interlayer film 203 are formed on a substrate 201 made of silicon or the like, and a pattern having a pattern as shown in FIG. A layer of the heating resistor 104 is formed. Further, on this layer, except for a part, a layer of the electric wiring 105 made of AI or the like is formed in a pattern as shown in FIG. The portion of the layer of the heating resistor 104 where the layer of the electric wiring 105 is not formed constitutes a heating section as the electrothermal conversion element 102. Further, the first protective film 207 and the second protective film 208 are covered so as to cover the pattern of the heating resistor 104 and the electrode wiring 205. As described above, the heater board 209 is configured by the substrate 201 and the electrothermal transducers 102 formed thereon.
[0005]
3 and 4, each ink flow path 103 is partitioned by a flow path wall 106, and an end of each ink flow path 103 opposite to the ejection port 101 communicates with a common liquid chamber 107. In the common liquid chamber 107, ink supplied from an ink tank (not shown) through the ink receiving port 401 is stored. The ink supplied to the common liquid chamber 107 is guided to the respective ink channels 103 from here, and forms a meniscus near the ejection port 101 and is held. In this state, by selectively energizing and driving the electrothermal conversion element 102, it generates thermal energy, and the thermal energy causes film boiling in the ink. Then, the ink is ejected from the ejection port 101 by the growth of bubbles generated by the film boiling.
[0006]
On the heater board 209 of such an ink jet recording head, a top plate 210 made of resin or the like is bonded. That is, the orifice plate 402 forming the discharge port 101 and the flow path wall 106 are integrally formed on the top plate 210. As shown in FIG. 2, the top plate 210 and the heater board 209 align the relative positions of the former discharge port 103 forming portion and the like and the latter electrothermal transducer 102 and the like by means of image processing or the like. While being joined. Then, after the rear portion of the top plate 210 (the portion opposite to the discharge port forming portion) is temporarily fixed to the heater board 209 with an adhesive or the like, the top plate 210 is resiliently attached to the top plate 210 by an elastic member (not shown) such as a leaf spring. The upper part of the flow path wall 106 is pressed toward the heater board 209 side. As a result, the electrothermal conversion elements 102 on the heater board 209 are separated from each other by the flow path wall 106, and the electrothermal conversion elements 102 are arranged for each ink flow path 103.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
In recent years, the recording width (nozzle row width) of the ink jet recording head has been increasing in accordance with the increase in the recording speed of the ink jet recording apparatus, and the warpage of the top plate 210, which is a resin molded product, has become an important problem in production. It has become to. Further, since the position of the top plate 210 in the ink ejection direction is regulated only by pressing an elastic member such as a leaf spring that presses the top plate 210 against the heater board 209, if the recording head is stored at a high temperature for a long time, The plate 210 undergoes thermal deformation, and a relative displacement occurs between the nozzle (ink channel 103) provided on the top plate 210 and the electrothermal conversion element 102 (hereinafter also referred to as a heater) of the heater board 209. There was a fear.
[0008]
The present invention has been made in view of the above-described problems, and an object of the present invention is to suppress deformation of constituent members of an ink jet recording head and increase the reliability thereof.
[0009]
Another object of the present invention is to solve the problems such as warpage during molding of the top plate and deformation during high-temperature storage, even when a resin-molded top plate is used, which is advantageous in terms of cost. And a highly reliable ink jet recording head, ink jet cartridge, and ink jet recording apparatus.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
In the ink jet recording head of the present invention, an ink flow path that connects the ink discharge port to the ink discharge port is formed between the bonding surface of the substrate and the top plate, and the discharge energy generating means provided on the substrate is generated. In the ink jet recording head capable of discharging the ink in the ink flow path from the discharge port by the discharge energy, each of the bonding surfaces between the substrate and the top plate between the discharge energy generating means and the discharge port is provided. In addition, a regulating portion for regulating the position is provided.
[0011]
According to another aspect of the invention, there is provided an ink jet cartridge including the ink jet recording head and a tank containing ink to be supplied to the ink jet recording head.
[0012]
An inkjet recording apparatus according to the present invention includes: the inkjet recording head; and a moving unit that relatively moves the inkjet recording head and a recording medium.
[0013]
An ink jet recording apparatus according to the present invention includes: the ink jet cartridge; and a moving unit that relatively moves the ink jet cartridge and a recording medium.
[0014]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
[0015]
(1st Embodiment)
The basic configuration of the ink jet recording head according to the present embodiment is the same as that of the conventional example of FIGS. 1 to 4 described above, and differs from the conventional example in that the V-circle portion in FIG. 2 is configured as shown in FIG. I do.
[0016]
In the basic configuration of the ink jet recording head of this example, as described above, the electrothermal conversion element 102 is used as an energy generating element used to discharge ink from the plurality of discharge ports 101 provided in a row. It is configured. A heating resistor 104 made of hafnium boride or tantalum nitride is provided on a substrate 201 made of silicon, and is formed by a film forming technique together with an electrode wiring 205 made of aluminum or the like that supplies an electric signal to each heating resistor 104. It is molded integrally. The top plate 210 is used to form a flow path wall 106 for dividing each of the plurality of ink flow paths 103 and a common liquid chamber 107 for temporarily storing ink supplied to each of the ink flow paths 103. A groove is provided. Further, the top plate 210 has an ink receiving port 401 for introducing ink from an ink tank (not shown) into the common liquid chamber 107 and an orifice plate 402 having a plurality of discharge ports 101 corresponding to each ink flow path 103. Are integrally formed. As a material of the top plate 210, for example, various molding resin materials can be used in addition to polyether polysulfone, polyphenylene oxide, polypropylene, and the like.
[0017]
On the substrate 201 of the heater board 209, a layer of an insulating film 202 (SiO 2 in this embodiment) made of an inorganic material (for example, SiO, SiO 2 , SiN, etc.) is formed by a known film forming technique. You. After the film formation, the first layer wiring (not shown) of the two-layer wiring, the insulating layer (SiO 2 ) of the interlayer film 203, the layer of the heating resistor 104 (HfB 2 ), the layer of the electrode wiring 205 (Al), Layers such as a first protective film 207 (SiO 2 ) and a second protective film 208 (Ta) are formed by film formation and patterning.
[0018]
Further, at the time of forming such a heater board 209, as shown in FIG. 5, an electrothermal conversion element (hereinafter also referred to as "heater") 102 as an energy generating element for discharging ink and an electrode wiring 205, A layer forming the convex portion 501 is formed between the heater board 209 and the ink discharge direction end (the end on the left side in FIG. 5) by the same film formation and patterning method as the electrode wiring 205 described above. The protrusion 501 protrudes from the substrate 201 toward the heater board 209. Further, a concave portion 502 is formed on the top plate 210 side, and when the heater board 209 and the top plate 210 are joined, the concave portion 502 fits into the convex portion 501 on the heater board 209 side. By fitting the respective convex portions 501 and concave portions 502, the heater board 209 and the top plate 210 can be regulated in a regular positional relationship.
[0019]
That is, in the ink jet recording head using the silicon substrate 201 and the resin top plate 210 having different linear expansion coefficients, when a temperature change occurs, the convex portion 501 and the concave portion 502 cause the relative displacement between the heater board 209 and the top plate 210. And the positional relationship between the nozzle including the discharge port provided on the top plate 210 (the flow path 103 for discharging ink) and the heater 102 provided on the heater board 209 for generating foaming energy does not change. . Therefore, even when the ink is expanded at a high temperature or contracted at a low temperature, the phase relationship between the nozzle and the heater 102 does not change, and it is possible to always obtain stable ink ejection performance.
[0020]
Further, when the heater board 209 and the top plate 210 are joined, the displacement of the top plate 210 in the ink ejection direction is regulated by the protrusion 501 of the heater board 209. Further, even if the top plate 210 and the orifice plate 402 are warped during the molding of the resin top plate 210, when the top plate 210 is joined to the heater board 209, the posture of the top plate 210 with respect to the heater board 209 is changed. Can be corrected. Therefore, when the bonding of the top plate 210 to the heater board 209 is completed, the problem that the distance between the heater 102 and the discharge port 101 changes due to the warpage of the top plate 210 is eliminated.
[0021]
Further, the recording head having such a configuration is left for a long time in a high-temperature environment, or the temperature of the recording head is increased due to non-ejection of ink, and the top plate 210 attempts to deform due to thermal expansion. In this case, the convex portion 501 and the concave portion 502 can prevent the top plate 210 from being deformed. As a result, it is possible to increase the productivity of the recording head and the reliability thereof.
[0022]
The shape of the protrusion 501 may be any shape as long as the top plate 210 can be positioned and the ink does not affect the ejection. Alternatively, the relationship between the convex and concave portions of the convex portion 501 and the concave portion 502 may be reversed so that a concave portion is provided on the heater board 209 side and a convex portion is provided on the top plate 210 side. In this case, in order to form a concave portion in the heater board 209, for example, in order to form a concave portion lower than the pattern of the portion of the heater board 209 to which the flow path wall 106 of the top plate 210 is joined, the heater board 209 is formed. The recess can be formed by processing the silicon surface by etching or the like.
[0023]
Further, in the present embodiment, the convex portion 501 and the concave portion 502 are provided on each of the bonding surfaces of the heater board 209 and the top plate 210 as the restricting portions for restricting the positions, but the form of the restricting portions is not limited. Not limited. Further, such a restricting portion may be provided on a joint surface between the heater board 209 and the top plate 210 between the heater 102 and the discharge port 101.
[0024]
(Second embodiment)
FIG. 6 is a perspective view of an example of an inkjet cartridge configured using the inkjet recording head according to the first embodiment.
[0025]
The ink jet cartridge 40 in this example is provided in a serial type recording apparatus, and includes the ink jet recording head 10 as the first embodiment described above, an ink supply pipe 41, an ink tank 42 containing ink, and A main part is constituted by a lid member 43 for sealing the inside of the ink tank 42. The ink jet recording head 10 having a large number of ejection ports 101 for ejecting ink is supplied from the ink tank 42 into the common liquid chamber 107 through the ink supply pipe 41 and the ink reception port 401. I have.
[0026]
In the ink jet cartridge 40 according to the present embodiment, the ink jet head 10 and the ink tank 42 are integrally formed. However, a structure in which the ink tank 42 is exchangeably connected to the inkjet head 10 may be employed.
[0027]
(Third embodiment)
FIG. 7 is a perspective view of a main part for explaining an example of an ink jet recording apparatus using the ink jet cartridge 40 of FIG. 6 described above.
[0028]
In the ink jet recording apparatus 50 of this example, a platen roller 52 driven and rotated by a paper feed motor 51 and a pair of guide rods 53 are arranged in parallel, and a carriage 54 is slidable on the pair of guide rods 53. Is held in. A scanning wire 57 connected to the carriage 54 is wound around a pair of pulleys 55 and 56 rotatably disposed on both sides of the guide rod 53. A carriage drive motor 58 is connected to one of the pulleys 55. The forward / reverse rotation of the carriage drive motor 58 causes the carriage 54 to scan in the longitudinal direction of the platen roller 52 while being guided by the guide rod 53. .
[0029]
The ink jet cartridge 40 shown in FIG. 6 is exchangeably mounted on the carriage 54 by a detachable operation lever 59. The ejection port 101 of the inkjet recording head 10 faces a recording medium 70 such as paper wound around the platen roller 52 with a predetermined gap. The inkjet recording head 10 is connected to a control unit (not shown) via a flexible cable 60. Then, an image is sequentially recorded on the print medium 70 by repeating the ink ejection from the recording head 10 during the scanning of the carriage 54 by the carriage drive motor 58 and the feeding operation of the recording medium 70 by the motor 51.
[0030]
In addition, one or more (two in the illustrated example) of the inkjet cartridge 40 can be mounted on the carriage 54 according to the color of the ink to be used.
[0031]
(Other)
In addition, the present invention includes a means (for example, an electrothermal converter or a laser beam) for generating thermal energy as energy used for causing ink to be ejected, particularly in an ink jet recording system. The present invention brings about an excellent effect in a recording head and a recording apparatus of a type that causes a change in the state. This is because according to such a method, it is possible to achieve higher density and higher definition of recording.
[0032]
Regarding the typical configuration and principle, it is preferable to use the basic principle disclosed in, for example, US Pat. Nos. 4,723,129 and 4,740,796. This method can be applied to both the so-called on-demand type and the continuous type. In particular, in the case of the on-demand type, it is arranged corresponding to the sheet or the liquid path holding the liquid (ink). Applying at least one drive signal corresponding to the recording information and providing a rapid temperature rise exceeding nucleate boiling to the electrothermal transducer, thereby causing the electrothermal transducer to generate thermal energy, and This is effective because film boiling occurs on the heat-acting surface of the liquid, and as a result, air bubbles in the liquid (ink) corresponding to this drive signal one-to-one can be formed. The liquid (ink) is ejected through the ejection opening by the growth and contraction of the bubble to form at least one droplet. When the drive signal is in a pulse shape, the growth and shrinkage of the bubble are performed immediately and appropriately, so that the ejection of liquid (ink) having particularly excellent responsiveness can be achieved, which is more preferable. As the pulse-shaped drive signal, those described in U.S. Pat. Nos. 4,463,359 and 4,345,262 are suitable. Further, if the conditions described in US Pat. No. 4,313,124 of the invention relating to the temperature rise rate of the heat acting surface are adopted, more excellent recording can be performed.
[0033]
As the configuration of the recording head, in addition to the combination configuration (straight liquid flow path or right-angle liquid flow path) of the discharge port, liquid path, and electrothermal converter as disclosed in the above-mentioned specifications, A configuration using U.S. Pat. No. 4,558,333 and U.S. Pat. No. 4,459,600, which disclose a configuration in which a is bent, is also included in the present invention. In addition, Japanese Unexamined Patent Application Publication No. 59-123670 discloses a configuration in which a common slit is used as a discharge portion of an electrothermal converter for a plurality of electrothermal converters, and an aperture for absorbing a pressure wave of thermal energy is provided. The effect of the present invention is effective even if the configuration is based on JP-A-59-138461, which discloses a configuration corresponding to a discharge unit. That is, according to the present invention, recording can be performed reliably and efficiently regardless of the form of the recording head.
[0034]
Further, the present invention can be effectively applied to a full-line type recording head having a length corresponding to the maximum width of a recording medium on which a recording apparatus can record. Such a recording head may have a configuration that satisfies the length by combining a plurality of recording heads, or a configuration as a single recording head that is integrally formed.
[0035]
In addition, even with the serial type printer as in the above example, the recording head fixed to the main unit or attached to the main unit enables electrical connection with the main unit and supply of ink from the main unit. The present invention is also effective when a replaceable chip-type recording head or a cartridge-type recording head in which an ink tank is provided integrally with the recording head itself is used.
[0036]
Further, it is preferable to add ejection recovery means for the recording head, preliminary auxiliary means, and the like as the configuration of the recording apparatus of the present invention since the effects of the present invention can be further stabilized. Specifically, heating is performed on the recording head by using capping means, cleaning means, pressurizing or suction means, an electrothermal transducer or another heating element or a combination thereof. Pre-heating means for performing the pre-heating and pre-discharging means for performing the discharging other than the recording can be used.
[0037]
Regarding the type or number of print heads to be mounted, for example, in addition to one provided for single color ink, a plurality of print heads are provided corresponding to a plurality of inks having different print colors and densities. May be used. That is, for example, the printing mode of the printing apparatus is not limited to the printing mode of only the mainstream color such as black, but may be any of integrally forming the printing head or a combination of a plurality of printing heads. The present invention is also very effective for an apparatus provided with at least one of the recording modes of full color by color mixture.
[0038]
In addition, in the embodiments of the present invention described above, the ink is described as a liquid, but an ink that solidifies at room temperature or below and that softens or liquefies at room temperature may be used, or In general, in the ink jet method, the temperature of the ink itself is controlled within a range of 30 ° C. or more and 70 ° C. or less to control the temperature so that the viscosity of the ink is in a stable ejection range. A liquid may be used. In addition, in order to positively prevent the temperature rise due to thermal energy by using it as energy for changing the state of the ink from a solid state to a liquid state, or to prevent the ink from evaporating, the ink is solidified in a standing state and heated. May be used. In any case, the application of heat energy causes the ink to be liquefied by the application of the heat energy according to the recording signal and the liquid ink to be ejected, or to start to solidify when reaching the recording medium. The present invention is also applicable to a case where an ink having a property of liquefying for the first time is used. In such a case, the ink is held in a state of being held as a liquid or solid substance in the concave portion or through hole of the porous sheet as described in JP-A-54-56847 or JP-A-60-71260. Alternatively, it may be configured to face the electrothermal converter. In the present invention, the most effective one for each of the above-mentioned inks is to execute the above-mentioned film boiling method.
[0039]
In addition, as the form of the ink jet recording apparatus of the present invention, in addition to a form used as an image output terminal of an information processing device such as a computer, a form of a copying apparatus combined with a reader or the like, and a facsimile apparatus having a transmission / reception function are adopted. Or the like.
[0040]
【The invention's effect】
As described above, the present invention provides the vicinity of the discharge port by providing the restricting portions for restricting the positions on each of the joining surfaces of the substrate and the top plate between the discharge energy generating means and the discharge port. In this case, deformation of components such as a substrate and a top plate can be suppressed, and the reliability of ink ejection can be improved.
[0041]
In particular, even when a resin-molded top plate is used, which is advantageous in terms of cost, it solves problems such as warpage during molding of the top plate and deformation during high-temperature storage, and increases reliability while increasing productivity. be able to.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a perspective view of a conventional ink jet recording head.
FIG. 2 is a sectional view taken along the line II-II in FIG.
FIG. 3 is an enlarged sectional view taken along the line III-III of FIG. 2;
FIG. 4 is a sectional view taken along the line IV-IV in FIG. 3;
FIG. 5 is an enlarged sectional view of a main part of the ink jet recording head according to the present invention.
FIG. 6 is a perspective view of an ink jet cartridge according to the present invention.
FIG. 7 is a perspective view of a main part of the inkjet recording apparatus according to the present invention.
[Explanation of symbols]
101 Discharge port 102 Electrothermal conversion element 103 Ink flow path 104 Heating resistor 105 Electric wiring 106 Flow path wall 107 Common liquid chamber 201 Substrate 202 Insulating film 203 Interlayer film 205 Electrode wiring 207 First protective film 208 Second protective film 209 Heater Board 210 Top plate 401 Ink receiving port 402 Orifice plate 501 Convex portion 502 Concave portion

Claims (13)

基板と天板との接合面間に、インク吐出口を該インク吐出口に連通するインク流路が形成され、前記基板に設けられた吐出エネルギー発生手段が発生する吐出エネルギーによって、前記インク流路内のインクを前記吐出口から吐出可能なインクジェット記録ヘッドにおいて、
前記吐出エネルギー発生手段と前記吐出口との間における前記基板と前記天板との接合面のそれぞれに、互いに位置を規制し合う規制部を設けたことを特徴とするインクジェット記録ヘッド。
An ink flow path that connects the ink discharge port to the ink discharge port is formed between the bonding surface of the substrate and the top plate, and the ink flow path is formed by the discharge energy generated by the discharge energy generating means provided on the substrate. In the ink jet recording head capable of discharging the ink in the from the discharge port,
An ink jet recording head, wherein a regulating portion for regulating a position is provided on each of the joining surfaces of the substrate and the top plate between the ejection energy generating means and the ejection port.
前記規制部は、前記接合面の一方に設けられた凹部と、前記接合面の他方に設けられて前記凹部と嵌合する凸部を有する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。2. The ink jet recording head according to claim 1, wherein the restricting portion has a concave portion provided on one of the joining surfaces and a convex portion provided on the other of the joining surfaces and fitted with the concave portion. . 前記規制部は、前記基板と前記天板との接合時に、前記基板に対する前記天板の姿勢を矯正することを特徴とする請求項1または2に記載のインクジェット記録ヘッド。The ink jet recording head according to claim 1, wherein the restricting section corrects a posture of the top plate with respect to the substrate when joining the substrate and the top plate. 前記規制部は、前記基板に設けられた凸部によって、前記基板と前記天板との接合時に、前記基板に対する前記天板の姿勢を矯正する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。4. The ink jet recording apparatus according to claim 3, wherein the restricting section corrects a posture of the top plate with respect to the substrate when the substrate and the top plate are joined by a convex portion provided on the substrate. head. 前記規制部は、前記基板と前記天板との接合時に、前記基板に対して、前記吐出口からのインクの吐出方向における前記天板の変位を規制することを特徴とする請求項1または2に記載のインクジェット記録ヘッド。The said restricting part regulates the displacement of the top plate in the direction in which ink is ejected from the ejection port with respect to the substrate when the substrate and the top plate are joined. 3. The ink jet recording head according to item 1. 前記規制部は、前記基板に設けられた凸部によって、前記基板と前記天板との接合時に、前記基板に対して、前記吐出口からのインクの吐出方向における前記天板の変位を規制す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。The regulating portion regulates the displacement of the top plate in a direction in which ink is ejected from the ejection ports with respect to the substrate when the substrate and the top plate are joined by a convex portion provided on the substrate. The ink jet recording head according to claim 5, wherein: 前記規制部は、前記基板上に成膜により形成された凹部および/または凸部を有することを特徴とする請求項1から6のいずれかに記載のインクジェット記録ヘッド。The ink jet recording head according to claim 1, wherein the restricting portion has a concave portion and / or a convex portion formed on the substrate by film formation. 前記規制部は、前記基板上にエッチングにより形成された凹部および/または凸部を有することを特徴とする請求項1から6のいずれかに記載のインクジェット記録ヘッド。7. The ink jet recording head according to claim 1, wherein the restricting portion has a concave portion and / or a convex portion formed on the substrate by etching. 前記天板は、樹脂材料による射出成形体であることを特徴とする請求項1から8のいずれかに記載のインクジェット記録ヘッド。9. The ink jet recording head according to claim 1, wherein the top plate is an injection molded body made of a resin material. 前記吐出エネルギー発生手段は、インクの吐出エネルギーとして熱エネルギーを発生する電気熱変換体であることを特徴とする請求項1から9のいずれかに記載のインクジェット記録ヘッド。The ink jet recording head according to any one of claims 1 to 9, wherein the discharge energy generating means is an electrothermal converter that generates heat energy as ink discharge energy. 請求項1から10のいずれかに記載のインクジェット記録ヘッドと、
前記インクジェット記録ヘッドに供給するためのインクを収容するタンクと
を備えたことを特徴とするインクジェットカートリッジ。
An ink jet recording head according to any one of claims 1 to 10,
An ink jet cartridge comprising: a tank for storing ink to be supplied to the ink jet recording head.
請求項1から10のいずれかに記載のインクジェット記録ヘッドと、
前記インクジェット記録ヘッドと被記録媒体とを相対移動させる移動手段と
を備えたことを特徴とするインクジェット記録装置。
An ink jet recording head according to any one of claims 1 to 10,
An ink jet recording apparatus comprising: a moving unit that relatively moves the ink jet recording head and a recording medium.
請求項11に記載のインクジェットカートリッジと、
前記インクジェットカートリッジと被記録媒体とを相対移動させる移動手段とを備えたことを特徴とするインクジェット記録装置。
An inkjet cartridge according to claim 11,
An ink jet recording apparatus comprising: a moving unit for relatively moving the ink jet cartridge and a recording medium.
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