JP3563883B2 - Ink jet head and substrate for ink jet head - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、インクジェットヘッド及びインクジェットヘッド用基板に関する。
【0002】
【従来の技術】
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。すなわち、高速であり且つ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、更に記録時における騒音がほとんど生じない特徴を有することから、プリンタ、ワードプロセッサ、ファクシミリ、複写機等の記録機構を担う装置として広く採用されている。
【0003】
このインクジェット記録の代表的な方法としては、電気熱変換素子を用い、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ものがある。
【0004】
このようなインクジェット記録に用いられるインクジェットヘッドは、一般に液滴を形成するためのインク射出器と、このインク射出器に対してインクを供給する供給系から構成される。例えば、電気熱変換素子を用いたインクジェットヘッドは、電気熱変換素子が加圧室内に設けられ、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、その時の記録液の相変化より生じる記録液の発泡時、すなわち沸騰時の気泡圧力を記録液滴の吐出に利用する構成となっている。
【0005】
インクジェット記録は上述したような優れた記録方式であるが、その記録画像がインクジェットヘッドの温度に依存してしまう問題がある。例えば、吐出量はヘッドの温度によって変化し、具体的には環境温度が高いと吐出量が大きくなるという現象が起こる。この問題は以前から知られており、印字中のヘッドの昇温により印字開始時と印字途中でのヘッド温度に差が生じるため、吐出量の差から生じた印字濃度ムラが起きる。この問題に対し、従来とられていた解決手段は、ヘッド温度を検知する手段、例えばダイオードセンサーを1個ないし複数個インクジェットヘッドに設け、この検出手段から受け取った温度に関する情報を参照してヘッド温度をある点まで上げるという手法や、一回の記録液吐出の直前に記録液が吐出しない程度のごくエネルギーの小さいパルスを複数与えることにより、電気熱変換素子近傍の記録液の温度を制御する手法が提案されていた。
【0006】
このような温度調整に関する技術的手法は、インクジェットヘッドが均一の温度であること、換言すれば同一ヘッド内で温度センサー近傍の温度と遠方の温度とがほぼ等しいことを前提にして提案されている。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図8に示されているように基板の背面にあるインクタンクからインクを供給するような場合、インク供給口によっては複数列ある電気熱変換素子の列が互いに熱的に隔たれており、一方の列にある電気熱変換素子から発生した熱が他方の列側に伝わりにくい。図9は従来のインクジェットヘッドの素子基板全体の平面図である。電気熱変換素子1を配置した基板4は、普通、熱伝導性の良いSiできているが、図9から解るように、A部で発生した熱はP部およびP’部を介さなければB部に伝わらない。すなわち、A部→B部への熱伝導性が悪いために、インクジェットヘッド内に熱の偏りが生じやすい。
【0008】
インクジェットヘッドの場合、印加パルスによる電気エネルギーは、電気熱変換素子によって熱エネルギーに変換される。この熱エネルギーは、インク液滴の吐出の運動エネルギーに変換される以外に、大気や記録液へ放熱されたりインクジェットヘッド上に残留する。インクジェットヘッド上に残留した熱は、そのまま放置しておけばいずれは大気に放熱されるが、高周波数の電気パルスを電気熱変換素子に連続的に加えてインク液滴を吐出させる、通常の印字下では事情が異なる。残留した熱が放熱されるまでに費やされる緩和時間は、吐出の周期よりも長いために、インクジェットヘッド上に蓄熱され、インクジェットヘッドは自己昇温する。このインクジェットヘッド上に残留した熱は以下の理由で問題となる。
【0009】
すなわち、第一に、インクジェットヘッドの全体的な問題として、ヘッドが熱を帯びると吐出量が変化し、そのため印字開始時点と印字終了間際とでの記録濃度に差が生じてしまうことである。第二に、インクジェットヘッドの局所的な問題として、電気熱変換素子に与える記録信号、すなわち電気パルスは、通常の記録を行えば異なるインクジェット記録素子間で吐出の頻度やタイミングにバラつきが生じるが、この吐出頻度やタイミングのバラつきは、上述のインクジェットヘッド上に残留した熱のために、インクジェットヘッド上の温度分布ムラとなって現れることである。インクジェットヘッド上で温度分布にムラが生じた場合、そのインクジェットヘッドを構成している各インクジェット記録素子間で記録液の吐出量や吐出速度の変動が起きるため、局所的な記録画像の記録濃度ムラによる画質の低下が生じる。
【0010】
前記の温度調整に関する従来例では上記の第一の問題は解決できるが、第二の問題は各ノズル列についての温度情報が必要であるため解決できない。
【0011】
そこで本発明の目的は、上記の第二の問題を解決するものであり、吐出後の熱をインクジェットヘッド内に分散させ、ヘッド全体が温度ムラの少ない均一な温度となるようにし、濃度ムラの少ない出力が得られるインクジェットヘッド、該ヘッド用基板、インクジェットカートリッジ及びインクジェット装置を提供することにある。
【0012】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、上記の目的を達成するために種々の検討を重ねた結果、本発明を完成した。
【0013】
第1の発明は、インクを吐出する吐出口が設けられ、該吐出口からインクを吐出するために利用される熱エネルギーを発生する複数の電気熱変換体からなる列が複数並んで設けられた基板であって該複数の列の間に該列の長さに対応してインクの供給口が設けられた基板を有するインクジェットヘッドであって、前記複数の列が設けられた前記基板の部分同士が、前記基板の熱伝導率より大きい熱伝導率を有する部材によって連結されていることを特徴とするインクジェットヘッドに関する。
【0014】
第2の発明は、前記部材が金属材料からなる第1の発明のインクジェットヘッドに関する。
【0015】
第3の発明は、前記基板がSiからなる第1又は第2の発明のインクジェットヘッドに関する。
【0017】
の発明は、前記部材が、前記供給口全体を覆うように前記基板に直付けされたフィルターである第1、第2又は第3の発明のインクジェットヘッドに関する。
【0018】
の発明は、共通の前記基板に、それぞれ異なるインクが供給される複数の前記供給口が設けられた第1〜第のいずれかの発明のインクジェットヘッドに関する。
【0019】
の発明は、インクを吐出するために利用される熱エネルギーを発生する複数の電気熱変換体からなる列が複数並んで設けられ、該複数の列の間に該列の長さに対応してインクの供給口が設けられたインクジェットヘッド用基板であって、前記複数の列が設けられた前記基板の部分同士が、前記基板の熱伝導率より大きい熱伝導率を有する部材によって連結されていることを特徴とするインクジェットヘッド用基板に関する。
【0020】
の発明は、前記部材が金属材料からなるの発明のインクジェットヘッド用基板に関する。
【0027】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を挙げて詳細に説明する。
【0028】
インク供給口によって互いに隔てられた電気熱変換素子列が設けられた基板の部分同士を連結する材料は、基板を構成する材料とほぼ同じか或いはそれ以上の熱伝導率を有する材料であることが必要である。このような材料としては、一般に基板として用いられるSi等の有する熱伝導率(Siの熱伝導率は0℃で168W・m−1・K−1、常温で800W・m−1・K−1である)と同程度の、一般的には常温で800W・m−1・K−1以上、より好ましくは1000W・m−1・K−1以上の熱伝導率を有する材料が用いられる。
【0029】
上記の熱伝導率を有する材料を用いて、インク供給口によって互いに隔てられた電気熱変換素子列が設けられた基板の部分同士を1ヶ所以上連結する具体的方法としては、インクジェットヘッド上の温度ムラを分散し均一化する機能を有する形態であればどのようなものでも差支えないが、例えば後述する実施例1で採用する図1及び図2に示したインクジェットヘッドの基板のように、電気熱変換素子列の間を結ぶ1個ないし複数個のブリッジ状の連結部分6であってもよい。
【0030】
また、後述する実施例2で採用する図4及び図5に示した金属製記録液フィルター8であってもよい。このような金属製記録液フィルターは、電気熱変換素子が配列されている基板に直付けすることが好ましく、これによって本発明の目的がより確実に達成される。用いられる金属材料としては、前記の熱伝導率を有する金属材料が好適なものとして挙げることができるが、これに加えて、インク等で腐蝕されない材料であることが望ましい。具体的には、金、イリジウム・タングステン等の合金製の材料が好ましい。
【0031】
図11は、本発明のインクジェットヘッドとヘッドへ供給されるインクを貯溜するインク室102が設けられたインクタンク101とを一体化したインクジェットカートリッジを示す斜視図である。ヘッドとインクタンクとは、着脱自在に一体化されていてもよいし、着脱困難に固定されて一体化されていてもよい。基板4の端部上には、電気熱変換素子に電気エネルギーを供給するための端子9が設けられており、装置側の端子との電気的な接続がなされている。
【0032】
本発明のインクジェットへッドを着脱自在に搭載するインクジェット装置の一例を以下に説明する.図12は、本実施形態のインクジェット装置の概略的構成を説明するための部分断面斜視図である。
【0033】
図12において参照符号200は上述のインクジェットヘッドを着脱自在に装着するためのキャリッジである。本例におけるインクジェットヘッドは、インクの色の種類に応じて4種類装着され、各ヘッドは、イエローインクのタンク201Y、マゼンタインクのタンク201M、シアンインクのタンク201C、ブラックインクのタンク201Bと共にキャリッジ200上に搭載されている。
【0034】
キャリッジ200は、ガイドシャフト202に支持され、モータ203により順方向または逆方向に駆動される無端ベルト204によってガイドシャフト202上を矢印A方向に往復移動可能とされる。無端ベルト204はプーリ205と206間に巻回されている。
【0035】
被記録媒体としての記録紙Pは、矢印A方向に直交する矢印B方向に間欠的に搬送される。記録紙Pは上流側の一対のローラユニット207、208と、下流側の一対のローラユニット209、210とにより、扶持され、一定の張力を印加され、へッドに対する平面性を確保しながら搬送される。各ローラユニットに対する駆動力の付与は駆動部211により行われるが、前述の駆動モータを利用して上記ローラユニットを駆動する構成としてもよい。
【0036】
キャリッジ200は、記録開始時または記録中に必要に応じてホームポジションに停止する。このポジションには、各へッドの吐出口面をキャップするキャップ部材212が設けられ、このキャップ部材212には、吐出口面の吐出口に対して強制的に吸引して吐出口内の目詰まりを防止するための吸引回復用ポンプ(図示略)が接続されている。
【0037】
図13は、本発明のインクジェットヘッドを適用したインクジェット装置である記録装置を動作させるための装置全体のブロック図である。
【0038】
記録装置は、ホストコンピュータ300より印字情報を制御信号として受ける。印字情報は印字装置内部の入出力インタフェイス301に一時保存されると同時に、記録装置内で処理可能なデータに変換され、ヘッド駆動信号供給手段を兼ねるCPU302に入力される。
【0039】
CPU302はROM303に保存されている制御プログラムに基づき、CPU302に入力されたデータをRAM304等の周辺ユニットを用いて処理し、印字するデータ(画像データ)に変換する。
【0040】
またCPU302は画像データを記録用紙上の適当な位置に記録するために、画像データに同期して記録用紙およびヘッドを移動させる駆動用モータを駆動するための駆動データを作る。画像データおよびモータ駆動データは、各々ヘッドドライバ307とモータドライバ305を介してヘッド308及び駆動モータ306に伝達され、それぞれ制御されたタイミングで駆動され画像を形成する。
【0041】
上述のような記録装置に適用でき、インク等の液体の付与が行われる被記録媒体としては、各種の紙やOHPシート、コンパクトディスクや装飾板等に用いられるプラスチック材、布帛、アルミニウムや銅等の金属材、牛皮・豚皮・人工皮革等の皮革材、木板・合板等の木材、竹材、タイル等のセラミックス材、スポンジ等の三次元構造体等を対象とすることができる。
【0042】
また上述の記録装置は、各種の紙やOHPシート等に対して記録を行うプリンタ装置、コンパクトディスク等のプラスチック材に記録を行うプラスチック用記録装置、金属板に記録を行う金属用記録装置、皮革に記録を行う皮革用記録装置、木材に記録を行う木材用記録装置、セラミックス材に記録を行うセラミックス用記録装置、スポンジ等の三次元網状構造体に対して記録を行う記録装置、又は布帛に記録を行う捺染装置等をも含む。
【0043】
また、これらのインクジェット装置に用いる吐出液としては、それぞれの被記録媒体や記録条件に合わせた液体を用いればよい。
【0044】
次に、本発明のインクジェットヘッドを記録へッドとして用い被記録媒体に対して記録を行う、インクジェット記録システムの一例を説明する。
【0045】
図14は、前述した本発明のインクジェットヘッドを用いたインクジェット記録システムの構成を説明するための模式図である。本実施形態におけるインクジェットへッドは、被記録媒体Pの記録可能幅に対応した長さに360dpiの間隔で吐出口を複数配したフルライン型のヘッドであり、イエロー(Y)、マゼンタ(M)、シアン(C)、ブラック(Bk)の4色に対応した4つのへッド401a〜401dをホルダ402によりX方向に所定の間隔を持って互いに平行に固定支持されている。
【0046】
これらのヘッドに対してそれぞれ駆動信号供給手段を構成するヘッドドライバ307から信号が供給され、この信号に基づいて各ヘッドの駆動が成される。
【0047】
各ヘッドには、吐出液としてY、M、C、Bkの4色のインクがそれぞれ404a〜404dのインク容器から供給されている。なお、符号404eは発泡液が蓄えられた発泡液容器であり、この容器から各へッドに発泡液が供給される構成になっている。
【0048】
また、各へッドの下方には、内部にスポンジ等のインク吸収部材が配されたヘッドキャップ403a〜403dが設けられており、非記録時に各へッドの吐出口を覆うことでヘッドの保守を成すことができる。
【0049】
符号406は、先に説明したような各種の非記録媒体を搬送するための搬送手段を構成する搬送ベルトである.搬送ベルト406は、各種ローラにより所定の経路に引き回されており、モータドライバ305に接続された駆動用ローラにより駆動される。
【0050】
本実施形態に例示したインクジェット方式の記録システムにおいては、記録を行う前後に被記録媒体に対して各種の処理を行う前処理装置451および後処理装置452をそれぞれ被記録媒体搬送経路の上流と下流に設けている。
【0051】
前処理と後処理は、記録を行う被記録媒体の種類やインクの種類に応じてその処理内容が異なるが、例えば、金属、プラスチック、セラミックス等の被記録媒体に対しては、前処理として紫外線とオゾンの照射を行い、その表面を活性化することでインクの付着性の向上を図ることができる。また、プラスチック等の静電気を生じやすい被記録媒体においては、静電気によってその表面にゴミが付着しやすく、このゴミによって良好な記録が妨げられる場合があるため、前処理としてイオナイザ装置を用いて被記録媒体の静電気を除去することで、被記録媒体からごみの除去を行うことができる。また、被記録媒体として布帛を用いる場合には、滲み防止や先着率の向上等の観点から、布帛にアルカリ性物質、水溶性物質、合成高分子、水溶性金属塩、尿素およびチオ尿素から選択される物質を付与する処理を前処理として行うことができる。前処理としては、これらに限らず、被記録媒体の温度を記録に適切な温度にする処理等であってもよい。
【0052】
ー方、後処理は、インクが付与された被記録媒体に対して熱処理や紫外線照射等によるインクの定着を促進する定着処理や、前処理で付与し末反応で残った処理剤を洗浄する処理等を行うものである。
【0053】
なお、本実施形態では、ヘッドとしてフルラインヘッドを用いて説明したが、これに限らず、前述したような小型のヘッドを被記録媒体の方向に搬送して記録を行う形態のものであってもよい。
【0054】
【実施例】
以下、本発明を実施例によりさらに説明するが、本発明はこれらに限定するものではない。
【0055】
参考例1
図1は本参考例のインクジェットヘッドの基板中央付近の要部断面図であり、図2は基板全体の平面図である。図中において1は電気熱変換素子、2は吐出口、3はノズルオリフィスプレート、4はSi基板、5は供給口、6は本発明の特徴の連結部分である。3と4の間をインク(記録液)が埋めており、Si基板の裏側からインクが供給される。
【0056】
参考例は、吐出口が圧力源の面と平行に対面して設けられた、いわゆるサイドシュター型であって、電気熱変換素子を複数設けた基板があり、インク供給口5として背面のインクタンクに連通させるためにこの基板上に開けられた箇所があり、このインク供給口5を挟んで電気熱変換素子もしくは圧電素子1が基板上に複数設けられている。本参考例における基板の連結部分6の素材は電気熱変換素子を配置した基板と同じSiであり、連結部の幅は60μmで、連結部と連結部の間隔は100μm離れている。連結部の幅は、広すぎると記録液の供給がしづらくなるため、このくらいのオーダーにすることが望ましい。
【0057】
図3は本参考例のインクジェットヘッドを用いて、電気熱変換素子の片側列のみ連続吐出させた場合の温度変化を、吐出列側(実線)と非吐出列側(破線)で比較してグラフにしたものである。図10は、図8及び図9に示されるような従来のヘッドについて同じことを行った場合の温度変化のグラフである。2機種ともインクジェットヘッドは360dpiの256ノズルであり、機内温度センサ及びヘッド内温度センサを備え、ヘッドの適当な温度調節を行っている。ヘッドの駆動周波数は10.0kHzで行った。
【0058】
図3と図10の対比からも明らかなように、本参考例のインクジェットヘッドは熱特性に優れており、非吐出列側の温度が吐出列側の温度に近い値を取る。すなわち、ヘッド全体が均一な温度になりやすい。
【0059】
また、片側列のノズルでベタを印字した直後にもう一方の列のノズルでベタを印字するという実験を従来ヘッドと本参考例のヘッドにより行ったが、従来ヘッドの場合、印字する列の変更時のOD値の変化が1.45→1.37であったのに対し、本参考例のヘッドでは1.45→1.43とかなり改善された。
【0060】
実施例
図4は実施例を示し、基板中央付近の要部断面図であり、図5は基板全体の平面図である。図中において1は電気熱変換素子、2は吐出口、3はノズルオリフィスプレート、4はSi基板、5は供給口、7はインクタンクであり、8は本発明の特徴の金属製フィルターである。3と4の間をインク(記録液)が埋めており、Si基板の裏側からインクが供給される。
【0061】
本実施例は、吐出口が圧力源の面と平行に対面して設けられた、いわゆるサイドシュター型であって、電気熱変換素子を複数設けた基板があり、インク供給口5として背面のインクタンクに連通させるためにこの基板上に開けられた箇所があり、このインク供給口5を挟んで電気熱変換素子もしくは圧電素子1が基板上に複数設けられている。本実施例における金属製フィルター8は、Au製で、メッシュ幅は12μmのものを使用した。
【0062】
図6は本実施例のインクジェットヘッドを用いて、電気熱変換素子の片側列のみ連続吐出させた場合の温度変化を、吐出列側(実線)と非吐出列側(破線)で比較してグラフにしたものである。この機種もヘッドは360dpiの256ノズルであり、機内温度センサ及びヘッド内温度センサを備え、ヘッドの適当な温度調節を行っている。ヘッドの駆動周波数は10.0kHzで行った。
【0063】
図6と図10との対比から明らなように、本発明のインクジェットヘッドは熱特性に優れており、非吐出列側の温度が吐出列側の温度に近い値を取る。すなわち、ヘッド全体が均一な温度になりやすい。
【0064】
本実施例において、参考例1と同等の効果を得ることができた。また、本実施例の金属製フィルターは記録液のごみを除去するという役割をも兼ねることができる。
【0065】
実施例2及び参考例2
以上に説明した実施例1及び参考例1は、電気熱変換素子が2列に並んでいる場合の例であるが、3列以上の電気熱変換素子が設けられた場合でも本発明は適用可能である。そのような実施例として、図7(a)及び(b)に、Y(イエロー)、M(マゼンタ)、C(シアン)、K(ブラック)のカラーインクジェットヘッドに用いられ、電気熱変換素子が同一基板上に設けられ、供給口がそれぞれの色のインクタンクに連通している基板を示す。図7(a)は、図中の各色に対応したインク供給口に連結部分6が設けられた例(参考例2)であり、図7(b)は、金属製フィルター8が設けられた例(実施例)である。
【0066】
これらの実施例及び参考例においては、各色のインク供給口5の間の基板部分をも介して熱の分散・均一化がなされる。
【0067】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように本発明によれば、少ない温度センサーでも、全ての電気熱変換素子上へのインクの供給特性が良好であり、局所的な熱ムラの少ない温度特性に優れたインクジェットヘッド、該ヘッド用基板、インクジェットカートリッジ及びインクジェット装置を提供することができ、印字濃度ムラの少ない出力を得ることができる。
【0068】
さらに、金属製のフィルターを用いることにより、別にフィルターを設ける必要もなく、記録液のごみを除去する効果も付与することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】参考例1のインクジェットヘッドの基板中央付近の要部断面図である。
【図2】図1のインクジェットヘッドの基板全体の平面図である。
【図3】図1のインクジェットヘッドで、片側のノズル列のみ吐出させたときの温度変化を吐出側と非吐出側で比較したグラフである。
【図4】本発明(実施例)のインクジェットヘッドの基板中央付近の要部断面図である。
【図5】図4のインクジェットヘッドの基板全体の平面図である。
【図6】図4のインクジェトヘッドで、片側のノズル列のみ吐出させたときの温度変化を吐出側と非吐出側で比較したグラフである。
【図7】本発明(実施例2、参考例2)のカラーインクジェットヘッドの基板全体の平面図である。
【図8】従来のインクジェットヘッドの基板中央付近の要部断面図である。
【図9】従来のインクジェットヘッド(図8のヘッド)の基板全体の平面図である。
【図10】従来のインクジェットヘッド(図8ヘッド)で、片側のノズル列のみ吐出させたときの温度変化を吐出側と非吐出側で比較したグラフである。
【図11】本発明のインクジェットヘッドとインクタンクとが一体化されたインクジェットカートリッジを示す斜視図である。
【図12】インクジェットカートリッジが搭載されたインクジェット装置の主要部を示す斜視図である。
【図13】インクジェット装置のブロック図である。
【図14】インクジェット記録システムの主要部を示す斜視図である。
【符号の説明】
1 電気熱変換素子
2 吐出口
3 ノズルオリフィスプレート
4基板
5 供給口
6 連結部分
7 インクタンク
8 金属製フィルター
9 電気エネルギー供給端子
101 インクタンク
102 インク室
200 キャリッジ
201Y イエローインクのタンク
201M マゼンタインクのタンク
201C シアンインクのタンク
201B ブラックインクのタンク
202 ガイドシャフト
203 モータ
204 無端ベルト
205、206 プーリ
207、208、209、210 ローラユニット
211 駆動部
212 キャップ部材
P 被記録媒体
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a substrate for ink jet head and the ink jet head.
[0002]
[Prior art]
An ink jet recording apparatus is a recording apparatus of a so-called non-impact recording method. That is, it has a characteristic that it can be recorded on various recording media at a high speed and has little noise during recording. Therefore, it has a recording mechanism such as a printer, a word processor, a facsimile, and a copying machine. Widely used as a device.
[0003]
As a typical method of the ink jet recording, there is a method in which a minute droplet is ejected from a minute ejection port by using an electrothermal transducer to perform recording on recording paper.
[0004]
An ink jet head used for such ink jet recording generally includes an ink ejector for forming droplets and a supply system for supplying ink to the ink ejector. For example, in an ink jet head using an electrothermal conversion element, an electrothermal conversion element is provided in a pressurized chamber, and heat energy is given to the recording liquid by applying an electric pulse serving as a recording signal thereto, and the recording liquid at that time is used. The bubble pressure at the time of bubbling of the recording liquid caused by the phase change, that is, at the time of boiling is used for discharging the recording liquid droplets.
[0005]
Inkjet recording is an excellent recording method as described above, but has a problem that the recorded image depends on the temperature of the inkjet head. For example, the ejection amount changes depending on the temperature of the head. Specifically, a phenomenon occurs in which the ejection amount increases when the environmental temperature is high. This problem has been known for a long time. Since the temperature of the head during printing causes a difference between the head temperature at the start of printing and the head temperature during printing, uneven printing density occurs due to the difference in the ejection amount. To solve this problem, a conventional solution is to provide a means for detecting the head temperature, for example, one or more diode sensors in the ink jet head, and refer to the information on the temperature received from the detection means to determine the head temperature. To a certain point or a method of controlling the temperature of the recording liquid in the vicinity of the electrothermal conversion element by giving a plurality of pulses with extremely small energy so that the recording liquid is not ejected immediately before one ejection of the recording liquid. Had been proposed.
[0006]
Such a technical method for temperature adjustment has been proposed on the assumption that the temperature of the ink jet head is uniform, in other words, the temperature near the temperature sensor and the temperature at the far side in the same head are almost equal. .
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the case where ink is supplied from an ink tank on the back surface of the substrate as shown in FIG. 8, a plurality of rows of electrothermal conversion elements are thermally separated from each other depending on the ink supply port, Heat generated from the electrothermal transducers in one row is less likely to be transmitted to the other row. FIG. 9 is a plan view of the entire element substrate of a conventional inkjet head. The substrate 4 on which the electrothermal transducers 1 are arranged is usually made of Si having good thermal conductivity. However, as can be seen from FIG. Not transmitted to the department. That is, since the thermal conductivity from the portion A to the portion B is poor, a bias of heat is easily generated in the ink jet head.
[0008]
In the case of an ink jet head, electric energy by an applied pulse is converted into heat energy by an electrothermal conversion element. This thermal energy is not only converted into kinetic energy for discharging the ink droplets, but also radiated to the atmosphere or the recording liquid, or remains on the ink jet head. If the heat remaining on the inkjet head is left as it is, it will eventually be radiated to the atmosphere, but normal printing will be performed by continuously applying high-frequency electric pulses to the electrothermal transducer to eject ink droplets. The situation is different below. Since the relaxation time consumed until the remaining heat is radiated is longer than the ejection cycle, heat is stored on the inkjet head, and the inkjet head self-heats. The heat remaining on the ink jet head poses a problem for the following reasons.
[0009]
That is, first, as an overall problem of the ink jet head, when the head is heated, the discharge amount changes, and therefore, a difference occurs in the recording density between the time of starting printing and the time immediately before finishing printing. Second, as a local problem of the inkjet head, a recording signal applied to the electrothermal transducer, that is, an electric pulse, varies in the frequency and timing of ejection between different inkjet recording elements if normal recording is performed. The variation in the ejection frequency and the timing appears as uneven temperature distribution on the inkjet head due to the heat remaining on the inkjet head. If the temperature distribution on the ink jet head is uneven, the discharge amount and the discharge speed of the recording liquid fluctuate between the respective ink jet recording elements constituting the ink jet head. Causes a reduction in image quality.
[0010]
In the conventional example relating to the temperature adjustment described above, the first problem described above can be solved, but the second problem cannot be solved because temperature information about each nozzle row is required.
[0011]
Therefore, an object of the present invention is to solve the second problem described above, and disperses the heat after ejection in the ink jet head so that the entire head has a uniform temperature with less temperature unevenness, thereby reducing the density unevenness. An object of the present invention is to provide an ink jet head, a substrate for the head, an ink jet cartridge and an ink jet device which can obtain a small output.
[0012]
[Means for Solving the Problems]
The present inventor has conducted various studies in order to achieve the above object, and as a result, completed the present invention.
[0013]
According to a first aspect of the present invention, an ejection port for ejecting ink is provided, and a plurality of rows of a plurality of electrothermal transducers that generate thermal energy used for ejecting ink from the ejection port are provided in a row. What is claimed is: 1. An ink jet head comprising: a substrate having a substrate provided with an ink supply port corresponding to the length of the row between the plurality of rows, wherein portions of the substrate provided with the plurality of rows are provided. Are connected by a member having a thermal conductivity higher than the thermal conductivity of the substrate.
[0014]
The second invention relates to the inkjet head according to the first invention, wherein the member is made of a metal material .
[0015]
A third invention relates to the inkjet head according to the first or second invention, wherein the substrate is made of Si.
[0017]
The fourth invention relates to the ink jet head according to the first , second or third invention, wherein the member is a filter directly attached to the substrate so as to cover the entire supply port.
[0018]
A fifth invention relates to the inkjet head according to any one of the first to fourth inventions, wherein a plurality of the supply ports to which different inks are supplied are provided on the common substrate.
[0019]
According to a sixth aspect of the present invention, a plurality of rows of a plurality of electrothermal transducers for generating thermal energy used for ejecting ink are provided side by side, and a length corresponding to the length of the row is provided between the plurality of rows. A substrate for an ink jet head provided with an ink supply port, wherein the portions of the substrate provided with the plurality of rows are connected by a member having a thermal conductivity higher than the thermal conductivity of the substrate. And a substrate for an ink jet head.
[0020]
A seventh invention relates to the substrate for an inkjet head according to the sixth invention, wherein the member is made of a metal material .
[0027]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail.
[0028]
The material connecting the portions of the substrate provided with the electrothermal conversion element rows separated from each other by the ink supply port may be a material having a thermal conductivity substantially equal to or higher than the material constituting the substrate. is necessary. Such materials, generally the thermal conductivity (168W · m -1 · K -1 Thermal conductivity of Si is 0 ℃ having the Si or the like used as a substrate, 800W · m -1 · K -1 at room temperature ), And a material having a thermal conductivity of 800 W · m −1 · K −1 or more at room temperature, more preferably 1000 W · m −1 · K −1 or more at room temperature is used.
[0029]
As a specific method of connecting one or more portions of the substrate provided with the electrothermal conversion element rows separated from each other by the ink supply ports using the material having the above-described thermal conductivity, the temperature on the ink jet head Any form may be used as long as it has a function of dispersing and uniforming unevenness. For example, as shown in FIG. 1 and FIG. One or a plurality of bridge-like connecting portions 6 connecting the conversion element rows may be used.
[0030]
Further, the metal recording liquid filter 8 shown in FIGS. 4 and 5 and employed in a second embodiment described later may be used. It is preferable that such a metal recording liquid filter is directly attached to the substrate on which the electrothermal conversion elements are arranged, thereby more reliably achieving the object of the present invention. As the metal material to be used, the metal material having the above-described thermal conductivity can be mentioned as a preferable material. In addition, a material that is not corroded by ink or the like is preferable. Specifically, alloy materials such as gold and iridium / tungsten are preferable.
[0031]
FIG. 11 is a perspective view showing an ink jet cartridge in which an ink jet head of the present invention and an ink tank 101 provided with an ink chamber 102 for storing ink supplied to the head are integrated. The head and the ink tank may be detachably integrated, or may be fixed so as to be difficult to detach and integrate. A terminal 9 for supplying electric energy to the electrothermal conversion element is provided on an end of the substrate 4 and is electrically connected to a terminal on the device side.
[0032]
An example of an ink jet device in which the ink jet head of the present invention is detachably mounted will be described below. FIG. 12 is a partial cross-sectional perspective view for explaining a schematic configuration of the ink jet device of the present embodiment.
[0033]
In FIG. 12, reference numeral 200 denotes a carriage for detachably mounting the above-described inkjet head. The ink jet heads in this example are mounted in four types according to the type of ink color, and each head has a carriage 200 along with a yellow ink tank 201Y, a magenta ink tank 201M, a cyan ink tank 201C, and a black ink tank 201B. Mounted on top.
[0034]
The carriage 200 is supported by a guide shaft 202, and is reciprocally movable in the direction of arrow A on the guide shaft 202 by an endless belt 204 driven in a forward or reverse direction by a motor 203. Endless belt 204 is wound between pulleys 205 and 206.
[0035]
A recording sheet P as a recording medium is intermittently conveyed in a direction indicated by an arrow B perpendicular to the direction indicated by an arrow A. The recording paper P is supported by a pair of roller units 207 and 208 on the upstream side and a pair of roller units 209 and 210 on the downstream side, is applied with a constant tension, and is transported while ensuring flatness with respect to the head. Is done. The application of the driving force to each roller unit is performed by the driving unit 211, but the driving unit may be used to drive the roller unit.
[0036]
The carriage 200 stops at the home position as needed at the start of printing or during printing. In this position, a cap member 212 for capping the discharge port surface of each head is provided. The cap member 212 is forcibly sucked into the discharge port on the discharge port surface and clogged in the discharge port. Is connected to a suction recovery pump (not shown) for preventing the above.
[0037]
FIG. 13 is a block diagram of an entire apparatus for operating a recording apparatus which is an inkjet apparatus to which the inkjet head of the present invention is applied.
[0038]
The recording device receives print information from the host computer 300 as a control signal. The print information is temporarily stored in the input / output interface 301 inside the printing apparatus, and at the same time, is converted into data that can be processed in the printing apparatus, and is input to the CPU 302 also serving as a head drive signal supply unit.
[0039]
The CPU 302 processes data input to the CPU 302 using a peripheral unit such as the RAM 304 based on a control program stored in the ROM 303, and converts the data into print data (image data).
[0040]
Further, the CPU 302 generates drive data for driving a drive motor for moving the recording paper and the head in synchronization with the image data in order to record the image data at an appropriate position on the recording paper. The image data and the motor drive data are transmitted to the head 308 and the drive motor 306 via the head driver 307 and the motor driver 305, respectively, and are driven at controlled timing to form an image.
[0041]
Examples of the recording medium which can be applied to the above-described recording apparatus and to which a liquid such as ink is applied include various papers, OHP sheets, plastic materials used for compact discs and decorative plates, cloths, aluminum, copper, etc. Metal materials, leather materials such as cowhide, pigskin and artificial leather, wood materials such as wood and plywood, ceramic materials such as bamboo materials and tiles, and three-dimensional structures such as sponges.
[0042]
Further, the above-mentioned recording apparatus includes a printer apparatus for recording on various kinds of paper and OHP sheets, a recording apparatus for plastic for recording on a plastic material such as a compact disk, a recording apparatus for metal for recording on a metal plate, and leather. A recording device for leather that performs recording on wood, a recording device for wood that performs recording on wood, a recording device for ceramic that performs recording on ceramic materials, a recording device that performs recording on a three-dimensional network structure such as a sponge, or a fabric. It also includes a textile printing device that performs recording.
[0043]
Further, as a discharge liquid used in these ink jet devices, a liquid suitable for each recording medium and recording conditions may be used.
[0044]
Next, an example of an ink jet recording system that performs recording on a recording medium using the ink jet head of the present invention as a recording head will be described.
[0045]
FIG. 14 is a schematic diagram for explaining the configuration of an inkjet recording system using the inkjet head of the present invention described above. The inkjet head according to the present embodiment is a full-line type head in which a plurality of ejection ports are arranged at intervals of 360 dpi in a length corresponding to the recordable width of the recording medium P, and includes yellow (Y), magenta (M ), Cyan (C), and black (Bk) are fixedly supported in parallel with each other by a holder 402 at predetermined intervals in the X direction by a holder 402.
[0046]
A signal is supplied to each of these heads from a head driver 307 constituting a drive signal supply unit, and each head is driven based on this signal.
[0047]
To each head, four color inks of Y, M, C, and Bk are supplied as inks from ink containers 404a to 404d, respectively. Reference numeral 404e denotes a foaming liquid container in which the foaming liquid is stored, and the foaming liquid is supplied from the container to each head.
[0048]
Below each head, head caps 403a to 403d in which an ink absorbing member such as a sponge is disposed are provided. Maintenance can be performed.
[0049]
Reference numeral 406 denotes a transport belt which constitutes a transport unit for transporting various non-recording media as described above. The transport belt 406 is drawn around a predetermined path by various rollers, and is driven by a driving roller connected to a motor driver 305.
[0050]
In the ink jet recording system illustrated in the present embodiment, a pre-processing device 451 and a post-processing device 452 that perform various processes on a recording medium before and after recording are respectively arranged upstream and downstream of a recording medium transport path. Is provided.
[0051]
The contents of the pre-processing and post-processing differ depending on the type of recording medium on which recording is performed and the type of ink.For example, for recording media such as metals, plastics, ceramics, etc. By irradiating the surface with ozone and activating the surface, the adhesion of the ink can be improved. On a recording medium, such as plastic, which easily generates static electricity, dust easily adheres to the surface of the recording medium due to the static electricity, which may hinder good recording. By removing static electricity from the medium, dust can be removed from the recording medium. When a cloth is used as the recording medium, the cloth is selected from an alkaline substance, a water-soluble substance, a synthetic polymer, a water-soluble metal salt, urea, and thiourea from the viewpoint of preventing bleeding and improving the first-arrival rate. The process of applying the substance can be performed as a pre-process. The pre-processing is not limited to these, and may be a process of setting the temperature of the recording medium to a temperature suitable for recording.
[0052]
The post-processing is a fixing process that promotes the fixing of the ink to the recording medium to which the ink has been applied by heat treatment or ultraviolet irradiation, or a process that cleans the processing agent applied in the pre-processing and remaining after the final reaction. And so on.
[0053]
In the present embodiment, a full-line head has been described as a head. However, the present invention is not limited to this, and a small head as described above is conveyed in the direction of a recording medium to perform recording. Is also good.
[0054]
【Example】
Hereinafter, the present invention will be further described with reference to examples, but the present invention is not limited to these examples.
[0055]
Reference Example 1
Figure 1 is a fragmentary cross-sectional view of the vicinity of the center of the substrate of the ink jet head of the present embodiment, FIG. 2 is a plan view of the entire substrate. In the figure, 1 is an electrothermal conversion element, 2 is a discharge port, 3 is a nozzle orifice plate, 4 is a Si substrate, 5 is a supply port, and 6 is a connecting portion of the feature of the present invention. The space between 3 and 4 is filled with ink (recording liquid), and ink is supplied from the back side of the Si substrate.
[0056]
This reference example is a so-called side-star type in which the discharge ports are provided to face in parallel with the surface of the pressure source, and there is a substrate provided with a plurality of electrothermal conversion elements. There is a portion opened on the substrate to communicate with the ink tank, and a plurality of electrothermal conversion elements or piezoelectric elements 1 are provided on the substrate with the ink supply port 5 interposed therebetween. Connecting portion 6 material of the substrate in the present embodiment is the same as Si and a substrate provided with electrothermal converting element, the width of the connecting portion is 60 [mu] m, the interval of the connecting portion and the connecting portion are separated 100 [mu] m. If the width of the connecting portion is too large, it becomes difficult to supply the recording liquid.
[0057]
FIG. 3 is a graph comparing the temperature change when only one side row of the electrothermal transducers is continuously discharged using the inkjet head of this reference example on the discharge row side (solid line) and the non-discharge row side (dashed line). It was made. FIG. 10 is a graph of a temperature change when the same is performed for the conventional heads as shown in FIGS. 8 and 9. The two types of ink jet heads each have 256 nozzles of 360 dpi, are provided with an in-machine temperature sensor and an in-head temperature sensor, and perform appropriate temperature control of the head. The driving frequency of the head was 10.0 kHz.
[0058]
As is clear from the comparison between FIG. 3 and FIG. 10, the ink jet head of this reference example has excellent thermal characteristics, and the temperature on the non-ejection row side is close to the temperature on the ejection row side. That is, the temperature of the entire head is likely to be uniform.
[0059]
In addition, an experiment was performed using the conventional head and the head of the present reference example in which solid printing was performed using the nozzles in the other row immediately after solid printing was performed using the nozzles in one side row. While the change in the OD value at that time was 1.45 → 1.37, the head of the present reference example was considerably improved from 1.45 → 1.43.
[0060]
Example 1
FIG. 4 is a sectional view showing a main part near the center of the substrate, and FIG. 5 is a plan view of the entire substrate. In the figure, 1 is an electrothermal conversion element, 2 is a discharge port, 3 is a nozzle orifice plate, 4 is a Si substrate, 5 is a supply port, 7 is an ink tank, and 8 is a metal filter characteristic of the present invention. . The space between 3 and 4 is filled with ink (recording liquid), and ink is supplied from the back side of the Si substrate.
[0061]
This embodiment is a so-called side-star type in which the discharge ports are provided to face in parallel with the surface of the pressure source, and there is a substrate provided with a plurality of electrothermal conversion elements. There is a portion opened on the substrate to communicate with the ink tank, and a plurality of electrothermal conversion elements or piezoelectric elements 1 are provided on the substrate with the ink supply port 5 interposed therebetween. The metal filter 8 in this example was made of Au and had a mesh width of 12 μm.
[0062]
FIG. 6 is a graph comparing the temperature change when only one side of the electrothermal transducer is continuously discharged using the inkjet head of the present embodiment on the discharge line side (solid line) and the non-discharge line side (dashed line). It was made. This model also has a head of 256 nozzles of 360 dpi, is equipped with an in-machine temperature sensor and an in-head temperature sensor, and performs appropriate temperature control of the head. The driving frequency of the head was 10.0 kHz.
[0063]
As is clear from the comparison between FIG. 6 and FIG. 10, the inkjet head of the present invention has excellent thermal characteristics, and the temperature on the non-ejection row side takes a value close to the temperature on the ejection row side. That is, the temperature of the entire head is likely to be uniform.
[0064]
Oite to the present embodiment, it is possible to obtain the same effect as in Reference Example 1. Further, the metal filter of the present embodiment can also have a role of removing dust from the recording liquid.
[0065]
Example 2 and Reference Example 2
Embodiment 1 and Reference Example 1 described above are examples in which the electrothermal transducers are arranged in two rows, but the present invention is applicable even when three or more electrothermal transducers are provided. It is. As such an embodiment, FIGS. 7A and 7B show an example in which Y (yellow), M (magenta), C (cyan), and K (black) color inkjet heads are used. This shows a substrate provided on the same substrate and having supply ports communicating with ink tanks of the respective colors. FIG. 7A is an example ( Reference Example 2 ) in which a connection portion 6 is provided in an ink supply port corresponding to each color in the figure, and FIG. 7B is an example in which a metal filter 8 is provided. (Example 2 ).
[0066]
In these examples and reference examples , heat is dispersed and uniformized through the substrate between the ink supply ports 5 for each color.
[0067]
【The invention's effect】
As is apparent from the above description, according to the present invention, even with a small temperature sensor, the ink supply characteristics to all the electrothermal conversion elements are good, and the ink jet ink has excellent temperature characteristics with little local heat unevenness. A head, a substrate for the head, an ink jet cartridge, and an ink jet device can be provided, and an output with less print density unevenness can be obtained.
[0068]
Further, by using a metal filter, it is not necessary to provide a separate filter, and an effect of removing dust from the recording liquid can be provided.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view of a main part near the center of a substrate of an inkjet head according to a reference example 1 .
FIG. 2 is a plan view of the entire substrate of the inkjet head of FIG. 1;
FIG. 3 is a graph comparing the temperature change when only one nozzle row is ejected with the inkjet head of FIG. 1 on the ejection side and the non-ejection side.
FIG. 4 is a cross-sectional view of a main part near the center of the substrate of the inkjet head of the present invention (Example 1 ).
FIG. 5 is a plan view of the entire substrate of the inkjet head of FIG. 4;
FIG. 6 is a graph comparing the temperature change when only one nozzle row is ejected with the inkjet head of FIG. 4 on the ejection side and the non-ejection side.
FIG. 7 is a plan view of the entire substrate of the color inkjet head of the present invention (Example 2, Reference Example 2 ).
FIG. 8 is a cross-sectional view of a main part near the center of a substrate of a conventional inkjet head.
FIG. 9 is a plan view of the entire substrate of a conventional inkjet head (the head in FIG. 8).
FIG. 10 is a graph showing a comparison between a change in temperature when a nozzle row on one side is ejected by a conventional inkjet head (the head in FIG. 8) on the ejection side and a non-ejection side.
FIG. 11 is a perspective view showing an inkjet cartridge in which an inkjet head and an ink tank of the present invention are integrated.
FIG. 12 is a perspective view illustrating a main part of an ink jet device on which the ink jet cartridge is mounted.
FIG. 13 is a block diagram of an inkjet apparatus.
FIG. 14 is a perspective view illustrating a main part of the inkjet recording system.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Electrothermal conversion element 2 Discharge port 3 Nozzle orifice plate 4 Substrate 5 Supply port 6 Connection part 7 Ink tank 8 Metal filter 9 Electric energy supply terminal 101 Ink tank 102 Ink chamber 200 Carriage 201Y Yellow ink tank 201M Magenta ink tank 201C Cyan ink tank 201B Black ink tank 202 Guide shaft 203 Motor 204 Endless belt 205, 206 Pulley 207, 208, 209, 210 Roller unit 211 Drive unit 212 Cap member P Recording medium

Claims (7)

インクを吐出する吐出口が設けられ、該吐出口からインクを吐出するために利用される熱エネルギーを発生する複数の電気熱変換体からなる列が複数並んで設けられた基板であって該複数の列の間に該列の長さに対応してインクの供給口が設けられた基板を有するインクジェットヘッドであって、前記複数の列が設けられた前記基板の部分同士が、前記基板の熱伝導率より大きい熱伝導率を有する部材によって連結されていることを特徴とするインクジェットヘッド。A substrate provided with discharge ports for discharging ink, and a plurality of rows of a plurality of electrothermal transducers for generating thermal energy used for discharging ink from the discharge ports, the plurality of rows being provided. An ink jet head having a substrate provided with ink supply ports corresponding to the length of the row between the rows of the plurality of rows, wherein the portions of the substrate provided with the plurality of rows are formed by heat of the substrate . An ink jet head connected by a member having a thermal conductivity higher than the conductivity. 前記部材が金属材料からなる請求項1記載のインクジェットヘッド。The ink jet head according to claim 1, wherein the member is made of a metal material . 前記基板がSiからなる請求項1又は2記載のインクジェットヘッド。3. The ink jet head according to claim 1, wherein the substrate is made of Si. 前記部材が、前記供給口全体を覆うように前記基板に直付けされたフィルターである請求項1、2又は3記載のインクジェットヘッド。The inkjet head according to claim 1 , wherein the member is a filter directly attached to the substrate so as to cover the entire supply port. 共通の前記基板に、それぞれ異なるインクが供給される複数の前記供給口が設けられた請求項1〜のいずれか1項に記載のインクジェットヘッド。The inkjet head according to any one of claims 1 to 4 , wherein a plurality of the supply ports to which different inks are supplied are provided in the common substrate. インクを吐出するために利用される熱エネルギーを発生する複数の電気熱変換体からなる列が複数並んで設けられ、該複数の列の間に該列の長さに対応してインクの供給口が設けられたインクジェットヘッド用基板であって、前記複数の列が設けられた前記基板の部分同士が、前記基板の熱伝導率より大きい熱伝導率を有する部材によって連結されていることを特徴とするインクジェットヘッド用基板。A plurality of rows composed of a plurality of electrothermal transducers that generate thermal energy used for discharging ink are provided side by side, and an ink supply port corresponding to the length of the row is provided between the plurality of rows. Is provided, wherein the portions of the substrate provided with the plurality of rows are connected by a member having a thermal conductivity greater than the thermal conductivity of the substrate. Substrate for inkjet heads. 前記部材が金属材料からなる請求項記載のインクジェットヘッド用基板。The substrate for an ink jet head according to claim 6, wherein the member is made of a metal material .
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