JP2006231876A - Liquid droplet injection recording head, liquid droplet injection recording apparatus, and method of manufacturing liquid injection recording head - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、複写機、ファクシミリ、ワードプロセッサ、ホストコンピュータなどの出力機器としてのプリンタに用いられる液体噴射記録ヘッドおよび液体噴射記録装置に関し、特にインクなどを飛翔液滴として吐出口から吐出させて、記録媒体に付着させることによって記録を行う液体噴射記録装置に用いられる液体噴射記録ヘッドおよび液体噴射記録ヘッドの製造方法に関するものである。 The present invention relates to a liquid jet recording head and a liquid jet recording apparatus used in a printer as an output device such as a copying machine, a facsimile machine, a word processor, and a host computer, and more particularly to recording by ejecting ink or the like as flying droplets from a discharge port. The present invention relates to a liquid jet recording head used in a liquid jet recording apparatus that performs recording by being attached to a medium, and a method of manufacturing the liquid jet recording head.
また、本発明は、インクなどを吐出して記録などを行う液体噴射記録ヘッドの吐出口近傍に付着した液体を検知し、除去する機構を備えた液体噴射記録装置に関する。 The present invention also relates to a liquid jet recording apparatus having a mechanism for detecting and removing liquid adhering to the vicinity of a discharge port of a liquid jet recording head that performs recording by discharging ink or the like.
インクジェット方式には、極めて微細な口径の複数のインク吐出口を備えた液体噴射記録ヘッドが用いられる。記録を行う際には、それらのインク吐出口から所定の記録信号の入力に応じてインクが吐出され、被記録媒体上に付着させる。近年の高画質化および高微細化に伴い、極めて微細なインク滴を吐出するようになってきており、ミストが増える傾向にある。このような液体噴射記録ヘッドを用いた記録装置においては、ヘッドのオリフィス面にインクが付着すると、それに引きずられて、インクの吐出方向がずれ、被記録媒体に対するドットの着弾精度が悪くなる場合があった。この問題を解決するため、図6に示すように、ヘッドのオリフィス面201でのノズル202近傍のインク207付着状況を検出する記録ヘッドが提案されている(特許文献1参照)。この記録ヘッドは、オリフィス面201上に、ノズル202の周辺を囲うようにして形成された電極205aと、電極205aに対して微小なギャップを設けて隣接して形成された電極205bとを有し、各電極205a、205bが電気信号検出回路216に接続された構成を有し、インク207が該ギャップ上に付着したときの電気的な変化を電気信号検出回路216で読み取ることにより、付着インクの有無を検出するものである。オリフィス面201にインク207が付着していれば吐出を止め、オリフィス面201の回復処理が行われる。
しかしながら、上述した従来の記録装置においては、以下に記載するような問題点がある。
1.ノズル202の周辺を囲うようにして電極205aが形成されていることで上記ギャップよりノズル202側、すなわち、ノズル202近傍にインク207が付着してしまった場合、インク207の付着状況を検出できないため、被記録媒体への不正確な着弾を未然に防止できない。
2.極めて微細な口径の複数のノズル202を備えたオリフィス面201は、多少なりともインク207をはじく性質を有するため、オリフィス面201上にインク滴がまばらに残存するだけであり、インク207の付着状況を正しく検出できない。
However, the conventional recording apparatus described above has the following problems.
1. Since the electrode 205a is formed so as to surround the periphery of the nozzle 202, when the
2. The
そこで、本発明は上記課題を解決するため、オリフィス面でのインク付着状況を検出して、着弾精度が低下するのを未然に防ぐことが可能な、液体噴射記録ヘッド、液滴噴射記録装置および液体噴射記録ヘッドの製造方法を提供することを目的とする。 Therefore, in order to solve the above-described problems, the present invention detects a state of ink adhesion on the orifice surface, and can prevent a drop in landing accuracy, a liquid jet recording head, a liquid droplet jet recording apparatus, and It is an object of the present invention to provide a method for manufacturing a liquid jet recording head.
上記目的を達成するための本発明の液体噴射記録ヘッドは、液体を吐出するノズルが形成されたオリフィス面を有する液体噴射記録ヘッドにおいて、オリフィス面のうちノズルの周辺に形成された撥液部と、オリフィス面のうち撥液部以外に形成された親液部と、撥液部の周辺の親液部に形成されており、親液部に付着した液体を検知するセンサとを有することを特徴とする。 In order to achieve the above object, a liquid jet recording head according to the present invention is a liquid jet recording head having an orifice surface on which nozzles for discharging liquid are formed. A lyophilic portion formed on the orifice surface other than the lyophobic portion, and a sensor formed on the lyophilic portion around the lyophobic portion to detect liquid adhering to the lyophilic portion. And
本発明によれば、オリフィス面でのインク付着状況を検出して、着弾精度が低下するのを未然に防ぐことが可能となる。 According to the present invention, it is possible to prevent the landing accuracy from being lowered by detecting the ink adhesion state on the orifice surface.
[1.液体噴射記録装置の構成]
まず、本実施例における液体噴射記録ヘッドのオリフィス面のインク付着状態を検知するために使用した液体噴射記録装置について説明する。
[1. Configuration of liquid jet recording apparatus]
First, the liquid jet recording apparatus used for detecting the ink adhesion state on the orifice surface of the liquid jet recording head in this embodiment will be described.
図1に示す本実施例で用いる液体噴射記録装置は、記録媒体6上にインクを噴射するための記録ヘッド13が搭載されているキャリッジ109と記録媒体6が搭載されている吸着ステージ103とを有する。
The liquid jet recording apparatus used in this embodiment shown in FIG. 1 includes a
また、本実施例の液体噴射記録装置は、キャリッジ109の移動手段としてキャリッジ(CR)リニアモータ101を有し、また記録媒体6の移動手段として、吸着ステージ103およびLFリニアモータ102有する。ラインフィード(LF)リニアモータ102は定盤108に固定されており、吸着ステージ103が移動しても記録媒体6を載せる吸着ステージ表面が定盤面と常に平行になるようにしている。一方、CRリニアモータ101は定盤108の上にベース104および105を介して高い剛性を保って固定されており、キャリッジ109が定盤面、すなわち吸着ステージ表面と平行に移動するように調整されている。CRリニアモータ101およびLFリニアモータ102にはそれぞれリニアエンコーダ111、112および原点センサ106、107が内蔵されており、各リニアモータの移動時のサーボ制御入力として利用されているとともに、CR側のリニアエンコーダ111はインクの吐出タイミングの生成にも利用されている。
Further, the liquid jet recording apparatus of this embodiment includes a carriage (CR)
また、本実施例の液体噴射記録装置は、記録ヘッド13のオリフィス面に付着したインクを除去するためのヘッド回復ユニット120を有する。さらに、本液体噴射記録装置には、不図示のパーソナルコンピュータがセントロニクスインターフェースやUSBインターフェースなどで接続されており、パーソナルコンピュータから送信されてきた図形情報データに基づき、ヘッドから噴射されるインクにより記録媒体6の表面に記録がなされる。
[2.液体噴射記録装置の記録動作]
次に、図2を参照しながら本実施例における液滴噴射記録装置の記録動作を説明する。
In addition, the liquid jet recording apparatus according to this embodiment includes a
[2. Recording operation of liquid jet recording apparatus]
Next, the recording operation of the droplet jet recording apparatus in the present embodiment will be described with reference to FIG.
図2は、本実施例における液滴噴射記録装置の全体ブロック図である。主制御部14は記録ヘッド13、吸着ステージ103、CRリニアモータ101、およびLFリニアモータ102等をはじめとする本液体噴射記録装置全体を制御する中枢部分で、CPUおよび動作プログラムなどを格納してなるROM、種々のデータなどの書き込みと読み出しなどを行う作業用RAMなどから構成されている。
FIG. 2 is an overall block diagram of the droplet jet recording apparatus in the present embodiment. The
記録ヘッド13は、図1に示したキャリッジ109内に搭載されており、キャリッジ109を移動させることで記録ヘッド13を移動させるため、モータコントローラ30からの指令によりCR用モータドライバ31がCRリニアモータ101を制御している。また吸着ステージ103上に置かれた記録媒体6を移動させるため、LF用モータドライバ32はモータコントローラ30からの指令によりLFリニアモータ102を制御している。なお、真空ポンプ33は吸着ステージ103内の空気を吸引し、大気圧と吸着ステージ103内の圧力差を利用することで、記録するための記録媒体6を吸着ステージ103上に吸着している。
The
主制御部14はモータコントローラ30および各モータドライバ31,32を介して各リニアモータ101,102へ制御信号を出力して記録ヘッド13の移動や記録媒体6の移動などを行う一方、ヘッド制御部12とも密接に信号のやり取りをして記録ヘッド13の駆動を行っている。
The
具体的には、主制御部14はパーソナルコンピュータから送信されてきた図形情報データをヘッド制御部12へ渡す。ヘッド制御部12は、主制御部14から渡された図形情報データに従って記録ヘッド13の各ノズルに対応した電気熱変換素子を駆動して記録動作を行う。
Specifically, the
また、主制御部14は、記録ヘッド13を記録開始位置(不図示)へ移動させるため、モータコントローラ30およびCR用モータドライバ31を介してCRリニアモータ102へと制御信号を出力する。また、主制御部14は、記録媒体6を記録開始位置に移動させるため、モータコントローラ30およびLF用モータドライバ32を介してLFリニアモータへと制御信号を出力する。
Further, the
すなわち、主制御部14は、記録ヘッド13を主走査方向へと移動させながら記録を行い、1回の走査が終了すると記録媒体6を副走査方向(つまり、次の記録位置)へと移動させた後、再び記録ヘッド13を主走査方向へ移動させながら繰返し記録を行う。
That is, the
以上のようにして、記録を繰返し行うと、記録ヘッド13のオリフィス面にインクが徐々に付着する。電気信号検出部16はこのインク付着状況を検知するためのものであり、後述する記録ヘッド13に設けた電極間の抵抗値を測定してインク付着の有無を検出している。ここでインク付着が検出されると、主制御部14は回復ユニット駆動部121を介して付着したインクを除去するためのヘッド回復ユニット120を制御する。
[3.液滴噴射記録ヘッドの構成]
〔実施例〕
次に、本実施例の記録ヘッド13のオリフィス面1に付着したインクの検知方法を説明する。図3(a)〜図3(c)は、記録ヘッド13のオリフィス面1に付着したインクの検知方法を説明するための模式図である。
When recording is repeated as described above, ink gradually adheres to the orifice surface of the
[3. Configuration of droplet jet recording head]
〔Example〕
Next, a method for detecting ink adhering to the orifice surface 1 of the
まず本発明である液滴噴射記録ヘッドの構成について説明する。 First, the configuration of the droplet jet recording head according to the present invention will be described.
図3(a)〜図3(c)に示すように、オリフィス面1には複数のノズル2(吐出口)が600dpiピッチで配置されており、ノズル2の口径は22μmとし、ノズル2の周辺には撥水(撥液)部3が形成されている。撥水部3はノズル2の外郭から5〜50μmまで形成するのが好ましく、本実施例においてはノズル2から10μmまで撥水部を形成した。この撥水部3は、ノズル2から吐出されたインク7の一部がノズル2の近傍に極力残存しないようにするためのものである。図3(a)〜図3(c)のいずれの場合においても、オリフィス面1上の撥水部3以外の部分は親水(親液)部4が形成されている。親水部4であって、撥水部3の周辺には電極5a、5bが設けられてる。電極5aは撥水部3の外周に、僅かに隙間を空け、かつ概ね囲むようにして設けられている。本実施例においては撥水部3から約10μmの隙間を空け電極5aを形成し、電極5bは、電極5aと僅かに(約2μmの)隙間を空けて電極5aの外周を囲むようにして設けられている。各電極5a、5bは電気信号検出回路16に電気的に接続されている。
As shown in FIG. 3A to FIG. 3C, a plurality of nozzles 2 (discharge ports) are arranged on the orifice surface 1 at a pitch of 600 dpi, the
本実施例の記録ヘッドは、ノズル2から吐出されたインク7の一部がオリフィス面1上に付着するとき、この親水部4に集まるようにしている。すなわち、インク7が撥水部3に付着した場合、インク7は撥水部3に残存せず、撥水部3を囲むようにして形成されている親水部4へと流れ、親水部4に集まる。
In the recording head of this embodiment, when a part of the
図3(a)には直線的に配列されたノズル2を囲むようにして形成された矩形状の撥水部3をコ字形状に囲むようにして各電極5a、5bが形成された例を示している。
FIG. 3A shows an example in which the
図3(b)には図3(a)に比べて、電極5aと電極5bとの間隔を少し広めに(約5μmに)設けた例を示している。このように電極5aと電極5bの間隔を少し広めに設けることにより、ある程度のインクが集まらないと付着インク有りを検出しないようにしている。本構成の場合、ノズル2の近傍にインクが付着する直前を検出できるようになるため、インクの不正確な着弾予測精度を向上することができ、不必要な回復動作を低減させることができる。回復動作回数の低減はインクの消費量を低減させることができるだけでなく、オリフィス面1の劣化も低減させることができる。
FIG. 3B shows an example in which the distance between the
図3(c)は矩形状の撥水部3の長手方向の両側に、吐出口列に沿ってそれぞれ独立して電極を設けた例を示している。すなわち、撥水部3の長手方向の一方に電極5aと電極5bとを設け、他方には電極5a、5bとは独立した電極5cと電極5dとを設け、図3(c)中、撥水部3の左右において、電極間の抵抗を別々に測定できるようにしたものである。これにより、インク滴が撥水部3の長手方向のいずれの側に付着しているかを把握することができる。
[4.オリフィス面上へのインク付着]
次に、液滴噴射記録ヘッドのオリフィス面上へのインク付着について具体的に説明する。
FIG. 3C shows an example in which electrodes are provided independently along the discharge port array on both sides in the longitudinal direction of the rectangular water-
[4. Ink adhesion on orifice surface]
Next, the ink adhesion on the orifice surface of the droplet jet recording head will be specifically described.
前項[2.液体噴射記録装置の記録動作]で説明したように、図1における液滴噴射記録装置の記録動作は、記録ヘッド13を主走査方向へ移動しながら行い、1回の走査が終了すると記録媒体6を副走査方向(つまり、次の記録位置)へ移動した後、再び記録ヘッド13を主走査方向へ移動しながら繰返し行う。
[2. As described in [Recording Operation of Liquid Jet Recording Apparatus], the recording operation of the droplet jet recording apparatus in FIG. 1 is performed while moving the
記録を繰返し行うと、オリフィス面1上にインク7が付着してくる。図4(a)〜図4(d)はオリフィス面1上にインク7が徐々に付着していく様子を模式図で表したものである。
When recording is repeated,
図4(a)に示すように、最初はオリフィス面1上にインクは付着していない。その後記録動作を繰返し行うことにより、ノズル2から吐出されたインク7のミストが被記録媒体に着弾されず浮遊したり、またノズル2から吐出されたインク7のサテライトの影響により、図4(b)や(c)に示したようにオリフィス面1上に徐々にインク7が付着してくる。そして図4(d)に示したようにノズル2近傍にもインク7が付着してくる場合がある。このノズル2近傍は撥水部3が設けられている。この撥水部3の目的は、メニスカスが形成されたときのインク7の溢れをノズル2近傍に残さず、ノズル2内に返し易くするためである。また、撥水部3にインク7のミストが付着した場合でも、極めて微小なインク滴がばらばらに付くようにするためである。これに対して、親水部4はインク7のミストが集まり易いので、付着するインク7も多くなる。
[5.インク付着状況の検出方法]
次に、オリフィス面1上に付着したインクの検出方法を説明する。
As shown in FIG. 4A, no ink is initially deposited on the orifice surface 1. Thereafter, by repeating the recording operation, the mist of the
[5. Ink adhesion status detection method]
Next, a method for detecting ink adhering to the orifice surface 1 will be described.
前項[4.オリフィス面上へのインク付着]で説明したように、記録動作を繰返し行うことでオリフィス面1上にインク7が付着する。この付着したインク7がノズル2の近傍に付着すると、インクの吐出方向がずれ、被記録媒体に対するドットの着弾精度が悪くなる場合がある。この被記録媒体へのインクの不正確な着弾を防止するためには、ノズル2近傍にインク7が付着する前に付着インクを検出することが重要である。
[4. As described in “Adhesion of Ink onto Orifice Surface”], the
つまり本実施例の特徴は、オリフィス面において、インクがつきやすい親水部4で付着インクを検知することで、吐出不良を引き起こすほど吐出口近辺の撥水部3にインクがつく前に、付着インクの検知が可能となり、インクの着弾精度を向上させることができる。
That is, the feature of the present embodiment is that the adhering ink is detected before the water-
検知方法は、親水部4に、微小な間隔を空けて形成された電極5aと電極5bの間にインク7が付着することで変化する両電極間の抵抗値を電気信号検出部16で測定する。この抵抗値の変化により、電極5aと電極5bとの間、つまりオリフィス面1の親水部4にインク7が付着し始めたことが分かり、ノズル2近傍にインク7が付着する前にオリフィス面1上のインク付着状況を正確に検出できるようになる。
In the detection method, the electrical
以上のような電極間の抵抗値の測定は、被記録媒体への記録動作を繰返し行われている間もなされており、オリフィス面1の親水部4にインク7が付着し始めたことを検出すると、主制御部14は被記録媒体への1走査分の記録を終えたとき、あるいは被記録媒体への1ページ分の記録を終えたとき、一時的に記録を中断する。
The measurement of the resistance value between the electrodes as described above is performed while the recording operation on the recording medium is repeatedly performed, and it is detected that the
その後、後述する回復動作を行ってから記録を再開しても良い。このことにより、インク7の被記録媒体への吐出を制御し、インクの不正確な着弾を防止することができる。
Thereafter, recording may be resumed after a recovery operation described later is performed. As a result, the ejection of the
なお、インク7は導電性を有するものであれば特に限定するものではないが、本実施例では、有機パラジウム含有溶液(酢酸パラジウム−エタノールアミン錯体水溶液(2.0wt%)を用いた。また、本実施例はシリアル型の液体噴射記録ヘッドを用いて説明したが、本発明は、記録ヘッドとして、ノズルを記録紙の幅方向に対応する数だけ設けたラインヘッド型の液体噴射記録ヘッドにも適用可能である。
[6.付着インクの回復動作]
次に、図2と図3を参照しながらオリフィス面1上の付着インクの回復動作を説明する。
The
[6. Adhesive ink recovery operation]
Next, the recovery operation of the ink adhering to the orifice surface 1 will be described with reference to FIGS.
前項[5.インク付着状況の検出方法]で説明したように、オリフィス面1の親水部4にインク7が付着し始めたことを検出すると、主制御部14はまず被記録媒体への記録動作を一時的に中断する。その後、記録ヘッド13のオリフィス面1上の付着インク7を除去するため、主制御部14はモータコントローラ30およびCR用モータドライバ31を介してCRリニアモータへ制御信号を出力して、記録ヘッド13をヘッド回復ユニット120の位置へ移動する。そして移動が完了すると、主制御部14は回復ユニット駆動部121を介してヘッド回復ユニット120を制御して、記録ヘッド13のオリフィス面1上の付着インク7を除去する。この回復動作(付着インク7の除去)が終わったら、主制御部14は被記録媒体への記録動作を再開しても良い。なお、付着インク7を除去するときは、除去する場所を特定できる方が望ましい。例えば図3(c)で示したようにノズル2近傍の両側に別々に付着したインク7の有無を検出できる構造であれば、該当する部分のみ付着インク7の除去をすれば良い。
[5. As described in the method of detecting the ink adhesion state], when it is detected that the
本発明で使用したヘッド回復ユニット120は、ブレード等によってオリフィス面1上をワイピングして、記録ヘッド13のオリフィス面1を拭き取り清掃する方式のものであるが、インクジェット方式の記録装置で一般的に用いられている、ヘッドのインク吐出性能を維持回復するための回復系ユニットを使用しても構わない。
[7.液体噴射記録ヘッドの作成方法]
次に、本実施例における液体噴射記録ヘッドの製造方法を、図5(a)〜(g)を用いて説明する。
The
[7. Method for creating liquid jet recording head]
Next, a method for manufacturing the liquid jet recording head in the present embodiment will be described with reference to FIGS.
まず、シリコン基板上201に蓄熱層202を形成し、25μm角のヒータ(発熱抵抗体)203を600dpiに配列し、その上に保護層204を形成する(図5(a))。
First, a heat storage layer 202 is formed on a
次に、型レジスト208を15μm塗布し、ノズル流路の形状に露光、現像によりパターニングする(図5(b))。 Next, 15 μm of a mold resist 208 is applied, and the shape of the nozzle channel is patterned by exposure and development (FIG. 5B).
次に、ノズル流路、吐出口、を形成するための感光性エポキシ材212を塗布し、さらに感光性エポキシ材212上に感光性撥液材料により感光性撥液材料層20を形成する(図5(c))。
Next, a photosensitive
次に、図5(d)に示すように、限界解像度以下のマスクパターンを有するマスク210を介してパターン露光を行い、現像処理を施して、感光性撥液材料層20のみを部分的に除去した非撥液領域部20aと吐出口207を形成した(図5(e))。ここで言う限界解像度とは、感光性エポキシ材212がシリコン基板201まで現像されないパターンを言う。その後、基板裏面からドライエッチング法によってインク供給口205を形成し、吐出口207近傍には感光性撥液材料層20により形成された撥水部3とそれ以外の非撥液領域部20aである親水部4、そして型材となったレジストを、剥離液を用いて除去し、ノズル2付きのヘッドチップが完成する(図5(f))。さらに親水部4には、Al等を用いスパッタ法、蒸着法などの気相法、メッキ法などの液相法により電極5を成膜する(図5(g))。
Next, as shown in FIG. 5 (d), pattern exposure is performed through a mask 210 having a mask pattern of a limit resolution or less, and development processing is performed, so that only the photosensitive liquid
2 ノズル
3 撥水部
4 親水部
5a、5b 電極
2
Claims (5)
前記オリフィス面のうち前記ノズルの周辺に形成された撥液部と、
前記オリフィス面のうち前記撥液部以外に形成された親液部と、
前記撥液部の周辺の前記親液部に形成されており、前記親液部に付着した液体を検知するセンサとを有することを特徴とする液体噴射記録ヘッド。 In a liquid jet recording head having an orifice surface on which nozzles for discharging liquid are formed,
A liquid repellent part formed around the nozzle of the orifice surface;
A lyophilic part formed on the orifice surface other than the liquid repellent part,
A liquid jet recording head, comprising: a sensor that is formed in the lyophilic portion around the lyophobic portion and detects liquid adhering to the lyophilic portion.
請求項1または2に記載の液体噴射記録ヘッドと、
前記第1の電極と前記第2の電極との間の抵抗値を測定する測定手段とを有することを特徴とする液体噴射記録装置。 In a liquid jet recording apparatus that performs recording on a recording medium by jetting liquid,
A liquid jet recording head according to claim 1 or 2,
A liquid jet recording apparatus comprising: a measuring unit that measures a resistance value between the first electrode and the second electrode.
前記ノズルの周辺に撥液部を形成する工程と、
前記撥液部の周辺の前記親液部に、前記親液部に付着した液体を検知するセンサを形成する工程と、を含む液体噴射記録ヘッドの製造方法。 Forming a nozzle for discharging liquid into an orifice having a lyophilic portion;
Forming a liquid repellent portion around the nozzle;
Forming a sensor for detecting the liquid adhering to the lyophilic portion in the lyophilic portion around the lyophobic portion.
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