JP3586987B2

JP3586987B2 - Inkjet print head

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Publication number: JP3586987B2
Application number: JP24332496A
Authority: JP
Inventors: 雅樹片岡; 雅彦藤井; 幸久小泉; 直己森田; 聡信浜崎
Original assignee: Fuji Xerox Co Ltd; Fujifilm Business Innovation Corp
Current assignee: Fujifilm Business Innovation Corp
Priority date: 1996-09-13
Filing date: 1996-09-13
Publication date: 2004-11-10
Anticipated expiration: 2016-09-13
Also published as: JPH1086375A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、発熱素子の発熱によってインク中に気泡を発生させ、その気泡の圧力によってインクを飛翔させ記録を行なうサーマル方式のインクジェットプリントヘッドに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
サーマル方式のインクジェットプリントヘッドでは、各ノズルに対応する発熱素子に電流を流し、発熱素子を発熱させる。そのため、同時にインクを吐出するノズルが多いと、その分だけ大きな電流が必要となり、電源や回路等の電流容量を大きくしなければならない。これを回避するため、全てのノズルを同時に駆動せず、いくつかのノズルごとにブロック化し、ブロックごとに時分割で駆動する手法が採られている。
【０００３】
このような時分割駆動を行なう場合、インクジェットプリントヘッドの移動方向に直交する方向にノズルを配列して、ブロックごとに順次駆動してゆくと、駆動タイミングのズレによって各ブロック間のインクの着弾位置のズレが生じる。また、ブロックごとの駆動タイミングのズレ量に応じて予めインクジェットプリントヘッドを傾けておくことも考えられているが、この場合には同時に駆動されるブロック内の各ノズルの位置が、傾き量だけずれてしまうという問題がある。
【０００４】
このような時分割駆動によるインクの着弾位置のズレを補正するための１つの方法として、ノズルの並び方向に対して、ノズルの位置を異ならせ、それと同時に対応する圧力室およびエネルギー発生体も位置を異ならせる方法が考えられている。しかし、これによってインク供給源から各ノズルの位置までの距離が変化し、駆動可能周波数、流速、ドロップ体積等といった噴射特性が異なり、印字品質に影響が出るといった問題が発生する。
【０００５】
この問題の改善策として、例えば、特開平８−３９８０３号公報では、インク流路の形状や寸法を変化させて、インク供給源からの距離の違いを補償して噴射特性を均一に保ちつつ、ノズル位置を異ならせる方法が提案されている。この方法によって、ノズルの位置を異ならせても噴射特性をほぼ均一とすることができる。この構成では、流路の形状が複雑でかつ隣接間で異なるため、樹脂層をフォトファブリケーションで加工する方法が必要とされる。感光性の樹脂層は、インク、特に耐水化を進めたインクに対して長期間の信頼性に欠けるという問題がある。また、インクの流路を発熱素子を配置した基板に形成し、ノズルを別体の部材に形成することになるため、コスト高となる。さらに、ノズルを形成する部材は、発熱素子からノズルの先端までの距離を短くしてエネルギー効率を良くするため、通常は薄いプレート状となり、強度に問題がある。
【０００６】
一方、特願平８−８４９１１号に記載されているように、インクの流路とノズルを樹脂成型によって１つの部材に形成する構成が提案されている。この構成では、製造コストを低減し、また、ノズルを形成する部材の厚みを確保することができるため、強度的にも問題はない。しかし、この構成では上述の特開平８−３９８０３号公報に記載されているような構造を実現するためには、微細な流路溝もノズル形成部材に一体的に形成しなければならない。流路絞り部分や圧力室の位置をノズルの並び方向に直交する方向にずらすことは、型加工方法に多くの制約を受け、その実現は困難であった。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたもので、簡易な構造によって時分割駆動に対応したインクの着弾位置を揃え、高画質を得ることができ、より安価なインクジェットプリントヘッドを提供することを目的とするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、複数の発熱素子を有する基板と、前記発熱素子のそれぞれに対応してインクを噴射する噴射口が開口したノズルと前記発熱素子の発熱による気泡の発生によって圧力を発生する圧力室とインク共通液室からのインクを前記圧力室に供給するための個別流路が形成された流路形成部材とが接合されてなり、前記ノズルはブロック化されてブロックごとに時分割駆動され、前記個別流路に連通するインク共通液室から前記個別流路を介して前記圧力室に供給されたインクを前記ノズルの噴射口から噴射して記録を行なうインクジェットプリントヘッドにおいて、前記流路形成部材に形成された前記個別流路および前記圧力室はそれぞれ一列または複数列に直線上に並んでおり、前記圧力室は前記インク共通液室から等距離に同じ形状で形成されており、前記ノズルは前記圧力室に接続されて前記個別流路の方向と直交する方向に形成されており、前記ノズルの位置が前記ノズルと対応する前記発熱素子の前記時分割駆動されるタイミングに応じて前記個別流路の方向にずれて形成されているとともに、前記基板上の前記発熱素子の発熱領域の位置が、前記ノズルの位置に対応して前記個別流路の方向にずれて形成されていることを特徴とする。
【０００９】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のインクジェットプリントヘッドにおいて、前記個別流路および前記圧力室は樹脂成型によって形成され、前記ノズルは成型された前記流路形成部材の前記圧力室の形成面にレーザー加工により形成されていることを特徴とするものである。
【００１０】
請求項３に記載の発明は、請求項１に記載のインクジェットプリントヘッドにおいて、前記ノズルと前記圧力室との接続部から前記圧力室内の前記発熱素子までの高さをＰ_H、前記ノズルの長さをＮ_L、前記圧力室へインクを供給する前記個別流路の最小高さをＲ_Lとするとき、Ｒ_L＜Ｐ_H≦Ｎ_Lの関係にあることを特徴とするものである。
【００１２】
請求項４に記載の発明は、請求項１または３に記載のインクジェットプリントヘッドにおいて、前記ノズルは、インクの噴射方向に向かってその断面積が縮小する方向に傾斜を有する面によって構成されており、前記ノズルの並び方向の傾斜に対して前記ノズルの並び方向に直交する方向の傾斜が大きいことを特徴とするものである。
【００１３】
請求項５に記載の発明は、請求項１、３、４のいずれか１項に記載のインクジェットプリントヘッドにおいて、前記ノズルの位置に対応して前記ノズルの寸法、前記発熱領域の寸法、駆動信号の少なくとも１つを変化させることを特徴とするものである。
【００１４】
請求項６に記載の発明は、請求項１、３、４のいずれか１項に記載のインクジェットプリントヘッドにおいて、前記インク共通液室から前記ノズルの位置までの距離が長いものは短いものに対して前記ノズルの径を相対的に小さく形成したことを特徴とするものである。
【００１５】
請求項７に記載の発明は、請求項１、３、４のいずれか１項に記載のインクジェットプリントヘッドにおいて、前記インク共通液室から前記ノズルの位置までの距離が長いものは短いものに対して前記発熱素子の前記発熱領域の寸法を相対的に小さくしたことを特徴とするものである。
【００１６】
請求項８に記載の発明は、請求項１、３、４のいずれか１項に記載のインクジェットプリントヘッドにおいて、１つの前記発熱素子に印加される駆動信号は、少なくとも吐出のための駆動パルスと、該駆動パルスの前に与えられ気泡を発生しない事前駆動パルスを含む２つ以上のパルスから構成されるものであって、前記インク共通液室から前記ノズルの位置までの距離が長いものは短いものに対して前記事前駆動パルスによって与えるエネルギーを小さくすることを特徴とするものである。
【００１７】
【発明の実施の形態】
図５は、本発明のインクジェットプリントヘッドの実施の一形態を示す断面図、図６は、同じく平面図、図７は、同じく分解斜視図である。図中、１はヘッドチップ、２はヒートシンク、３は開口部、４は流路形成部材、５はノズル、６はジョイント、７はインク供給管、８は共通液室、９はボンディングワイヤである。
【００１８】
ヘッドチップ１は、例えばＳｉ基板などによって構成され、その表面に複数の発熱素子と、発熱素子を駆動するための電気配線などが成膜されている。後述するように、発熱素子の位置は、流路形成部材４に形成された個別流路の方向に、その発熱素子の駆動タイミングに応じてずらして形成することができる。Ｓｉ基板状には、発熱素子のほか、各発熱素子を駆動するための駆動回路も形成される場合もある。さらに、平坦化層、または保護層として感光性樹脂などによる薄い樹脂層が成膜される場合もある。
【００１９】
ヒートシンク２は、例えばＡｌなどで構成された金属基板である。このヒートシンク２上に、例えば銀エポキシなどの熱伝導性のよい接着材などを用いてヘッドチップ１が載置され、熱的に結合している。このヒートシンク２によってヘッドの強度を保つとともに、ヘッドチップ１で発生する熱を逃がす。また、このヒートシンク２の表面には、プリンタ本体とヘッドチップを結ぶための電気配線が施されており、ヘッドチップ１との間はボンディングワイヤ９などによって電気的に接続されている。また、ヒートシンク２には、ノズル５の配列方向に延在する開口部３が設けられている。この開口部３を通してジョイント６が挿入される。ヘッドチップ１はこの開口部３にかかるように配置される。
【００２０】
流路形成部材４は、例えば樹脂などによって成形され、開口部３を覆うように配置される。流路形成部材４はヘッドチップ１の上部も一部覆っており、ヘッドチップ１にアライメント接合または密着される。ヘッドチップ１上の部分は厚さが薄く形成されている。そして、ヘッドチップ１上に形成されている発熱素子の位置に合わせてノズル５となる開口が設けられている。このノズル５は、個別のインク流路の方向に、その発熱素子の駆動タイミングに応じてずらして形成する。ヘッドチップ１と流路形成部材４は、各インクの流路を閉塞しないように各部が接着され、インクが漏れ出さないように封止される。
【００２１】
ジョイント６は、図示しないインクタンクに保持されているインクをインク供給管７を介して供給する。ジョイント６は開口部３に挿入される。ジョイント６が開口部３に挿入される部分は、ほぼ開口部３と同様の形状を有しており、インク供給管７が接続されている部分を除き、ヒートシンク２の面とほぼ平行な面を有している。この面とヘッドチップ１の裏面との間、および流路形成部材４の裏面との間でシールされる。これにより、ヘッドチップ１の側面と流路形成部材４の面、およびジョイント６の上面で形成される、個別のインク流路の配列方向に延在する共通液室８を形成する。インク供給管７から供給されたインクは、共通液室８を介してそれぞれ個別のインク流路へと供給され、発熱素子の発熱による気泡の発生によってノズル５から噴射される。インク供給管７の途中には、インク中のゴミや気泡を除去するためのフィルタを挿入しておくとよい。
【００２２】
上述の例では、ジョイント６と流路形成部材４の底面との間でシールする例を示したが、これに限らず、ジョイント６の一端を共通液室８の上部まで延在させ、流路形成部材４の薄肉部でシールするように構成してもよい。あるいは逆に、流路形成部材４の底面からヒートシンク２の開口部３を貫通するような突起を伸ばし、ヒートシンク２の裏面側でジョイント６と接続するように構成してもよい。
【００２３】
また、ヒートシンク２に開口部３を設けなくても、ヒートシンク２の端部を用いることができる。ヒートシンク２の端部にかかるようにヘッドチップ１を載置し、流路形成部材４およびジョイント６を接続する構成とする。この場合、図５の左側に分離して図示されているヒートシンク２の部分がない構成となる。
【００２４】
図１は、本発明のインクジェットプリントヘッドの実施の一形態におけるノズル部分の一部拡大平面図、図２は、同じくＸ１−Ｘ１断面図、図３は、同じくＸ２−Ｘ２断面図、図４は、同じくＹ１−Ｙ１断面図である。図中、１１は発熱素子、１２は個別流路、１３は絞り部、１４は圧力室、１５，１６はノズルテーパー面、１７は隔壁、１８はノズル面である。
【００２５】
流路形成部材４には、ヘッドチップ１上に設けられた各発熱素子１１に対応して、隔壁１７によって隔てられ、ノズル５、圧力室１４、個別流路１２が、例えば樹脂成型等によって形成されている。また各個別流路１２は共通液室８に連通している。各個別流路１２には絞り部１３が設けられ、インクの噴射方向と逆方向にインクの流路を絞っている。すなわち、圧力室１４内の高さをＰ_H、絞り部１３の先端からヘッドチップ１までの間隔をＲ_Lとすると、Ｐ_H＞Ｒ_Lとなるように構成している。この絞り部１３によって圧力室１４内に発生する気泡成長時の圧力エネルギーを共通液室８側に極力伝搬させないようにし、効率的に吐出方向へ向かうようにして、エネルギー効率を向上させている。この気泡による圧力の共通液室８側への伝搬の防止は、言い換えれば、発熱素子１１を境にノズル５側流路と共通液室８側流路との流体抵抗のバランスを適当に設定することである。すなわち、共通液室８側の流路を広くして、流体抵抗を小さくすると、圧力エネルギーはより共通液室側へ逃げ、インクの流速やインク滴の体積が小さくなり、エネルギー効率が悪化する。逆に狭くしすぎると、流体抵抗が大きくなり、吐出後のインク再供給が遅くなり、高速印字ができなくなる。
【００２６】
この絞り部１３は、従来のように個別流路１２の配列方向に絞る構造ではないので、個別流路に余計な幅を必要とせず、圧力室１４とともに個別流路１２の幅を狭くすることができる。これによってノズル５の配置密度を高めることができる。また、成形型が切削加工によっても作製可能な簡易な形状となるので、製造コストを低減することができる。もちろん、個別流路１２の幅を圧力室１４と同一にせずに、圧力室１４に比べて狭くすることにより、共通液室８側への圧力伝搬を防止してもよいが、型加工の観点からは作製が困難な形状となる。
【００２７】
圧力室１４は、共通液室８から等距離に同じ形状で形成されている。このとき、上述の特開平８−３９８０３号公報に記載されているように各圧力室１４の位置をずらすことはない。ここでは１列に配置した例を示しているが、２列以上配置されることもある。２列以上の場合も、それぞれ直線状に配置されることには変わりはない。圧力室１４の幅および高さは、個別流路１２とほぼ等しく形成されている。これにより、更に型加工は容易となり、直交する２種の切削加工で、流路溝、絞り部、圧力室部の型が作製できる。
【００２８】
圧力室１４の上部にはノズル５が設けられている。ノズル５は、図１に示すように、そのノズル５に対応する発熱素子１１の駆動タイミングに従って個別流路１２の方向にずらして配置されている。図１に示す例では、３本のノズルおきに同時噴射を行なう場合を示している。図中の上から１〜４番目のノズル５に対応する発熱素子１１は、それぞれ異なる駆動タイミングで駆動され、図中の上から１番目と５番目、２番目と６番目、３番目と７番目、４番目と８番目のノズル５に対応する発熱素子１１は、同じ駆動タイミングで駆動されるため圧力室１４の同じ位置に配置されている。例えば、図中の１番目と５番目のノズル５は、図２に示すように圧力室１４の最奥部に設けられ、４番目と８番目のノズル５は、図３に示すように圧力室１４の最も共通液室８に近い部分に設けられている。このとき、個別流路１２の並び方向のノズル５のズレはなく、図４に示すように圧力室１４の幅いっぱいに、あるいは幅の中央に設けられる。なお、ここでは３本のノズルおきに同時に噴射を行なう場合の例として、３本おきに同じ位置にノズル５を形成したが、２本おきや４本以上おきに同時に噴射を行なうように構成することもでき、その場合にも同時に噴射を行なうノズル５については同じ位置に形成すればよい。
【００２９】
各ノズル５は、発熱素子１１から開口部へ向けて、個別流路１２の延在する方向のノズルテーパー面１５および個別流路の配列方向のノズルテーパー面１６によってインクの噴射方向に絞られている。ノズルテーパー面１５は、ノズルテーパー面１６よりもテーパー角度を大きくしている。この構造によって、ノズル５をずらして配置したことによる共通液室８側への流体抵抗の変化がさらに小さくなり、ノズル５間での吐出特性の揃ったヘッドが得られる。また、ノズル部での圧力損失が小さくなり、エネルギー効率のよいヘッドが得られる。この例では、個別流路１２の幅が狭いため、ノズルテーパー面１６のテーパー角度をあまりとれないが、十分なテーパー角度をとれる場合には、ノズルテーパー面１５と同じテーパー角度としてもよい。上述のようなテーパー角の異なる面を有するノズル５の加工方法としては、例えば一般的なエキシマレーザー装置を用い、２種のマスクを通過させて加工面にレーザー光を照射したり、または複数回のレーザー光照射を行なう方法などがある。
【００３０】
ノズル５の長さＮ_Ｌは、圧力室１４の高さＰ_Ｈとの寸法関係がＰ_Ｈ≦Ｎ_Ｌとなるように形成される。このような寸法関係にすることで、発熱素子１１上で発生する気泡の成長がノズル５内で行なわれ、インク吐出方向が安定して良好なインク吐出を実現できる。また、このような構成によりノズル長Ｎ_Ｌを長くとってもエネルギー効率の低下がなく、また最薄肉部が厚くとれるので成形が容易で、丈夫なヘッドとなる。このとき、圧力室１４またはノズル５と発熱素子１１の位置関係がノズル５ごとに多少異なることになり、共通液室８側への流体抵抗が変化する。しかし、上述のように絞り部１３の先端からヘッドチップ１までの間隔Ｒ_Ｌと圧力室１４の高さＰ_Ｈとの関係Ｒ_Ｌ＜Ｐ_Ｈから、ほぼ個別流路１２の最小高さＲ_Ｌおよび長さで決定される。そのため、上述したようにバランスされた流体抵抗には大きな差がなく、最高駆動周波数や吐出速度、吐出インク量に大きな差がでない。
【００３１】
この例では、ノズル５が開口するノズル面１８は、流路形成部材４の他の領域より凹んでいる。そのため、発熱素子１１の面からノズル５までの距離を小さくしてインクの吐出のためのエネルギー効率を向上させている。また、このノズル面１８以外の部分の材厚を厚くできるので、流路形成部材４の強度を増すことができる。
【００３２】
圧力室１４の底部には発熱素子１１が設けられている。この発熱素子１１は、個別流路１２の方向に長い略長方形に設けられている。これにより、ノズル５の並び方向の幅を小さくし、発熱素子１１の配置密度を高くしている。発熱素子１１は、圧力室１４内の同じ位置にすべて配置することもできるが、図２および図３に示すように、駆動タイミングに応じてずらして配置することもできる。発熱素子１１をずらして配置する場合、発熱領域の中心位置は、ノズル５の中心位置に概略一致させる。このように発熱素子１１をずらして配置することによって、吐出に寄与しないエネルギーを減らして吐出効率を向上させることができる。
【００３３】
具体的なインクジェットプリントヘッドにおける各部の寸法の例としては、
ノズル５の並びピッチ：４２．５μｍ
ノズル５の出口径：φ２０μｍ
ノズル５の入口側の個別流路１２の並び方向の直径：２６μｍ
ノズル５の入口側の個別流路１２の延在する方向の直径：３２μｍ
ノズルテーパー面１５のノズルテーパー角度：１０゜
ノズルテーパー面１６のノズルテーパー角度：５゜
ノズル５の長さＮ_Ｌ：３５μｍ
圧力室１４の高さＰ_Ｈ：２０μｍ（Ｐ_Ｈ領域の個別流路１２の延在する方向の長さ：７０μｍ、個別流路１２の並び方向の長さ：２６μｍ）
個別流路１２の最小高さＲ_Ｌ：１０μｍ（最小高さ部分の個別流路１２の延在する方向の長さ：１５μｍ）
発熱領域１１の寸法：個別流路１２の並び方向２８μｍ、個別流路１２の延在する方向６０μｍ
とすることができる。
【００３４】
図８は、本発明のインクジェットプリントヘッドの実施の一形態におけるノズル位置による噴射特性の一例の説明図である。上述の例では、発熱素子１１は圧力室１４の流路方向でノズル位置に関係なく一定（ほぼ中央）の場合である。このヘッドにおけるノズル位置による噴射特性の差は、図８に示すようになっていた。インク流速、インク吐出量ともに、その差は１〜２％のレベルであり、測定誤差に近い値であって、画質に影響を与えるものではなかった。
【００３５】
上述の本発明のインクジェットプリントヘッドの実施の位置形態における動作の一例について、概要を説明する。図示しないインク供給源から供給されたインクは、共通液室８から複数の各個別流路１３を介して各圧力室１４へ供給される。圧力室１４に供給されたインクは、ヘッドチップ１上の発熱素子１１により加熱され、気泡を発生する。気泡は、圧力室１４内およびノズル５へと成長してゆく。その気泡の成長の際の圧力エネルギーにより、ノズル５よりインクを吐出し、図示しない被記録材上に付着することで、１ドット分の画像を形成する。
【００３６】
また、図１に示すように４本ごとにノズル５の位置をずらして形成したインクジェットプリントヘッドを用い、このインクジェットプリントヘッドを図中右から左方向へ移動させ、あるいは、被記録材を図中左から右方向へ移動させて記録を行なう場合を考える。図中の縦にドットが１列に並ぶ直線を記録する場合、まず１，５，９，・・・番目のノズル５に対応する発熱素子１１が同時に駆動され、３ドットおきの画像が記録される。その後、インクジェットプリントヘッドと被記録材の相対移動によって、２，６，１０，・・・番目のノズル５の位置がインクを吐出すべき位置となるので、つぎのタイミングでこれらのノズル５に対応する発熱素子１１を駆動し、３ドットおきの画像を記録する。さらにインクジェットプリントヘッドと被記録材の相対移動によって、次は３，７，１１，・・・番目のノズル５の位置がインクを吐出すべき位置となり、つぎのタイミングでこれらのノズル５に対応する発熱素子１１を駆動し、３ドットおきの画像を記録する。さらにインクジェットプリントヘッドと被記録材の相対移動によって、４，８，１２，・・・番目のノズル５の位置がインクを吐出すべき位置となるので、つぎのタイミングでこれらのノズル５に対応する発熱素子１１を駆動し、３ドットおきの画像を記録する。このようにして、４回に分割した駆動によって、すべてのノズルからのインクの吐出を行なうことができる。記録されたドットは直線上に並ぶので、高品質の画像を得ることができる。また、同時に駆動される発熱素子１１は、最大でも全体の１／４であるので、電源容量を１／４にすることができ、装置の小型化が可能である。
【００３７】
上述のようにノズル５を設ける位置を、発熱素子１１の駆動タイミングに応じてずらした場合、ノズル間でほとんど影響はないものの、多少の噴射特性のばらつきは生じる（例えば図８参照）。例えば、図２に示したように共通液室８から遠いノズル５の位置（以下、位置Ａと呼ぶ）と、図３に示したように共通液室８に近いノズル５の位置（以下、位置Ｂと呼ぶ）とで比較すると、インク吐出速度では位置Ａの方が位置Ｂよりも速い。また、インク吐出量では、位置Ａでは位置Ｂ以上の吐出量となる。さらに、最高駆動周波数は、位置Ａより位置Ｂの方が高い。以下の説明では、このような噴射特性のばらつきを均一化し、さらなる高画質化を実現したインクジェットプリントヘッドについて述べる。
【００３８】
本発明では、上述のような噴射特性のばらつきを、発熱素子１１のサイズ、ノズル５の径、発熱素子１１に印加するエネルギーなどで補正する。従来のようにインクの流路の長さや形状などを発熱素子１１ごとに変更することはしていない。
【００３９】
発熱素子１１のサイズは、位置Ａの場合に位置Ｂの場合よりも小さくする（Ａ＜Ｂ）。位置Ａでは、インク流路の流体抵抗バランスにより、位置Ａでは発生圧力エネルギーの吐出方向へ向かうエネルギー比が大きくなるので、発熱素子１１のサイズを小さくして全体の発生圧力エネルギーを小さくし、吐出方向へ向かう気泡成長時の圧力エネルギーを位置Ｂと同等とする。このとき、共通液室８側への圧力エネルギーが位置Ａよりも位置Ｂの方が大きくなり、位置Ａでのインクの再供給速度が向上して最高駆動周波数を高め、位置Ｂと同等にできる。ここでは発熱素子１１の単位面積当たりのエネルギーは同等としている。
【００４０】
ノズル５の径は、位置Ｂにおける径を位置Ａにおける径よりも大きく（Ａ＜Ｂ）するとよい。これにより、インク吐出量が小さな位置Ｂにおけるインク吐出量を増加させ、位置Ａと同等のインク吐出量に調整できる。ただし、ノズル５の開口径が大きくなるためにインク吐出速度の低下を引き起こすが、速度の変化は吐出量の変化ほどは大きくない。また、ノズル５の径を大きく変化させると流路の流体抵抗バランスが崩れてしまうため、あまり大きく変化させることはできない。
【００４１】
発熱素子１１に印加するエネルギーは、位置Ｂよりも位置Ａを小さくする（Ａ＜Ｂ）。上述のように位置Ａでは吐出方向へ向かう圧力エネルギー比が大きくなるので、位置Ａの発熱素子１１に印加するエネルギーを小さくすることにより、吐出方向へ向かう気泡成長時の圧力エネルギーを位置Ｂと同等とする。図９は、駆動パルス波形の一例の説明図である。発熱素子１１にエネルギーを印加する場合、１つの駆動パルスを印加するほか、図９に示すように複数の駆動パルスを印加する場合もある。図９に示すように２つの駆動パルスＰ１とＰ３を印加する場合、駆動パルスＰ１は、気泡を発生しないで発熱素子１１を発熱させるためのパルスであり、気泡が発生する前に発熱素子１１の周辺のインクの温度を上昇させる。また、駆動パルスＰ３は気泡を発生させて実際にインクを吐出させるためのパルスである。上述のようにノズル５の位置に応じて印加するエネルギーを異ならせる場合、例えば駆動パルスＰ１のエネルギーを変化させればよい。駆動パルスＰ１のエネルギーを異ならせることにより、発熱素子１１の周辺のインクの温度を変化させ、発生する気泡体積、すなわちインク滴を変化することができる。
【００４２】
好ましくは、上記の３種類の調整方法のうち、２種類以上の組み合わせにて調整するのが好ましく、この場合は上述した調整方向が逆転する場合もある。このほかにも、例えばノズル５のノズルテーパー面１５のテーパー角度などによって微調整したり、絞り部１３による個別流路１２の絞り量によって微調整するなど、種々の微調整の方法を適用することができる。また、これらの各種の噴射特性のばらつきの補正方法をいくつか組み合わせることによって補正を行なうこともできる。
【００４３】
図１０は、本発明のインクジェットプリントヘッドの別の実施の形態におけるノズル部分の一部拡大平面図である。図１０に示した例では、隣接した４本のノズル５を同時噴射するタイプの駆動方法に対応したノズル５の配置を示したものである。図１０に示すように、隣接した同時噴射する４本のノズル５については同じ位置にノズル５を形成し、４本ごとに異なる位置にノズル５を形成している。なお、位置の異なるノズル５間の補正は、上述の例と同様にして行なうことができる。
【００４４】
この例において、インクジェットプリントヘッドを図中右から左方向へ移動させ、あるいは、被記録材を図中左から右方向へ移動させて記録を行なう場合を考える。図中の縦にドットが１列に並ぶ直線を記録する場合、まず１〜４番目のノズル５に対応する発熱素子１１が同時に駆動され、４ドットの画像が記録される。その後、インクジェットプリントヘッドと被記録材の相対移動によって、５〜８番目のノズル５の位置がインクを吐出すべき位置となるので、つぎのタイミングでこれらのノズル５に対応する発熱素子１１を駆動し、４ドットの画像を記録する。このようにして順次吐出すべき位置となる４本のノズル５について発熱素子１１を駆動してゆくことにより、４ドットずつ複数回の駆動によって１列の記録を行なうことができる。このとき、記録されたドットは直線上に並ぶので、高品質の画像を得ることができる。また、同時に駆動される発熱素子１１は４個であるので、電源容量を少なくして装置の小型化を図ることができる。
【００４５】
この例では、４本のノズルを同時に駆動する例を示したが、３本以下や５本以上のノズルを同時に駆動する構成であってももちろんよい。また、上述した２つの例に限らず、種々の駆動方法に対応して構成することが可能である。例えば、隣接する数本のノズルをブロックとし、離れた複数のブロックを同時駆動するように構成してもよい。どのような駆動方法を用いる場合にも、同時に駆動するノズルについては同じ位置とし、異なるタイミングで駆動するノズルについては異なる位置にノズルを形成すればよい。
【００４６】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、請求項１に記載の発明によれば、複数の発熱素子を有する基板と、発熱素子のそれぞれに対応してインクを噴射する噴射口が開口したノズルと発熱素子の発熱による気泡の発生によって圧力を発生する圧力室とインク共通液室からのインクを前記圧力室に供給するための個別流路が形成された流路形成部材とが接合されてなり、ノズルはブロック化されてブロックごとに時分割駆動され、個別流路に連通するインク共通液室から個別流路を介して圧力室に供給されたインクをノズルの噴射口から噴射して記録を行なうインクジェットプリントヘッドにおいて、流路形成部材に形成された個別流路および圧力室はそれぞれ一列または複数列に直線上に並んでおり、圧力室はインク共通液室から等距離に同じ形状で形成されており、ノズルは圧力室に接続されて個別流路の方向と直交する方向に形成されており、ノズルの位置がノズルと対応する発熱素子の時分割駆動されるタイミングに応じて個別流路の方向にずれて形成されていることにより、時分割駆動に対応してインクの着弾位置が揃い、高画質の記録を行なうことのできるインクジェットプリントヘッドを得ることができる。さらに、基板上の発熱素子の発熱領域の位置が、ノズルの位置に対応して個別流路の方向にずれて形成されていることにより、噴射効率のよいインクジェットプリントヘッドが得られる。
【００４７】
また、請求項２に記載の発明のように、個別流路および圧力室を樹脂成型で形成することによって、安価なインクジェットプリントヘッドが得られる。また、噴射駆動タイミングに応じてずらして形成しなければならないノズルをレーザー加工により形成することによって、容易にノズルを加工することができ、製造コストを低減することができる。また、強度的にも十分なインクジェットプリントヘッドを製造することができる。
【００４９】
さらに、請求項４に記載の発明のように、ノズルは、インクの噴射方向に向かってその断面積が縮小する方向に傾斜を有する面によって構成されており、ノズルの並び方向の傾斜に対して前記ノズルの並び方向に直交する方向の傾斜が大きくなるように形成したことによって、より噴射効率がよく、よりノズルごとに噴射特性の揃ったヘッドが得られる。
【００５０】
個別流路、圧力室、ノズルの関係は、請求項３に記載の発明のように、ノズルと圧力室との接続部から、圧力室内の発熱素子までの高さをＰ_H、ノズルの長さをＮ_L、圧力室へインクを供給する個別流路の最小高さをＲ_Lとするとき、Ｒ_L＜Ｐ_H≦Ｎ_Lの関係とすることにより、圧力室や個別流路とノズルとの相対位置が異なっても、インクの流速や駆動可能周波数などの噴射特性があまり変わらないようにすることができる。そのため、ノズルの位置を駆動タイミングに応じて異ならせても、噴射特性をそれほど変えることなく記録を行なうことができ、高品質の記録画像を得ることができる。この時、ノズル長Ｎ_Lを長くとってもエネルギー効率が低下せず、成形時の最薄肉部を薄くできるので、成形が容易であり、歩留まりの向上が図れる。また、強度的にも頑丈なヘッドとなる。
【００５１】
さらに噴射特性を揃えるため、請求項５に記載の発明のように、ノズルの位置に対応して、ノズルの寸法、発熱領域の寸法、駆動信号の少なくとも１つを変化させることによって、より噴射特性を均一に制御することができる。例えば、ノズルの寸法については、請求項６に記載の発明のように、インク共通液室からノズルの位置までの距離が長いものは短いものに対して、ノズルの径を相対的に小さくし、吐出インク量を均一にすることができる。また、発熱領域の寸法としては、請求項７に記載の発明のように、インク共通液室からノズルの位置までの距離が長いものは短いものに対して、発熱素子の発熱領域の寸法を相対的に小さくすればよく、インク吐出速度と吐出インク量を均一にすることができる。さらに、駆動信号については、請求項８に記載の発明のように、駆動信号として、少なくとも吐出のための駆動パルスと、該駆動パルスの前に与えられ気泡を発生しない事前駆動パルスを含む２つ以上のパルスから構成される場合、インク共通液室から前記ノズルの位置までの距離が長いものは短いものに対して、事前駆動パルスによって与えるエネルギーを小さくすることによってインク吐出速度と吐出インク量を均一にすることができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のインクジェットプリントヘッドの実施の一形態におけるノズル部分の一部拡大平面図である。
【図２】本発明のインクジェットプリントヘッドの実施の一形態におけるノズル部分のＸ１−Ｘ１断面図である。
【図３】本発明のインクジェットプリントヘッドの実施の一形態におけるノズル部分のＸ２−Ｘ２断面図である。
【図４】本発明のインクジェットプリントヘッドの実施の一形態におけるノズル部分のＹ１−Ｙ１断面図である。
【図５】本発明のインクジェットプリントヘッドの実施の一形態を示す断面図である。
【図６】本発明のインクジェットプリントヘッドの実施の一形態を示す平面図である。
【図７】本発明のインクジェットプリントヘッドの実施の一形態を示す分解斜視図である。
【図８】本発明のインクジェットプリントヘッドの実施の一形態の具体例におけるノズル位置による噴射特性の一例の説明図である。
【図９】駆動パルス波形の一例の説明図である。
【図１０】本発明のインクジェットプリントヘッドの別の実施の形態におけるノズル部分の一部拡大平面図である。
【符号の説明】
１…ヘッドチップ、２…ヒートシンク、３…開口部、４…流路形成部材、５…ノズル、６…ジョイント、７…インク供給管、８…共通液室、９…ボンディングワイヤ、１１…発熱素子、１２…個別流路、１３…絞り部、１４…圧力室、１５，１６…ノズルテーパー面、１７…隔壁、１８…ノズル面。[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a thermal type ink jet print head in which bubbles are generated in ink by the heat generated by a heating element, and the ink is ejected by the pressure of the bubbles to perform recording.
[0002]
[Prior art]
In a thermal inkjet printhead, a current is applied to heating elements corresponding to each nozzle to cause the heating elements to generate heat. Therefore, if there are many nozzles that simultaneously eject ink, a larger current is required and the current capacity of a power supply, a circuit, and the like must be increased. In order to avoid this, a method is adopted in which not all the nozzles are driven at the same time, but some nozzles are divided into blocks and each block is driven in a time-division manner.
[0003]
When such time-division driving is performed, the nozzles are arranged in a direction perpendicular to the direction of movement of the ink jet print head, and if the nozzles are sequentially driven, the landing positions of ink between the blocks due to a shift in drive timing. Shift occurs. In addition, it is considered that the ink jet print head is tilted in advance in accordance with the shift amount of the drive timing for each block. In this case, the positions of the nozzles in the blocks that are driven simultaneously are shifted by the tilt amount. Problem.
[0004]
As one method for correcting the displacement of the ink landing position due to such time-division driving, the position of the nozzle is changed with respect to the arrangement direction of the nozzle, and at the same time, the corresponding pressure chamber and energy generator are also positioned. There is a way to make them different. However, this causes a change in the distance from the ink supply source to the position of each nozzle, resulting in different ejection characteristics such as a drivable frequency, a flow velocity, a drop volume, and the like, resulting in a problem that printing quality is affected.
[0005]
As a measure for solving this problem, for example, in Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-39803, the shape and dimensions of the ink flow path are changed to compensate for the difference in the distance from the ink supply source and to maintain uniform ejection characteristics. A method for changing the nozzle position has been proposed. By this method, the ejection characteristics can be made substantially uniform even if the position of the nozzle is changed. In this configuration, since the shape of the flow path is complicated and different between adjacent flow paths, a method of processing the resin layer by photofabrication is required. The photosensitive resin layer has a problem in that it lacks long-term reliability with respect to ink, particularly ink whose water resistance has been advanced. In addition, since the ink flow path is formed on the substrate on which the heating elements are arranged, and the nozzle is formed as a separate member, the cost increases. Further, the member forming the nozzle is usually formed in a thin plate shape in order to improve the energy efficiency by shortening the distance from the heating element to the tip of the nozzle, and there is a problem in strength.
[0006]
On the other hand, as described in Japanese Patent Application No. 8-84911, a configuration in which an ink flow path and a nozzle are formed in one member by resin molding has been proposed. In this configuration, the manufacturing cost can be reduced and the thickness of the member forming the nozzle can be ensured, so that there is no problem in strength. However, in this configuration, in order to realize the structure described in the above-mentioned Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-39803, fine flow grooves must also be formed integrally with the nozzle forming member. Shifting the positions of the flow path restricting portion and the pressure chamber in the direction orthogonal to the direction in which the nozzles are arranged is subject to many restrictions on the mold processing method, and it has been difficult to realize such a method.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above-described circumstances, and provides a more inexpensive inkjet printhead that can achieve high image quality by aligning the landing positions of inks corresponding to time-division driving with a simple structure. The purpose is.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
According to the first aspect of the present invention, a substrate having a plurality of heating elements, a nozzle having an opening for ejecting ink corresponding to each of the heating elements, and a pressure generated by generation of bubbles due to heat generated by the heating elements. The generated pressure chamber is joined to a flow path forming member having an individual flow path for supplying ink from the ink common liquid chamber to the pressure chamber, and the nozzles are blocked so that In the inkjet print head, which is divided and driven, the ink supplied to the pressure chamber through the individual flow path from the ink common liquid chamber communicating with the individual flow path is ejected from the ejection opening of the nozzle to perform recording. The individual flow paths and the pressure chambers formed in the flow path forming member are linearly arranged in one or more rows, respectively, and the pressure chambers are equidistant from the ink common liquid chamber. Are formed in the same shape, the nozzle is connected to the pressure chamber and formed in a direction orthogonal to the direction of the individual flow path, and the position of the nozzle is the same as that of the heating element corresponding to the nozzle. The individual flow paths are formed so as to be shifted in the direction of the individual flow paths according to the timing of the time-division driving, and the positions of the heat generating areas of the heat generating elements on the substrate correspond to the positions of the nozzles. In the direction of.
[0009]
According to a second aspect of the present invention, in the inkjet print head according to the first aspect, the individual flow path and the pressure chamber are formed by resin molding, and the nozzle is the pressure chamber of the molded flow path forming member. Characterized by being formed by laser processing on the surface on which is formed.
[0010]
According to a third aspect of the present invention, in the inkjet print head according to the first aspect, a height from a connection portion between the nozzle and the pressure chamber to the heating element in the pressure chamber is P. _H , The length of the nozzle is N _L , The minimum height of the individual flow path for supplying ink to the pressure chamber is R _L And R _L <P _H ≤N _L Is characterized by the following relationship.
[0012]
According to a fourth aspect of the present invention, in the ink jet print head according to the first or third aspect, the nozzle is constituted by a surface having an inclination in a direction in which a cross-sectional area decreases in a direction of ejecting the ink. The inclination in the direction orthogonal to the direction in which the nozzles are arranged is greater than the inclination in the direction in which the nozzles are arranged.
[0013]
According to a fifth aspect of the present invention, in the inkjet print head according to any one of the first to third aspects, the size of the nozzle, the size of the heat generating region, and the drive signal correspond to the position of the nozzle. At least one of them is changed.
[0014]
According to a sixth aspect of the present invention, in the ink jet print head according to any one of the first to third aspects, a long distance from the ink common liquid chamber to the position of the nozzle is short. Thus, the diameter of the nozzle is relatively small.
[0015]
According to a seventh aspect of the present invention, in the inkjet print head according to any one of the first to third aspects, a long distance from the ink common liquid chamber to the position of the nozzle is shorter than a shorter distance. In this case, the size of the heat generating region of the heat generating element is relatively reduced.
[0016]
According to an eighth aspect of the present invention, in the inkjet print head according to any one of the first to third aspects, the driving signal applied to one of the heating elements includes at least a driving pulse for ejection. And two or more pulses including a pre-driving pulse given before the driving pulse and not generating a bubble, wherein the distance from the ink common liquid chamber to the position of the nozzle is short. It is characterized in that the energy given by the pre-driving pulse to the object is reduced.
[0017]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
FIG. 5 is a sectional view showing an embodiment of the ink jet print head of the present invention, FIG. 6 is a plan view thereof, and FIG. 7 is an exploded perspective view thereof. In the figure, 1 is a head chip, 2 is a heat sink, 3 is an opening, 4 is a flow path forming member, 5 is a nozzle, 6 is a joint, 7 is an ink supply tube, 8 is a common liquid chamber, and 9 is a bonding wire. .
[0018]
The head chip 1 is formed of, for example, a Si substrate or the like, and a plurality of heating elements, electric wiring for driving the heating elements, and the like are formed on the surface thereof. As described later, the position of the heating element can be shifted in the direction of the individual flow path formed in the flow path forming member 4 according to the drive timing of the heating element. A drive circuit for driving each heating element may be formed on the Si substrate in addition to the heating element. Further, a thin resin layer of a photosensitive resin or the like may be formed as a flattening layer or a protective layer in some cases.
[0019]
The heat sink 2 is a metal substrate made of, for example, Al. The head chip 1 is mounted on the heat sink 2 using an adhesive having good thermal conductivity such as silver epoxy, for example, and is thermally coupled. The heat sink 2 keeps the strength of the head and releases heat generated in the head chip 1. The surface of the heat sink 2 is provided with electric wiring for connecting the printer main body and the head chip, and is electrically connected to the head chip 1 by a bonding wire 9 or the like. The heat sink 2 has an opening 3 extending in the direction in which the nozzles 5 are arranged. The joint 6 is inserted through the opening 3. The head chip 1 is arranged so as to cover the opening 3.
[0020]
The flow path forming member 4 is formed of, for example, a resin, and is arranged so as to cover the opening 3. The flow path forming member 4 also partially covers the upper part of the head chip 1 and is aligned or joined to the head chip 1. The portion on the head chip 1 is formed to be thin. An opening serving as a nozzle 5 is provided in accordance with the position of the heating element formed on the head chip 1. The nozzles 5 are formed to be shifted in the direction of the individual ink flow paths in accordance with the drive timing of the heating element. Each part of the head chip 1 and the flow path forming member 4 is adhered so as not to block the flow path of each ink, and is sealed so that the ink does not leak.
[0021]
The joint 6 supplies the ink held in an ink tank (not shown) through an ink supply pipe 7. The joint 6 is inserted into the opening 3. The portion where the joint 6 is inserted into the opening 3 has substantially the same shape as that of the opening 3. Except for the portion to which the ink supply pipe 7 is connected, a surface substantially parallel to the surface of the heat sink 2 is formed. Have. Sealing is performed between this surface and the back surface of the head chip 1 and between the back surface of the flow path forming member 4. As a result, a common liquid chamber 8 that is formed on the side surface of the head chip 1, the surface of the flow path forming member 4, and the upper surface of the joint 6 and extends in the direction in which the individual ink flow paths are arranged is formed. The ink supplied from the ink supply pipe 7 is supplied to the respective ink flow paths via the common liquid chamber 8, and is ejected from the nozzle 5 by the generation of air bubbles due to the heat generated by the heat generating element. A filter for removing dust and bubbles in the ink may be inserted in the middle of the ink supply pipe 7.
[0022]
In the above-described example, an example is shown in which the seal is provided between the joint 6 and the bottom surface of the flow path forming member 4. However, the present invention is not limited to this, and one end of the joint 6 extends to the upper part of the common liquid chamber 8, You may comprise so that it may seal with the thin part of the forming member 4. Or, conversely, a projection may be formed so as to extend through the opening 3 of the heat sink 2 from the bottom surface of the flow path forming member 4 and connect to the joint 6 on the back side of the heat sink 2.
[0023]
Further, the end of the heat sink 2 can be used without providing the opening 3 in the heat sink 2. The head chip 1 is placed so as to cover the end of the heat sink 2 and the flow path forming member 4 and the joint 6 are connected. In this case, there is no heat sink 2 shown separately on the left side of FIG.
[0024]
FIG. 1 is a partially enlarged plan view of a nozzle portion in an embodiment of the ink jet print head of the present invention, FIG. 2 is a cross-sectional view of X1-X1, FIG. 3 is a cross-sectional view of X2-X2, and FIG. It is a Y1-Y1 sectional view similarly. In the figure, 11 is a heating element, 12 is an individual flow path, 13 is a throttle section, 14 is a pressure chamber, 15 and 16 are nozzle tapered surfaces, 17 is a partition wall, and 18 is a nozzle surface.
[0025]
In the flow path forming member 4, the nozzles 5, the pressure chambers 14, and the individual flow paths 12 are formed by, for example, resin molding or the like, which are separated by partition walls 17 corresponding to the respective heating elements 11 provided on the head chip 1. Have been. Each individual flow channel 12 communicates with the common liquid chamber 8. Each individual channel 12 is provided with a throttle unit 13 for narrowing the ink channel in a direction opposite to the ink ejection direction. That is, the height in the pressure chamber 14 is set to P _H , The distance from the tip of the throttle section 13 to the head chip 1 _L Then P _H > R _L It is configured so that The pressure energy at the time of bubble growth generated in the pressure chamber 14 by the constricted portion 13 is prevented from propagating to the common liquid chamber 8 side as much as possible, and the energy is efficiently directed to the discharge direction, thereby improving energy efficiency. In order to prevent the pressure from being transmitted to the common liquid chamber 8 due to the bubbles, in other words, the balance of the fluid resistance between the nozzle 5 side flow path and the common liquid chamber 8 side flow path is set appropriately with the heating element 11 as a boundary. That is. That is, when the flow path on the common liquid chamber 8 side is widened and the fluid resistance is reduced, the pressure energy escapes to the common liquid chamber side, the ink flow velocity and the volume of the ink droplets are reduced, and the energy efficiency is deteriorated. Conversely, if the width is too narrow, the fluid resistance increases, the ink re-supply after ejection becomes slow, and high-speed printing cannot be performed.
[0026]
Since the constricted portion 13 does not have a structure for constricting in the arrangement direction of the individual channels 12 as in the related art, the extra width of the individual channels is not required, and the width of the individual channels 12 can be reduced together with the pressure chamber 14. Can be. Thereby, the arrangement density of the nozzles 5 can be increased. Further, since the molding die has a simple shape that can be produced even by cutting, the production cost can be reduced. Of course, it is possible to prevent the pressure from propagating to the common liquid chamber 8 side by making the width of the individual flow channel 12 narrower than the pressure chamber 14 instead of making the width of the individual flow path 12 the same as the pressure chamber 14. From this, the shape becomes difficult to produce.
[0027]
The pressure chamber 14 is formed in the same shape at an equal distance from the common liquid chamber 8. At this time, the position of each pressure chamber 14 is not shifted as described in the above-mentioned JP-A-8-39803. Here, an example in which they are arranged in one row is shown, but they may be arranged in two or more rows. Even in the case of two or more rows, there is no change in being arranged linearly. The width and height of the pressure chamber 14 are substantially equal to those of the individual flow channel 12. Thereby, the mold processing is further facilitated, and the molds of the flow channel, the throttle portion, and the pressure chamber portion can be manufactured by two types of orthogonal cutting processes.
[0028]
The nozzle 5 is provided above the pressure chamber 14. As shown in FIG. 1, the nozzles 5 are arranged so as to be shifted in the direction of the individual flow paths 12 in accordance with the drive timing of the heating elements 11 corresponding to the nozzles 5. The example shown in FIG. 1 shows a case where simultaneous injection is performed for every three nozzles. The heating elements 11 corresponding to the first to fourth nozzles 5 from the top in the figure are respectively driven at different drive timings, and the first, fifth, second and sixth, and third and seventh from the top in the figure. The heating elements 11 corresponding to the fourth and eighth nozzles 5 are arranged at the same position in the pressure chamber 14 because they are driven at the same drive timing. For example, the first and fifth nozzles 5 in the figure are provided at the innermost part of the pressure chamber 14 as shown in FIG. 2, and the fourth and eighth nozzles 5 are pressure chambers as shown in FIG. 14 is provided in a portion closest to the common liquid chamber 8. At this time, there is no displacement of the nozzles 5 in the direction in which the individual flow paths 12 are arranged, and as shown in FIG. 4, the pressure chambers 14 are provided at the full width or at the center of the width. Here, as an example in which the injection is performed simultaneously for every three nozzles, the nozzles 5 are formed at the same position for every three nozzles. However, the injection is performed every two or four or more nozzles at the same time. In such a case, the nozzles 5 that simultaneously perform injection may be formed at the same position.
[0029]
Each nozzle 5 is narrowed in the ink jetting direction from the heating element 11 to the opening by a nozzle taper surface 15 in the direction in which the individual flow channel 12 extends and a nozzle taper surface 16 in the direction in which the individual flow channel is arranged. I have. The nozzle taper surface 15 has a larger taper angle than the nozzle taper surface 16. With this structure, a change in the fluid resistance toward the common liquid chamber 8 due to the disposition of the nozzles 5 is further reduced, and a head having uniform ejection characteristics between the nozzles 5 is obtained. Further, the pressure loss in the nozzle portion is reduced, and a head with high energy efficiency can be obtained. In this example, since the width of the individual flow channel 12 is narrow, the taper angle of the nozzle taper surface 16 cannot be made too large. However, if a sufficient taper angle can be obtained, the same taper angle as that of the nozzle taper surface 15 may be used. As a processing method of the nozzle 5 having a surface having a different taper angle as described above, for example, a general excimer laser device is used, a processing surface is irradiated with laser light through two types of masks, or a plurality of times. Laser light irradiation.
[0030]
Length N of nozzle 5 _L Is the height P of the pressure chamber 14 _H Is P _H ≤N _L It is formed so that With such a dimensional relationship, the growth of bubbles generated on the heating element 11 is performed in the nozzle 5, and the ink ejection direction is stabilized, and good ink ejection can be realized. Further, the nozzle length N _L Even if the length is made longer, the energy efficiency does not decrease, and the thinnest part can be made thicker, so that the molding is easy and a durable head is obtained. At this time, the positional relationship between the pressure chamber 14 or the nozzle 5 and the heating element 11 is slightly different for each nozzle 5, and the fluid resistance toward the common liquid chamber 8 changes. However, as described above, the distance R from the tip of the aperture portion 13 to the head chip 1 is R. _L And the height P of the pressure chamber 14 _H Relationship R _L <P _H From the minimum height R of the individual flow path 12 _L And length. Therefore, there is no large difference in the fluid resistance balanced as described above, and there is no large difference in the maximum driving frequency, the ejection speed, and the amount of ejected ink.
[0031]
In this example, the nozzle surface 18 where the nozzle 5 opens is recessed from other regions of the flow path forming member 4. Therefore, the distance from the surface of the heating element 11 to the nozzle 5 is reduced to improve the energy efficiency for discharging ink. Further, since the material thickness of the portion other than the nozzle surface 18 can be increased, the strength of the flow path forming member 4 can be increased.
[0032]
The heating element 11 is provided at the bottom of the pressure chamber 14. The heating element 11 is provided in a substantially rectangular shape that is long in the direction of the individual flow path 12. Thereby, the width of the nozzles 5 in the arrangement direction is reduced, and the arrangement density of the heating elements 11 is increased. The heating elements 11 can all be arranged at the same position in the pressure chamber 14, but can also be arranged staggered according to the drive timing, as shown in FIGS. When the heating elements 11 are displaced from each other, the center position of the heat generation region is substantially matched with the center position of the nozzle 5. By displacing the heating elements 11 in this manner, it is possible to reduce energy that does not contribute to ejection and improve ejection efficiency.
[0033]
Examples of the dimensions of each part in a specific inkjet print head include:
Nozzle 5 arrangement pitch: 42.5 μm
Outlet diameter of nozzle 5: φ20 μm
Diameter in the direction in which the individual channels 12 on the inlet side of the nozzle 5 are arranged: 26 μm
Diameter in the direction in which the individual flow path 12 on the inlet side of the nozzle 5 extends: 32 μm
Nozzle taper angle of nozzle taper surface 15: 10 °
Nozzle taper angle of nozzle taper surface 16: 5 °
Length N of nozzle 5 _L : 35 μm
Height P of pressure chamber 14 _H : 20 μm (P _H (Length of the region in the direction in which the individual channels 12 extend: 70 μm, length in the direction in which the individual channels 12 are arranged: 26 μm)
Minimum height R of individual flow path 12 _L : 10 μm (Length in the direction in which the individual flow path 12 at the minimum height extends: 15 μm)
Dimensions of heat generating region 11: 28 μm in direction in which individual flow channels 12 are arranged, 60 μm in direction in which individual flow channels 12 extend
It can be.
[0034]
FIG. 8 is an explanatory diagram of an example of an ejection characteristic depending on a nozzle position in one embodiment of the inkjet print head of the present invention. In the above example, the heating element 11 is constant (substantially at the center) in the flow direction of the pressure chamber 14 regardless of the nozzle position. FIG. 8 shows the difference in the ejection characteristics depending on the nozzle position in this head. The difference between the ink flow rate and the ink discharge amount was a level of 1 to 2%, a value close to the measurement error, and did not affect the image quality.
[0035]
An outline of an example of the operation of the above-described position mode of the inkjet print head of the present invention will be described. Ink supplied from an ink supply source (not shown) is supplied from the common liquid chamber 8 to each pressure chamber 14 via a plurality of individual flow paths 13. The ink supplied to the pressure chamber 14 is heated by the heating element 11 on the head chip 1 to generate bubbles. The bubbles grow inside the pressure chamber 14 and the nozzle 5. Ink is ejected from the nozzle 5 by the pressure energy at the time of the bubble growth and adheres to a recording material (not shown) to form an image for one dot.
[0036]
Also, as shown in FIG. 1, an ink jet print head formed by shifting the position of the nozzle 5 every four nozzles is used, and the ink jet print head is moved from right to left in the drawing, or the recording material is moved in the drawing. Consider a case where recording is performed by moving from left to right. In the case of recording a straight line in which dots are arranged in a line in the vertical direction in the drawing, first, the heating elements 11 corresponding to the first, fifth, ninth,... Nozzles 5 are simultaneously driven, and an image every three dots is recorded. You. After that, due to the relative movement between the ink jet print head and the recording material, the positions of the second, sixth, tenth,... Nozzles 5 become the positions where ink should be ejected. The heating element 11 is driven to record an image every three dots. Further, due to the relative movement between the ink jet print head and the recording material, the positions of the third, seventh, eleventh,... Th nozzles 5 become the positions where ink should be ejected, and correspond to these nozzles 5 at the next timing. The heating element 11 is driven to record an image every three dots. Further, the position of the fourth, eighth, twelfth,... Nozzles becomes the position where ink should be ejected due to the relative movement between the ink jet print head and the recording material. The heating element 11 is driven to record an image every three dots. In this manner, the ink can be ejected from all the nozzles by the drive divided into four times. Since the recorded dots are arranged in a straight line, a high-quality image can be obtained. In addition, since the number of the heating elements 11 driven at the same time is at most 1/4 of the whole, the power supply capacity can be reduced to 1/4, and the size of the apparatus can be reduced.
[0037]
When the position where the nozzle 5 is provided is shifted according to the drive timing of the heating element 11 as described above, there is little effect between the nozzles, but a slight variation in the ejection characteristics occurs (for example, see FIG. 8). For example, as shown in FIG. 2, the position of the nozzle 5 far from the common liquid chamber 8 (hereinafter referred to as position A) and the position of the nozzle 5 near the common liquid chamber 8 as shown in FIG. B), the position A is faster than the position B in the ink ejection speed. In addition, the ink ejection amount at the position A is equal to or greater than the ink ejection amount at the position B. Further, the highest driving frequency is higher at the position B than at the position A. In the following description, an ink jet print head that has achieved uniformity of such a variation in ejection characteristics to achieve higher image quality will be described.
[0038]
In the present invention, the above-described variation in the ejection characteristics is corrected by the size of the heating element 11, the diameter of the nozzle 5, the energy applied to the heating element 11, and the like. Unlike the related art, the length and shape of the ink flow path are not changed for each heating element 11.
[0039]
The size of the heating element 11 is smaller at the position A than at the position B (A <B). At the position A, the energy ratio of the generated pressure energy in the discharge direction is increased at the position A due to the fluid resistance balance of the ink flow path. Therefore, the size of the heating element 11 is reduced to reduce the entire generated pressure energy, The pressure energy at the time of bubble growth in the direction is assumed to be equal to the position B. At this time, the pressure energy to the common liquid chamber 8 is larger at the position B than at the position A, the re-supply speed of the ink at the position A is improved, the maximum driving frequency is increased, and the same as the position B can be achieved. . Here, the energy per unit area of the heating element 11 is assumed to be equal.
[0040]
The diameter of the nozzle 5 may be larger at the position B than at the position A (A <B). Thereby, the ink ejection amount at the position B where the ink ejection amount is small can be increased, and the ink ejection amount can be adjusted to the same as the position A. However, the increase in the opening diameter of the nozzle 5 causes a decrease in the ink discharge speed, but the change in the speed is not as large as the change in the discharge amount. In addition, if the diameter of the nozzle 5 is largely changed, the fluid resistance balance of the flow path will be lost.
[0041]
The energy applied to the heating element 11 is smaller at the position A than at the position B (A <B). As described above, since the pressure energy ratio in the discharge direction at position A becomes large, the pressure energy at the time of bubble growth in the discharge direction is equivalent to that at position B by reducing the energy applied to the heating element 11 at position A. And FIG. 9 is an explanatory diagram of an example of the drive pulse waveform. When energy is applied to the heating element 11, one drive pulse may be applied, or a plurality of drive pulses may be applied as shown in FIG. When two driving pulses P1 and P3 are applied as shown in FIG. 9, the driving pulse P1 is a pulse for causing the heating element 11 to generate heat without generating bubbles, and the driving pulse P1 is applied to the heating element 11 before bubbles are generated. Increase the temperature of the surrounding ink. The driving pulse P3 is a pulse for generating bubbles and actually discharging ink. When the energy to be applied is changed according to the position of the nozzle 5 as described above, for example, the energy of the drive pulse P1 may be changed. By changing the energy of the drive pulse P1, the temperature of the ink around the heating element 11 can be changed, and the volume of generated bubbles, that is, the ink droplet can be changed.
[0042]
Preferably, adjustment is performed by a combination of two or more of the above three types of adjustment methods. In this case, the above-described adjustment direction may be reversed. In addition, various fine adjustment methods such as fine adjustment by the taper angle of the nozzle taper surface 15 of the nozzle 5 or fine adjustment by the throttle amount of the individual flow path 12 by the throttle unit 13 may be applied. Can be. Further, the correction can be performed by combining some of these various methods of correcting the dispersion of the injection characteristics.
[0043]
FIG. 10 is a partially enlarged plan view of a nozzle portion in another embodiment of the ink jet print head of the present invention. The example shown in FIG. 10 shows an arrangement of the nozzles 5 corresponding to a driving method of a type in which four adjacent nozzles 5 are simultaneously jetted. As shown in FIG. 10, the nozzles 5 are formed at the same position with respect to four adjacent nozzles 5 that simultaneously jet, and the nozzles 5 are formed at different positions for every four nozzles. The correction between the nozzles 5 at different positions can be performed in the same manner as in the above-described example.
[0044]
In this example, it is assumed that recording is performed by moving the inkjet print head from right to left in the drawing or moving the recording material from left to right in the drawing. In the case of recording a straight line in which dots are arranged in a line in the vertical direction in the figure, first, the heating elements 11 corresponding to the first to fourth nozzles 5 are simultaneously driven, and an image of four dots is recorded. Thereafter, due to the relative movement between the ink jet print head and the recording material, the positions of the fifth to eighth nozzles 5 become the positions where ink is to be ejected. Therefore, the heating elements 11 corresponding to these nozzles 5 are driven at the next timing. Then, a 4-dot image is recorded. In this manner, by driving the heating element 11 for the four nozzles 5 that are to be sequentially ejected, one row of printing can be performed by driving four dots a plurality of times. At this time, the recorded dots are arranged in a straight line, so that a high-quality image can be obtained. Further, since the four heating elements 11 are driven at the same time, the power supply capacity can be reduced and the size of the apparatus can be reduced.
[0045]
In this example, an example in which four nozzles are simultaneously driven has been described, but a configuration in which three or less or five or more nozzles are simultaneously driven may of course be employed. Further, the present invention is not limited to the above two examples, and can be configured to correspond to various driving methods. For example, a configuration may be adopted in which several adjacent nozzles are used as blocks, and a plurality of distant blocks are simultaneously driven. Regardless of the driving method used, nozzles that are driven at the same time may be set at the same position, and nozzles that are driven at different timings may be formed at different positions.
[0046]
【The invention's effect】
As is apparent from the above description, according to the first aspect of the present invention, a substrate having a plurality of heating elements, a nozzle having an opening for ejecting ink corresponding to each of the heating elements, and a heating element are provided. A pressure chamber that generates pressure by generation of bubbles due to heat generation of the pressure chamber and a flow path forming member in which an individual flow path for supplying ink from the ink common liquid chamber to the pressure chamber is joined, and the nozzle is Ink-jet printing which is divided into blocks and time-divisionally driven for each block, and performs recording by ejecting ink supplied to the pressure chamber from the ink common liquid chamber communicating with the individual flow path via the individual flow path from the nozzle orifice. In the head, the individual flow channels and the pressure chambers formed in the flow channel forming member are linearly arranged in one or more rows, respectively, and the pressure chambers have the same shape at the same distance from the ink common liquid chamber. The nozzle is connected to the pressure chamber and is formed in a direction orthogonal to the direction of the individual flow path, and the position of the nozzle is controlled in accordance with the timing of time-division driving of the heating element corresponding to the nozzle. By being formed shifted in the direction of the road, it is possible to obtain an ink jet print head capable of aligning ink landing positions in accordance with time-division driving and performing high-quality recording. Furthermore, since the positions of the heat generating regions of the heat generating elements on the substrate are formed so as to be shifted in the direction of the individual flow path in accordance with the positions of the nozzles, an ink jet print head having good ejection efficiency can be obtained.
[0047]
Further, by forming the individual flow passages and the pressure chambers by resin molding as in the second aspect of the invention, an inexpensive inkjet print head can be obtained. In addition, by forming the nozzles that need to be shifted in accordance with the ejection drive timing by laser processing, the nozzles can be easily processed, and the manufacturing cost can be reduced. Further, it is possible to manufacture an ink jet print head having sufficient strength.
[0049]
Further, as in the invention according to claim 4, the nozzle is constituted by a surface having an inclination in a direction in which a cross-sectional area thereof decreases in a direction in which the ink is ejected. By forming such that the inclination in the direction perpendicular to the direction in which the nozzles are arranged is increased, a head having higher ejection efficiency and more uniform ejection characteristics for each nozzle can be obtained.
[0050]
The relationship between the individual flow path, the pressure chamber, and the nozzle is such that the height from the connection between the nozzle and the pressure chamber to the heating element in the pressure chamber is P, as in the third aspect of the invention. _H , Nozzle length N _L , The minimum height of the individual flow path for supplying ink to the pressure chamber is R _L And R _L <P _H ≤N _L With this relationship, even if the relative positions of the nozzles and the pressure chambers or the individual flow paths are different, the ejection characteristics such as the ink flow velocity and the driveable frequency can be kept from changing so much. Therefore, even if the position of the nozzle is changed in accordance with the drive timing, printing can be performed without significantly changing the ejection characteristics, and a high-quality print image can be obtained. At this time, the nozzle length N _L Even if the length is made long, the energy efficiency does not decrease and the thinnest portion at the time of molding can be made thin, so that molding is easy and the yield can be improved. In addition, the head becomes strong in terms of strength.
[0051]
In order to further equalize the ejection characteristics, the ejection characteristics can be further improved by changing at least one of the size of the nozzle, the size of the heat generating region, and the drive signal in accordance with the position of the nozzle. Can be controlled uniformly. For example, as for the dimensions of the nozzle, as in the invention according to claim 6, the nozzle having a long distance from the ink common liquid chamber to the position of the nozzle has a relatively small nozzle diameter compared to a short nozzle. The amount of ejected ink can be made uniform. In addition, the size of the heat generating area of the heat generating element is relatively smaller than that of the case where the distance from the ink common liquid chamber to the position of the nozzle is long as in the case of the seventh aspect. Therefore, the ink ejection speed and the amount of ejected ink can be made uniform. Further, as for the drive signal, as in the invention according to claim 8, the drive signal includes at least a drive pulse for ejection and a pre-drive pulse given before the drive pulse and not generating bubbles. In the case of using the above-described pulse, the ink ejection speed and the amount of ejected ink can be reduced by reducing the energy given by the pre-driving pulse for the one having a long distance from the ink common liquid chamber to the position of the nozzle and the one having a short distance. There is an effect that it can be made uniform.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a partially enlarged plan view of a nozzle portion in an embodiment of an ink jet print head according to the present invention.
FIG. 2 is a sectional view taken along line X1-X1 of a nozzle portion in one embodiment of the inkjet print head of the present invention.
FIG. 3 is a sectional view taken along line X2-X2 of a nozzle portion in one embodiment of the inkjet print head of the present invention.
FIG. 4 is a sectional view taken along line Y1-Y1 of a nozzle portion in one embodiment of the inkjet print head of the present invention.
FIG. 5 is a sectional view showing one embodiment of the ink jet print head of the present invention.
FIG. 6 is a plan view showing an embodiment of the inkjet print head of the present invention.
FIG. 7 is an exploded perspective view showing one embodiment of the inkjet print head of the present invention.
FIG. 8 is an explanatory diagram of an example of an ejection characteristic depending on a nozzle position in a specific example of the embodiment of the inkjet print head of the present invention.
FIG. 9 is an explanatory diagram of an example of a drive pulse waveform.
FIG. 10 is a partially enlarged plan view of a nozzle portion in another embodiment of the ink jet print head of the present invention.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Head chip, 2 ... Heat sink, 3 ... Opening, 4 ... Flow path forming member, 5 ... Nozzle, 6 ... Joint, 7 ... Ink supply pipe, 8 ... Common liquid chamber, 9 ... Bonding wire, 11 ... Heating element , 12 ... individual flow path, 13 ... throttle part, 14 ... pressure chamber, 15, 16 ... nozzle taper surface, 17 ... partition wall, 18 ... nozzle surface.

Claims

A substrate having a plurality of heating elements, a nozzle having an ejection opening for ejecting ink corresponding to each of the heating elements, a pressure chamber for generating pressure by generating bubbles due to heat generated by the heating elements, and an ink common liquid chamber And a flow path forming member formed with an individual flow path for supplying ink from the pressure chamber to the pressure chamber. The nozzles are divided into blocks and driven in a time-division manner for each block. In an ink jet print head which performs recording by ejecting ink supplied from the communicating ink common liquid chamber to the pressure chamber through the individual channel from the ejection port of the nozzle, the ink jet print head formed on the channel forming member The individual flow paths and the pressure chambers are linearly arranged in one or more rows, respectively, and the pressure chambers are formed in the same shape at the same distance from the ink common liquid chamber. The nozzle is connected to the pressure chamber and is formed in a direction orthogonal to the direction of the individual flow path, and the position of the nozzle is adjusted at the time when the heating element corresponding to the nozzle is driven in the time-division manner. Corresponding to the position of the heating element on the substrate, and the position of the heating area of the heating element on the substrate is formed so as to be shifted in the direction of the individual flow path corresponding to the position of the nozzle. An ink-jet printhead, comprising:

The said individual flow path and the said pressure chamber are formed by resin molding, The said nozzle is formed in the formation surface of the said pressure chamber of the molded said flow path formation member by laser processing, The Claim 1 characterized by the above-mentioned. An inkjet printhead as described.

The nozzle and the from the connection portion between the pressure chamber to the heating element of the pressure chamber height P _H, the length N _L of the nozzle, the minimum height of the individual flow path for supplying ink to said pressure chamber 2. The ink jet print head according to claim 1, wherein, when _RL is defined as R _L , R _L <P _H ≦ N _L.

The nozzle is constituted by a surface having an inclination in a direction in which a cross-sectional area thereof decreases in a direction of ink ejection, and an inclination in a direction orthogonal to the arrangement direction of the nozzles with respect to the inclination of the arrangement direction of the nozzles. The ink jet print head according to claim 1, wherein is larger.

The inkjet printing according to claim 1, wherein at least one of a size of the nozzle, a size of the heating region, and a driving signal is changed according to a position of the nozzle. head.

5. The nozzle according to claim 1, wherein the nozzle having a longer distance from the ink common liquid chamber to the position of the nozzle has a relatively smaller diameter than the nozzle having a shorter distance. 3. The inkjet print head according to claim 1.

5. The apparatus according to claim 1, wherein the distance from the ink common liquid chamber to the position of the nozzle is long, and the size of the heat generating region of the heat generating element is relatively small as compared with a short one. An inkjet printhead according to any one of the preceding claims.

The driving signal applied to one heating element is composed of at least a driving pulse for ejection and two or more pulses including a pre-driving pulse given before the driving pulse and not generating bubbles. The energy given by the pre-driving pulse is smaller when the distance from the ink common liquid chamber to the position of the nozzle is long than when the distance is short. The inkjet printhead according to claim 1.