JP2007283632A - Inkjet recording head and inkjet recorder - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は,被記録材に、インクを吐出口から噴射してインク液滴を形成するインクジェット記録ヘッドに関するものである。 The present invention relates to an ink jet recording head that forms ink droplets by ejecting ink from a discharge port onto a recording material.
インクジェット記録装置は、いわゆるノンインパクト記録方式の記録装置である。高速な記録と様々な記録メディアに対して記録することが可能であり、記録時における騒音がほとんど生じないといった特徴を持つ。このようなことから、プリンタ、ワードプロセッサ、ファクシミリ、複写機などの記録機構を担う装置として広く採用されている。 The ink jet recording apparatus is a so-called non-impact recording type recording apparatus. High-speed recording and recording on various recording media are possible, and there is a feature that noise during recording hardly occurs. For this reason, it is widely adopted as a device that bears a recording mechanism such as a printer, a word processor, a facsimile machine, and a copying machine.
インクジェット記録は、微小な吐出口から微小な液滴を吐出させ、記録紙に対し記録を行うこともので、代表的な方法としては電気熱変換素子を用いた方法がある。このようなインクジェット記録は、一般に液滴を形成するためのノズルを持つインクジェット記録ヘッドと、このヘッドに対してインクを供給する供給系とから構成される。電気熱変換素子を用いたインクジェット記録ヘッドでは、電気熱変換素子を加圧室内に設け、これに記録信号となる電気パルスを与えることにより記録液に熱エネルギーを与え、そのときの記録液の相変化により生じる記録液の発泡(沸騰)時の気泡圧力を記録液滴の吐出に利用する。 Inkjet recording is a method in which minute droplets are ejected from minute ejection ports and recording is performed on a recording paper. A typical method is a method using an electrothermal conversion element. Such ink jet recording is generally composed of an ink jet recording head having nozzles for forming droplets and a supply system for supplying ink to the head. In an ink jet recording head using an electrothermal conversion element, an electrothermal conversion element is provided in a pressurizing chamber, and an electric pulse serving as a recording signal is applied thereto to give thermal energy to the recording liquid. The bubble pressure at the time of foaming (boiling) of the recording liquid caused by the change is used for ejecting recording droplets.
上記のような電気熱変換方式を用いたインクジェット記録ヘッドの場合、電気熱変換素子が配列された基板に対して平行に記録液を吐出させる方式(エッジシューター)と電気熱変換素子が配列された基板に対して垂直に記録液を吐出させる方式(サイドシューター)がある。以下、サイドシューターを例に挙げ、インクジェット記録ヘッドの具体的な構成について説明する。 In the case of an ink jet recording head using the electrothermal conversion system as described above, a system (edge shooter) in which a recording liquid is ejected in parallel to the substrate on which the electrothermal conversion elements are arranged and the electrothermal conversion elements are arranged. There is a method (side shooter) in which the recording liquid is ejected perpendicularly to the substrate. Hereinafter, a specific configuration of the ink jet recording head will be described by taking a side shooter as an example.
図6はサイドシューターの記録ヘッドの斜視図、図7は同記録ヘッドの平面図である。図7(a)は同記録ヘッドのインク吐出方向から見た上面図、図7(b)および(c)はそれぞれ、図7(a)のA-A断面、B-B断面の図である。 FIG. 6 is a perspective view of the recording head of the side shooter, and FIG. 7 is a plan view of the recording head. FIG. 7A is a top view of the recording head as viewed from the ink ejection direction, and FIGS. 7B and 7C are cross-sectional views taken along lines AA and BB in FIG. 7A, respectively.
記録素子基板201の中央付近の表面側にはインクを吐出するための吐出口202が複数開口しており、各々の吐出口に対応してインクを発泡させるための不図示の加熱ヒーターが記録素子基板201上に形成されている。
A plurality of
加熱ヒーターからの電気配線は、加熱ヒーターを駆動するためのトランジスタ回路に接続される。このトランジスタ回路は、記録素子基板上に作り込む方法と、別体に作り込んだ素子を記録素子基板に実装する方法とが知られている。通常、加熱ヒーターの個数が比較的少ない記録素子基板201においては、記録素子基板201上にトランジスタ回路を作り込む方法が一般的であるが、印字幅を広げる目的で、比較的多数個の加熱ヒーターを配設した記録素子基板においては、トランジスタ回路を作り込む構成では記録素子基板の歩留まりの大幅な低下を招くため、トランジスタ回路を別体に作り込んだ素子を記録素子基板に実装する方法の方が、歩留まり上、有利である。図6、7には、トランジスタ回路を別体の駆動素子205に作り込んだものを実装した従来例を示している。
Electrical wiring from the heater is connected to a transistor circuit for driving the heater. There are known a method of fabricating this transistor circuit on a recording element substrate and a method of mounting a separately fabricated element on a recording element substrate. Usually, in the
図6、7においては、加熱ヒーターからの配線は、後述するスルーホールを介して多層配線され各々、記録素子基板201上の駆動素子205実装部にのびており、ここに実装された駆動素子に電気的に接続されている。駆動素子205は異方性導電フィルムや、半田バンプ等によるCOB(chip on board)接続方法により、記録素子基板201に接続されている。また、駆動素子205には、トランジスタ回路の他にトランジスタを駆動するためのロジック回路が搭載されており、そのロジック回路を駆動する信号は、記録素子基板201を介してフレキシブルフィルム206に接続される。さらにフレキシブルフィルム206は、ガラスエポキシ等の複合材料からなる回路基板207に接続され、回路基板207には、外部から電気的信号を入力するための電気コネクタ208が搭載されている。
In FIGS. 6 and 7, the wiring from the heater is multilayered via through-holes to be described later, and each extends to the
駆動素子205およびフレキシブルフィルム206の電気的接続部は、電極部が露出すると、吐出口から飛散した液滴もしくは紙上より跳ね返ったインクが電極に付着して電極やその下地金属を腐食するため、該電極部はエポキシ樹脂等の封止性、イオン遮断性に優れた不図示の封止剤により被覆され、封止されている。
When the electrode portion is exposed, the electrical connection portion of the
ここで、図8は記録ヘッドの吐出口近傍の平面図である。図8(a)は同記録ヘッドのインク吐出方向から見た上面図、図8(b)は、図8(a)のA-A断面の図である。 Here, FIG. 8 is a plan view of the vicinity of the ejection opening of the recording head. FIG. 8A is a top view of the recording head viewed from the ink discharge direction, and FIG. 8B is a cross-sectional view taken along the line AA of FIG. 8A.
記録素子基板201上の吐出圧発生素子204とインク供給口203との間にスルーホール217が設けられ不図示の電極を通じて前記駆動素子201の出力端子および共通電極に電気的に接続されている。
A through
記録素子基板201及び、その裏面に配置するベースプレート211には、支持部材212に形成された共通液室210から供給されるインクを導くためのインク供給口203が吐出口列の長さとほぼ等しい長さで開口している。インク供給口203の開口手段は、レーザー、サンドブラスト等による機械加工や、記録素子基板201が単結晶シリコンの場合にはアルカリ溶液による異方性エッチング等を用いることが出来る。
In the
共通液室210は、さらにインク供給チューブ214に連通しており、インク吐出時には、インクジェット記録ヘッド外部の不図示のインクタンクからインクの供給を受ける構成になっている。
The common
一般的には、このような構成のインクジェット記録ヘッドを、インクの吐出を行いながら紙などの被記録材に対して走査して印字を行うインクジェット記録装置が広く知られているが、図9に示すように、印字幅の長いヘッドを被記録材を搬送する搬送ベルトの上に固定し、被記録材を走査することで印字を高速に行うことのできるインクジェット記録装置も従来知られている。図9に示したインクジェット記録装置の例では、紙幅一杯の印字幅をもつインクジェット記録ヘッドを4本並べ、そのそれぞれにイエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの4色のインクを吐出させることによって、フルカラー印字を行うものである。 In general, an ink jet recording apparatus that performs printing by scanning an ink jet recording head having such a configuration with respect to a recording material such as paper while discharging ink is widely known. As shown, an inkjet recording apparatus that can perform printing at high speed by fixing a head having a long print width on a conveyance belt that conveys a recording material and scanning the recording material has been conventionally known. In the example of the ink jet recording apparatus shown in FIG. 9, four ink jet recording heads having a full paper width are arranged and full color printing is performed by ejecting four colors of ink of yellow, magenta, cyan, and black. Is to do.
しかしながら,上記に示したインクジェット記録ヘッドおよびインクジェット記録装置には、以下に示す2つの問題点があった。 However, the ink jet recording head and the ink jet recording apparatus described above have the following two problems.
1つ目の問題点は、記録素子基板201の強度が低いことである。強度低下の要因は記録素子基板201に印字幅の長さのインク供給口203を開口しなければならないためである。このような構成では、記録素子基板201が長尺化するにつれ、強度が著しく低下し、製造途中や、使用中の操作において、記録素子基板201が容易に破損してしまう。
The first problem is that the strength of the
2つ目は、ノズル材215で形成されるオリフィスプレートの、インク供給口203の直上に相当する部位が、大きく凹むか、または突出し、印字品位に悪影響を与えることである。この部位はインク供給口203の直上ゆえに、記録素子基板201に対して支持されておらず、厚さ数μm〜数十μmのノズル材215で構成されているため、印字中の発熱や、環境条件により、共通液室側210側に凹むか、あるいは記録液飛翔方向に突出してしまう。この変形は吐出口202の形状も変形させるため、記録液の飛翔方向が定まらず、出力画像の品位低下につながる。
Second, a portion of the orifice plate formed of the
上記の課題に対し、図10に示すように、インク供給口内に梁を設けて、課題を解決する方法が考案されている。図10は記録ヘッドの吐出口近傍の平面図である。図10(a)は同記録ヘッドのインク吐出方向から見た上面図、図10(b)は、図10(a)のA-A断面の図、図10(c)は、図10(a)のB-B断面の図である。 As shown in FIG. 10, a method has been devised to solve the above problem by providing a beam in the ink supply port. FIG. 10 is a plan view of the vicinity of the ejection opening of the recording head. 10A is a top view of the recording head as viewed from the ink discharge direction, FIG. 10B is a cross-sectional view taken along the line AA in FIG. 10A, and FIG. 10C is the view in FIG. It is a figure of BB cross section.
すなわち、図10に示すように、インク供給口203内に梯子状に梁218を形成し、記録素子基板201の強度を保ち、かつ梁218によってオリフィスプレートを形成しているノズル剤215を支持して印字品位の悪化を防ぐインクジェット記録ヘッドが開発されている。
That is, as shown in FIG. 10, a
従来例としては、例えば特許文献1と特許文献2をあげることが出来る。
しかしながら,上記に示したインクジェット記録ヘッドおよびインクジェット記録装置には、以下に示す問題点があった。 However, the ink jet recording head and the ink jet recording apparatus described above have the following problems.
すなわち、インクジェット記録装置における、印刷スピードの向上には、各々の記録素子及び圧力室における、インクの吐出から再充填に要する時間を短くしなければならない。 That is, in order to improve the printing speed in the ink jet recording apparatus, it is necessary to shorten the time required from ink ejection to refilling in each recording element and pressure chamber.
しかし、共通液室内に前記梁を形成することにより、梁が形成された位置に相当する一部の圧力室において、共通液室までの流路長が冗長になり、記録液に対する流抵抗が増大してしまう。結果、前記梁が設置された部位において、局所的に記録液の再充填時間が長くなり、該部の印字品位の劣化や印刷スピードが低下してしまう。 However, by forming the beam in the common liquid chamber, in some pressure chambers corresponding to the position where the beam is formed, the flow path length to the common liquid chamber becomes redundant and the flow resistance to the recording liquid increases. Resulting in. As a result, at the portion where the beam is installed, the refill time of the recording liquid is locally increased, and the print quality of the portion is deteriorated and the printing speed is lowered.
上記課題に対して、本発明では、共通液室内の前記梁部近傍の吐出圧発生素子204および吐出口202を前記インク供給口側に近づけて配置することにより、記録液を前記圧力室216に再充填する際の吐出口までの流抵抗をそれ以外の圧力室と同等あるいは緩和し、記録液の再充填時間を短くすることによって、印字向上を図るものである。
In the present invention, the recording liquid is placed in the
また、前記吐出圧発生素子204の給電電極(不図示)およびスルーホールの少なくとも一部を前記梁上に形成することにより前記吐出圧発生素子204および前記吐出口202を前記インク供給口側に移動を実現するものである。
Also, the discharge
本発明は、以上説明してきたように、インクジェット記録ヘッドの記録素子基板の機械的強度を向上させ、印字品位を高品位に保つための構造を維持しつつ、印字スピードの向上をも図ることが出来るものである。 As described above, the present invention improves the mechanical strength of the recording element substrate of the ink jet recording head and maintains the structure for keeping the print quality high, while also improving the printing speed. It is possible.
なお、以上の説明は、全て、サイドシューターのバブルジェット(登録商標)方式の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について行ってきたが、もちろん、エッジシューター方式のインクジェット記録ヘッドや、ピエゾ方式のインクジェット記録ヘッドにも、本発明は適用でき、その効果は上記説明と何ら変わりないものである。また、本発明は、搭載する記録素子基板の枚数や、その印字幅にも制限はなく、任意の印字幅を設定しても本発明の効果は同様に得られるものである。 The above description has been made for all of the side shooter bubble jet (registered trademark) inkjet recording head and inkjet recording head. Of course, the edge shooter inkjet recording head and the piezo inkjet recording head are used. In addition, the present invention can be applied, and the effect is not different from the above description. In the present invention, the number of recording element substrates to be mounted and the print width thereof are not limited, and the effects of the present invention can be similarly obtained even when an arbitrary print width is set.
図1から図5は本発明の第1の実施例のインクジェット記録ヘッドを説明するための図であり、図1は本発明のインクジェット記録ヘッドの模式的斜視図、図2(a)は同ヘッドの上面平面図、図2(b)は図2(a)のA-A断面における断面図、図2(c)は、図2(a)のB-B断面における断面図、図3は同ヘッドのインク吐出機構を模式的に示した断面図、図4(a)は同ヘッドの吐出口近傍の上面平面図、図4(b)は図4(a)のA-A断面における断面図、図4(c)は、図4(a)のB-B断面における断面図、図4(d)は、図4(a)のC-C断面における断面図、図5はインクジェット記録装置の模式的斜視図である。 FIGS. 1 to 5 are views for explaining an ink jet recording head according to a first embodiment of the present invention. FIG. 1 is a schematic perspective view of the ink jet recording head of the present invention, and FIG. 2B is a cross-sectional view of the AA cross section of FIG. 2A, FIG. 2C is a cross-sectional view of the BB cross section of FIG. 2A, and FIG. 4A is a cross-sectional view schematically showing the mechanism, FIG. 4A is a top plan view in the vicinity of the ejection port of the head, FIG. 4B is a cross-sectional view in the AA section of FIG. 4A, and FIG. FIG. 4A is a cross-sectional view taken along the line BB in FIG. 4A, FIG. 4D is a cross-sectional view taken along the line CC in FIG. 4A, and FIG. 5 is a schematic perspective view of the ink jet recording apparatus.
図1において、本発明のインクジェット記録ヘッドは、記録素子基板201の中央付近の表面側にインクを吐出するための吐出口202が複数開口しており、この吐出口202から吐出されるインク滴によって記録を行うものである。
In FIG. 1, the inkjet recording head of the present invention has a plurality of
図2および図3に示すように、記録素子基板201上には、各々の吐出口202に対応して加熱ヒーター204が形成されており、この加熱ヒーター204に通電加熱してインクを発泡させ、その運動エネルギで記録液であるインクを吐出口202から吐出させる。
As shown in FIGS. 2 and 3, a
加熱ヒーター204からの電気配線は、各々、記録素子基板201上の駆動素子205実装部にのびており、ここに実装された駆動素子に電気的に接続されている。駆動素子205は異方性導電フィルムを介してCOB(chip on boad)接続方法により、記録素子基板201に接続されている。また、駆動素子205には、トランジスタ回路の他にトランジスタを駆動するためのロジック回路が搭載されており、そのロジック回路を駆動する信号は、記録素子基板201を介してフレキシブルフィルム206に接続される。さらにフレキシブルフィルム206は、ガラスエポキシ等の複合材料からなる回路基板207に接続され、回路基板207には、外部から電気的信号を入力するための電気コネクタ208が搭載されている。
The electrical wiring from the
駆動素子205およびフレキシブルフィルム206の電気的接続部は、電極部が露出すると、吐出口から飛散した液滴もしくは紙上より跳ね返ったインクが電極に付着して電極やその下地金属を腐食するため、該電極部は封止性、イオン遮断性に優れた不図示のシリコン樹脂封止剤により被覆され、封止されている。
When the electrode portion is exposed, the electrical connection portion of the
記録素子基板201及び、その裏面に配置するベースプレート211には、支持部材212に形成された共通液室210から供給されるインクを導くためのインク供給口203が吐出口列の全域に渡って梁218で梯子状に分割されて複数開口している。インク供給口203の開口手段は、レーザー、サンドブラスト等による機械加工や、記録素子基板201が単結晶シリコンの場合にはアルカリ溶液による異方性エッチング等を用いることが出来る。
In the
共通液室210は、記録素子基板201に対して連通しており、さらにインク供給チューブ214にも連通している。インク吐出時には、インクジェット記録ヘッド外部の不図示のインクタンクから、このインク供給チューブ214を通じてインクの供給を受ける構成になっている。
The
図4に示すように、加熱ヒーター204からの給電電極(不図示)の一方は、前記記録素子基板201上の前記インク供給口203の反対側に設けられた駆動素子205の実装部の出力側に接続されており、他の一方は、前記記録素子基板201上の前記インク供給口203側に設けられたスルーホール217を介して多層配線され、折り返されて前記駆動素子205の共通電極に接続されている。
As shown in FIG. 4, one of the power supply electrodes (not shown) from the
以下本発明の主旨である、
共通液室内の前記梁部近傍の吐出圧発生素子204、吐出口202および圧力室216が、他の部位に対して前記インク供給口側に近づけて配置されており、記録液を前記圧力室216に再充填する際の吐出口までの流抵抗が、他の部位と同等あるいは、少なくとも緩和される構成になっている。
The gist of the present invention is as follows:
The discharge
また、前記吐出圧発生素子204の給電電極(不図示)およびスルーホールが前記梁上に形成されている。
In addition, a feeding electrode (not shown) and a through hole of the discharge
図5は、インクジェット記録装置の模式的斜視図である。本実施例のインクジェット記録装置には、記録ヘッド220が4本搭載されており、その各々に、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの各色のインクが注入されており、これら4本のヘッドを用いて印字することで、フルカラーの印字を実現するものである。 FIG. 5 is a schematic perspective view of the ink jet recording apparatus. The ink jet recording apparatus of this embodiment is equipped with four recording heads 220, and each of them is injected with ink of each color of yellow, magenta, cyan, and black, and these four heads are used. By printing, full color printing is realized.
記録ヘッド220の下には、記録ヘッド220のノズル列配列方向(記録素子基板201の配列方向と一致する)に垂直な方向に被記録材302を搬送させることができるよう、被記録材搬送ベルト301が設けられている。
Under the
本発明は、このような構成にすることにより、記録素子基板の強度を上げながらも、記録液の再充填時間を短くすることが可能であるため、印字速度を向上させることが出来る。 According to the present invention, the printing speed can be improved because the refilling time of the recording liquid can be shortened while increasing the strength of the recording element substrate.
201 記録素子基板
202 吐出口
203 インク供給口
204 加熱ヒーター
205 駆動素子
206 フレキシブルフィルム
207 回路基板
208 電気コネクタ
210 共通液室
211 ベースプレート
212 支持部材
213 前面プレート
214 インク供給チューブ
215 ノズル材
216 圧力室
217 給電電極のスルーホール
218 梁
220 記録ヘッド
301 被記録材搬送ベルト
302 被記録材
201
Claims (2)
該複数個の吐出圧発生素子に記録液を供給するためのインク供給口が、該記録素子に貫通して列状に形成され、
該インク供給口内に、一個以上の梁構造が形成されているインクジェット記録ヘッドにおいて、前記梁部近傍の前記吐出口および前記吐出圧発生素子を前記インク供給口側に近づけて配置したことを特徴とする、インクジェット記録ヘッド。 A recording liquid discharge port and a pressurizing chamber for discharging a recording liquid to a recording material, and a recording element substrate in which a plurality of discharge pressure generating elements for applying kinetic energy to the recording liquid are provided in a row. Have
Ink supply ports for supplying a recording liquid to the plurality of ejection pressure generating elements are formed in a row through the recording elements,
In the ink jet recording head in which one or more beam structures are formed in the ink supply port, the discharge port and the discharge pressure generating element in the vicinity of the beam portion are arranged close to the ink supply port side. An inkjet recording head.
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