JP2006142504A - Ink jet print head - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、インクジェットプリントヘッド及びその製造方法に関するものである。 The present invention relates to an ink jet print head and a manufacturing method thereof.
また本発明は紙、糸、繊維、布帛、皮革、金属、プラスチック、ガラス、木材、セラミックス等の被記録媒体に対し記録を行う、プリンタ、複写機、通信システムを有するファクシミリ、プリンタ部を有するワードプロセッサ等の装置、さらには各種処理装置と複合的に組み合わせた産業記録装置に適用できる発明である。 The present invention also provides a printer, a copying machine, a facsimile having a communication system, and a word processor having a printer section for recording on a recording medium such as paper, thread, fiber, fabric, leather, metal, plastic, glass, wood, ceramics, etc. The present invention is applicable to an industrial recording apparatus combined with various processing apparatuses.
なお、本発明における[記録]とは、文字や図形等の意味を持つ画像を被記録媒体に対して付与することだけでなく、パターン等の意味を持たない画像を付与することも意味する。 [Recording] in the present invention means not only giving an image having a meaning such as a character or a figure to a recording medium but also giving an image having no meaning such as a pattern.
インクジェット記録方式は、記録時における騒音の発生が無視しうる程度に極めて小さいという点、また高速記録が可能であり、しかもいわゆる普通紙に定着可能で、特別な処理を必要とせずに記録が行えるという点で、ここ数年急速に普及しつつある。また液体吐出ヘッドの中で、インク吐出エネルギー発生素子が形成された基板に対して、垂直方向にインク液滴が吐出するものを「サイドシューター型記録ヘッド」と称し、本発明は、この種のサイドシューター型記録ヘッドの構造に関するものである。 The ink jet recording system is extremely small in noise generation during recording, can be recorded at high speed, can be fixed on so-called plain paper, and can be recorded without requiring special processing. In that respect, it has been spreading rapidly in recent years. A liquid discharge head in which ink droplets are discharged in a vertical direction with respect to a substrate on which an ink discharge energy generating element is formed is referred to as a “side shooter type recording head”. The present invention relates to a structure of a side shooter type recording head.
液体吐出ヘッドの小型化、高密度化に対し、基板内に半導体製造技術を用いて、圧力発生素子を駆動するための電気的制御回路(ダイオードマトリックス回路やシフトレジスタ回路)を内蔵した方法が提案されている。前記する高機能な液体吐出ヘッドは、図2に示すような複数本のノズルにインクを供給する方法として基板裏面より基板を貫通させ、共通のインク供給口より各々のノズルにインクを供給する構造になっている。 To reduce the size and increase the density of the liquid discharge head, a method that incorporates an electrical control circuit (diode matrix circuit or shift register circuit) to drive the pressure generating element using semiconductor manufacturing technology in the substrate is proposed. Has been. The high-performance liquid discharge head described above has a structure in which the substrate is penetrated from the back side of the substrate as a method for supplying ink to a plurality of nozzles as shown in FIG. 2, and ink is supplied to each nozzle from a common ink supply port. It has become.
このような構造で、微細なノズルから微細なインク滴を吐出させる際、圧力発生素子の近傍・或いはノズル部に混入する微小異物、或いは圧力発生素子の異常等はインクの吐出に大きな影響を及ぼし、記録品位低下の大きな要因となっている。ビジネス文書等を記録する際には昨今のノズルの高密度化に伴い、少数ノズルの不吐出が認識されることは少ないが、写真画質のような高品位記録には印字品位の大幅な低下を招く。このため、ノズル近傍に混入した異物を事前に検知したり、インクの吐出に異常のある部位を事前に検知し、その部位を補間する事により、記録品位の低下を防止している。従来の技術では、ノズル近傍に混入した異物をインクを吐出させることによって異常を検出することは可能であるが、この際、圧力発生素子で発生した圧力により異物が移動し、吐出に異常の認められる部位が変化する課題が生じている。この移動を防止する手法として従来は、ノズル部と異物を強制的に接着したり、熱によって破壊・溶解させていた。ノズルが破壊・溶解されると、図3に示す通り、ワイピングブレードで吐出口近傍のインク滴を拭き取る際、表面の平滑性が失われているためにインク滴の拭き残しが発生し、その後のインク吐出に大きな影響を及ぼす。 With this structure, when ejecting fine ink droplets from fine nozzles, minute foreign matter mixed in the vicinity of the pressure generating element or in the nozzle portion, or abnormalities in the pressure generating element have a significant effect on ink ejection. , Which is a major factor in the decline in recording quality. When recording business documents, etc., due to the recent increase in the density of nozzles, it is rare that a small number of nozzles fail to be ejected. However, for high-quality recording such as photographic image quality, the print quality is greatly reduced. Invite. For this reason, the foreign matter mixed in the vicinity of the nozzles is detected in advance, or the part where ink ejection is abnormal is detected in advance, and the part is interpolated to prevent the deterioration of the recording quality. In the conventional technology, it is possible to detect an abnormality by ejecting ink from a foreign substance mixed in the vicinity of the nozzle. At this time, the foreign substance moves due to the pressure generated by the pressure generating element, and an abnormality is recognized in the discharge. The problem that the part to be changed changes has arisen. Conventionally, as a technique for preventing this movement, the nozzle portion and the foreign matter are forcibly adhered, or destroyed or dissolved by heat. When the nozzle is broken or dissolved, as shown in FIG. 3, when wiping the ink droplets near the discharge port with the wiping blade, the surface smoothness is lost and the ink droplets are left behind. Greatly affects ink ejection.
また、特開2000−15845で記載されているように、2ヘッドを搭載した記録装置において、一方のヘッドに不吐ノズルが発生した際、他方のヘッドにおける対応ノズルにより不吐ノズルで記録するはずの画像データを記録させる方式がある。この方式においても、記録中の不吐ノズルの移動に伴う有効的な手法はなかった。
従来の手法には、下記の課題が生じていた。 The conventional method has the following problems.
(1)封止材・接着材によって強制的に異物と接着されたノズル部は、吐出口が塞がれるため、吸引回復する際、吸引のバランスが崩れ、吸引回復による所定の品質を保つことができない。 (1) Since the nozzle part forcibly adhered to the foreign material by the sealing material / adhesive is closed at the discharge port, the suction balance is lost when recovering the suction, and the predetermined quality is maintained by the recovery of the suction. I can't.
(2)レーザー光等の熱によって破壊・溶解されたノズル部は、その平滑性を失い、ワイピングブレードによる所定の品質を保つことができない。 (2) The nozzle portion destroyed or melted by heat such as laser light loses its smoothness and cannot maintain a predetermined quality by the wiping blade.
(3)ビジネス文書等を記録する際の不吐ノズルを補間しない系において、不吐には至らなくとも吐出の異常によってインク敵の着弾が大幅にずれる場合、不吐よりかえって印字品位が低下する。 (3) In a system that does not interpolate ejection failure nozzles when recording business documents, etc., if the landing of ink enemies is significantly shifted due to ejection abnormalities even if ejection failure does not occur, the print quality deteriorates rather than ejection failure. .
上記課題を解決するために、本発明のインクジェットプリント用ヘッドは以下の形状を特徴としている。 In order to solve the above-mentioned problems, the inkjet printing head of the present invention is characterized by the following shapes.
まず、不吐ノズルを補間しない系について記す。 First, a system that does not interpolate undischarge nozzles will be described.
少数ノズルの吐出異常によるインク滴の着弾ずれや不吐出が発生しても、ビジネス文書のような記録物でその影響が認識されなければ対策を講じる必要はない。しかし、吐出口近傍のインク滴付着・微小キズに伴う吐出異常は、初期的には微細な吐出異常であっても、繰り返し吐出によりその状態が変化し、時には大幅な着弾ずれにいたる場合が多い。初期的な微細異常では記録物で認識することができなくても、大幅なインク滴の着弾ずれに発展すると、記録物でも容易に認識されてしまう。本発明では、初期的な微細異常でも圧力発生素子配線を切断することによって異常現象を不吐出とし、記録物で認識されにくい形態としている。 Even if ink droplet landing deviation or non-ejection occurs due to ejection failure of a small number of nozzles, it is not necessary to take measures if the effect is not recognized in a recorded matter such as a business document. However, even if the ejection abnormalities due to ink droplet adhesion and micro-scratches near the ejection opening are initially minute ejection abnormalities, the state changes due to repeated ejection, and sometimes a large landing deviation occurs. . Even if the initial minute abnormality cannot be recognized by the recorded matter, it will be easily recognized even by the recorded matter when the ink droplets are greatly displaced. In the present invention, even if an initial fine abnormality occurs, the abnormal phenomenon is made non-ejection by cutting the pressure generating element wiring so that it is difficult to be recognized by the recorded matter.
次に不吐ノズルを補間する系について記す。 Next, a system for interpolating undischarge nozzles will be described.
本発明では、異物混入によってインクの吐出が妨げられたノズルは、正常のノズルと同一の形状を保っており、圧力発生素子配線部のみが破壊され、該当ノズルには圧力が伝わらない構造となっている。異物混入ノズルが正常ノズルと同一形状を保っているため、吐出口は完全に塞がれることなく、また平滑性も失われないため上記課題を解決することが可能である。 In the present invention, the nozzles that are prevented from ejecting ink due to foreign matter are kept in the same shape as normal nozzles, only the pressure generating element wiring portion is destroyed, and the pressure is not transmitted to the corresponding nozzles. ing. Since the foreign matter mixing nozzle maintains the same shape as the normal nozzle, the discharge port is not completely blocked and the smoothness is not lost, so that the above problem can be solved.
インク吐出口・ノズル・圧力発生素子・圧力発生素子配線を有するインクジェット記録ヘッドで異物の混入したノズルに対応する圧力発生素子またはその配線を選択的に電気的に切断されているプリントヘッドである。 This is an ink jet recording head having an ink discharge port, a nozzle, a pressure generating element, and a pressure generating element wiring, and a pressure generating element corresponding to a nozzle mixed with foreign matter or a wiring of the pressure generating element that is selectively electrically cut.
本発明を利用することにより、補間を必要としない系においては、吐出異常をすべて不吐出とし、ビジネス文書等の記録物で認識されないような形態が完成する。 By utilizing the present invention, in a system that does not require interpolation, a form is realized in which all ejection abnormalities are regarded as non-ejection and are not recognized by a recorded matter such as a business document.
また、不吐補間を行う系においては、一度補間された不吐ノズルは移動することなく、不吐補間のシステムを大幅に向上させることが可能となる。また、不吐ノズルの形状は正常ノズルと何ら相違はないため、ブレードによるインク拭き取り性や吸引回復性に影響を及ぼすことはない。 In a system that performs non-discharge interpolation, the non-discharge nozzle that has been interpolated once does not move, and the non-discharge interpolation system can be greatly improved. Further, since the shape of the non-discharge nozzle is not different from that of a normal nozzle, it does not affect the ink wiping property and suction recovery property by the blade.
(実施例1)
以下、添付図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。
Example 1
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
完成したインクジェットヘッドにインクを注入し、適正なパルスを付加して全ノズルからインクを吐出させ紙面上に記録させた。適正な記録を得るために、事前にノズル内をインクで完全に充填するために吸引回復動作と記録前の予備吐を行った。 Ink was injected into the completed inkjet head, an appropriate pulse was added, and ink was ejected from all nozzles to be recorded on the paper surface. In order to obtain proper recording, suction recovery operation and preliminary ejection before recording were performed in advance to completely fill the nozzle with ink.
その後、不吐となったノズルを紙面上の記録物より検出し、該当するノズルを観察した。この際、不吐ノズルに異物の混入・或いは圧力発生素子に異常が認められた場合、該当ノズルの圧力発生素子配線をYAGレーザーにて切断した。レーザーの発光はノズル部のインク吐出側から行い、樹脂で形成されたノズル部を透過させ圧力発生素子配線部のみ破壊させた。これにより、ノズル部を変形・破壊させることなく配線の切断に成功した。効果検証のため、異物混入による不吐ヘッドに前記レーザー切断を施さないヘッドも併せて準備した。 Thereafter, the nozzle that failed to discharge was detected from the recorded material on the paper surface, and the corresponding nozzle was observed. At this time, in the case where foreign matter was mixed into the undischarge nozzle or abnormality was found in the pressure generating element, the pressure generating element wiring of the corresponding nozzle was cut with a YAG laser. Laser light emission was performed from the ink ejection side of the nozzle part, and the nozzle part made of resin was transmitted to destroy only the pressure generating element wiring part. This succeeded in cutting the wiring without deforming or destroying the nozzle part. In order to verify the effect, a head not subjected to the laser cutting was also prepared in addition to the undischarge head due to foreign matter mixing.
その後、双方のヘッドについてパルス付加によるインクの吐出及び、吸引回復によるインクの流動を繰り返し行い、不吐ノズルの移動の発生について確認した。 Thereafter, the ejection of ink by pulse application and the flow of ink by suction recovery were repeatedly performed on both heads, and the occurrence of movement of the undischarge nozzle was confirmed.
その結果、レーザー切断を施した4ヘッド(不吐ノズルは圧力発生素子配線の切断により圧力が発生しない)での不吐ノズルの移動は認められなかった。これに対し、レーザー切断を施さなかった4ヘッド中3ヘッドで不吐ノズルの移動が発生した。このことにより、ノズル内に混入した異物は圧力発生素子にて発生した圧力が繰り返しかかることによってノズル部後方に移動し、インク吐出の際に再度ノズル内に混入することが考えられる。この際、異物の進入するノズルは必ずしも以前と同一とは限らない。また、レーザー切断を施したヘッドで異物が移動しなかったことにより、吸引回復による単純なインク流動ではノズル内異物は移動しないことが確認された。 As a result, no movement of the undischarge nozzle was observed in the four heads subjected to laser cutting (the undischarge nozzle did not generate pressure by cutting the pressure generating element wiring). On the other hand, undischarge nozzle movement occurred in 3 out of 4 heads that were not subjected to laser cutting. As a result, it is conceivable that the foreign matter mixed in the nozzle moves to the rear of the nozzle portion due to repeated application of the pressure generated by the pressure generating element, and is mixed into the nozzle again when ink is ejected. At this time, the nozzle into which the foreign substance enters is not necessarily the same as before. Further, it was confirmed that the foreign matter in the nozzle did not move in a simple ink flow due to suction recovery because the foreign matter did not move with the laser-cut head.
図1に本発明の模式図、図4にノズル内異物の移動に関する模式図を記した。 FIG. 1 is a schematic diagram of the present invention, and FIG. 4 is a schematic diagram related to the movement of foreign matter in the nozzle.
a)ノズル内に異物が混入
b)圧力発生素子駆動時にノズル内に発泡(今回の実施例ではヒータでの膜沸騰)し、この圧力で異物がノズル外に押し出される
c)圧力発生素子の駆動が中止され、ノズル内の発泡は消泡される。この際に発生する負圧によりノズル外に押し出された異物が移動する。
a) Foreign matter mixed in the nozzle b) Foaming in the nozzle when the pressure generating element is driven (film boiling in the heater in this embodiment), and foreign matter is pushed out of the nozzle by this pressure c) Driving the pressure generating element Is stopped and foaming in the nozzle is eliminated. The foreign matter pushed out of the nozzle is moved by the negative pressure generated at this time.
d)この時、混入するノズルは必ずしも以前のノズルと同一ではない。 d) At this time, the mixed nozzle is not necessarily the same as the previous nozzle.
今回の実施例で作成した圧力発生素子配線を切断したヘッドでブレードワイピングを行ったところ、インク滴の拭き残しもなく通常の良品ヘッドと同一の品質を維持することができた.図5にその模式図を記した。 When blade wiping was performed with a head cut from the pressure generating element wiring created in this example, no ink droplets were left to be wiped, and the same quality as a normal good head could be maintained. FIG. 5 shows a schematic diagram thereof.
図6に本実施例の模式図を記した。 FIG. 6 shows a schematic diagram of this example.
(実施例2)
実施例1でも異物移動に対する効果は十分に認められたが、品質信頼性を向上させる目的で本例も併せて行った。実施例1ではノズル内に配線された圧力発生素子配線を切断したが、この部位には常時インクが存在し、配線切断時に発生した表層の保護膜の微細亀裂などによりインクが進入する可能性があった。インク進入により経時で配線部の腐食が進行する懸念があり、その結果インクジェットヘッドを破壊する可能性がある。本例ではこの懸念を解決するために、圧力発生素子配線をノズル外部に配置し、インクとの接触を絶つ形状とした。YAGやフェムト秒レーザにより、樹脂で形成されたノズル材料を透過させて配線部のみを切断する方式を採用した。
(Example 2)
In Example 1, the effect on the movement of the foreign matter was sufficiently recognized, but this example was also performed for the purpose of improving the quality reliability. In the first embodiment, the pressure generating element wiring wired in the nozzle is cut. However, there is always ink in this portion, and there is a possibility that the ink may enter due to a fine crack of the protective film on the surface layer generated at the time of cutting the wiring. there were. There is a concern that the corrosion of the wiring portion may progress over time due to the ink entering, and as a result, the inkjet head may be destroyed. In this example, in order to solve this concern, the pressure generating element wiring is arranged outside the nozzle, and the contact with the ink is cut off. A method was adopted in which only the wiring portion was cut by transmitting the nozzle material made of resin with YAG or femtosecond laser.
この形態で、印字保証枚数までの印字耐久を行っても配線部の腐食が進行することはなかった。 In this form, even when the printing durability was performed up to the guaranteed number of printing sheets, the corrosion of the wiring portion did not proceed.
図7に本実施例の模式図を記した。 FIG. 7 shows a schematic diagram of this example.
1 共通液室
2 吐出口
3 圧力室
4 圧力発生素子
5 インク供給口
6 インク滴
7 ワイピングブレード
8 ワイピング後の拭き残りインク滴
9 破壊された不吐ノズル
10 正常ノズル
11 異物混入ノズル
12 ノズル内異物
13 圧力発生素子起動時の発泡
14 圧力発生素子配線切断部
15 ノズル内圧力発生素子配線断線部
16 ノズル外側に配置した圧力発生素子配線
17 ノズル外側に配置した圧力発生素子配線の切断部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Common liquid chamber 2 Ejection port 3
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Cited By (4)
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2004
- 2004-11-16 JP JP2004331778A patent/JP2006142504A/en not_active Withdrawn
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