JP2007160834A - Inkjet recording head, and manufacturing equipment and method of inkjet recording head - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、例えば記録用紙等の被記録媒体にインクを吐出して記録動作を行うインクジェット記録ヘッド、およびインクジェット記録ヘッドの製造装置、製造方法に関する。 The present invention relates to an inkjet recording head that performs a recording operation by ejecting ink onto a recording medium such as recording paper, and an inkjet recording head manufacturing apparatus and manufacturing method.
従来、インクジェット記録装置は、ランニングコストが比較的低く、装置の小型化も可能であり、さらに、複数色のインクを用いてカラー画像記録に対応することも容易であることから、コンピュータ関係の出力機器等に幅広く利用され、製品化されている。 Conventional inkjet recording apparatuses have a relatively low running cost, can be reduced in size, and can easily support color image recording using a plurality of colors of ink. Widely used in equipment and commercialized.
一方、記録ヘッドの吐出口からインクを吐出するためのエネルギーを発生するエネルギー発生素子としては、ピエゾ素子などの電気機械変換体を用いるものや、レーザー等の電磁波を照射して発熱させ、この発熱による作用でインク滴を吐出させるもの等がある。また、エネルギー発生素子としては、発熱抵抗体を有する電気熱変換素子によって液体を加熱させるものが知られている。 On the other hand, as an energy generating element that generates energy for ejecting ink from the ejection port of the recording head, an element that uses an electromechanical transducer such as a piezo element, or an electromagnetic wave such as a laser emits heat to generate heat. And the like that eject ink droplets by the action of. As an energy generating element, an element that heats a liquid by an electrothermal conversion element having a heating resistor is known.
その中でも熱エネルギーを利用してインク滴を吐出させる方式のインクジェット記録方式の記録ヘッドは、吐出口を高密度に配列することができるので、高解像度の記録が可能である。さらに、その中でも電気熱変換素子をエネルギー発生素子として用いた記録ヘッドは、小型化も容易である。さらに、電気熱変換素子を用いた記録ヘッドは、最近の半導体分野における技術の進歩と信頼性の向上が著しいＩＣ技術やマイクロ加工技術の長所を十二分に活用でき、高密度実装化が容易で製造コストも安価なことから有利である。 Among them, a recording head of an ink jet recording method that discharges ink droplets using thermal energy can arrange the discharge ports at high density, so that high-resolution recording is possible. Furthermore, among them, a recording head using an electrothermal transducer as an energy generating element can be easily downsized. Furthermore, recording heads using electrothermal transducers can make full use of the advantages of IC technology and micromachining technology, which have made remarkable progress in technology and reliability in recent semiconductor fields, and facilitate high-density mounting. This is advantageous because the manufacturing cost is low.
また、最近では、より一層高精細の記録を行うために、インクを吐出するためのノズルを、フォトリソグラフィ技術を用いて高精度に作製する方法等も利用されてきている。
近年では、より一層高速に高精細な画像の記録を実現するために、記録幅がより一層長い記録ヘッドの実現も望まれている。具体的には、記録ヘッドの長さが４インチ〜１２インチ等の長さのものも要求されてきている。 In recent years, in order to realize high-definition image recording at a higher speed, it is desired to realize a recording head having a longer recording width. Specifically, a recording head having a length of 4 inches to 12 inches or the like has been required.
このように記録幅が長い記録ヘッドを実現するにあたって、様々な課題を有している。 There are various problems in realizing such a recording head having a long recording width.
例えば、インクの吐出方向がヒーター面に対して直交している、いわゆるサイドシューター型の記録素子を有する記録素子基板は、ノズルの個数に対応する多数の記録素子を備えている。このため、これら多数の記録素子を単一の記録素子基板に構成した場合には、記録素子基板が非常に長くなり、記録素子基板の割れや反り等の問題が発生する。 For example, a recording element substrate having a so-called side shooter type recording element in which the ink ejection direction is orthogonal to the heater surface includes a large number of recording elements corresponding to the number of nozzles. For this reason, when these many recording elements are configured on a single recording element substrate, the recording element substrate becomes very long, and problems such as cracking and warping of the recording element substrate occur.
また、記録素子基板が非常に長いことで、製造工程での記録素子基板自体の歩留りが低下する問題がある。 Further, since the recording element substrate is very long, there is a problem that the yield of the recording element substrate itself in the manufacturing process is lowered.
そこで、特許文献１等では、適度な個数のノズルを有することで、適度な長さにされた複数個の記録素子基板をプレート上に配置して、全体として長い記録幅の記録ヘッドを実現する構成が提案されている。
Therefore, in
しかしながら、このような構成の記録ヘッドでは、以下のような問題点があった。 However, the recording head having such a configuration has the following problems.
複数個の記録素子基板間では、その製造工程に起因する寸法バラツキが発生するため、各記録素子基板はわずかではあるが吐出量が異なっている。そのような各記録素子基板をランダムに配置した場合、記録素子基板とその各々の吐出量すなわち濃度の関係は、図１７（ａ）に示すように、濃度の変化に凸凹が発生してしまう場合がある。このように各記録素子基板が配置された記録ヘッドで記録を行った結果、図１７（ｂ）の模式図で示すように、記録素子基板間のわずかな吐出量差によっても濃度ムラが発生し、高品位な記録を行うことが困難である。特に、隣接する記録素子基板で吐出量差が大きい場合には、濃度ムラが非常に目立ってしまう。なお、図１７（ｂ）では、説明がわかりやすいように、実際よりも極端な濃度差で記録を行った状態を示している。 Since a dimensional variation caused by the manufacturing process occurs between a plurality of recording element substrates, each recording element substrate has a slight discharge amount. When such recording element substrates are randomly arranged, the relationship between the recording element substrate and each discharge amount, that is, the density, is uneven when the density changes as shown in FIG. There is. As a result of recording with the recording head in which each recording element substrate is arranged in this way, as shown in the schematic diagram of FIG. 17B, density unevenness is caused even by a slight difference in ejection amount between the recording element substrates. It is difficult to perform high-quality recording. In particular, when there is a large discharge amount difference between adjacent recording element substrates, density unevenness becomes very noticeable. Note that FIG. 17B shows a state in which recording is performed with a density difference that is more extreme than actual, for easy understanding.
このような記録素子基板間の濃度ムラをソフトウェア的に補正する方法なども、特許文献２等に開示されているように、各種提案されているが、データ数の増加などを招いたり、製造工程での検査時の工数増加などを招いたりすることがある。
Various methods for correcting such density unevenness between recording element substrates in software have been proposed, as disclosed in
また、このような補正方法では、あらかじめ実験によって得られた補正テーブル等を用いて補正を行う場合が一般的である。しかしながら、実際に製造された記録ヘッドと補正テーブルとの間には、必ずしも良い相関関係が成り立っているわけではなく、濃度ムラを確実に補正することができない場合があった。 In such a correction method, correction is generally performed using a correction table or the like obtained in advance by experiments. However, there is not always a good correlation between the actually manufactured recording head and the correction table, and there are cases where density unevenness cannot be reliably corrected.
そこで、本発明は、各記録素子基板間の濃度ムラを抑えて記録品質の向上、製造コストの低減を図り、高速記録を可能にするインクジェット記録ヘッドおよびインクジェット記録ヘッドの製造装置、製造方法を提供することを目的とする。 Accordingly, the present invention provides an inkjet recording head, an inkjet recording head manufacturing apparatus, and a manufacturing method that enable high-speed recording by improving density and reducing manufacturing costs by suppressing density unevenness between the recording element substrates. The purpose is to do.
上述した目的を達成するため、本発明に係るインクジェット記録ヘッドは、インクを吐出する複数のノズルと、吐出エネルギーを発生する複数の記録素子とが配列された複数の記録素子基板がノズル配列方向に沿って配置されているインクジェット記録ヘッドにおいて、各記録素子基板の平均吐出量の大きさの順に複数の記録素子基板が配置されている。 In order to achieve the above-described object, an inkjet recording head according to the present invention includes a plurality of recording element substrates in which a plurality of nozzles that eject ink and a plurality of recording elements that generate ejection energy are arranged in the nozzle arrangement direction. In the inkjet recording heads disposed along the plurality of recording element substrates, the plurality of recording element substrates are disposed in the order of the average discharge amount of each recording element substrate.
上述したように本発明によれば、ノズル配列方向に配列された各記録素子基板間の濃度ムラを低減して記録品質の向上を図り、高速記録を行うことができる。また、本発明によれば、比較的簡素に濃度ムラを低減することで、製造コストの低減を図ることができる。 As described above, according to the present invention, it is possible to reduce the density unevenness between the recording element substrates arranged in the nozzle arrangement direction, improve the recording quality, and perform high-speed recording. In addition, according to the present invention, the manufacturing cost can be reduced by reducing density unevenness relatively simply.
以下、本発明の具体的な実施形態について、図面を参照して説明する。 Hereinafter, specific embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
（第１の実施形態）
図６から図１６は、本実施形態に係る記録ヘッド、駆動回路、インクジェット記録装置、およびそれぞれの関係を説明するための説明図である。以下、これらの図面を参照して、各部構成を説明しながら、装置全体を説明することにする。
(First embodiment)
6 to 16 are explanatory diagrams for explaining the recording head, the drive circuit, the ink jet recording apparatus, and the respective relationships according to the present embodiment. Hereinafter, the entire apparatus will be described with reference to these drawings while explaining the configuration of each part.
（１）記録ヘッドの説明
図６に示すように、記録ヘッドＨ１０００は、電気信号に応じて膜沸騰をインクに対して生じさせるための熱エネルギーを生成する電気熱変換体を用いて記録を行うバブルジェット方式のサイドシューター型とされる記録ヘッドである。
(1) Description of Recording Head As shown in FIG. 6, the recording head H1000 performs recording by using an electrothermal transducer that generates thermal energy for causing film boiling to the ink in accordance with an electrical signal. This is a recording head of a bubble jet type side shooter type.
そして、記録ヘッドＨ１０００は、図７に示すように、記録素子ユニットＨ１００１と、インク供給ユニットＨ１００２のインク供給部材Ｈ１５００とを備えて構成されている。さらに、図８に示すように、記録素子ユニットＨ１００１は、記録素子基板Ｈ１１００、第１のプレートＨ１２００、電気配線基板Ｈ１３００、第２のプレートＨ１４００、フィルター部材Ｈ１６００で構成されている。また、インク供給ユニットＨ１００２は、図９に示すように、インク供給部材Ｈ１５００、ジョイントゴムＨ１７００、チューブＨ１８０２、インクタンクＨ１８００から構成されている。 As shown in FIG. 7, the recording head H1000 includes a recording element unit H1001 and an ink supply member H1500 of the ink supply unit H1002. Further, as shown in FIG. 8, the recording element unit H1001 includes a recording element substrate H1100, a first plate H1200, an electric wiring substrate H1300, a second plate H1400, and a filter member H1600. As shown in FIG. 9, the ink supply unit H1002 includes an ink supply member H1500, a joint rubber H1700, a tube H1802, and an ink tank H1800.
（１−１）記録素子ユニット
図１０（ａ）は、記録素子基板Ｈ１１００の構成を説明する図であり、図１０（ｂ）は図１０（ａ）におけるＡ−Ａ断面図である。記録素子基板Ｈ１１００は、例えば、厚さ０．５ｍｍ〜１ｍｍのＳｉ基板Ｈ１１０８で薄膜が形成されている。また、記録素子基板Ｈ１１００には、インク流路として長溝状の貫通口からなるインク供給口Ｈ１１０１が形成され、インク供給口Ｈ１１０１の両側に電気熱変換素子Ｈ１１０２がそれぞれ１列ずつ交互に配列されている。電気熱変換素子Ｈ１１０２、および、Ａｌ等の電気配線は成膜技術によって形成されている。また、記録素子基板Ｈ１１００には、電気配線に電力を供給するために電極Ｈ１１０３が設けられている。インク供給口Ｈ１１０１は、Ｓｉ基板Ｈ１１０８の結晶方位を利用して、異方性エッチングで形成される。ウエハー面に＜１００＞、厚さ方向に＜１１１＞の結晶方位を持つ場合、アルカリ系（ＫＯＨ、ＴＭＡＨ、ヒトラジン等）の異方性エッチングによって、約５４．７度の角度でエッチングが進行する。この方法を用いて、所望の深さにエッチングを行う。
(1-1) Recording Element Unit FIG. 10A is a diagram illustrating the configuration of the recording element substrate H1100, and FIG. 10B is a cross-sectional view taken along the line AA in FIG. The recording element substrate H1100 has a thin film formed of, for example, a Si substrate H1108 having a thickness of 0.5 mm to 1 mm. In addition, the recording element substrate H1100 is formed with an ink supply port H1101 having a long groove-like through-hole as an ink flow path, and the electrothermal conversion elements H1102 are alternately arranged on each side of the ink supply port H1101. Yes. The electrothermal transducer H1102 and electric wiring such as Al are formed by a film forming technique. The recording element substrate H1100 is provided with an electrode H1103 for supplying electric power to the electrical wiring. The ink supply port H1101 is formed by anisotropic etching using the crystal orientation of the Si substrate H1108. When the wafer surface has a crystal orientation of <100> and a thickness direction of <111>, etching proceeds at an angle of about 54.7 degrees by anisotropic etching (KOH, TMAH, humanradine, etc.). . Etching is performed to a desired depth using this method.
また、Ｓｉ基板Ｈ１１０８上には、ノズルプレートＨ１１１０が設けられ、電気熱変換素子Ｈ１１０２に対応したインク流路Ｈ１１０４、ノズルＨ１１０５、発泡室Ｈ１１０７がフォトリソグラフィ技術によって形成されている。また、ノズルＨ１１０５は、電気熱変換素子Ｈ１１０２に対向するように設けられており、インク供給口Ｈ１１０１から供給されたインクを、電気熱変換素子Ｈ１１０２によって気泡を発生させてインクを吐出させる。 Further, a nozzle plate H1110 is provided on the Si substrate H1108, and an ink flow path H1104, a nozzle H1105, and a foaming chamber H1107 corresponding to the electrothermal conversion element H1102 are formed by a photolithography technique. The nozzle H1105 is provided so as to face the electrothermal conversion element H1102, and causes the ink supplied from the ink supply port H1101 to generate bubbles by the electrothermal conversion element H1102 to discharge the ink.
第１のプレートＨ１２００は、例えば、厚さ０．５ｍｍ〜１０ｍｍのアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）材料で形成されている。なお、第１のプレートＨ１２００の素材は、アルミナに限定されることなく、記録素子基板Ｈ１１００の材料の線膨張率と同等の線膨張率を有し、かつ、記録素子基板Ｈ１１００材料の熱伝導率と同等もしくは同等以上の熱伝導率を有する材料で作られてもよい。第１のプレートＨ１２００の素材は、例えば、シリコン（Ｓｉ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、ジルコニア、窒化珪素（Ｓｉ3Ｎ4）、炭化珪素（ＳｉＣ）、モリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）のうちいずれであってもよい。 The first plate H1200 is made of, for example, an alumina (Al2O3) material having a thickness of 0.5 mm to 10 mm. The material of the first plate H1200 is not limited to alumina, and has a linear expansion coefficient equivalent to that of the material of the recording element substrate H1100, and the thermal conductivity of the recording element substrate H1100 material. It may be made of a material having a thermal conductivity equal to or greater than. Examples of the material of the first plate H1200 include silicon (Si), aluminum nitride (AlN), zirconia, silicon nitride (Si 3 N 4 ), silicon carbide (SiC), molybdenum (Mo), and tungsten (W). Either may be sufficient.
第１のプレートＨ１２００には、記録素子基板Ｈ１１００にインクを供給するためのインク供給口Ｈ１２０１が形成されている。第１のプレートＨ１２００は、記録素子基板Ｈ１１００のインク供給口Ｈ１１０１が第１のプレートＨ１２００のインク供給口Ｈ１２０１に対応され、記録素子基板Ｈ１１００が第１のプレートＨ１２００に対して位置精度良く接着固定される。その第１の接着剤Ｈ１２０２は、例えば、粘度が低く、接触面に形成される接着層が薄く、かつ、硬化後、比較的高い硬度を有し、かつ、耐インク性のあるものが望ましい。その第１の接着剤Ｈ１２０２は、例えば、エポキシ樹脂を主成分とした熱硬化接着剤、もしくは紫外線硬化併用型の熱硬化接着剤であり、接着層の厚みは５０μｍ以下が望ましい。また、第１のプレートＨ１２００は、位置決め基準となるＸ方向基準Ｈ１２０４、Ｙ方向基準Ｈ１２０５、Ｚ方向基準Ｈ１２０６を有している。 In the first plate H1200, an ink supply port H1201 for supplying ink to the recording element substrate H1100 is formed. In the first plate H1200, the ink supply port H1101 of the recording element substrate H1100 corresponds to the ink supply port H1201 of the first plate H1200, and the recording element substrate H1100 is bonded and fixed to the first plate H1200 with high positional accuracy. The The first adhesive H1202 is desirably, for example, a material having a low viscosity, a thin adhesive layer formed on the contact surface, a relatively high hardness after curing, and ink resistance. The first adhesive H1202 is, for example, a thermosetting adhesive mainly composed of an epoxy resin or an ultraviolet curing combined thermosetting adhesive, and the thickness of the adhesive layer is desirably 50 μm or less. The first plate H1200 has an X-direction reference H1204, a Y-direction reference H1205, and a Z-direction reference H1206, which are positioning references.
記録素子基板Ｈ１１００は、図６に示すように、第１のプレートＨ１２００上に２列で交互に配置され、同一色による幅広の記録を可能としている。例えば、ノズル群の長さが１インチ＋αの４つの記録素子基板Ｈ１１００ａ、Ｈ１１００ｂ、Ｈ１１００ｃ、Ｈ１１００ｄを２列で交互に配置することで、４インチ幅の記録を可能にしている。 As shown in FIG. 6, the recording element substrate H1100 is alternately arranged in two rows on the first plate H1200 to enable wide recording with the same color. For example, four recording element substrates H1100a, H1100b, H1100c, and H1100d having a nozzle group length of 1 inch + α are alternately arranged in two rows, thereby enabling recording of a width of 4 inches.
また、各記録素子基板の吐出口群の端部には、列を跨いで隣接する記録素子基板のノズル群の端部と、ノズル列方向に対して、重複する領域Ｌが設けられており、各記録素子基板による記録に隙間が生じることが防止されている。例えば、ノズル群Ｈ１１０６ａとノズル群Ｈ１１０６ｂには、重複領域Ｈ１１０９ａ、Ｈ１１０９ｂが設けられている。 Further, at the end of the ejection port group of each recording element substrate, there is provided an overlapping region L with respect to the end of the nozzle group of the recording element substrate adjacent across the row and the nozzle row direction, It is possible to prevent a gap from being generated in recording by each recording element substrate. For example, the nozzle groups H1106a and H1106b are provided with overlapping regions H1109a and H1109b.
電気配線基板Ｈ１３００は、記録素子基板Ｈ１１００に対してインクを吐出するための電気信号を印加するものである。電気配線基板Ｈ１３００は、記録素子基板Ｈ１１００を組み込むための開口部を有しており、第２の接着剤Ｈ１２０３によって第１のプレートＨ１２００の主面に接着固定されている。また、電気配線基板Ｈ１３００は、記録素子基板Ｈ１１００の電極Ｈ１１０３に対応する電極端子Ｈ１３０２と、この配線端部に位置し、記録装置本体からの電気信号を受け取るための外部信号入力端子Ｈ１３０１とを有している。 The electrical wiring substrate H1300 applies an electrical signal for ejecting ink to the recording element substrate H1100. The electric wiring substrate H1300 has an opening for incorporating the recording element substrate H1100, and is bonded and fixed to the main surface of the first plate H1200 with a second adhesive H1203. The electric wiring board H1300 has an electrode terminal H1302 corresponding to the electrode H1103 of the recording element board H1100 and an external signal input terminal H1301 which is located at the end of the wiring and receives an electric signal from the recording apparatus main body. is doing.
電気配線基板Ｈ１３００と記録素子基板Ｈ１１００は、電気的に接続されている。この接続方法としては、例えば、記録素子基板Ｈ１１００の電極Ｈ１１０３と電気配線基板Ｈ１３００の電極端子Ｈ１３０２とを金ワイヤー（不図示）を用いたワイヤーボンディング技術によって電気的に接続されている。電気配線基板Ｈ１３００の素材としては、例えば、配線が二層構造のフレキシブル配線基板が使用され、表層はポリイミドフィルムで覆われている。 The electrical wiring board H1300 and the recording element board H1100 are electrically connected. As this connection method, for example, the electrode H1103 of the recording element substrate H1100 and the electrode terminal H1302 of the electric wiring substrate H1300 are electrically connected by a wire bonding technique using a gold wire (not shown). As a material of the electrical wiring board H1300, for example, a flexible wiring board having a two-layer structure is used, and a surface layer is covered with a polyimide film.
第２のプレートＨ１４００は、例えば、厚さ０．５ｍｍ〜１ｍｍのＳＵＳ板で形成されている。なお、第２のプレートＨ１４００の素材は、ＳＵＳに限られることなく、耐インク性を有し、良好な平面性を有する材料で作られてもよい。また、第２のプレートＨ１４００は、第１のプレートＨ１２００に接着固定された記録素子基板Ｈ１１００およびこの記録素子基板Ｈ１１００と電気配線基板Ｈ１３００の電気実装領域を取り込む開口部を有している。そして、第２のプレートＨ１４００は、第３の接着剤Ｈ１４０１によって電気配線基板Ｈ１３００上に接着固定される。 The second plate H1400 is formed of a SUS plate having a thickness of 0.5 mm to 1 mm, for example. Note that the material of the second plate H1400 is not limited to SUS, and may be made of a material having ink resistance and good flatness. The second plate H1400 has a recording element substrate H1100 bonded and fixed to the first plate H1200, and an opening for taking in an electric mounting region of the recording element substrate H1100 and the electric wiring substrate H1300. Then, the second plate H1400 is bonded and fixed on the electric wiring board H1300 by the third adhesive H1401.
第２のプレートＨ１４００の開口部Ｈ１４０２と記録素子基板Ｈ１１００の側面によって形成される溝部には、第１の封止剤Ｈ１３０４が充填され、電気配線基板Ｈ１３００の電気実装部が封止されている。また、記録素子基板の電極Ｈ１１０３は、第２の封止剤Ｈ１３０５で封止され、電気接続部分をインクによる腐食や外的衝撃から保護されている。 A groove formed by the opening H1402 of the second plate H1400 and the side surface of the recording element substrate H1100 is filled with the first sealant H1304, and the electrical mounting portion of the electrical wiring substrate H1300 is sealed. Further, the electrode H1103 of the recording element substrate is sealed with a second sealant H1305 to protect the electrical connection portion from corrosion by ink and external impact.
また、第１のプレートＨ１１００の裏面側インク供給口Ｈ１２０１には、インク中に混入された異物を取り除くためのフィルター部材Ｈ１６００が接着固定されている。 A filter member H1600 for removing foreign matter mixed in the ink is bonded and fixed to the back surface side ink supply port H1201 of the first plate H1100.
（１−２）インク供給ユニット
インク供給部材Ｈ１５００は、例えば、樹脂材料を用いた射出成形によって形成され、共通液室Ｈ１５０１と、Ｚ方向基準面Ｈ１５０２とを備えている。そして、Ｚ基準面Ｈ１５０２は、記録素子ユニットを位置決め固定するとともに、記録ヘッドＨ１０００のＺ基準となっている。
(1-2) Ink Supply Unit The ink supply member H1500 is formed by, for example, injection molding using a resin material, and includes a common liquid chamber H1501 and a Z-direction reference surface H1502. The Z reference plane H1502 positions and fixes the recording element unit and serves as the Z reference for the recording head H1000.
また、インクタンクＨ１８００からインクを供給するインク供給口Ｈ１５０４には、ジョイントゴムH１７００が設けられており、ジョイント部からのインクの蒸発が防止されている。 In addition, a joint rubber H1700 is provided at an ink supply port H1504 that supplies ink from the ink tank H1800, thereby preventing evaporation of ink from the joint portion.
インクタンクＨ１８００から延びるインク供給チューブＨ１８０２とインク供給ユニットＨ１５００との接続は、チューブ先端に設けられたニードルＨ１８０１が、ジョイントゴムＨ１７００を貫通することによって行われる。そして、吐出時に使用されるインクは、インクタンクＨ１８００によりインク供給チューブＨ１８０２を通って、インク供給ユニットＨ１５００の共通液室Ｈ１５０１に供給され、フィルター部材Ｈ１６００を介し、記録素子ユニットＨ１００１に供給される。 The ink supply tube H1802 extending from the ink tank H1800 and the ink supply unit H1500 are connected by a needle H1801 provided at the tip of the tube passing through the joint rubber H1700. Ink used at the time of ejection passes through the ink supply tube H1802 by the ink tank H1800, is supplied to the common liquid chamber H1501 of the ink supply unit H1500, and is supplied to the recording element unit H1001 through the filter member H1600.
（１−３）記録素子ユニットとインク供給ユニットの結合
上述の図７に示したように、記録ヘッドＨ１０００は、記録素子ユニットＨ１００１をインク供給部材Ｈ１５００に結合することで完成する。
(1-3) Coupling of Recording Element Unit and Ink Supply Unit As shown in FIG. 7 described above, the recording head H1000 is completed by coupling the recording element unit H1001 to the ink supply member H1500.
記録素子ユニットＨ１００１とインク供給部材Ｈ１５００との結合は以下のように行われる。 The recording element unit H1001 and the ink supply member H1500 are coupled as follows.
インク供給部材Ｈ１５００の開口部と記録素子ユニットＨ１００１とを第３の封止剤Ｈ１５０３によって封止し、共通液室Ｈ１５０１を密閉する。そして、インク供給部材Ｈ１５００のＺ基準Ｈ１５０２に記録素子ユニットＨ１００１のＺ基準Ｈ１５０２を、例えば、ビスＨ１９００等によって位置決め固定する。第３の封止剤Ｈ１５０３は、耐インク性を有し、かつ、常温で硬化し、かつ、異種材料間の線膨張差に耐えられる柔軟性を有する封止剤が望ましい。 The opening of the ink supply member H1500 and the recording element unit H1001 are sealed with a third sealant H1503, and the common liquid chamber H1501 is sealed. Then, the Z reference H1502 of the recording element unit H1001 is positioned and fixed to the Z reference H1502 of the ink supply member H1500 using, for example, a screw H1900. The third sealant H1503 is desirably a sealant that has ink resistance, is cured at room temperature, and has flexibility to withstand a difference in linear expansion between different materials.
また、記録素子ユニットＨ１００１の外部信号入力端子Ｈ１３０１部分は、例えば、インク供給部材Ｈ１５００の裏面に位置決めされて固定されている。 Further, the external signal input terminal H1301 portion of the recording element unit H1001 is positioned and fixed on the back surface of the ink supply member H1500, for example.
（２）駆動回路の説明
本実施形態の記録ヘッドＨ１０００は、図６に示すように、４つの記録素子基板Ｈ１１００がチッププレートＨ１２００の上に精度良く配列され、さらに４つの記録素子基板Ｈ１１００が電気配線基板Ｈ１３００で配線されている。図１４は、この４つの記録素子基板Ｈ１１００間の信号配線を示す回路図である。図１４中において、４つの各記録素子基板Ｈ１１００ａ〜Ｈ１１００ｄは、図１２および図１３に示すように、奇数、偶数の２つのノズル列の駆動回路から成り立っている。
(2) Description of Drive Circuit As shown in FIG. 6, in the print head H1000 of this embodiment, four print element substrates H1100 are accurately arranged on a chip plate H1200, and further four print element substrates H1100 are electrically connected. Wiring is performed on the wiring board H1300. FIG. 14 is a circuit diagram showing signal wiring between the four recording element substrates H1100. In FIG. 14, each of the four recording element substrates H1100a to H1100d is composed of two odd-numbered and even-numbered nozzle row drive circuits as shown in FIGS.
ＨＥＡＴＯ、ＨＥＡＴＥおよびＩＤＡＴＡＯ、ＩＤＡＴＡＥは素子毎に奇偶別々に取り出されており、記録素子基板Ｈ１１００毎にＨＥＡＴ１〜ＨＥＡＴ８およびＩＤＡＴＡ１〜ＩＤＡＴＡ８の信号名で示されている。それ以外の信号は記録素子基板Ｈ１１００間で共通に配線されている。ＬＴＣＬＫ、ＤＣＬＫ、ＨＥＡＴ１〜ＨＥＡＴ８、ＩＤＡＴＡ１〜ＩＤＡＴＡ８は外部信号入力端子Ｈ１３０１に接続され、電源系であるＶＨ、ＧＮＤＨ、ＶＤＤ、ＧＮＤは電源端子Ｈ１３０２に接続されている。 HEATO, HEATE, IDATAO, and IDATAE are taken out separately for each element evenly and oddly, and are indicated by signal names of HEAT1 to HEAT8 and IDATA1 to IDATA8 for each recording element substrate H1100. Other signals are wired in common between the recording element substrates H1100. LTCLK, DCLK, HEAT1 to HEAT8, IDATA1 to IDATA8 are connected to an external signal input terminal H1301, and VH, GNDH, VDD, and GND which are power supply systems are connected to a power supply terminal H1302.
図１０は記録素子基板Ｈ１１００の構成を示す図で、インク供給口Ｈ１１０１を挟んで両側に奇数、偶数２つのノズル列がノズルピッチの半分ずらして配置されている。これら２つの駆動回路は記録素子基板上に半導体プロセスによって形成されている。そして、各駆動回路は、ＨＥＡＴＯ、ＨＥＡＴＥおよびＩＤＡＴＡＯ、ＩＤＡＴＡＥの信号がそれぞれ独立して配線されているが、それ以外の信号（ＤＣＬＫ、ＬＴＣＬＫ）と電源（ＶＤＤ、ＧＮＤ、ＶＨ、ＨＧＮＤ）は記録素子基板内でも共通配線となっている。奇数および偶数ノズル列には共に６４０個のノズルが６００ｄｐｉピッチで配列されており、上述のようにハーフピッチ分ずれているため、記録素子基板としては１２００ｄｐｉ、１２８０ｄｐｉのノズル列を構成することになる。 FIG. 10 is a diagram showing the configuration of the recording element substrate H1100, in which odd and even two nozzle rows are arranged on both sides of the ink supply port H1101 while being shifted by half the nozzle pitch. These two drive circuits are formed on the recording element substrate by a semiconductor process. Each drive circuit has HEATO, HEATE, IDATAO, and IDATAE signals independently wired, but other signals (DCLK, LTCLK) and power supplies (VDD, GND, VH, HGND) are printing elements. Common wiring is also used in the substrate. In both the odd and even nozzle rows, 640 nozzles are arranged at a pitch of 600 dpi and are shifted by a half pitch as described above, so that a nozzle row of 1200 dpi and 1280 dpi is formed as a printing element substrate. .
各ノズル列の駆動回路は全く同じであるため、図１２を参照して駆動回路の概要を説明する。６４０個の各ノズルには吐出ヒーターＨ１１０２−１〜Ｈ１１０２−１２７９がそれぞれ設けられ、各吐出ヒーターＨ１１０２−１〜Ｈ１１０２−１２７９を駆動することによってノズル内のインクを発泡させ、インク滴を吐出する。吐出ヒーターは、２０個ずつ、３２個の駆動ブロックに分割されており、時分割で駆動される。駆動ブロックはＢＥ０〜ＢＥ３１の信号によって選択され、駆動ブロック内に属する２０個の吐出ヒーターはトランジスタＥ１００６−１〜Ｅ１００６−２０のオン／オフによって吐出するか否かが決定させる。 Since the drive circuit of each nozzle row is exactly the same, an outline of the drive circuit will be described with reference to FIG. Each of the 640 nozzles is provided with discharge heaters H1102-1 to H1102-1279, and by driving each of the discharge heaters H1102-1 to H1102-1279, the ink in the nozzles is foamed and ink droplets are discharged. Each of the discharge heaters is divided into 20 drive blocks and 32 drive blocks, and is driven in a time division manner. The drive block is selected by signals BE0 to BE31, and the 20 discharge heaters belonging to the drive block determine whether or not to discharge by turning on / off the transistors E1006-1 to E1006-20.
図１５に示す駆動タイミングのチャートと図１２を参照して、記録ヘッドＨ１０００の駆動について説明する。ＰＲＩＮＴ信号は１カラムの吐出を開始するタイミングを与えるパルス信号で、パルスの立ち上がりタイミングで駆動回路の動作が開始する。駆動回路が動作を開始すると、最初にＬＴＣＬＫが生成され、それから数１００ｐｓ後に転送クロックＤＣＬＫが転送データ分、すなわち２５クロック出力される。ＩＤＡＴＡ１〜ＩＤＡＴＡ８の各信号にはＤＣＬＫに同期して転送データが出力され、２５ビットシフトレジスタＥ１００１にシリアル転送される。 The drive of the recording head H1000 will be described with reference to the drive timing chart shown in FIG. 15 and FIG. The PRINT signal is a pulse signal that gives the timing for starting ejection of one column, and the operation of the drive circuit starts at the rise timing of the pulse. When the drive circuit starts operation, LTCLK is first generated, and several hundreds ps after that, the transfer clock DCLK is output for the transfer data, that is, 25 clocks. Transfer data is output to each signal of IDATA1 to IDATA8 in synchronization with DCLK and serially transferred to the 25-bit shift register E1001.
そして、シフトレジスタＥ１００１に格納されたデータは、次の駆動ブロックの最初に出力されるＬＴＣＬＫのタイミングで２５ビットラッチＥ１００２に記憶される。そのため、最初の転送データに基づいて実際の駆動が行われるのは、その次のブロックの転送が行われるタイミングである。ここで転送されるデータ内容は駆動されるブロックの番号ＢＥＮＢ０〜ＢＥＮＢ４が５ビット、続いてそのブロックで駆動される電気熱変換素子Ｈ１１０２の駆動データが２０ビットの合計２５ビットである。駆動ブロックＢＥＮＢ０〜ＢＥＮＢ４は５→３デコーダＥ１００３でＢＥ０〜ＢＥ３１にデコードされ、トランジスタＥ１００５−１〜Ｅ１００５―３２のベース電極に接続される。 The data stored in the shift register E1001 is stored in the 25-bit latch E1002 at the timing of LTCLK output at the beginning of the next drive block. Therefore, the actual driving is performed based on the first transfer data at the timing when the next block is transferred. The data content transferred here is a total of 25 bits including 5 bits for the number of blocks to be driven BENB0 to BENB4 and 20 bits for the drive data of the electrothermal transducer H1102 driven in that block. The drive blocks BENB0 to BENB4 are decoded into BE0 to BE31 by the 5 → 3 decoder E1003 and connected to the base electrodes of the transistors E1005-1 to E1005-32.
このため、常に３２個のトランジスタＥ１００５−１〜Ｅ１００５−３２の内、１個だけが駆動されることになり、指定ブロックに属する電気熱変換素子の一端にのみ駆動電源（ＶＨ）が供給されることになる。一方、電気熱変換素子Ｈ１１０２−１〜Ｈ１１０２−１２７９のもう一端は、セグメント毎に３２個ずつ並列接続されて、それぞれ２０個のトランジスタＥ１００６−１〜Ｅ１００６−２０のコレクタ電極に接続されている。これらのトランジスタの駆動はベース電極に接続されているＡＮＤゲートＥ１００４−１〜Ｅ１００４−２０出力によって制御される。ＡＮＤゲートの一方の入力には２０ビットの駆動データ信号が接続され、もう一方には電気熱変換素子を実際に駆動するタイミングを与えるパルス信号ＨＥＡＴ１〜ＨＥＡＴ８が接続されている。 For this reason, only one of the 32 transistors E1005-1 to E1005-32 is always driven, and the drive power supply (VH) is supplied only to one end of the electrothermal conversion element belonging to the designated block. It will be. On the other hand, the other ends of the electrothermal transducers H1102-1 to H1102-1279 are connected in parallel by 32 for each segment, and are connected to collector electrodes of 20 transistors E1006-1 to E1006-20, respectively. The driving of these transistors is controlled by outputs of AND gates E1004-1 to E1004-20 connected to the base electrode. A 20-bit drive data signal is connected to one input of the AND gate, and pulse signals HEAT1 to HEAT8 are connected to the other to give timing for actually driving the electrothermal transducer.
したがって、トランジスタＥ１００６−１〜Ｅ１００６−２０は、上述の２信号のＡＮＤで制御されることになり、その結果、２０ビットの駆動データによって指定されたセグメントに対してＨＥＡＴ１〜ＨＥＡＴ８のパルスタイミングで駆動されることになる。以上のようにして、ＰＲＩＮＴ信号が発効されたとき、駆動回路が動作を開始し、最初に０ブロック目が駆動され順次１ブロック目、２ブロック目、・・・となって、最後に３１ブロック目が駆動を完了して、全ての記録素子基板の全ノズルの吐出動作が制御される。 Therefore, the transistors E1006-1 to E1006-20 are controlled by AND of the above-mentioned two signals, and as a result, the segment designated by the 20-bit drive data is driven at the pulse timing of HEAT1 to HEAT8. Will be. As described above, when the PRINT signal is activated, the drive circuit starts operation, the 0th block is driven first, the first block, the second block,..., And finally 31 blocks. The eye completes driving, and the ejection operation of all the nozzles of all the printing element substrates is controlled.
（３）インクジェット記録装置
本実施形態のインクジェット記録装置Ｍ４０００は、図１１に示すように、例えば、写真画質の記録に対応して、６色分の記録ヘッドを備えている。記録ヘッドＨ１０００Ｂｋはブラックインク用の記録ヘッドであり、記録ヘッドＨ１０００Ｃはシアンインク用、記録ヘッドH１０００Ｍはマゼンタインク用、記録ヘッドＨ１０００Ｙはイエローインク用である。また、記録ヘッドＨ１０００ＬＣはライトシアンインク用、記録ヘッドＨ１０００ＬＭはライトマゼンタインク用である。これらの記録ヘッドＨ１０００は、インクジェット記録装置本体Ｍ４０００に載置されているキャリッジＭ４００１の位置決め手段および電気的接点Ｍ４００２によって固定されて支持されている。
(3) Inkjet recording apparatus As shown in FIG. 11, the inkjet recording apparatus M4000 of the present embodiment includes, for example, recording heads for six colors corresponding to photographic image quality recording. The recording head H1000Bk is a recording head for black ink, the recording head H1000C is for cyan ink, the recording head H1000M is for magenta ink, and the recording head H1000Y is for yellow ink. The recording head H1000LC is for light cyan ink, and the recording head H1000LM is for light magenta ink. These recording heads H1000 are fixed and supported by positioning means and electric contacts M4002 of a carriage M4001 mounted on the ink jet recording apparatus main body M4000.
そして、これらの記録ヘッドＨ１０００を、上述の駆動回路によって制御し、被記録媒体に対して記録を行うものである。なお、図１１に示す記録装置では、記録ヘッドが被記録媒体の幅分のノズルを有するフルラインタイプの記録ヘッドであり、記録ヘッドが固定されており、被記録媒体が矢印方向に走査することで記録を行う方式である。 These recording heads H1000 are controlled by the drive circuit described above to perform recording on the recording medium. In the recording apparatus shown in FIG. 11, the recording head is a full line type recording head having nozzles corresponding to the width of the recording medium, the recording head is fixed, and the recording medium scans in the direction of the arrow. This is a recording method.
また、これに対して、図１６に示した記録装置は、記録ヘッドが主走査方向（キャリッジ移動方向）に往復移動しながら記録を行う、シリアル駆動方式の記録装置である。 In contrast, the recording apparatus shown in FIG. 16 is a serial drive type recording apparatus in which the recording head performs recording while reciprocating in the main scanning direction (carriage movement direction).
次に、第１の実施形態についてさらに詳細に説明する。 Next, the first embodiment will be described in more detail.
図１は、本実施形態の記録ヘッドを示す外観斜視図であるが、説明がわかり易いように、一例として８個の記録素子基板が配置された形態の記録ヘッドを示している。記録素子基板の個数が異なる以外の基本的な構成は、図６に示した記録ヘッドと同じである。各記録素子基板には、一端側から順にＮｏ．１〜Ｎｏ．８までの記録素子基板番号を割り当てられている。 FIG. 1 is an external perspective view showing the recording head of this embodiment, but shows a recording head in which eight recording element substrates are arranged as an example for easy understanding. The basic configuration other than the number of recording element substrates is the same as that of the recording head shown in FIG. Each recording element substrate has No. 1 in order from one end side. 1-No. Recording element substrate numbers up to 8 are assigned.
図２（ａ）は、図１に示した記録ヘッドの各記録素子基板の濃度、すなわち吐出量を示す図である。図２（ａ）に示すように、吐出量の大きさの順に記録素子基板が配置された構成となっている。したがって、従来例では、隣接する記録素子基板の濃度差が比較的大きく、記録物全体での記録素子基板間の濃度ムラが非常に大きく、記録品位を低下させていた。 FIG. 2A is a diagram showing the density of each recording element substrate of the recording head shown in FIG. 1, that is, the ejection amount. As shown in FIG. 2A, the recording element substrates are arranged in the order of the discharge amount. Therefore, in the conventional example, the density difference between the adjacent recording element substrates is relatively large, and the density unevenness between the recording element substrates in the entire recorded matter is very large, which deteriorates the recording quality.
これと比較して、図２（ｂ）に示すように、本実施形態の記録ヘッドで記録された記録物は、濃度がなだらかに推移しているため、濃度ムラは低減されており、高品位な記録となっている。なお、図２（ｂ）では、説明がわかりやすいように、実際よりも極端な濃度差で記録を行った状態を示している。 Compared to this, as shown in FIG. 2B, the recorded matter recorded by the recording head of the present embodiment has a smooth transition in density, so density unevenness is reduced and high quality is achieved. It has become a record. Note that FIG. 2B shows a state where recording is performed with a density difference that is more extreme than actual, for easy understanding.
このように、各記録素子基板の吐出量（濃度）を測定し、吐出量の大きさの順番に配置することで、良好な記録が得られる。しかしながら、実際に記録ヘッドを製造する場合には、吐出量の測定後にプレート上に記録素子基板を接着固定することが、その構成上難しい。 Thus, good recording can be obtained by measuring the discharge amount (density) of each recording element substrate and arranging them in the order of the discharge amount. However, in the case of actually manufacturing a recording head, it is difficult in terms of its configuration to bond and fix the recording element substrate on the plate after measuring the ejection amount.
したがって、本発明では、各記録素子基板の吐出量を測定する代わりに、例えば、ノズルの吐出口径を測定し、吐出口径の測定データに基づいて、各記録素子基板を配置する構成を提案している。なぜなら、一般的に記録素子基板の吐出ヒーターの大きさが同じであれば、吐出量は、図３（ｂ）に示すように、発泡室Ｈ１１０７の体積に依存する。よって、発泡室Ｈ１１０７の体積を決定するパラメータの１つである吐出口径の大きさφＤ（図３（ａ））が、吐出量を決定する１つの要素となるためである。特に同一のウエハー内で製造された記録素子基板は、発泡室Ｈ１１０７の高さｈがほぼ一定となることが多いため、このような場合には、吐出口径の測定データに基づいて、各記録素子基板を配置すればよい。 Therefore, in the present invention, instead of measuring the ejection amount of each recording element substrate, for example, a configuration is proposed in which the ejection orifice diameter of the nozzle is measured and each recording element substrate is arranged based on the measurement data of the ejection orifice diameter. Yes. This is because, in general, if the size of the discharge heater of the recording element substrate is the same, the discharge amount depends on the volume of the foaming chamber H1107 as shown in FIG. Therefore, the discharge port diameter φD (FIG. 3A), which is one of the parameters for determining the volume of the foaming chamber H1107, is one factor for determining the discharge amount. In particular, in a printing element substrate manufactured in the same wafer, the height h of the foaming chamber H1107 is often substantially constant. In such a case, each printing element is based on the measurement data of the discharge port diameter. A substrate may be disposed.
また、例えば吐出口径のばらつきが比較的少ない等の場合によっては、発泡室高さｈを測定し、発泡室高さｈを吐出量の代わりのパラメータとして用いてもよい。あるいは、吐出口径と発泡室高さの両方を測定し、これらの測定値から算出される発泡室体積の値に基づいて、各記録素子基板の配置を決めてもよい。上述のどのパラメータを用いるかは、ノズルの製造ばらつきに応じて、吐出量変動に大きく影響を及ぼすパラメータを適宜選択すればよい。このように、ノズルの吐出量を測定する代わりに、ノズルの吐出口径等の任意のパラメータを測定することで、実際にノズルによる吐出を行う必要がなくなるので、記録ヘッドの製造工程の簡易化、製造コストの低減が図られる。 Further, for example, when the variation in the discharge port diameter is relatively small, the foaming chamber height h may be measured, and the foaming chamber height h may be used as a parameter instead of the discharge amount. Alternatively, both the discharge port diameter and the foaming chamber height may be measured, and the arrangement of the recording element substrates may be determined based on the value of the foaming chamber volume calculated from these measured values. Which of the above-described parameters is used may be selected as appropriate depending on the manufacturing variation of the nozzle. Thus, instead of measuring the discharge amount of the nozzle, it is not necessary to actually perform the discharge by the nozzle by measuring an arbitrary parameter such as the discharge port diameter of the nozzle. Manufacturing cost can be reduced.
特に、本発明は、吐出エネルギー発生素子が電気熱変換素子であり、吐出方向が電気熱変換素子面に直交する方向である、いわゆるサイドシューター方式の記録ヘッドであって、かつ発泡時に発生した気泡が外気と連通することで吐出が完了する方式に好適である。すなわち、発泡の気泡より前方のインクが全て吐出されるタイプの記録ヘッドに適用されて好ましい。 In particular, the present invention relates to a so-called side shooter type recording head in which the ejection energy generating element is an electrothermal conversion element, and the ejection direction is a direction perpendicular to the electrothermal conversion element surface, and bubbles generated during foaming Is suitable for a system in which discharge is completed by communicating with outside air. That is, the present invention is preferably applied to a recording head in which all ink ahead of the foamed bubbles is ejected.
なぜなら、このサイドシューター方式の記録ヘッドでは、吐出量が安定しており、ノズルの寸法によって吐出量が決定されるので、吐出口径などの測定パラメータと実際の吐出量との相関関係が比較的高いためである。したがって、サイドシューター方式の記録ヘッドでは、濃度ムラが低減された高品位な記録が可能になる。 This is because, in this side shooter type recording head, the discharge amount is stable, and the discharge amount is determined by the size of the nozzle, so the correlation between the measurement parameters such as the discharge port diameter and the actual discharge amount is relatively high. Because. Therefore, the side shooter type recording head enables high-quality recording with reduced density unevenness.
また、ノズルは、フォトリソグラフィ技術によって形成される場合、高精度なノズルを形成することが可能となるため、本発明の適用が更に好ましい。 In addition, when the nozzle is formed by a photolithography technique, it is possible to form a highly accurate nozzle, and thus it is more preferable to apply the present invention.
ところで、設計的な要因などで、ノズルの形状が、例えば、断面形状において、鮮明なエッジを有しておらず、エッジが円弧状に形成されている場合がある。このような場合には、測定方法によっては、精度良く測定を行うことが困難なことがあり、測定のバラツキが比較的大きく生じてしまう。このような場合には、ノズルと同様のフォトリソグラフィ技術による製造工程で、ノズルの他に測定用のダミーパターンを予め作製する。このダミーパターンは、例えば断面形状でのエッジを鋭く形成する等の測定に適する寸法や形状に形成される。そして、実際のノズルを測定する代わりに、このダミーパターンの形状寸法を測定することで、ノズルのパラメータの代用とすることが可能であり、高精度に測定を行うことができる。 By the way, there is a case where the shape of the nozzle does not have a sharp edge, for example, in a cross-sectional shape, and the edge is formed in an arc shape due to a design factor or the like. In such a case, depending on the measurement method, it may be difficult to perform measurement with high accuracy, resulting in a relatively large variation in measurement. In such a case, a dummy pattern for measurement is prepared in advance in addition to the nozzle in a manufacturing process using a photolithography technique similar to that for the nozzle. The dummy pattern is formed in a size and shape suitable for measurement, for example, by forming a sharp edge in a cross-sectional shape. Then, instead of measuring the actual nozzle, by measuring the shape dimension of this dummy pattern, it is possible to substitute the parameter of the nozzle, and the measurement can be performed with high accuracy.
上述した吐出口径などの測定であるが、１つの記録素子基板内でも多数のノズルがあるため、全てのノズルを測定する場合には測定時間が非常に長くなってしまう。フォトリソグラフィ技術などを用いて形成されたノズルであれば、基本的には高精度に作製されているので、１つの記録素子基板内で数個のノズルを測定することで、充分に全部のノズルの測定データの代表となり得る。寸法ばらつきが比較的小さい場合には、１つの記録素子基板内で１つのノズルを測定すれば充分な場合もあるが、実際にいくつのノズルを測定するかは、製造されたノズルの状態に応じて決定すれば良い。 Although the above-described measurement of the discharge port diameter and the like is performed, since there are a large number of nozzles even in one recording element substrate, the measurement time becomes very long when all the nozzles are measured. If nozzles are formed using photolithography technology, etc., they are basically manufactured with high accuracy. Therefore, by measuring several nozzles in one recording element substrate, all the nozzles can be used sufficiently. Can be representative of the measured data. When the dimensional variation is relatively small, it may be sufficient to measure one nozzle in one printing element substrate. However, how many nozzles are actually measured depends on the state of the manufactured nozzles. To decide.
本実施形態の記録ヘッドは、図１１に示すようなフルラインタイプの記録ヘッドにおいて好適に適用される。 The recording head of this embodiment is preferably applied to a full-line type recording head as shown in FIG.
（第２の実施形態）
次に、第２の実施形態の記録ヘッドの構成について説明する。
(Second Embodiment)
Next, the configuration of the recording head of the second embodiment will be described.
第１の実施形態では、吐出量の順に各記録素子基板が配置されていた構成に比較して、本実施形態では、図４（ａ）〜図４（ｃ）に示すように、１番目とN番目の記録素子基板の各平均吐出量がほぼ等しくされている。また、本実施形態では、１番目からN番目の記録素子基板間でそれぞれ隣接する各記録素子基板の平均吐出量の差がほぼ一定にされ、ノズル配列方向の吐出量の変化が緩やかな曲線を描くように配置されている。 In the first embodiment, as compared with the configuration in which the recording element substrates are arranged in the order of the discharge amount, in the present embodiment, as shown in FIGS. Each average discharge amount of the Nth printing element substrate is made substantially equal. Further, in this embodiment, the difference between the average discharge amounts of the adjacent printing element substrates between the first to Nth printing element substrates is made substantially constant, and the change in the discharge amount in the nozzle array direction is a gentle curve. Arranged to draw.
このような構成の記録ヘッドは、図１６に示すようないわゆるシリアル駆動方式の記録装置に好適に適用される。なぜなら、このようなシリアル駆動方式で用いられる記録ヘッドでは、ある走査で記録された記録データのＮ番目の記録素子基板に対応する記録位置に、次の走査で記録された１番目の記録素子基板に対応する記録位置が隣接している。このため、１番目とＮ番目の各記録素子基板の吐出量がほぼ等しくされることで、この記録位置が隣接する部分の濃度ムラが抑えられる。また、１〜Ｎ番目の間のその他の記録素子基板も吐出量の差がほぼ一定にされ、吐出量が変化する曲線が緩やかになるように配置することで、全体の濃度ムラを低減した高品位な記録が行えるためである。 The recording head having such a configuration is preferably applied to a so-called serial drive type recording apparatus as shown in FIG. This is because, in such a recording head used in the serial drive method, the first recording element substrate recorded in the next scan at the recording position corresponding to the Nth recording element substrate of the recording data recorded in a certain scan The recording positions corresponding to are adjacent. For this reason, since the discharge amounts of the first and Nth recording element substrates are made substantially equal, density unevenness in a portion where the recording positions are adjacent to each other can be suppressed. Also, the other recording element substrates between the 1st and the Nth are arranged so that the difference in the ejection amount is substantially constant, and the curve in which the ejection amount changes is gradual, thereby reducing the overall density unevenness. This is because high quality recording can be performed.
もちろん、本実施形態の記録ヘッドは、フルライン方式にも適用可能なことは言うまでもない。 Of course, it goes without saying that the recording head of this embodiment can also be applied to a full-line system.
図４（ａ）に示す一例では、ノズル配列方向の中央付近の記録素子基板の吐出量が、ノズル配列方向の両側よりも大きくなるように、各記録素子基板が配置されている。逆に図４（ｂ）に示す一例では、ノズル配列方向の中央付近の記録素子基板の吐出量が小さくなるように配置されている。また、図４（ｃ）に示す一例では、ノズル配列方向の吐出量の変化がサイン波を描くように配置されている。これらの配置のどの構成が選択されてもよい。 In the example shown in FIG. 4A, the recording element substrates are arranged so that the ejection amount of the recording element substrate near the center in the nozzle arrangement direction is larger than both sides in the nozzle arrangement direction. On the other hand, in the example shown in FIG. 4B, the discharge amount of the recording element substrate near the center in the nozzle arrangement direction is arranged to be small. In the example shown in FIG. 4C, the change in the discharge amount in the nozzle arrangement direction is arranged to draw a sine wave. Any configuration of these arrangements may be selected.
また、本実施形態においても、吐出量を測定する代わりに、吐出口径などの測定を行って、その測定データに基づいて、各記録素子基板を配置することで、記録ヘッドの作製工程上、都合が良いことは言うまでもない。 Also in the present embodiment, instead of measuring the discharge amount, measurement of the discharge port diameter and the like are performed, and the respective recording element substrates are arranged based on the measurement data. Needless to say that is good.
最後に、上述した実施形態の記録ヘッドの製造方法について説明する。 Finally, a method for manufacturing the recording head of the above-described embodiment will be described.
図５は、本実施形態の記録ヘッドの製造装置を示すブロック図である。図５に示すように、記録素子基板をウエハー状態で、ノズル寸法測定ユニット部に供給する。このノズル寸法測定ユニット部では、ウエハー状態で供給された各記録素子基板の例えば吐出口径などの寸法が測定される。測定方法としては、光学系を用いて行われてもよく、レーザー顕微鏡などを用いて行われてもよい。また、パターンマッチング等の画像処理を用いても良い。どのような測定系を選択するかは、要求される測定精度、ノズルの形状、測定装置の製造費用などを考慮して決定されれば良い。 FIG. 5 is a block diagram showing a recording head manufacturing apparatus according to this embodiment. As shown in FIG. 5, the recording element substrate is supplied in a wafer state to the nozzle dimension measuring unit. In this nozzle dimension measuring unit, the dimensions of each recording element substrate supplied in a wafer state, such as the ejection port diameter, are measured. As a measuring method, an optical system may be used and a laser microscope or the like may be used. Further, image processing such as pattern matching may be used. The type of measurement system to be selected may be determined in consideration of the required measurement accuracy, the shape of the nozzle, the manufacturing cost of the measurement device, and the like.
ノズル寸法測定ユニット部で測定された各記録素子基板の測定データは、コントローラ部でコンピュータ処理される。コントローラ部では、測定寸法データに基づいて、同一のインクジェット記録ヘッドに使用する記録素子基板とその配列位置が決定される。配列位置は、第１の実施形態のように一端側から寸法が大きい順に並べられても良いし、第２の実施形態のような配列にされてもよい。 The measurement data of each recording element substrate measured by the nozzle dimension measuring unit is computer processed by the controller. In the controller unit, based on the measured dimension data, a recording element substrate used for the same inkjet recording head and its arrangement position are determined. The arrangement positions may be arranged in descending order from one end side as in the first embodiment, or may be arranged as in the second embodiment.
コントローラ部でコンピュータ処理、すなわち採用する複数の記録素子基板とそれらの配列位置が決定された後、次の組立ユニット部で組立が行われる。組立ユニット部では、ウエハーに形成されている記録素子基板（ウエハー状態）と、それを支持するプレートが供給される。そして、コントローラ部で決定された複数の記録素子基板とそれらの配列位置である情報に基づいて、複数の記録素子基板が配列され、プレート上に、各記録素子基板が順に位置決めされ、接着固定される。記録素子基板の配列工程は、ウエハー状態での記録素子基板をコントローラ部で決定された情報に基づいて、可動式の吸着フィンガーなどを用いてトレー等に移すことで行われる。また、位置決め工程は、記録素子基板に半導体工程などで高精度に形成された位置決めマークなどを使用し、画像処理等を用いて行われることで、更に高精度に位置決めすることが可能である。さらに、接着固定工程では、上述の紫外線硬化併用型の熱硬化接着剤などが用いられる。接着剤を塗布する方法としては、ターンテーブル上でスキージ等によって厚さの調整が行われた接着剤を、金属ブロックなどを用いて転写することによって塗布する方式が好ましい。 After the controller unit determines the computer processing, that is, the plurality of recording element substrates to be employed and their arrangement positions, the assembly is performed in the next assembly unit unit. In the assembly unit portion, a recording element substrate (wafer state) formed on the wafer and a plate for supporting it are supplied. Then, based on the information about the plurality of recording element substrates determined by the controller unit and their arrangement positions, the plurality of recording element substrates are arranged, and the recording element substrates are sequentially positioned on the plate and bonded and fixed. The The step of arranging the recording element substrates is performed by moving the recording element substrate in the wafer state to a tray or the like using a movable suction finger or the like based on information determined by the controller unit. Further, the positioning step can be performed with higher accuracy by using a positioning mark or the like formed on the recording element substrate with high accuracy by a semiconductor step or the like and using image processing or the like. Further, in the adhesive fixing step, the above-described ultraviolet curing combined type thermosetting adhesive or the like is used. As a method for applying the adhesive, a method in which the adhesive whose thickness is adjusted on the turntable by a squeegee or the like is transferred by using a metal block or the like is preferable.
上述したように、基板位置決め固定装置を用いることで、記録素子基板のノズル寸法測定から位置決め固定までの一連の工程を行うことが可能になり、製造効率が向上され、省スペース化、製造サイクルの短縮化を図ることができる。また、この基板位置決め固定装置を用いた製造方法によって製造された記録ヘッドによれば、濃度ムラが低減され高品位でかつ高速な記録を行うことが可能になる。 As described above, by using the substrate positioning and fixing device, it is possible to perform a series of steps from measuring the nozzle dimensions of the recording element substrate to positioning and fixing, improving the manufacturing efficiency, saving space, and reducing the manufacturing cycle. Shortening can be achieved. Further, according to the recording head manufactured by the manufacturing method using this substrate positioning and fixing device, density unevenness is reduced, and high-quality and high-speed recording can be performed.
なお、本発明は、一般的なプリント装置の他、例えば、複写機、通信システムを有するファクシミリ、プリント部を有するワードプロセッサ等の装置、あるいは、これらの装置を複合した多機能記録装置等に適用することができる。特に、高速かつ高画質な記録を行う記録装置に用いられて好適である。 The present invention is applied to, in addition to a general printing apparatus, for example, a copying machine, a facsimile having a communication system, a word processor having a printing unit, or a multifunction recording apparatus in which these apparatuses are combined. be able to. In particular, it is suitable for use in a recording apparatus that performs high-speed and high-quality recording.
Ｈ１０００ 記録ヘッド
Ｈ１００１ 記録素子ユニット
Ｈ１１００ 記録素子基板
Ｈ１１０２ 電気熱変換素子
Ｈ１１０５ ノズル
Ｈ１１０６ ノズル群
Ｈ１１０７ 発泡室
Ｍ４０００ インクジェット記録装置
Ｋ１０００ 被記録媒体
H1000 Recording head H1001 Recording element unit H1100 Recording element substrate H1102 Electrothermal conversion element H1105 Nozzle H1106 Nozzle group H1107 Foaming chamber M4000 Inkjet recording apparatus K1000 Recording medium
Claims (15)
前記各記録素子基板の平均吐出量の大きさの順に複数の前記記録素子基板が配置されていることを特徴とするインクジェット記録ヘッド。 In an inkjet recording head in which a plurality of recording element substrates in which a plurality of nozzles that eject ink and a plurality of recording elements that generate ejection energy are arranged are arranged along the nozzle arrangement direction,
An ink jet recording head, wherein a plurality of recording element substrates are arranged in the order of the average discharge amount of each recording element substrate.
Ｎ個の前記記録素子基板を備え、前記記録素子基板を一端側から順に１番目からN番目としたときに、１番目とN番目の前記記録素子基板の各平均吐出量がほぼ等しく、１からN番目の前記記録素子基板間でそれぞれ隣接する前記各記録素子基板の平均吐出量の差がほぼ一定にされていることを特徴とするインクジェット記録ヘッド。 In an inkjet recording head in which a plurality of recording element substrates in which a plurality of nozzles that eject ink and a plurality of recording elements that generate ejection energy are arranged are arranged along the nozzle arrangement direction,
N recording element substrates are provided, and when the recording element substrates are first to Nth in order from one end side, the average discharge amounts of the first and Nth recording element substrates are substantially equal. An inkjet recording head, wherein the difference between the average ejection amounts of the recording element substrates adjacent to each other between the Nth recording element substrates is substantially constant.
前記各記録素子基板の平均発泡室高さの順に複数の前記記録素子基板が配置されている請求項１または２に記載のインクジェット記録ヘッド。 Each recording element substrate has a plurality of foaming chambers each provided with a plurality of recording elements,
The inkjet recording head according to claim 1, wherein a plurality of the recording element substrates are arranged in the order of the average foaming chamber height of each recording element substrate.
前記各記録素子基板の平均発泡室体積の順に複数の前記記録素子基板が配置されている請求項１または２に記載のインクジェット記録ヘッド。 Each recording element substrate has a plurality of foaming chambers each provided with a plurality of recording elements,
The ink jet recording head according to claim 1, wherein a plurality of the recording element substrates are arranged in the order of the average foaming chamber volume of each recording element substrate.
前記各記録素子基板上は、前記ノズルの形成工程でフォトリソグラフィ技術によって形成された前記ノズルと共にノズル形成材で形成されたダミーパターンを有し、前記ダミーパターンの形状寸法の大きさ順に複数の前記記録素子基板が配置されていることを特徴とするインクジェット記録ヘッド。 In an inkjet recording head in which a plurality of recording element substrates in which a plurality of nozzles that eject ink and a plurality of recording elements that generate ejection energy are arranged are arranged along the nozzle arrangement direction,
Each of the recording element substrates has a dummy pattern formed of a nozzle forming material together with the nozzle formed by a photolithography technique in the nozzle forming step, and a plurality of the dummy patterns are arranged in order of size. An ink jet recording head comprising a recording element substrate.
前記インクジェット記録ヘッドを前記ノズル配列方向と異なる方向に、被記録媒体に対して相対的に主走査させながら、被記録媒体上にインクを吐出し、該主走査毎に前記インクジェット記録ヘッドと前記被記録媒体とを相対的に前記ノズル配列方向に副走査することによって記録を行うインクジェット記録装置。 An ink jet recording head according to any one of claims 1 to 9, comprising:
While the ink jet recording head is main-scanned relative to the recording medium in a direction different from the nozzle arrangement direction, ink is ejected onto the recording medium, and the ink-jet recording head and the target are scanned every main scanning. An ink jet recording apparatus that performs recording by performing sub-scanning relative to a recording medium in the nozzle arrangement direction.
複数の前記記録素子基板の吐出口径、前記発泡室の高さ、前記発泡室の体積、または前記ダミーパターンの形状寸法の少なくとも１つの寸法を測定する寸法測定ユニット部と、
前記寸法測定ユニット部が測定した測定データに基づいて、同一のインクジェット記録ヘッドに使用する複数の前記記録素子基板とその配列位置を決定するコントローラ部と、
前記コントローラ部で決定された情報に基づいて、前記各記録素子基板を配列し、位置決め固定する組立ユニット部とを備えるインクジェット記録ヘッドの製造装置。 A plurality of recording element substrates in which a plurality of nozzles for ejecting ink, a plurality of recording elements for generating ejection energy, and a plurality of foaming chambers each provided with a plurality of the recording elements are arranged along the nozzle arrangement direction An ink jet recording head manufacturing apparatus having a dummy pattern formed on a nozzle forming material together with the nozzles by photolithography technology on each recording element substrate,
A dimension measuring unit for measuring at least one dimension of a plurality of ejection element diameters of the recording element substrates, a height of the foaming chamber, a volume of the foaming chamber, or a shape dimension of the dummy pattern;
Based on the measurement data measured by the dimension measurement unit, a plurality of the recording element substrates used for the same inkjet recording head and a controller unit for determining the arrangement position thereof,
An apparatus for manufacturing an ink jet recording head, comprising: an assembly unit section that arranges, positions and fixes the recording element substrates based on information determined by the controller section.
複数の前記記録素子基板の吐出口径、前記発泡室の高さ、前記発泡室の体積、または前記ダミーパターンの形状寸法の少なくとも１つの寸法を測定する寸法測定工程と、
前記寸法測定工程で測定された測定データに基づいて、同一の前記インクジェット記録ヘッドに使用する複数の前記記録素子基板とその配列位置をコントローラ部で決定する工程と、
前記コントローラ部で決定された情報に基づいて、前記各記録素子基板を配列し、位置決めして固定する組立工程とを備えるインクジェット記録ヘッドの製造方法。 A plurality of recording element substrates in which a plurality of nozzles for ejecting ink, a plurality of recording elements for generating ejection energy, and a plurality of foaming chambers each provided with a plurality of the recording elements are arranged along the nozzle arrangement direction Each of the recording element substrates is a method of manufacturing an ink jet recording head having a dummy pattern formed of a nozzle forming material together with the nozzles by photolithography technology,
A dimension measuring step for measuring at least one dimension of a plurality of ejection element diameters of the recording element substrates, a height of the foaming chamber, a volume of the foaming chamber, or a shape dimension of the dummy pattern;
Based on the measurement data measured in the dimension measurement step, a step of determining a plurality of the recording element substrates used in the same inkjet recording head and the arrangement position thereof by a controller unit;
An inkjet recording head manufacturing method comprising: an assembly step of arranging, positioning, and fixing the recording element substrates based on information determined by the controller unit.
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