JP2007044969A - Inkjet recording head and inkjet recorder equipped with it - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、インクを吐出して記録を行うインクジェット記録ヘッドやそれを備えるインクジェット記録装置に関するものである。 The present invention relates to an inkjet recording head that performs recording by discharging ink, and an inkjet recording apparatus including the inkjet recording head.
従来より、インクに熱エネルギを印加して発泡させることによって吐出ノズル内のインクを吐出口から吐出させるインクジェット方式のプリンタ等においては、記録ヘッドの吐出ノズル内にインクの発泡に伴って変位してインクの流れを制御するための可動弁が設けられたものがある。 2. Description of the Related Art Conventionally, in an ink jet printer that discharges ink in a discharge nozzle from a discharge port by applying thermal energy to the ink and causing it to foam, the ink is displaced in the discharge nozzle of the recording head as the ink is foamed. Some are provided with a movable valve for controlling the flow of ink.
可動弁は自由端と支点部分とから櫛歯状に構成されており、自由端が各吐出ノズル内で変位し、自由端の根元の支点部分は共通液室内に配置されている。 The movable valve is formed in a comb-like shape from a free end and a fulcrum portion, the free end is displaced in each discharge nozzle, and the fulcrum portion at the base of the free end is disposed in the common liquid chamber.
そして、上記従来の記録ヘッドにおいては、可動弁をヒータボードに対して半導体工程で成膜によって密着させることによって直接固定したり、板状部材をヒーターボードと吐出ノズルとの間に挟み込むことで構成されている(特許文献1,2)。
しかしながら、現状では、可動弁の上下方向の動きを安定化させるために、可動弁の支点近傍を上下から押さえ込むような構造は提案されておらず、また、このような構造を採用する場合にインクの流れを阻害して吐出性能を低下させてしまう虞がある。 However, at present, in order to stabilize the movement of the movable valve in the vertical direction, no structure has been proposed in which the vicinity of the fulcrum of the movable valve is pressed from above and below. This may hinder the flow of the ink and reduce the discharge performance.
更に、1インチを超える印字幅の長尺ヘッドの場合、可動弁の数が多くなる上、固定方法等にも限界があるために可動弁の動きが不安定になってしまう。 Further, in the case of a long head having a print width exceeding 1 inch, the number of movable valves increases, and the movement of the movable valves becomes unstable due to limitations on the fixing method.
本発明は、上記課題に鑑みてなされ、その目的は、記録ヘッドの大きさにかかわらず、可動弁の支点部分を上下方向から確実に押え込み、かつインクの供給性能をほとんど低下させることがない構造を実現することである。 The present invention has been made in view of the above problems, and its object is to provide a structure in which the fulcrum portion of the movable valve is surely pressed from the vertical direction regardless of the size of the recording head, and the ink supply performance is hardly deteriorated. Is to realize.
上記目的を達成するために、本発明のインクジェット記録ヘッドは、インクを吐出するための複数のインク吐出口と、前記インク吐出口に連通するノズル部とを有するインクジェット記録ヘッドであって、前記ノズル部内に、前記インクの発泡に伴い変位する自由端を有する可動弁と、前記吐出口付近に配置されてインクを加熱発泡させるヒータ部とを設け、前記可動弁の自由端とは反対側の支点部に所定間隔で離間する複数の突起部を設け、当該突起部を前記ヒータ部が形成されたヒータ基板と前記ヒータ部に対向する天板部との間で挟持した。 In order to achieve the above object, an inkjet recording head of the present invention is an inkjet recording head having a plurality of ink ejection ports for ejecting ink and a nozzle portion communicating with the ink ejection port, wherein the nozzle A movable valve having a free end that displaces as the ink foams and a heater portion that is disposed near the discharge port and heats and foams the ink are provided in the section, and a fulcrum opposite to the free end of the movable valve. A plurality of protrusions that are spaced apart from each other at a predetermined interval are provided on the part, and the protrusions are sandwiched between the heater substrate on which the heater part is formed and the top plate part that faces the heater part.
また、本発明のインクジェット記録装置は、上記インクジェット記録ヘッドと、画像データに従って前記ノズル部内のインクを加熱発泡させることにより前記インク吐出口からインクを吐出するように前記ヒータ部を制御するヘッド制御部と、前記インクを付着させる記録媒体を搬送する媒体搬送部とを具備する。 The ink jet recording apparatus of the present invention includes the ink jet recording head and a head control unit that controls the heater unit to discharge ink from the ink discharge port by heating and foaming ink in the nozzle unit according to image data. And a medium transport unit for transporting the recording medium to which the ink is attached.
本発明によれば、可動弁に大きな荷重がかかって大きく変位したり、高周波で吐出駆動されることにより共振を生じたりして、可動弁の支点部分に大きな荷重がかかった場合であっても、上下方向から確実に押さえ込んで不必要な動きを規制しているため、吐出特性に悪影響を及ぼしたり、耐久性の低下等を発生させることがない。 According to the present invention, even when a large load is applied to the movable valve, or when the movable valve is greatly displaced or driven to resonate by being driven at a high frequency, a large load is applied to the fulcrum portion of the movable valve. In addition, since the unnecessary movement is regulated by reliably pressing down from the vertical direction, the discharge characteristics are not adversely affected, and the durability is not lowered.
また、1インチを超える印字幅の長尺ヘッドにおいても、可動弁の各々の弁部に対応する支点部分を押さえることが可能となるため、ヘッドの長さにかかわらず上記と同様の効果が得られる。 Even with a long head with a print width exceeding 1 inch, the fulcrum portion corresponding to each valve portion of the movable valve can be pressed, so the same effect as described above can be obtained regardless of the length of the head. It is done.
他の効果としては、ノズル流路を妨げないように吐出口より小さい離間距離で突起部を配置したので、インクの流れを阻害することなく、ヘッド内に浮遊し不吐出の原因になる異物を突起部間でトラップすることも可能となる。 Another effect is that the protrusions are arranged at a smaller distance than the discharge port so as not to obstruct the nozzle flow path, so that foreign matter that floats in the head and causes non-discharge can be prevented without obstructing the ink flow. It is also possible to trap between the protrusions.
以下に、添付図面を参照して本発明を実施するための最良の形態について詳細に説明する。 The best mode for carrying out the present invention will be described below in detail with reference to the accompanying drawings.
以下に説明する実施の形態は、本発明の実現手段としての一例であり、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において本発明が適用される装置の構成や各種条件によって適宜修正又は変更されるべきものであり、本発明は以下の実施の形態に限定されるものではない。 The embodiment described below is an example of means for realizing the present invention, and should be appropriately modified or changed according to the configuration of the apparatus to which the present invention is applied and various conditions without departing from the spirit of the present invention. Thus, the present invention is not limited to the following embodiment.
図1は本発明を適用した好適な実施の形態のインクジェット記録ヘッドにおける吐出ノズル近傍の構成を示す斜視図である。図2は図1のインクジェット記録ヘッドにおける吐出口近傍の上面図、図3は図1のインクジェット記録ヘッドにおける吐出口近傍の側断面図である。 FIG. 1 is a perspective view showing a configuration in the vicinity of a discharge nozzle in an ink jet recording head according to a preferred embodiment to which the present invention is applied. 2 is a top view of the vicinity of the discharge port in the ink jet recording head of FIG. 1, and FIG. 3 is a side sectional view of the vicinity of the discharge port of the ink jet recording head of FIG.
図1乃至3において、ヒータボード2には吐出ノズル12内のインクを加熱発泡させるための複数のヒータ11が各吐出ノズル12ごとに配置されている。ヒータ11はチッ化タンタル等の抵抗体が用いられ、厚さは0.01〜0.5μm、シート抵抗は単位正方形あたり10〜300Ωのものが用いられる。ヒータ11には通電のためのアルミニウム等の電極(図示せず)が接続されており、その一方にはヒータ11に通電を制御するためのスイッチングトランジスタ(図示せず)が接続されている。スイッチトランジスタは制御用のゲート素子等の回路からなるICによって駆動を制御され、ヘッド外部からの信号によって、所定のパターンで駆動する。
1 to 3, the
各ヒータ11に対応して形成された吐出ノズル12は、吐出口1の各々と連通しており、各吐出ノズル12は共通液室6に連通している。
A
吐出ノズル12は、ヒータボード2と個々のノズルに仕切るノズル隔壁4、厚さ5〜10μm程度のノズル土手13、厚さ2μm程度のノズル天板5とによりその周囲が形成されて中空筒状に構成されている。
The
可動弁3はその自由端14が吐出口1に向かって延び、その支点部分15がノズル流路10内に配置されている。各支点部分15は支持部材16に連結されており、支持部材16は弁台座8を介してヒータボード2に取り付けられる。ノズル天板5は、Si等で構成される天板部材17に貼り付けられており、天板部材17は異方性エッチング等で形成されたインク供給開口(不図示)を備え、外部からのインクを供給液室6からノズル流路10に導入可能に構成されている。ノズル流路10から各吐出ノズル12に供給されたインクは吐出ノズル12内の所定位置に配置されたヒータ11で加熱されて発泡する。この発泡に伴って吐出ノズル12内でインクが動き始めると同時に可動弁3が変位し、インクの流れを制御する。
The
吐出口1からはインク滴が吐出される。可動弁3の支点部分15は、同一材料で構成された支持部材16に形成された突起支柱7と弁台座8とを、ノズル隔壁4の高さにおいて、ヒータボード2と当該ヒーターボード2に対向するノズル天板5との間で挟み込むように支持されている。
Ink droplets are ejected from the
次に、突起支柱7について説明する。
Next, the protrusion support |
突起支柱7は上述の通り、可動弁3を上下から押さえつけ、弁の密着性を向上させる役割を果たしているが、ヘッド内のインク流路中に浮遊する異物をトラップする役割も同時に果たしている。
As described above, the
図4及び図5は可動弁3と突起支柱7との寸法関係を説明する図である。
4 and 5 are diagrams for explaining the dimensional relationship between the
図4は吐出口の断面図、図5はインクジェット記録ヘッドを吐出口側から見た図である。 4 is a cross-sectional view of the ejection port, and FIG. 5 is a view of the ink jet recording head as viewed from the ejection port side.
吐出口1の寸法幅A、高さB、その対角線の長さをCとすると、C=√(A2+B2)である。異物がCよりも大きい場合、吐出ノズル12から異物を排出することができず、吐出ノズル12内に留まってしまう可能性がある。異物が吐出ノズル12内に留まった場合にはノズルが詰まる原因となり、画像の形成が正常に行われないという不具合が発生する虞がある。よって、吐出ノズル内部にCよりも大きい異物を取り込まないようにする必要がある。
C = √ (A 2 + B 2 ) where C is the dimension width A, height B, and the length of the diagonal line of the
そこで突起支柱7の間隔L4は以下の条件とする。
L4<C=√(A2+B2)・・・(条件1)
これにより、ノズル流路10内にノズルの流路断面積以上の異物が混入することなく、ノズル流路10内にインクを供給することが可能となるので、不吐出等の印字不良を発生することなく安定した画像形成を行うことが可能となる。
Therefore, the interval L4 between the
L4 <C = √ (A 2 + B 2 ) (Condition 1)
As a result, it becomes possible to supply ink into the
次に、突起支柱7の直径L1について説明すると、突起支柱7に異物をトラップする役割があることは前述の通りである。しかし突起支柱7の間隔を短くしても、突起支柱7の直径が大きいとノズル流路10内へのインクの流動が難くなってしまう可能性がある。
Next, the diameter L1 of the
図6及び図7は突起支柱の直径の違いによるインクの流れ易さを説明する図である。 6 and 7 are diagrams for explaining the ease of ink flow due to the difference in the diameter of the protrusion support.
インクが吐出されると、使用したインク分だけ共通液室6からインクが各ノズル流路10に供給される(図3参照)。しかし突起支柱7の直径が大きすぎると、図7のように突起支柱がインクの流れを阻害してしまいノズル流路10に十分なインクを供給することができなくなってしまう。特に、吐出周波数が高い場合は、ノズル流路10にインクが充填される前にヒータ11が加熱されてしまうのでインクが吐出されず、画像不良の発生やヒータ破壊を引き起こす問題がある。よって、インクの供給を阻害しないような突起支柱7の断面形状を規定する必要がある。
When ink is ejected, ink is supplied from the common
図8は突起支柱7の断面形状を説明する図である。
FIG. 8 is a view for explaining the cross-sectional shape of the
1つのノズルを例に挙げると、ノズル流路10(図3参照)にインクを速やかに流すには、隣接する可動弁3の間隔L3に相当する流束が必要になる。これよりも多い流束である場合、領域L3分のインクはノズル流路10に供給されて、残りのインクは排出若しくは循環される。反対に流速が少ない場合にはノズル流路10内にインクを満たすことができないか、若しくは吐出ノズル12内にインクを十分に満たすのに時間がかかってしまう。
Taking one nozzle as an example, a flux corresponding to the interval L3 between the adjacent
吐出周波数が低い場合には、インクの充填が間に合う可能性もあるが、吐出周波数が高い場合には上述した通り、前の吐出によって消費したインクを充填し終える前に、次の吐出が行われてしまうため、吐出不良が発生する虞がある。よって、高い吐出周波数を実現させるためには突起支柱7の断面直径L1は領域L3分の流束を確保するために、ノズル隔壁4の厚さL2よりも小さくする必要がある。
If the ejection frequency is low, ink filling may be in time, but if the ejection frequency is high, as described above, the next ejection is performed before the ink consumed by the previous ejection is completed. Therefore, there is a risk that ejection failure may occur. Therefore, in order to realize a high discharge frequency, the cross-sectional diameter L1 of the
そのためには、突起支柱の直径L1、突起支柱7の総数A、ノズル隔壁4の厚さL2、ノズル隔壁4の総数Bの間に以下の関係が成立する必要がある。
L1(1)+L1(2)+,,,+L1(A)<L2(1)+L2(2)+,,,+L(B)・・・(条件2)
そして、前述の条件1である、L4<C=√(A2+B2)と組み合わせて突起支柱7の断面寸法と総数を設定すればよい。
For this purpose, the following relationship needs to be established among the diameter L1 of the protrusion struts, the total number A of the protrusion struts 7, the thickness L2 of the
L1 (1) + L1 (2) + ,,, + L1 (A) <L2 (1) + L2 (2) + ,,, + L (B) (Condition 2)
Then, the cross-sectional dimension and the total number of the projection struts 7 may be set in combination with L4 <C = √ (A 2 + B 2 ), which is the above-mentioned
本例では突起支柱7を円形、吐出ノズル12を長方形として寸法を規定したが、突起支柱の形状は、「ノズル断面積の最大寸法より小さい間隔(条件1)」と「隣接する突起支柱7の離間距離の最大値の合計が各ノズル隔壁4の厚さL2の合計よりも小さくなる(条件2)」ことを満たしていれば、どのような形状でも本発明の目的を達成するのに十分である。
In this example, the
なお、上記実施形態の記録ヘッドが搭載されるインクジェット記録装置は、画像データに従って吐出ノズル12内のインクを加熱発泡させることにより吐出口1からインクを吐出するようにヒータ11を加熱制御するヘッド制御部と、インクを付着させて画像を形成する記録紙を搬送する媒体搬送部とを備える。
The ink jet recording apparatus on which the recording head of the above embodiment is mounted is a head control that controls the heating of the
上記実施形態によれば、可動弁3に大きな荷重がかかって大きく変位したり、高周波で吐出駆動されることにより共振を生じたりして、可動弁3の支点部分15に大きな荷重がかかった場合であっても、突起支柱7によって上下方向から確実に押さえ込んで不必要な動きを規制しているため、吐出特性に悪影響を及ぼしたり、耐久性の低下等を発生させることがなくなる。
According to the above embodiment, when a large load is applied to the
また、1インチを超える印字幅の長尺ヘッドにおいても、可動弁3の各々の弁部(自由端)に対応する支点部分15を押さえることが可能となるため、ヘッドの長さにかかわらず上記と同様の効果が得られる。
Further, even in a long head having a printing width exceeding 1 inch, the
また、ノズル流路10を妨げないように吐出口1より小さい離間距離で突起支柱7を配置したので、インクの流れを阻害することなく、ヘッド内に浮遊し不吐出の原因になる異物を突起部間でトラップすることも可能となる。
In addition, since the projection struts 7 are arranged at a separation distance smaller than the
1 吐出口
2 ヒーターボード
3 可動弁
4 ノズル隔壁
5 ノズル天板
6 共通液室
7 突起支柱
8 弁台座
10 ノズル流路
11 ヒータ
12 吐出ノズル
13 ノズル土手
14 自由端
15 支点
16 支持部材
17 天板部材
DESCRIPTION OF
Claims (6)
前記ノズル部内に、前記インクの発泡に伴い変位する自由端を有する可動弁と、前記吐出口付近に配置されてインクを加熱発泡させるヒータ部とを設け、
前記可動弁の自由端とは反対側の支点部に所定間隔で離間する複数の突起部を設け、当該突起部を前記ヒータ部が形成されたヒータ基板と前記ヒータ部に対向する天板部との間で挟持したことを特徴とするインクジェット記録ヘッド。 An ink jet recording head having a plurality of ink discharge ports for discharging ink and a nozzle portion communicating with the ink discharge port,
Provided in the nozzle portion is a movable valve having a free end that is displaced as the ink is foamed, and a heater portion that is disposed near the discharge port and heats and foams the ink.
A plurality of protrusions spaced apart from each other at a predetermined interval are provided at a fulcrum part opposite to the free end of the movable valve, and the protrusions are provided with a heater substrate on which the heater part is formed, and a top plate part facing the heater part. An ink jet recording head characterized by being sandwiched between.
画像データに従って前記ノズル部内のインクを加熱発泡させることにより前記インク吐出口からインクを吐出するように前記ヒータ部を制御するヘッド制御部と、
前記インクを付着させる記録媒体を搬送する媒体搬送部とを具備する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 5,
A head control unit that controls the heater unit to eject ink from the ink ejection port by heating and foaming ink in the nozzle unit according to image data;
An ink jet recording apparatus comprising: a medium transport unit that transports a recording medium to which the ink is attached.
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