JP4315018B2 - Liquid discharge head and liquid discharge apparatus - Google Patents

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Description

本発明は、インクジェットプリンタ等に用いられるサーマル方式の液体吐出ヘッド、及びこの液体吐出ヘッドを備えるインクジェットプリンタ等の液体吐出装置に関し、ゴミ、ホコリ等の混入や気泡の発生による流路障害が極力生じないようにし、吐出ムラのない流路構造を実現する技術に係るものである。   The present invention relates to a thermal liquid discharge head used in an ink jet printer and the like, and a liquid discharge device such as an ink jet printer including the liquid discharge head. The present invention relates to a technology that realizes a flow path structure without discharge unevenness.

従来より、例えばインクジェットプリンタに代表される液体吐出装置に用いられる液体吐出ヘッドでは、発生させた気泡の膨張及び収縮を利用するサーマル方式と、液室の形状や体積の変動を利用するピエゾ方式とが知られている。
そして、サーマル方式では、半導体基板上に発熱素子を設け、この発熱素子によって液室内の液体に気泡を発生させ、発熱素子上に配置されたノズルから液体を液滴として吐出させ、記録媒体等に着弾させるものである。
Conventionally, for example, in a liquid discharge head used in a liquid discharge apparatus typified by an ink jet printer, a thermal method that uses expansion and contraction of generated bubbles, and a piezo method that uses fluctuations in the shape and volume of a liquid chamber, It has been known.
In the thermal method, a heating element is provided on a semiconductor substrate, bubbles are generated in the liquid in the liquid chamber by the heating element, and the liquid is ejected as droplets from a nozzle disposed on the heating element to be used as a recording medium. It ’s what makes you land.

図18は、従来のこの種の液体吐出ヘッド1(以下、単にヘッド1という。)を示す外観斜視図である。図18において、ノズルシート17は、バリア層3上に貼り合わせられるが、このノズルシート17を分解して図示している。
また、図19は、図18のヘッド1の流路構造を示す断面図である。なお、液体吐出装置のこの種の流路構造としては、例えば特許文献1に開示されている。
特開2003−136737号公報
FIG. 18 is an external perspective view showing a conventional liquid discharge head 1 of this type (hereinafter simply referred to as the head 1). In FIG. 18, the nozzle sheet 17 is bonded onto the barrier layer 3, and the nozzle sheet 17 is illustrated in an exploded manner.
FIG. 19 is a cross-sectional view showing the flow path structure of the head 1 of FIG. In addition, as this kind of flow path structure of a liquid discharge apparatus, it is disclosed by patent document 1, for example.
JP 2003-136737 A

図18及び図19において、半導体基板11上には、複数の発熱素子12が配列されている。また、半導体基板11上には、バリア層3及びノズルシート17が順次積層される。ここで、半導体基板11上に発熱素子12が形成されるとともに、その上部にバリア層3が形成されたものを、ヘッドチップ1aと称する。そして、ヘッドチップ1a上にノズルシート17が貼り合わせられたものを、ヘッド1と称する。   18 and 19, a plurality of heating elements 12 are arranged on the semiconductor substrate 11. In addition, the barrier layer 3 and the nozzle sheet 17 are sequentially stacked on the semiconductor substrate 11. Here, the one in which the heat generating element 12 is formed on the semiconductor substrate 11 and the barrier layer 3 is formed thereon is referred to as a head chip 1a. And what the nozzle sheet | seat 17 was bonded together on the head chip | tip 1a is called the head 1. FIG.

ノズルシート17は、各発熱素子12上にそれぞれノズル(液滴を吐出するための孔)18が位置するように、ノズル18が配列されたものである。また、バリア層3は、半導体基板11上に設けられることにより、発熱素子12とノズル18との間に介在して、発熱素子12上とノズル18との間に液室3aを形成している。   The nozzle sheet 17 has nozzles 18 arranged so that nozzles (holes for discharging droplets) 18 are positioned on the respective heat generating elements 12. In addition, the barrier layer 3 is provided on the semiconductor substrate 11 so as to be interposed between the heating element 12 and the nozzle 18 to form a liquid chamber 3 a between the heating element 12 and the nozzle 18. .

図18に示すように、バリア層3は、平面的に見て、各発熱素子12の3辺が囲まれるように略櫛歯状に形成されることで、1辺のみが開口された液室3aが形成されている。この開口された部分は、個別流路3dを形成し、共通流路23と連通する。   As shown in FIG. 18, the barrier layer 3 is formed in a substantially comb-like shape so as to surround the three sides of each heat generating element 12 in a plan view, so that the liquid chamber in which only one side is opened is formed. 3a is formed. This opened portion forms an individual flow path 3 d and communicates with the common flow path 23.

また、発熱素子12は、半導体基板11の1辺の近傍に配列されている。そして、図19中、半導体基板11(ヘッドチップ1a)の左側には、ダミーチップDが配置されることで、半導体基板11(ヘッドチップ1a)の一側面と、ダミーチップDの一側面とで、共通流路23を形成している。なお、共通流路23を形成できる部材であれば、ダミーチップDに限らず、いかなる部材を用いても良い。   The heating elements 12 are arranged in the vicinity of one side of the semiconductor substrate 11. In FIG. 19, the dummy chip D is arranged on the left side of the semiconductor substrate 11 (head chip 1a), so that one side surface of the semiconductor substrate 11 (head chip 1a) and one side surface of the dummy chip D are arranged. The common flow path 23 is formed. In addition, as long as it is a member which can form the common flow path 23, not only the dummy chip D but any member may be used.

さらにまた、図19に示すように、半導体基板11の発熱素子12が設けられた面と反対側の面には、流路板22が配置されている。この流路板22には、図19に示すように、インク供給口22aと、このインク供給口22aと連通するように断面形状が略凹状をなす供給流路24が形成されている。そして、この供給流路24と、共通流路23とが連通している。   Furthermore, as shown in FIG. 19, a flow path plate 22 is disposed on the surface of the semiconductor substrate 11 opposite to the surface on which the heating elements 12 are provided. As shown in FIG. 19, the flow path plate 22 is formed with an ink supply port 22a and a supply flow path 24 having a substantially concave cross section so as to communicate with the ink supply port 22a. The supply channel 24 and the common channel 23 communicate with each other.

これにより、インクは、インク供給口22aから供給流路24及び共通流路23に送られるとともに、個別流路3dを通って液室3aに入り込む。そして、発熱素子12が加熱されることで、液室3a内の発熱素子12上に気泡が発生し、この気泡発生時の飛翔力によって、液室3a内の液体の一部を液滴としてノズル18から吐出させる。   Thus, the ink is sent from the ink supply port 22a to the supply flow path 24 and the common flow path 23, and enters the liquid chamber 3a through the individual flow path 3d. When the heat generating element 12 is heated, bubbles are generated on the heat generating element 12 in the liquid chamber 3a, and a part of the liquid in the liquid chamber 3a is used as a droplet by the flying force when the bubbles are generated. 18 is discharged.

なお、図18及び図19では、実際の形状を無視して、理解の容易のために、形状を誇張して表示している。例えば半導体基板11の厚みは、約600〜650μmであり、ノズルシート17やバリア層3の厚みは、約10〜20μmである。   18 and 19, the actual shape is ignored and the shape is exaggerated for easy understanding. For example, the thickness of the semiconductor substrate 11 is about 600 to 650 μm, and the thickness of the nozzle sheet 17 and the barrier layer 3 is about 10 to 20 μm.

前述の従来の技術のヘッド1においては、第1に、ゴミやホコリが流路内やノズル18内に入り込み、ノズル18での吐出不良や流路での液体の供給不足が生じる問題がある。
ここで、一般の空間にはゴミやホコリが漂っており、自由に移動している。したがって、これらが液体中に落ちて、液体中のゴミやホコリとして存在する。しかし、インクジェットプリンタ等の液体吐出装置では、ミクロン単位のノズル18から液体を吐出させる構造であるので、ゴミやホコリがノズル18に詰まるおそれがある。
In the conventional head 1 described above, firstly, there is a problem that dust and dust enter the flow path and the nozzle 18, resulting in defective ejection at the nozzle 18 and insufficient supply of liquid in the flow path.
Here, garbage and dust drift in the general space and move freely. Therefore, they fall into the liquid and exist as dust and dust in the liquid. However, since the liquid ejecting apparatus such as an ink jet printer has a structure in which liquid is ejected from the nozzle 18 in units of microns, there is a possibility that dust or dust may clog the nozzle 18.

このため、現状では、製造過程において、例えば無塵室等のような作業環境で、ゴミやホコリの少ない液体等で部品を洗浄すること等が行われている。
さらに、設計上では、液体吐出装置の流路において、複数箇所にゴミやホコリを除去するためのフィルターを設けておく必要がある。
特に、ラインヘッドのようにノズル数が多くなるほどノズル18の吐出不良が生じる確率が高くなるので、より厳しい管理が必要となり、コストが増大するという問題がある。
For this reason, at present, in the manufacturing process, for example, parts are washed with a dust or a liquid with little dust in a working environment such as a dust-free chamber.
Furthermore, in terms of design, it is necessary to provide filters for removing dust and dust at a plurality of locations in the flow path of the liquid ejection device.
In particular, as the number of nozzles increases as in a line head, there is a higher probability that ejection failure of the nozzles 18 will occur, so there is a problem that stricter management is required and the cost increases.

また、第2に、ヘッド1の温度が上昇する結果、液体中に気泡が発生することがあり、この気泡が障害となって吐出量が不足してしまう問題がある。
気泡の発生箇所としては、前述の共通流路23や個別流路3dが挙げられるが、いずれの箇所に発生しても、吐出ムラの原因となる。
Secondly, as a result of the temperature of the head 1 increasing, bubbles may be generated in the liquid, and there is a problem that the amount of discharge becomes insufficient due to the bubbles.
Examples of the locations where bubbles are generated include the common flow path 23 and the individual flow paths 3d described above, but they may cause discharge unevenness regardless of where they are generated.

図20は、共通流路23内に気泡が残留した状態を写真撮影した結果を示す図である。図20では、ノズルシート17を透明体から形成し、内部の気泡の状態が見えるようにしている。
図20では、共通流路23内には、フィルターが設けられている。このフィルターは、ゴミ及びホコリが個別流路3d内に進入することを防止するために設けられたものであって、円柱状の柱を共通流路23に沿って配列したものである。
FIG. 20 is a diagram illustrating a result of taking a picture of a state in which bubbles remain in the common flow path 23. In FIG. 20, the nozzle sheet 17 is formed from a transparent body so that the state of bubbles inside can be seen.
In FIG. 20, a filter is provided in the common flow path 23. This filter is provided in order to prevent dust and dust from entering the individual flow path 3 d, and has columnar columns arranged along the common flow path 23.

図20に示すように、共通流路23に気泡が残留した領域(図20中、点線で囲んだ領域)では、個別流路3dへの液体の供給量が減少する。これにより、液体吐出量が低下し、比較的広い範囲で濃度が薄くなった吐出ムラとして現れる。
なお、気泡が存在すると吐出状態が影響を受けるのは、吐出そのものが、吐出時に発生する圧力と、それに対応した液室3a付近の液体、バリア層3、気泡の存在で決まる反作用が影響を及ぼすためと考えられる。
As shown in FIG. 20, in the area where bubbles remain in the common flow path 23 (area surrounded by a dotted line in FIG. 20), the amount of liquid supplied to the individual flow path 3d decreases. As a result, the discharge amount of the liquid is reduced and appears as discharge unevenness in which the density is reduced in a relatively wide range.
Note that the discharge state is affected when bubbles are present. The discharge itself is affected by the reaction generated by the pressure generated during discharge and the liquid near the liquid chamber 3a, the barrier layer 3, and the presence of bubbles. This is probably because

また、気泡は、個別流路3dの入口付近や個別流路3d内に入り込む場合がある。図21は、個別流路3dの入口に気泡が残留した状態を写真撮影した結果を示す図である。図21では、図20と同様に、ノズルシート17を透明体から形成している。
このような場合には、たとえ気泡が小さくても、狭い空間内に気泡が存在するので影響が大きい。すなわち、図20の場合よりも吐出量が減少する。また、気泡が入り込んだ個別流路3dに対応するノズル18からの吐出量のみが減少するので、スジとなって目立つようになる。
In addition, bubbles may enter the vicinity of the inlet of the individual flow path 3d or the individual flow path 3d. FIG. 21 is a diagram illustrating a result of taking a photograph of a state in which bubbles remain at the inlet of the individual flow path 3d. In FIG. 21, similarly to FIG. 20, the nozzle sheet 17 is formed from a transparent body.
In such a case, even if the bubbles are small, the influence is great because the bubbles are present in a narrow space. That is, the discharge amount is smaller than in the case of FIG. Further, since only the discharge amount from the nozzle 18 corresponding to the individual flow path 3d into which bubbles have entered decreases, it becomes noticeable as a streak.

以上のような気泡が一旦発生すると、吐出が繰り返されても、気泡は、共通流路23や個別流路3dに張り付くか、個別流路3d〜共通流路23間を往復移動するだけで簡単には消滅しない。また、気泡の間をくぐり抜けるように液室3a内には液体が供給されるので、吐出特性が不十分な状態が固定的に残ることが多い。   Once the bubbles as described above are generated, even if the discharge is repeated, the bubbles stick to the common flow path 23 and the individual flow paths 3d or simply reciprocate between the individual flow paths 3d and the common flow path 23. Does not disappear. In addition, since the liquid is supplied into the liquid chamber 3a so as to pass through between the bubbles, a state where the ejection characteristics are insufficient often remains fixed.

なお、吐出動作を停止し、長時間放置して液体の温度を低下させたときは気泡が消滅することが確認されているので、この場合の気泡は、液体が蒸発してできたものであることがわかる。
一方、気泡で覆われる部分は、気体であるので熱伝導率が悪く、液体による冷却が進まないので発熱部分の熱が溜まやすい。その結果として、気泡が拡大してしまうという問題がある。
In addition, since it is confirmed that the bubbles disappear when the discharge operation is stopped and the temperature of the liquid is lowered by standing for a long time, the bubbles in this case are formed by evaporation of the liquid. I understand that.
On the other hand, since the portion covered with bubbles is a gas, the thermal conductivity is poor, and the cooling by the liquid does not proceed, so the heat of the heat generating portion tends to accumulate. As a result, there is a problem that bubbles expand.

また、発熱素子12とノズル18との中心がずれている場合に特に気泡が発生しやすい傾向があることから、発熱素子12上で生成された気泡が有効に吐出に用いられずに残るものと考えられる。   Further, since bubbles tend to be generated particularly when the centers of the heating elements 12 and the nozzles 18 are shifted, the bubbles generated on the heating elements 12 remain without being effectively used for ejection. Conceivable.

さらに、気泡は、液室3a内やノズル18内に入り込む場合もある。図22は、ノズル18から気体が液室3a内に入り込んだ状態を写真撮影した結果を示す図である。
図22では、共通流路23内にフィルター(図20とは異なり、三角柱状の柱を配列したもの)が設けられており、合体成長した気泡がフィルターの柱間を塞いでしまい、液体が液室3a側に移動できない状態となったものである。
Further, the bubbles may enter the liquid chamber 3a or the nozzle 18. FIG. 22 is a diagram showing a result of taking a picture of a state in which gas has entered the liquid chamber 3a from the nozzle 18.
In FIG. 22, a filter (in which triangular columns are arranged unlike FIG. 20) is provided in the common flow path 23, and the coalesced and grown bubbles block between the columns of the filter, and the liquid is liquid. This is a state where it cannot move to the chamber 3a side.

共通流路23から液室3a側への液体の移動が気泡によって塞がれると、ノズル18のメニスカスのバランスが破壊されやすくなる。このような状態において、隣のノズル18からの衝撃波が引き金となって、ノズル18から気体が液室3a内に進入してしまう。すなわち、内部の液体の圧力は、大気圧より低く設定されているので、メニスカスの平衡状態が破壊されると、液体は共通流路23側に後退し、吐出ができなくなってしまう。   When the movement of the liquid from the common flow path 23 to the liquid chamber 3a side is blocked by bubbles, the meniscus balance of the nozzle 18 is likely to be destroyed. In such a state, the shock wave from the adjacent nozzle 18 is triggered, and the gas enters the liquid chamber 3a from the nozzle 18. That is, since the pressure of the internal liquid is set to be lower than the atmospheric pressure, when the equilibrium state of the meniscus is destroyed, the liquid moves backward toward the common flow path 23 and cannot be discharged.

さらにまた、第3に、吐出時の衝撃波によって、特に気泡の存在と相まって、吐出ムラを起こすという問題がある。なお、サーマル方式では、吐出時の圧力変化はピエゾ方式と比較してもかなり大きなものである。
吐出衝撃が引き起こす問題としては、以下の2つが挙げられる。
Thirdly, there is a problem that unevenness of discharge is caused by a shock wave at the time of discharge, particularly in combination with the presence of bubbles. In the thermal method, the pressure change during ejection is considerably larger than that in the piezo method.
There are the following two problems caused by the discharge impact.

1つ目は、衝撃波が隣接する液室3aからの気泡の引き込みの引き金になってしまう。なお、この問題を避けるためには、フィルターの柱間の間隔を大きく取ることが考えられるが、そのようにした場合には、フィルターを通過するゴミやホコリが大きくなってしまい、個別流路3dに大きなゴミやホコリが入りやすくなってしまう。   First, the shock wave triggers the drawing of bubbles from the adjacent liquid chamber 3a. In order to avoid this problem, it is conceivable to increase the distance between the filter columns. However, in such a case, dust and dust passing through the filter become large, and the individual flow path 3d. It becomes easy for large garbage and dust to enter.

また、2つ目は、衝撃波が近隣のノズル18に伝搬し、メニスカスが振動して吐出ムラを起こすという問題がある。そして、気泡の発生や残留気泡が存在すると、衝撃波と気泡とがかち合い、気泡の引き込み等が生じやすくなり、吐出ムラも出現しやすくなる。   The second problem is that the shock wave propagates to the neighboring nozzles 18 and the meniscus vibrates to cause discharge unevenness. When bubbles are generated or residual bubbles are present, the shock wave and the bubbles are mixed with each other, the bubbles are likely to be drawn in, and ejection irregularities are likely to appear.

ところで、ドットを重ね合わせて画像を形成していくこと(重ね書き)が可能なシリアル方式の場合には、吐出ムラを生じさせるノズルが1〜2個程度存在したとしても、上記重ね書きによって、吐出ムラを目立たないように修復することができる。これに対し、1回の液滴の吐出で画像形成を完結し、原則として重ね書きができないライン方式の場合には、吐出ムラの存在は致命傷となる。   By the way, in the case of a serial method in which dots can be superimposed to form an image (overwriting), even if there are about one to two nozzles that cause ejection unevenness, It is possible to repair the discharge unevenness so as not to be noticeable. On the other hand, in the case of a line method in which image formation is completed by one droplet ejection and, as a rule, overwriting cannot be performed, the presence of ejection unevenness is a fatal wound.

なお、本件発明者らは、吐出ムラの問題のうち、衝撃波の影響を少なくする技術については、未開示の先願である特願2003−348709により既に提案しており、気泡発生率をできる限り小さくする技術については、同じく未開示の先願である特願2004−014183により既に提案している。   The inventors of the present invention have already proposed a technology for reducing the influence of shock waves among the problems of ejection unevenness in Japanese Patent Application No. 2003-348709, which is an undisclosed prior application, and the bubble generation rate is as much as possible. A technique for reducing the size has already been proposed in Japanese Patent Application No. 2004-014183, which is also an undisclosed prior application.

そして、本発明が解決しようとする課題は、上記技術を踏まえた上でさらに改良を重ね、ゴミやホコリ等による流路障害が生じにくくするとともに、気泡による影響をできる限り少なくして、吐出ムラのほとんどない流路構造を提供することである。   Further, the problem to be solved by the present invention is based on the above-described technology, and further improvements are made to make it difficult to cause a flow path failure due to dust, dust, etc., and to reduce the influence of bubbles as much as possible. It is to provide a flow path structure with almost no.

本発明は、以下の解決手段によって、上述の課題を解決する。
本発明の1つである請求項1の発明は、半導体基板上に一方向に一定のピッチPで配列されるとともに、隣り合うものがピッチP方向に垂直な方向において間隔X(Xは、0より大きい実数)だけずれるように千鳥配列された複数の発熱素子と、前記発熱素子上に位置するノズルが形成されたノズル層と、前記半導体基板と前記ノズル層との間に設けられたバリア層と、前記バリア層の一部によって形成されるとともに、前記発熱素子を挟み込むように向かい合う一対の壁により形成された液室と、前記液室の前記一対の壁が前記発熱素子の配列方向に略垂直な方向に延在することにより形成され、前記液室の両側に、前記液室と連通するように配置された一対の個別流路とを備え、前記液室内における前記一対の壁間の距離Uと、前記個別流路の流路幅Wとが、U>Wの関係を満たすように形成されており、前記一対の個別流路は、共通流路に繋がる第1個別流路と、前記第1個別流路に対して前記液室を隔てて反対側に延びる第2個別流路とからなり、前記第2個別流路の先端と所定の距離を隔てて、前記発熱素子の配列方向に沿って壁が形成されており、全ての前記液室の前記第2個別流路は、前記第2個別流路の先端と所定の距離を隔てて形成された前記壁と、前記第2個別流路の先端との間を介して連通しており、前記共通流路内には、複数の柱からなるフィルターを備え、前記フィルターの前記柱は、前記発熱素子の配列方向においてピッチ2Pで配列されており、千鳥配列された前記発熱素子のうち前記フィルターに近い方の前記発熱素子の中心と、前記柱の中心とが、前記発熱素子の配列方向に垂直な方向において同一ライン上に位置している液体吐出ヘッドである。
The present invention solves the above-described problems by the following means.
The invention according to claim 1, which is one of the present invention, is arranged on a semiconductor substrate at a constant pitch P in one direction, and adjacent ones in the direction perpendicular to the pitch P direction are X (X is 0). A plurality of heating elements arranged in a staggered manner so as to be shifted by a larger real number), a nozzle layer in which nozzles located on the heating elements are formed, and a barrier layer provided between the semiconductor substrate and the nozzle layer A liquid chamber formed by a part of the barrier layer and formed by a pair of walls facing each other so as to sandwich the heat generating element, and the pair of walls of the liquid chamber are approximately in the arrangement direction of the heat generating elements. A distance between the pair of walls in the liquid chamber is provided by a pair of individual flow paths that are formed by extending in a vertical direction and are arranged on both sides of the liquid chamber so as to communicate with the liquid chamber. U and said individual A channel width W of the road is formed so as to satisfy the relationship U> W, the pair of individual flow paths comprises: a first individual flow path connected to the common flow path, the first individual flow path On the other hand, it comprises a second individual flow path extending in the opposite direction across the liquid chamber, and a wall is formed along the arrangement direction of the heat generating elements at a predetermined distance from the tip of the second individual flow path. The second individual flow paths of all the liquid chambers are located between the wall formed at a predetermined distance from the tip of the second individual flow path and the tip of the second individual flow path. The filter is composed of a plurality of pillars in the common flow path, and the pillars of the filter are arranged at a pitch 2P in the arrangement direction of the heating elements, and are arranged in a staggered manner. Of the heating elements, the center of the heating element closer to the filter and the center of the column A liquid discharge head which is located on the same line in a direction perpendicular to the array direction of the heating elements.

(作用)
上記発明においては、液室に繋がる2つの個別流路が設けられる。また、個別流路の流路幅より液室内の幅の方が大きく形成されている。したがって、一方の個別流路に気泡が発生し、その個別流路から液室に液体を供給することができなくなっても、他方の個別流路から液体を供給することができる。また、個別流路を2つ設けたとしても、その個別流路の流路幅を液室の幅より狭くすることで、液体の吐出に必要な圧力を維持することができる。
なお、ノズル層とバリア層とは、以下の実施形態では別体で設けられているが(バリア層13及びノズルシート17)、両者は一体であっても良い。
(Function)
In the said invention, the two separate flow paths connected to a liquid chamber are provided. Further, the width of the liquid chamber is formed larger than the width of the individual flow path. Therefore, even if bubbles are generated in one individual flow path and the liquid cannot be supplied from the individual flow path to the liquid chamber, the liquid can be supplied from the other individual flow path. Even if two individual flow paths are provided, the pressure required to discharge the liquid can be maintained by making the flow path width of the individual flow path narrower than the width of the liquid chamber.
In addition, although the nozzle layer and the barrier layer are provided separately in the following embodiments (the barrier layer 13 and the nozzle sheet 17), both may be integrated.

本発明によれば、2つの個別流路のうち一方に気泡等が詰まっても、他方の個別流路から液室内に液体を供給すること、すなわち呼び水効果を発揮することができる。また、衝撃波の影響を少なくすることができるので、メニスカスの変動を抑制し、画質向上を図ることができる。   According to the present invention, even when bubbles or the like are clogged in one of the two individual flow paths, the liquid can be supplied from the other individual flow path into the liquid chamber, that is, the priming effect can be exhibited. In addition, since the influence of the shock wave can be reduced, fluctuations in meniscus can be suppressed and image quality can be improved.

また、気泡が発生したとしても液体吐出ヘッド自体がダウンしてしまう確率が少ないので、稼働率を向上させることができる。さらにまた、コゲーションが発生しにくいので、ヘッド寿命を延ばすことができる。   In addition, even if bubbles are generated, there is little probability that the liquid discharge head itself will be down, so the operating rate can be improved. Furthermore, since kogation hardly occurs, the head life can be extended.

以下、図面等を参照して、本発明の一実施形態について説明する。
本発明における液体吐出装置は、実施形態ではインクジェットプリンタ(サーマル方式のカラーラインプリンタ。以下単にプリンタという。)であり、液体吐出ヘッドは、実施形態ではラインヘッド10である。
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
The liquid ejection device according to the present invention is an ink jet printer (thermal color line printer; hereinafter simply referred to as a printer) in the embodiment, and the liquid ejection head is the line head 10 in the embodiment.

図1は、本実施形態のラインヘッド10を示す外観斜視図である。ラインヘッド10は、A4サイズの印画紙幅分だけヘッドチップ19をライン状に並べたヘッドチップ19列を、列状に4段並べ、各列ごとに、Y(黄色)、M(マゼンタ色)、C(青緑色)、及びK(黒)の4色カラーヘッドとしたものである。   FIG. 1 is an external perspective view showing a line head 10 of this embodiment. The line head 10 has four rows of head chips 19 in which head chips 19 are arranged in a line for the width of the A4 size photographic paper, arranged in four rows, and each row has Y (yellow), M (magenta), This is a four-color head of C (blue green) and K (black).

また、ラインヘッド10は、ヘッドチップ19を千鳥状に複数個並設し、これらのヘッドチップ19の下部を、1枚のノズルシート17(ノズル層)に貼り合わせて形成される。ここで、ノズルシート17に形成された各ノズル18は、全てのヘッドチップ19の各発熱素子12(後述)に対応する位置に(具体的には、発熱素子12の中心軸線とノズル18の中心軸線とが一致するように)配置されている。なお、本実施形態では、各発熱素子12を1つの発熱素子からなる構成としているが、無論、これに限定されない。2つに分割された構成等のように、複数に分割した構成で、各発熱素子12を構成しても良い。   The line head 10 is formed by arranging a plurality of head chips 19 side by side in a zigzag pattern and bonding the lower portions of these head chips 19 to a single nozzle sheet 17 (nozzle layer). Here, each nozzle 18 formed on the nozzle sheet 17 is located at a position corresponding to each heating element 12 (described later) of all the head chips 19 (specifically, the center axis of the heating element 12 and the center of the nozzle 18). Arranged so that the axis line coincides). In the present embodiment, each heating element 12 is composed of one heating element. However, the present invention is not limited to this. Each heating element 12 may be configured in a plurality of divided configurations such as a configuration divided into two.

ヘッドフレーム16は、ノズルシート17を支持する支持部材であり、ノズルシート17に対応するサイズとなっている。また、各収容空間16aの長さは、A4サイズの横幅(約21cm)に合わせている。
4つのヘッドチップ19列は、1列ごとに、ヘッドフレーム16の収容空間16aの内部に配置されるようになっている。そして、ヘッドチップ19の背面であって、ヘッドフレーム16の収容空間16aには、1列ごとに、色の異なるインクを収容したインクタンクが取り付けられることで、各収容空間16aすなわち各ヘッドチップ19列にそれぞれ異なる色のインクが供給される。
The head frame 16 is a support member that supports the nozzle sheet 17 and has a size corresponding to the nozzle sheet 17. Moreover, the length of each accommodation space 16a is matched with the lateral width (about 21 cm) of A4 size.
The four head chip 19 rows are arranged inside the housing space 16 a of the head frame 16 for each row. In addition, an ink tank that stores inks of different colors is attached to the storage space 16a of the head frame 16 on the back surface of the head chip 19, so that each storage space 16a, that is, each head chip 19 is mounted. Different colors of ink are supplied to the columns.

図2は、1つのヘッドチップ19列を示す平面図である。なお、図2では、ヘッドチップ19とノズル18とを重ね合わせて図示している。
各ヘッドチップ19は、千鳥状に、すなわち隣接するヘッドチップ19が180度向きが異なるように配置されている。そして、図2に示すように、「N−1」番目、「N+1」番目に配置されたヘッドチップ19と、「N」番目及び「N+2」番目に配置されたヘッドチップ19間には、全てのヘッドチップ19にインクを供給するための共通流路23が形成されている。
また、図2に示すように、各ノズル18の相互の間隔は、千鳥状に隣接する部分を含め、全て等間隔となっている。
FIG. 2 is a plan view showing one head chip 19 row. In FIG. 2, the head chip 19 and the nozzle 18 are shown in an overlapping manner.
Each head chip 19 is arranged in a staggered manner, that is, adjacent head chips 19 are 180 degrees different from each other. As shown in FIG. 2, between the head chips 19 arranged at the “N−1” th and “N + 1” th and the head chips 19 arranged at the “N” th and “N + 2” th, A common flow path 23 for supplying ink to the head chip 19 is formed.
Further, as shown in FIG. 2, the intervals between the nozzles 18 are all equal, including the staggered adjacent portions.

以上のラインヘッド10は、プリンタ本体内では固定され、固定されたラインヘッド10に対して、記録媒体(印画紙)の表面(インクの着弾面)がラインヘッド10のインクの吐出面(ノズルシート17の表面)と所定の間隙を維持しつつ、記録媒体がラインヘッド10に対して相対移動される。この相対移動時に、ヘッドチップ19の各ノズル18からインクが吐出されることにより、記録媒体上にドットが配列されることで、文字や画像等がカラー印画される。   The above-described line head 10 is fixed in the printer main body, and the surface (ink landing surface) of the recording medium (printing paper) is the ink discharge surface (nozzle sheet) of the line head 10 with respect to the fixed line head 10. 17) and the recording medium is moved relative to the line head 10 while maintaining a predetermined gap. During this relative movement, ink is ejected from the nozzles 18 of the head chip 19 so that dots are arranged on the recording medium, whereby characters, images, and the like are printed in color.

次に、本実施形態のヘッドチップ19についてより詳細に説明する。ヘッドチップ19は、従来のヘッドチップ1aと比較して、半導体基板11上に発熱素子12が配列されている点は同じである。ただし、半導体基板11上に設けられたバリア層13の形状が異なる。バリア層13の形状が異なるのは、液室13aや個別流路13d及び13eの形状が異なるからである。   Next, the head chip 19 of this embodiment will be described in more detail. The head chip 19 is the same in that the heating elements 12 are arranged on the semiconductor substrate 11 as compared with the conventional head chip 1a. However, the shape of the barrier layer 13 provided on the semiconductor substrate 11 is different. The shape of the barrier layer 13 is different because the shapes of the liquid chamber 13a and the individual flow paths 13d and 13e are different.

図3は、本実施形態のヘッドチップ19のバリア層13の形状を示す平面図である。
従来技術と同様に、半導体基板上には、発熱素子12が配列されている。そして、各発熱素子12の両側には、バリア層13の一部によって、一対の壁13bが形成されている。すなわち、発熱素子12の配列方向(図3中、左右方向)の両側に一対の壁13bが設けられ、この一対の壁13b間に発熱素子12が配置されるとともに、一対の壁13bによって、液室13a、第1個別流路13d及び第2個別流路13eが形成されている。
FIG. 3 is a plan view showing the shape of the barrier layer 13 of the head chip 19 of the present embodiment.
As in the prior art, the heating elements 12 are arranged on the semiconductor substrate. A pair of walls 13 b are formed on both sides of each heating element 12 by a part of the barrier layer 13. That is, a pair of walls 13b are provided on both sides in the arrangement direction of the heating elements 12 (left and right direction in FIG. 3), and the heating elements 12 are disposed between the pair of walls 13b. A chamber 13a, a first individual channel 13d, and a second individual channel 13e are formed.

液室13aは、本実施形態では、発熱素子12の領域を包含し、発熱素子12の領域よりわずかに(一回り)大きい長方形状の領域のうち、4角部を面取りした8角形の領域を底辺とする8角柱の領域を有する。無論、液室13aの8角柱の領域は、これに限定されるものではない。   In this embodiment, the liquid chamber 13a includes the region of the heat generating element 12, and among the rectangular region slightly larger (one turn) than the region of the heat generating element 12, the liquid chamber 13a is an octagonal region chamfered at four corners. It has an octagonal column area as the base. Of course, the octagonal column region of the liquid chamber 13a is not limited to this.

また、一対の壁13bにより、液室13aに連通する個別流路が形成される。個別流路の延在方向は、本実施形態では、発熱素子12の配列方向(図中、左右方向)に垂直な方向(図中、上下方向)である。なお、垂直とは、実質的な垂直を意味し、物理的に完全に垂直なもののみに限らず、垂直に近いが完全に垂直ではないもの(ほぼ垂直)も含まれる(以下同じ)。   Further, an individual flow path communicating with the liquid chamber 13a is formed by the pair of walls 13b. In this embodiment, the extending direction of the individual flow path is a direction (vertical direction in the drawing) perpendicular to the arrangement direction of the heat generating elements 12 (horizontal direction in the drawing). The term “vertical” means substantial vertical, and includes not only those that are physically completely vertical, but also those that are close to vertical but not completely vertical (substantially vertical) (hereinafter the same).

個別流路は、共通流路23に繋がる第1個別流路13dと、第1個別流路13dに対して液室13aを隔てて反対側に延びる第2個別流路13eとからなる。ここで、第1個別流路13dは、従来技術(図18)で示した個別流路3dに相当するものである。   The individual flow path includes a first individual flow path 13d that is connected to the common flow path 23, and a second individual flow path 13e that extends to the opposite side of the first individual flow path 13d across the liquid chamber 13a. Here, the first individual flow path 13d corresponds to the individual flow path 3d shown in the prior art (FIG. 18).

以上の構造により、全ての液室13aは、第1個別流路13d及び第2個別流路13eと繋がっている。また、全ての第1個別流路13dは、共通流路23と繋がっている。さらに、全ての第2個別流路13e同士が連通している。   With the above structure, all the liquid chambers 13a are connected to the first individual flow path 13d and the second individual flow path 13e. In addition, all the first individual flow paths 13 d are connected to the common flow path 23. Further, all the second individual flow paths 13e communicate with each other.

図4は、液室13aの幅Uと、第1個別流路13d及び第2個別流路13eの流路幅Wとの関係を示す平面図である。
図4に示すように、液室13aの両側に設けられている一対の壁13b間の距離を液室13aの幅Uと定義し、第1個別流路13d及び第2個別流路13eの流路幅をWと定義する。なお、液室13aのほぼ全範囲であって少なくとも発熱素子12上の領域では、液室13aの幅がUである。よって、液室13aの一部での幅がUより狭い。また、第1個別流路13d及び第2個別流路13eについても、ほぼ全範囲で流路幅がWである。
FIG. 4 is a plan view showing the relationship between the width U of the liquid chamber 13a and the channel width W of the first individual channel 13d and the second individual channel 13e.
As shown in FIG. 4, the distance between a pair of walls 13b provided on both sides of the liquid chamber 13a is defined as the width U of the liquid chamber 13a, and the flow of the first individual flow path 13d and the second individual flow path 13e. The road width is defined as W. Note that the width of the liquid chamber 13a is U in almost the entire range of the liquid chamber 13a and at least in the region on the heating element 12. Therefore, the width in a part of the liquid chamber 13a is narrower than U. Also, the first individual flow path 13d and the second individual flow path 13e also have a flow path width W over almost the entire range.

この場合に、本実施形態では、液室13aの幅Uと、第1個別流路13d及び第2個別流路13eの流路幅Wとが、
U>W
の関係を満たすように形成されている。
In this case, in the present embodiment, the width U of the liquid chamber 13a and the channel width W of the first individual channel 13d and the second individual channel 13e are:
U> W
It is formed to satisfy the relationship.

このように形成するのは以下の理由による。
発熱素子12上の領域は、液体を加熱し沸騰させる領域であるので、バリア層13の壁13bは、この領域に掛からないように(少なくとも発熱素子12上の領域にバリア層13が存在しないように)形成される必要がある。また、壁13bは、発熱素子12が発熱して、発熱素子12上の領域の液体が膜沸騰した時、圧力をノズル18の方向に向けるために必要である。
The reason for forming in this way is as follows.
Since the region on the heating element 12 is a region where the liquid is heated and boiled, the wall 13b of the barrier layer 13 is not covered with this region (at least the barrier layer 13 does not exist in the region on the heating element 12). To be formed). The wall 13b is necessary to direct the pressure toward the nozzle 18 when the heating element 12 generates heat and the liquid in the region on the heating element 12 boils down.

この時、本実施形態の構造では、2方向に第1個別流路13dと第2個別流路13eとがあるので、この方向に圧力が分散してしまう。
したがって、圧力を上げるためには、液室13aの幅Uや流路幅Wを狭くすることが考えられる。ここで、液室13aの幅Uは、発熱素子12の領域未満には狭くすることはできないが、流路幅Wは、支障のない範囲で狭くすることができる。このため、本実施形態では、液室13aの幅Uと流路幅Wとの関係を、U>Wとした。
At this time, in the structure of the present embodiment, since there are the first individual flow path 13d and the second individual flow path 13e in two directions, the pressure is dispersed in these directions.
Therefore, in order to increase the pressure, it is conceivable to narrow the width U and the flow path width W of the liquid chamber 13a. Here, the width U of the liquid chamber 13a cannot be narrowed to be less than the region of the heat generating element 12, but the flow path width W can be narrowed within a range where there is no problem. For this reason, in this embodiment, the relationship between the width U of the liquid chamber 13a and the flow path width W is U> W.

図5は、液室13aの幅U、第1個別流路13dの流路幅W1、第2個別流路13eの流路幅W2との関係を示す平面図である。
上記図4の例では、W1=W2=Wの場合には、
U>Wとなる。
これに対し、
W1≠W2
であっても良い。この場合には、液室13aの幅U、第1個別流路13dの流路幅W1、第2個別流路13eの流路幅W2との関係は、
U>W2≧W1
であれば良い。
FIG. 5 is a plan view showing the relationship among the width U of the liquid chamber 13a, the flow path width W1 of the first individual flow path 13d, and the flow path width W2 of the second individual flow path 13e.
In the example of FIG. 4 above, when W1 = W2 = W,
U> W.
In contrast,
W1 ≠ W2
It may be. In this case, the relationship between the width U of the liquid chamber 13a, the channel width W1 of the first individual channel 13d, and the channel width W2 of the second individual channel 13e is
U> W2 ≧ W1
If it is good.

図6は、第2個別流路13eの流路長と、液室13a(発熱素子12又はノズル18も同様)の配列ピッチPとの関係を示す平面図である。
図6において、配列ピッチP方向における液室13aの中心を結ぶラインと、隣接する液室13a間の第2個別流路13e同士を連通させている部分の液室13aから最も遠ざかる壁(バリア層13)に接するラインとの間の距離をLとする。
このとき、
L≦2×P
の関係を満たすように形成されている。
FIG. 6 is a plan view showing the relationship between the channel length of the second individual channel 13e and the arrangement pitch P of the liquid chambers 13a (the heating element 12 or the nozzle 18 is the same).
In FIG. 6, a wall (barrier layer) that is farthest from the liquid chamber 13 a in a portion where the line connecting the centers of the liquid chambers 13 a in the arrangement pitch P direction and the second individual flow paths 13 e between the adjacent liquid chambers 13 a communicate with each other. Let L be the distance to the line in contact with 13).
At this time,
L ≦ 2 × P
It is formed to satisfy the relationship.

このように形成するのは、以下の理由による。
温度上昇時等の熱歪みにより、ノズルシート17に、ノズル18の並び方向の応力(せん断応力)がかかると、バリア層13を変形させる力が働く。この場合に、ノズルシート17とバリア層13との接着面積が大きいと、バリア層13の変形はほとんど生じないが、本実施形態のように、細長い個別流路(第1個別流路13d及び第2個別流路13e)を設けた場合には、バリア層13のうち、壁13bの変形が起きやすい(個別流路の全長は、従来の個別流路3dの約2倍となっているため)。
The reason for forming in this way is as follows.
When a stress (shear stress) in the direction in which the nozzles 18 are arranged is applied to the nozzle sheet 17 due to thermal distortion during a temperature rise or the like, a force that deforms the barrier layer 13 is applied. In this case, if the adhesion area between the nozzle sheet 17 and the barrier layer 13 is large, the barrier layer 13 hardly deforms. However, as in the present embodiment, the elongated individual channels (the first individual channel 13d and the first individual channel 13 When the two individual flow paths 13e) are provided, the wall 13b of the barrier layer 13 is likely to be deformed (because the total length of the individual flow paths is about twice that of the conventional individual flow path 3d). .

すなわち、個別流路の流路方向(液室13aの並び方向に垂直な方向)に沿ったせん断応力には強いが、個別流路の流路方向に垂直な方向(液室13aの並び方向)のせん断応力には弱くなる。これにより、ノズルシート17のノズル18と発熱素子12とが相対的にずれやすいこととなる。   That is, it is resistant to shear stress along the flow direction of the individual flow paths (direction perpendicular to the arrangement direction of the liquid chambers 13a), but is perpendicular to the flow direction of the individual flow paths (alignment direction of the liquid chambers 13a). It becomes weak to the shear stress. Thereby, the nozzle 18 of the nozzle sheet 17 and the heating element 12 are relatively easily displaced.

このような場合に、上記変形を最小限に止めるためには、図6中、Lの長さは、一定範囲内にする必要がある。そこで、上記のようなLとPとの関係を設けることで、上記変形を最小限に止めるようにした。   In such a case, in order to minimize the above deformation, the length of L in FIG. 6 needs to be within a certain range. Therefore, the above deformation is minimized by providing the relationship between L and P as described above.

なお、液室13aが一方向に一定の配列ピッチPで配列されているものの、液室13aが一列(一直線上)には並ばず、隣り合う液室13a(発熱素子12又はノズル18も同様)の中心は、配列ピッチP方向に垂直な方向において、所定間隔X(Xは、0より大きい実数)だけずれて配置される場合がある。なお、この技術は、本件出願人より既に提案されている技術である(特願2003−383232)。   Although the liquid chambers 13a are arranged at a constant arrangement pitch P in one direction, the liquid chambers 13a are not arranged in a line (on a straight line), and the adjacent liquid chambers 13a (the heating element 12 or the nozzle 18 is also the same). May be arranged at a predetermined interval X (X is a real number larger than 0) in a direction perpendicular to the arrangement pitch P direction. This technique has already been proposed by the present applicant (Japanese Patent Application No. 2003-383232).

これにより、隣り合うノズル18の中心間距離は、液室13aの配列ピッチPより大きい値となるので、液滴の吐出に伴う圧力変動によるノズル18及びその周辺領域の変形量が少なくなり、液滴の吐出量、及び吐出方向を安定させることができる。
そして、この場合には、複数の液室13aのうち、共通流路23から遠ざかる側に配置された液室13aの中心を結ぶライン(すなわち、1つおきの液室13aの中心を結ぶライン)と、隣接する液室13a間の第2個別流路13e同士を連通させている部分の液室13aから最も遠ざかる壁(バリア層13)に接するラインとの間の距離をLとしたときに、上記関係(L≦2×P)を満たすようにする。
As a result, the center-to-center distance between the adjacent nozzles 18 is larger than the arrangement pitch P of the liquid chambers 13a, so that the deformation amount of the nozzles 18 and their surrounding areas due to pressure fluctuations accompanying the discharge of liquid droplets is reduced. It is possible to stabilize the droplet discharge amount and the discharge direction.
In this case, among the plurality of liquid chambers 13a, a line connecting the centers of the liquid chambers 13a arranged on the side away from the common flow path 23 (that is, a line connecting the centers of every other liquid chamber 13a). And the distance between the line (barrier layer 13) that is farthest from the liquid chamber 13a in the portion where the second individual flow paths 13e between the adjacent liquid chambers 13a communicate with each other is L, The above relationship (L ≦ 2 × P) is satisfied.

次に、共通流路23側の構造について説明する。
上記図3等では、共通流路23内には、何も図示していない。しかし、下記の図7等に示すように、共通流路23内にフィルター24等を設けることが好ましい。なお、フィルター24は、バリア層13によって形成されている(後述するフィルター25も同様である)。
Next, the structure on the common flow path 23 side will be described.
In FIG. 3 and the like, nothing is shown in the common flow path 23. However, it is preferable to provide a filter 24 or the like in the common flow path 23 as shown in FIG. The filter 24 is formed by the barrier layer 13 (the same applies to a filter 25 described later).

図7は、共通流路23内にフィルター24を設けた状態を示す平面図である。フィルター24は、柱24aを、液室13aの配列方向に沿って配列したものである。柱24aは、図7の例では、ほぼ長方形状の支柱から形成されている。さらにまた、図7の例では、柱24aの横幅(長手方向の長さ)は、一対の壁13bの外側壁面間の長さ(流路幅W+壁13bの厚み×2)にほぼ等しく形成されている。
ところで、図7の発熱素子12を、図8のように、上述した特願2003−383232で提案した千鳥配列とすると、以下の効果を有する。
図8のように発熱素子12を千鳥配列にすると、フィルター24に近い方の発熱素子12と遠い方の発熱素子12とが存在する。遠い方の発熱素子12は、壁に近くて吐出時の圧力を上げることができる反面リフィル時の供給距離が長くなって、リフィル動作完了までに時間がかかる。これに対し、フィルター24に近い方の発熱素子12は、リフィルは速いが吐出圧力が上がらない。そこで、図8のようなフィルター24の配置にすると、フィルター24の柱24aが壁と同じ効果を持つため吐出圧力が上がり、同じくフィルター24の柱24aがリフィル動作を遅らせるように働くので、フィルター24に近い方の発熱素子12と遠い方の発熱素子12との間での吐出動作の差異を少なくすることができる。
FIG. 7 is a plan view showing a state in which the filter 24 is provided in the common flow path 23. The filter 24 has columns 24a arranged in the arrangement direction of the liquid chambers 13a. In the example of FIG. 7, the column 24a is formed from a substantially rectangular column. Furthermore, in the example of FIG. 7, the lateral width (length in the longitudinal direction) of the pillar 24a is formed to be substantially equal to the length between the outer wall surfaces of the pair of walls 13b (flow path width W + thickness of the wall 13b × 2). ing.
By the way, if the heating element 12 of FIG. 7 is a staggered arrangement proposed in the above-mentioned Japanese Patent Application No. 2003-383232 as shown in FIG. 8, the following effects are obtained.
When the heating elements 12 are arranged in a staggered arrangement as shown in FIG. 8, there are a heating element 12 closer to the filter 24 and a heating element 12 farther away. The far heating element 12 is close to the wall and can increase the pressure during ejection, while the supply distance during refilling becomes long, and it takes time to complete the refilling operation. On the other hand, the heating element 12 closer to the filter 24 refills quickly but does not increase the discharge pressure. Therefore, when the filter 24 is arranged as shown in FIG. 8, since the column 24a of the filter 24 has the same effect as the wall, the discharge pressure increases, and the column 24a of the filter 24 also works to delay the refill operation. Thus, the difference in the discharge operation between the heater element 12 closer to and the heater element 12 farther away can be reduced.

ところで、柱24a間の隙間Wfと第1個別流路13dの流路幅Wとの関係は、
W≧Wf
を満たすように形成されている。
また、柱24a間の隙間Wfの高さは、第1個別流路13dの高さを超えないように形成されている。
By the way, the relationship between the gap Wf between the pillars 24a and the channel width W of the first individual channel 13d is:
W ≧ Wf
It is formed to satisfy.
The height of the gap Wf between the columns 24a is formed so as not to exceed the height of the first individual flow path 13d.

このように形成するのは、第1個別流路13d内で詰まるおそれのあるゴミやホコリは、第1個別流路13dより前側のフィルター24で除去できるようにするためである。すなわち、フィルター24を通り抜けたゴミ等は、第1個別流路13d内で詰まったりしないようにするためである。   The reason for this is to make it possible to remove dust and dust that may be clogged in the first individual flow path 13d with the filter 24 on the front side of the first individual flow path 13d. That is, dust or the like that has passed through the filter 24 is prevented from being clogged in the first individual flow path 13d.

なお、液体の供給は、共通流路23→フィルター24→第1個別流路13d→液室13aの順に行われ、第2個別流路13e内には、少なくともフィルター24を通過した液体が充満しているので、第2個別流路13eの流路幅(及び高さ)は、第1個別流路13dの流路幅W(及び高さ)以上であれば、第1個別流路13dの流路幅W(及び高さ)と同一でなくても、ゴミ等が詰まることはない。   The liquid is supplied in the order of the common flow path 23 → the filter 24 → the first individual flow path 13d → the liquid chamber 13a, and at least the liquid that has passed through the filter 24 is filled in the second individual flow path 13e. Therefore, if the channel width (and height) of the second individual channel 13e is equal to or greater than the channel width W (and height) of the first individual channel 13d, the flow of the first individual channel 13d Even if it is not the same as the road width W (and height), dust or the like is not clogged.

図9は、フィルターの他の実施形態(フィルター25)を示す平面図である。図9のフィルター25は、ほぼ正方形状の柱25aを、液室13aの配列方向に沿って設けたものである。また、柱25aの配列ピッチは、液室13a(発熱素子12又はノズル18であっても同じ)の配列ピッチPと同一ピッチで配列されている。さらにまた、柱25aの中心は、第1個別流路13dの中央ライン(流路中心ライン)上に位置している。なお、このラインは、第2個別流路13eの中央ラインでもある。   FIG. 9 is a plan view showing another embodiment of the filter (filter 25). The filter 25 of FIG. 9 is provided with substantially square columns 25a along the arrangement direction of the liquid chambers 13a. Further, the arrangement pitch of the columns 25a is arranged at the same pitch as the arrangement pitch P of the liquid chambers 13a (the same applies to the heating elements 12 or the nozzles 18). Furthermore, the center of the column 25a is located on the center line (channel center line) of the first individual channel 13d. This line is also the central line of the second individual flow path 13e.

さらに、図9に示すように、第1個別流路13dの柱25a側の端部と、柱25aの第1個別流路13d側の端部との間の距離をWbとしたとき、距離Wbと、第1個別流路13dの流路幅Wとが、
Wb≧W
を満たすように形成されている。
Furthermore, as shown in FIG. 9, when the distance between the end of the first individual channel 13d on the column 25a side and the end of the column 25a on the first individual channel 13d side is Wb, the distance Wb And the channel width W of the first individual channel 13d,
Wb ≧ W
It is formed to satisfy.

以上のように形成したときに、液体の吐出時の衝撃波の干渉が緩和されることが実験によって確認できたからである。なお、柱25aの形状は、ほぼ正方形状に限らず、図7のような長方形状、あるいは三角形状、五角形以上の多角形、円形、楕円形、又は小判型等、いかなる形状であっても良い。
また、図8に示したように発熱素子12を千鳥配列した場合でも、図9のように柱25aを配置することで、図8と同様に柱25aに近い方の発熱素子12と遠い方の発熱素子12との間での吐出動作の差異を少なくすることができる。
This is because, when formed as described above, it has been confirmed by experiments that shock wave interference during liquid ejection is reduced. The shape of the pillar 25a is not limited to a substantially square shape, and may be any shape such as a rectangular shape as shown in FIG. 7, a triangular shape, a pentagonal or higher polygonal shape, a circular shape, an elliptical shape, or an oval shape. .
Further, even when the heating elements 12 are arranged in a staggered manner as shown in FIG. 8, by arranging the pillars 25a as shown in FIG. 9, the heating elements 12 closer to the pillars 25a and the farther ones as shown in FIG. It is possible to reduce the difference in the discharge operation with the heat generating element 12.

続いて、ノズル18の開口領域、第1個別流路13dの流路面領域、フィルター24の柱24a間の隙間の断面領域との関係について説明する。なお、柱24a間の隙間の断面領域は、フィルター24のみに限らず、フィルター25等の全てのフィルターについて当てはまるものである。   Next, the relationship between the opening area of the nozzle 18, the flow path area of the first individual flow path 13d, and the cross-sectional area of the gap between the columns 24a of the filter 24 will be described. Note that the cross-sectional area of the gap between the pillars 24 a is not limited to the filter 24 but applies to all filters such as the filter 25.

先ず、柱24a間の隙間の断面領域と第1個別流路13dの流路面領域とを比較したときは、柱24a間の隙間の断面領域が、第1個別流路13dの流路面領域に包含される大きさに形成されている。さらに、第1個別流路13dの流路面領域とノズル18の開口領域とを比較したときは、第1個別流路13dの流路面領域が、ノズル18の開口領域に包含される大きさに形成されている。   First, when comparing the cross-sectional area of the gap between the pillars 24a and the flow path area of the first individual flow path 13d, the cross-sectional area of the gap between the pillars 24a is included in the flow path area of the first individual flow path 13d. The size is formed. Furthermore, when the flow path area of the first individual flow path 13d and the opening area of the nozzle 18 are compared, the flow path area of the first individual flow path 13d is formed in a size that is included in the opening area of the nozzle 18. Has been.

図10は、以上の概念を図で説明したものである。なお、上記のように領域で定義したのは、ノズル18の開口形状は、円形(図10中、実線で示す)に限らず、楕円(図10中、破線で示す)や長円(小判型)(図10中、一点鎖線で示す)等の種々の形状が考えられ、柱24a間の隙間の断面領域や第1個別流路13dの流路面領域においては、長方形状に限らず、種々の形状が考えられるからである。   FIG. 10 is a diagram illustrating the above concept. Note that the area defined as described above is not limited to the shape of the opening of the nozzle 18 being circular (shown by a solid line in FIG. 10), but an ellipse (shown by a broken line in FIG. 10) or an ellipse (oval type). ) (Shown by a one-dot chain line in FIG. 10) and the like, and the cross-sectional area of the gap between the pillars 24a and the flow path surface area of the first individual flow path 13d are not limited to the rectangular shape, This is because the shape can be considered.

本実施形態においても、ノズル18の開口形状を、円形、楕円又は長円から選択することができ、第1個別流路13d及び柱24a間の隙間の断面形状は、例えば、それぞれ長方形状とすることができる。
ここで、ノズル18の並び方向におけるノズル18の吐出面の開口径をDxとし、開口径Dxに垂直な方向(ノズル18の並び方向に垂直な方向)におけるノズル18の吐出面の開口径をDyとしたとき、
Dx≧Dy
である。
この場合に、第1個別流路13dの長方形の流路面の対角線長をL1とし、柱24a間の隙間の長方形の断面の対角線長をL2としたとき、
Dx>L1>L2
の関係を満たすように形成されている。
Also in this embodiment, the opening shape of the nozzle 18 can be selected from a circle, an ellipse, or an ellipse, and the cross-sectional shape of the gap between the first individual flow path 13d and the column 24a is, for example, a rectangular shape. be able to.
Here, the opening diameter of the discharge surface of the nozzle 18 in the arrangement direction of the nozzles 18 is Dx, and the opening diameter of the discharge surface of the nozzle 18 in the direction perpendicular to the opening diameter Dx (direction perpendicular to the arrangement direction of the nozzles 18) is Dy. When
Dx ≧ Dy
It is.
In this case, when the diagonal length of the rectangular channel surface of the first individual channel 13d is L1, and the diagonal length of the rectangular cross section of the gap between the columns 24a is L2,
Dx>L1> L2
It is formed to satisfy the relationship.

このように形成すれば、最初に共通流路23内に設けられたフィルター24の柱24a間の隙間を通過したゴミやホコリは、(第1個別流路13d内で詰まること等なく)第1個別流路13dを必ず通過することができる。さらに、上述した液室13aの幅U>流路幅Wの関係があるので、第1個別流路13dを通過したゴミやホコリ等は、液室13a内に到達することができる。さらに、ノズル18の開口領域が最も大きいのであるから、液室13a内のゴミやホコリ等を、ノズル18を通過させる、すなわち液体の吐出時に液体とともに外部に排出することができる。   If formed in this way, the dust and dust that first pass through the gaps between the pillars 24a of the filters 24 provided in the common flow path 23 (without clogging in the first individual flow path 13d, etc.) It can always pass through the individual flow path 13d. Furthermore, since there is a relationship of the above-described width U> the width of the liquid chamber 13a> the flow path width W, dust, dust, and the like that have passed through the first individual flow path 13d can reach the liquid chamber 13a. Furthermore, since the opening area of the nozzle 18 is the largest, dust, dust and the like in the liquid chamber 13a can pass through the nozzle 18, that is, be discharged to the outside together with the liquid when the liquid is discharged.

図11は、第2個別流路13eの形状についての他の実施形態を示す平面図である。図3等に示すように、上記実施形態では、第2個別流路13eのバリア層13側(共通流路23から最も遠ざかる側)では、全ての第2個別流路13e同士が連通するように形成されている。   FIG. 11 is a plan view showing another embodiment of the shape of the second individual flow path 13e. As shown in FIG. 3 and the like, in the above embodiment, on the barrier layer 13 side of the second individual channel 13e (the side farthest from the common channel 23), all the second individual channels 13e communicate with each other. Is formed.

これに対し、図11では、隣接する2つの第2個別流路13e同士が連通するように、壁13bを形成したものである。なお、第2個別流路13e同士の連通は、このように隣接する2つに限らず、3つ以上であっても良い。少なくとも2つの第2個別流路13e同士を連通させれば、一方の第2個別流路13eから他方の第2個別流路13eに液体が流れるようになるからである。   On the other hand, in FIG. 11, the wall 13b is formed so that two adjacent second individual flow paths 13e communicate with each other. The communication between the second individual flow paths 13e is not limited to two adjacent in this way, and may be three or more. This is because if at least two second individual flow paths 13e communicate with each other, the liquid flows from one second individual flow path 13e to the other second individual flow path 13e.

また、図11のような構造にした場合であっても、上述した種々の関係を満たすように形成されている。
例えば、液室13aの配列ピッチP方向における液室13aの中心を結ぶラインと、隣接する液室13a間の第2個別流路13e同士を連通させている部分の液室13aから最も遠ざかる壁(バリア層13)に接するラインとの間の距離Lと、配列ピッチPとの関係は、上記と同様に、
L≦2×P
を満たすように形成されている。
Moreover, even if it is a structure like FIG. 11, it is formed so that the various relations mentioned above may be satisfy | filled.
For example, the wall that is farthest from the liquid chamber 13a in the portion that connects the line connecting the centers of the liquid chambers 13a in the arrangement pitch P direction of the liquid chambers 13a and the second individual flow paths 13e between the adjacent liquid chambers 13a ( The relationship between the distance L between the lines in contact with the barrier layer 13) and the arrangement pitch P is similar to the above.
L ≦ 2 × P
It is formed to satisfy.

なお、2つの第2個別流路13eを連通させる場合には、図11に示すように、略U形にする場合の他、例えば略凹形等であっても良い。
また、図11では図示していないが、このような構造の場合も、上記の例と同様に、共通流路23内にはフィルターが設けられる。
In addition, when communicating the 2nd 2nd separate flow path 13e, as shown in FIG. 11, other than the case where it makes a substantially U shape, a substantially concave shape etc. may be sufficient, for example.
Although not shown in FIG. 11, in the case of such a structure, a filter is provided in the common flow path 23 as in the above example.

続いて、本実施形態の構造における、吐出衝撃圧力の低減について説明する。図12は、液体の吐出時の衝撃波伝搬の様子を説明する平面図である。従来技術との差をより理解しやすくするため、図中、左側には従来構造(図18)を示し、図中、右側には本実施形態の構造を示している。   Subsequently, the reduction of the discharge impact pressure in the structure of the present embodiment will be described. FIG. 12 is a plan view for explaining the state of shock wave propagation during liquid ejection. In order to make the difference from the prior art easier to understand, the conventional structure (FIG. 18) is shown on the left side in the figure, and the structure of this embodiment is shown on the right side in the figure.

また、双方ともに、共通流路23には、略三角柱状(ただし、この形状に限られるものではなく、上述したように円柱状等であっても良い。)の柱(図中、FP1〜FP5で示す)を配列したフィルター26が設けられている。そして、各柱の中心と、それぞれ個別流路3d及び第1個別流路13dの中心とが一致するように配置されている。   In both cases, the common flow path 23 has a substantially triangular column shape (however, it is not limited to this shape and may be a columnar shape as described above) (FP1 to FP5 in the drawing). The filter 26 is arranged. And it arrange | positions so that the center of each pillar may respectively correspond to the center of the separate flow path 3d and the 1st separate flow path 13d.

このように柱を配置するのは、液体の吐出の最初の段階で正圧(ノズル18から液体を押し出す方向)の衝撃波が生じたとき、個別流路3d又は第1個別流路13dとそれに繋がる共通流路23内では、液室3a又は13aに近いところのみが大きな衝撃を受け、他の個別流路3dや液室3a又は第1個別流路13dや液室13aへの波及を最小限にした方が全体としての干渉が少なくなるためである。   The columns are arranged in this way when a shock wave having a positive pressure (in the direction of pushing out the liquid from the nozzle 18) is generated in the first stage of liquid discharge, and the individual flow path 3d or the first individual flow path 13d is connected thereto. In the common flow path 23, only a portion close to the liquid chamber 3a or 13a receives a large impact, and the ripple to the other individual flow paths 3d, the liquid chamber 3a, the first individual flow path 13d, or the liquid chamber 13a is minimized. This is because the overall interference is reduced.

従来構造において、今、液室3a−2で液体が吐出されると、最初は液体を吐出させるための気泡発生による膨張が起き、大きな正圧が発生して液体がノズル18外に押し出されるが、吐出直後の気泡収縮により液室3a−2には負圧が発生し、個別流路3dに存在する液体には液室3a−2に引き込まれる方向の吸引力(図中、P)が働く。特に、従来構造であれば、1つの個別流路3dから失われた(吐出された)液体に相当する分を取り込まれることになる。しかし、液体は連続しており、また、質量や粘性抵抗等が作用するので、直ちに液体は移動できない。このため、まずは衝撃波が伝搬する。   In the conventional structure, when the liquid is discharged in the liquid chamber 3a-2, expansion due to generation of bubbles for discharging the liquid occurs at first, and a large positive pressure is generated to push the liquid out of the nozzle 18. The negative pressure is generated in the liquid chamber 3a-2 due to the bubble contraction immediately after discharge, and the suction force (P in the figure) in the direction of being drawn into the liquid chamber 3a-2 acts on the liquid existing in the individual flow path 3d. . In particular, in the conventional structure, the amount corresponding to the liquid lost (discharged) from one individual flow path 3d is taken in. However, since the liquid is continuous and mass and viscous resistance act, the liquid cannot immediately move. For this reason, a shock wave first propagates.

衝撃波は、距離が進むにすれて減衰するが、液体中を伝搬してフィルター26外や、両隣の液室3a−1や3a−3にも伝わる。
衝撃波がいずれかの液室3aに伝わると、ぞれぞれのノズル18のメニスカスが変動する。そして、振動が液室3aに到達したとき(メニスカスが変動したとき)、その液室3aから吐出が行われると、干渉を起こし、吐出ムラになると考えられる。
The shock wave attenuates as the distance increases, but propagates in the liquid and is transmitted to the outside of the filter 26 and to the adjacent liquid chambers 3a-1 and 3a-3.
When the shock wave is transmitted to one of the liquid chambers 3a, the meniscus of each nozzle 18 changes. When the vibration reaches the liquid chamber 3a (when the meniscus fluctuates), if discharge is performed from the liquid chamber 3a, it is considered that interference occurs and discharge unevenness occurs.

これに対し、本実施形態では、例えば液室13a−2で液体が吐出されると、衝撃波は、左右両方向に、すなわち第1個別流路13d及び第2個別流路13eの双方に伝搬するため、エネルギーは2分され、それぞれの方向に伝搬する。すなわち、従来構造では、個別流路3d側のみが開口されているので、個別流路3dと反対側に向かうエネルギーは壁ですぐに反射されて個別流路3dから外に向かう成分に合成される。これに対し、本実施形態の構造では、半分ずつのエネルギーが互いに反対方向に放射される。
また、本実施形態では、第1個別流路13d及び第2個別流路13eの双方に吸引力が発生するため、それぞれの個別流路に発生する吸引力の大きさは、P/2となる。これにより、衝撃波の影響を半分にすることができる。
On the other hand, in the present embodiment, for example, when the liquid is discharged in the liquid chamber 13a-2, the shock wave propagates in both the left and right directions, that is, both the first individual flow path 13d and the second individual flow path 13e. , The energy is divided in two and propagates in each direction. That is, in the conventional structure, since only the individual flow path 3d side is opened, the energy directed to the opposite side of the individual flow path 3d is immediately reflected by the wall and synthesized into a component that is directed outward from the individual flow path 3d. . On the other hand, in the structure of the present embodiment, half of the energy is radiated in opposite directions.
In the present embodiment, since suction force is generated in both the first individual channel 13d and the second individual channel 13e, the magnitude of the suction force generated in each individual channel is P / 2. . Thereby, the influence of a shock wave can be halved.

また、本実施形態では、第1個別流路13dの出口(共通流路23内)にフィルター26を設けるとともに、第2個別流路13eの出口には、壁27を設けている。このようにすることで、衝撃波ができるだけ小さな範囲で収束するようにしている。   In the present embodiment, the filter 26 is provided at the outlet of the first individual channel 13d (in the common channel 23), and the wall 27 is provided at the outlet of the second individual channel 13e. By doing so, the shock wave converges in the smallest possible range.

次に、本実施形態の構造における気泡の影響について説明する。図13は、気泡発生時の様子を説明する平面図である。図13においても、従来技術との差をより理解しやすくするため、図中、左側には従来構造を示し、図中、右側には本実施形態の構造を示している。   Next, the influence of bubbles in the structure of this embodiment will be described. FIG. 13 is a plan view for explaining a state when bubbles are generated. Also in FIG. 13, in order to make the difference from the prior art easier to understand, the conventional structure is shown on the left side in the figure, and the structure of this embodiment is shown on the right side in the figure.

単位面積当たりの液体の吐出回数の多い、さらには高濃度の画像等を連続記録した場合には、ヘッドが過熱し、液体が接する部分で気泡が発生しやすくなる。この発生した気泡が合体して比較的大きな気泡に成長する。そのような状況下で気泡がフィルター26側に押し寄せて張り付くことがある(図13)。   When a large number of liquid discharges per unit area or a high-density image or the like is continuously recorded, the head is overheated, and bubbles are likely to be generated at the portion where the liquid contacts. The generated bubbles merge to grow into a relatively large bubble. Under such circumstances, air bubbles may be pushed toward the filter 26 and stick (FIG. 13).

成長した気泡がフィルター26に押し寄せたとき、その付近での液体の吐出がそれほど頻繁に行われず、少し離れた箇所から供給される液体でリフィルが間に合う程度の液体の移動量のときは、気泡は、フィルター26の入口付近(図中、フィルター26の柱の左側角部)に接触する程度である。しかし、吐出頻度が高くなり、液体の移動が間に合わなくなると、この近傍の液圧(水圧)が低下し、その分だけフィルター26に張り付いた気泡がフィルター26の出口(図中、右側)付近まで吸い寄せられる。図13では、このような状態になったときの気泡を図示している。   When the grown bubbles are pressed against the filter 26, the liquid is not ejected so frequently in the vicinity, and when the amount of liquid movement is such that the refill is in time with the liquid supplied from a slightly separated location, the bubbles are In this case, it is in contact with the vicinity of the inlet of the filter 26 (the left corner of the column of the filter 26 in the figure). However, if the discharge frequency increases and the movement of the liquid is not in time, the liquid pressure (water pressure) in the vicinity decreases, and the bubbles adhering to the filter 26 by that amount are near the outlet of the filter 26 (right side in the figure). Sucked up. FIG. 13 illustrates the bubbles when such a state is reached.

このような状態がさらに続くと、フィルター26の柱間から気泡が飛び出して、個別流路3d又は第1個別流路13d内に引き込まれるか、又はノズル18のメニスカスが破壊されて図22に示したように、ノズル18から気体(気泡)を引き込んでしまう。この際の引き金になるのが、上述した衝撃波であることが実験的に確認されている。   If such a state continues further, bubbles will be ejected from between the columns of the filter 26 and drawn into the individual flow path 3d or the first individual flow path 13d, or the meniscus of the nozzle 18 will be destroyed and shown in FIG. As described above, gas (bubbles) is drawn from the nozzle 18. It has been experimentally confirmed that the shock wave mentioned above is the trigger at this time.

従来構造において個別流路3d内に気泡が引き込まれた場合に(図13参照)、その気泡の大きさが小さく、個別流路3dの流路面(断面)を塞ぐ程度のものでないときは、繰り返し行われる吐出中にノズル18から外部に排出される。これに対し、個別流路3dを塞いでしまう大きさの気泡であるときは、液室3a側と共通流路23側とに分断される。   When air bubbles are drawn into the individual flow path 3d in the conventional structure (see FIG. 13), if the size of the air bubbles is small and does not cover the flow path surface (cross section) of the individual flow path 3d, the process is repeated. During the ejection to be performed, the nozzle 18 is discharged to the outside. On the other hand, when it is a bubble of the magnitude | size which block | closes the separate flow path 3d, it will be divided into the liquid chamber 3a side and the common flow path 23 side.

そして、液室3a内に気泡が存在すると、液体は、ノズル18に到達することができなくなる。これは、内部の圧力が大気圧より低く設定されているからである。そして、液体に覆われていない発熱素子12にエネルギーが与えられると、わずかに残っていた液体はすぐに無くなり、その後は空焼き状態となる。これにより、特殊なクリーニング操作を行わない限り、復旧できない等の吐出不良を生じやすくなる。さらには、コゲーションが加速されてしまう。   If bubbles are present in the liquid chamber 3 a, the liquid cannot reach the nozzle 18. This is because the internal pressure is set lower than the atmospheric pressure. When energy is applied to the heat generating element 12 that is not covered with the liquid, the slightly remaining liquid immediately disappears, and thereafter, it is in an baked state. As a result, unless a special cleaning operation is performed, ejection defects such as failure to recover can easily occur. Furthermore, kogation is accelerated.

ここで、重ね書きが可能なシリアル方式のヘッドでは、1個程度の吐出不良のノズル18が存在しても、重ね書きを行うことで目立たないように修復することができる。これに対し、ラインヘッド方式では、不良のノズル18が1個でも存在すると、それがそのまま画質に反映されてしまう。   Here, in the serial type head capable of overwriting, even if there are about one nozzle 18 with poor ejection, it can be repaired so as not to be noticeable by overwriting. On the other hand, in the line head system, if even one defective nozzle 18 exists, it is reflected in the image quality as it is.

そして、この具体策としては、吐出サイクルを一定以下に抑えることである。これにより、発熱量を少なくすることができる。また、吐出ピッチも遅くすることができるので、気泡が個別流路3d内に入り込む程度までは内部の圧力が低下しないようにすることができる。   And as this concrete measure, it is restraining the discharge cycle below a certain level. Thereby, the emitted-heat amount can be decreased. In addition, since the discharge pitch can be slowed, the internal pressure can be prevented from decreasing until the bubbles enter the individual flow path 3d.

また、図13中、右側の図では、本実施形態の構造において、第1個別流路13d内に気泡が引き込まれた状態を示している。ノズル18は、第1個別流路13d及び第2個別流路13eの双方の液体に支配されているので、第1個別流路13d側から液室13a−2内に気泡が入り込もうとしても、液体の吐出や気泡の消滅がない限りは、この状態での平衡が続く。   In addition, in the right side of FIG. 13, in the structure of the present embodiment, a state is shown in which bubbles are drawn into the first individual flow path 13d. Since the nozzle 18 is dominated by the liquid in both the first individual flow path 13d and the second individual flow path 13e, even if air bubbles try to enter the liquid chamber 13a-2 from the first individual flow path 13d side, As long as there is no liquid ejection or bubble disappearance, the equilibrium in this state continues.

この状態で吐出が連続して行われると、衝撃波は、第1個別流路13d及び第2個別流路13eの双方に加わるが、液室13a−2においては、第1個別流路13d側に気泡が詰まっているので、気泡が引き寄せられて、やがては液室13a−2内に到達する。そして、ノズル18との間に存在する液体の壁が破壊され、気泡は外部に排出される。このとき、1回又は数回の吐出で気泡が排出されるが、その間の液室13a−2がポンプとしての機能を果たし続け、第2個別流路13e側から液体を補給する(すなわち、呼び水としての役割を果たす)。   When the discharge is continuously performed in this state, the shock wave is applied to both the first individual flow path 13d and the second individual flow path 13e, but in the liquid chamber 13a-2, the first individual flow path 13d side. Since the air bubbles are clogged, the air bubbles are attracted and eventually reach the liquid chamber 13a-2. And the wall of the liquid which exists between the nozzles 18 is destroyed, and the bubbles are discharged to the outside. At this time, bubbles are discharged by one or several discharges, but the liquid chamber 13a-2 in the meantime continues to function as a pump and replenishes liquid from the second individual flow path 13e side (that is, priming water) As a role).

したがって、本実施形態の構造では、たとえ一方の個別流路(この例では第1個別流路13d)が気泡で塞がれたとしても、他方の個別流路(この例では第2個別流路13e)が液体で満たされている限りは、液室13aに液体が供給され続けるので、気泡が外部に排出され、正常な状態に戻ることができる。よって、気泡に対するセルフクリーニング効果を持つことができ、発熱素子12を空焼きしてしまうおそれをきわめて低くすることができ、吐出不良が生じるおそれをほとんどなくすことができる。   Therefore, in the structure of the present embodiment, even if one of the individual channels (in this example, the first individual channel 13d) is blocked with bubbles, the other individual channel (in this example, the second individual channel) As long as 13e) is filled with the liquid, the liquid continues to be supplied to the liquid chamber 13a, so that the bubbles are discharged to the outside and can return to a normal state. Therefore, it is possible to have a self-cleaning effect on the bubbles, the possibility that the heat generating element 12 is burned out can be made extremely low, and the possibility of causing a discharge failure can be almost eliminated.

なお、第2個別流路13e内に満たされている液体も、フィルター26を通過した液体であるので、ゴミやホコリ等が第2個別流路13e内に詰まることはほとんどない。また、第2個別流路13e側では、フィルター26のような、液体の移動時の抵抗になる部分がないので、たとえ多少気泡が存在しても液体の移動の障害にはならない。これらのことから、第2個別流路13eから液体が液室13a内に補給できなくなることは、ありえないと考えられる。   Since the liquid filled in the second individual flow path 13e is also the liquid that has passed through the filter 26, dust, dust, and the like are hardly clogged in the second individual flow path 13e. Further, on the second individual flow path 13e side, there is no part that becomes a resistance during the movement of the liquid, such as the filter 26, so even if there are some bubbles, it does not hinder the movement of the liquid. From these things, it is considered impossible that the liquid cannot be replenished into the liquid chamber 13a from the second individual flow path 13e.

続いて、本発明の実施例について説明する。
(実施例1)
図14は、従来構造と本実施例の構造とで、衝撃波減少を確認した結果(写真撮影結果)を示す図である。
実施例1では、600DPI(ノズル間隔が42.3μm)で、320個の発熱素子12を半導体基板11上に配列したものを用いた(大きさは、約16mm×1.6mm)。
Next, examples of the present invention will be described.
Example 1
FIG. 14 is a diagram showing a result (photographing result) of confirming a reduction in shock wave in the conventional structure and the structure of this example.
In the first embodiment, 600 DPI (nozzle interval is 42.3 μm) and 320 heating elements 12 arranged on the semiconductor substrate 11 were used (size is about 16 mm × 1.6 mm).

また、内部の挙動が見えるように、透明なアクリル系樹脂からなるノズルシート17を用いた。なお、図14の実験結果は、図12で示した図に相当するものである。
また、図14において、従来構造のものは、ノズル18が一直線上に並んでいるものを用いたが、実施例では、上述した、ノズル18が千鳥配列されたものを用いた(なお、この差による衝撃波の影響差はないと考えられる)。
Also, a nozzle sheet 17 made of a transparent acrylic resin was used so that the internal behavior could be seen. The experimental results in FIG. 14 correspond to the diagram shown in FIG.
In FIG. 14, the conventional structure uses the nozzles 18 arranged in a straight line. However, in the embodiment, the nozzles 18 arranged in a staggered manner are used (this difference). It is considered that there is no difference in the impact of the shock wave.

図14において、液体の吐出直後のノズル18は、衝撃波の影響によって液面が激しく変動して黒く見える。そして、従来構造では、下側にある発熱素子12の縦線がほとんど見えないが(なお、発熱素子12は、2つに縦割りされた形状のものを用いている)、実施例の構造では、比較的見えている。また、従来構造では、隣接するノズル18も衝撃波の影響を受けて黒く見えるが、実施例の構造では、その程度が少ないことがわかる。   In FIG. 14, the nozzle 18 immediately after the liquid is discharged appears to be black due to a drastic fluctuation in the liquid level due to the influence of the shock wave. In the conventional structure, the vertical line of the heating element 12 on the lower side is hardly visible (note that the heating element 12 has a vertically divided shape), but in the structure of the example, Is relatively visible. Further, in the conventional structure, the adjacent nozzle 18 also appears black due to the influence of the shock wave, but it can be seen that the degree is small in the structure of the embodiment.

(実施例2)
図15は、実施例2で用いたヘッドの具体的構造を示す平面図である。実施例2では、図15に示すように、第2個別流路13eの出口とバリア層13の壁との間に、柱28aを配列した液体の貯留領域28を設けたものを用いた。また、共通流路23内に設けたフィルター25は、図9で示したフィルター25と同様である。
(Example 2)
FIG. 15 is a plan view showing a specific structure of the head used in the second embodiment. In Example 2, as shown in FIG. 15, a liquid storage region 28 in which columns 28 a are arranged is provided between the outlet of the second individual flow path 13 e and the wall of the barrier layer 13. The filter 25 provided in the common flow path 23 is the same as the filter 25 shown in FIG.

図16は、図15の構造のヘッドを用い、気泡が排出される様子を順次写真撮影した結果を示す図である。図16では、「1」→「2」→・・→「9」の順で気泡が排出される様子を示している。
図16中、「1」では、ノズル18から気泡が注入され、貯留領域28と第2個別流路13eとの間に詰まった状態である。そして、「1」に図示されているように、左側から3番目のノズル18を用いて液体の吐出動作を繰り返し行ったところ、気泡が徐々にノズル18から排出された。
FIG. 16 is a diagram showing a result of sequentially taking pictures of how bubbles are discharged using the head having the structure of FIG. FIG. 16 shows a state in which bubbles are discharged in the order of “1” → “2” →... → “9”.
In FIG. 16, at “1”, bubbles are injected from the nozzle 18 and are clogged between the storage region 28 and the second individual flow path 13e. Then, as illustrated in “1”, when the liquid discharge operation was repeated using the third nozzle 18 from the left side, bubbles were gradually discharged from the nozzle 18.

(実施例3)
図17は、ヘッドの試作品(ノズルピッチが42.3μmの600DPIの解像度のもの)のマスク図の一部を示す図である。図17において、上側が共通流路23側である。図17中、左側は、図11に相当する実施例であり、右側は、図3に相当する実施例である。
(Example 3)
FIG. 17 is a diagram showing a part of a mask diagram of a prototype of a head (with a nozzle pitch of 42.3 μm and a resolution of 600 DPI). In FIG. 17, the upper side is the common flow path 23 side. In FIG. 17, the left side is an embodiment corresponding to FIG. 11, and the right side is an embodiment corresponding to FIG.

すなわち、図17中、左側は、隣接する第2個別流路13e同士を連通させたものである。また、図17中、右側は、全ての第2個別流路13eを連通させたものである。
さらにまた、フィルターは、略三角柱状の柱からなるものである。さらに、発熱素子は、千鳥状に配列されたものである。
That is, in FIG. 17, the left side is a communication between the adjacent second individual flow paths 13e. Moreover, the right side in FIG. 17 is the one in which all the second individual flow paths 13e are communicated.
Furthermore, the filter is formed of a substantially triangular prism. Furthermore, the heating elements are arranged in a staggered pattern.

上記ヘッドによって実際に印画を試みたところ、いずれも、従来構造において、連続印画時の温度上昇とともに、又は低温時の最初の印画で出現しやすいバーストエラー(幅広の色むら、単色では白抜けになる部分)がほとんど無くなった。半導体基板11や発熱素子12等は、従来のものと同じものが用いられ、流路構造のみが異なるだけであるので、本発明の流路構造の効果が確認できた。   When we actually tried printing with the above-mentioned heads, in all of the conventional structures, burst errors (wide color unevenness, white spots in single colors are likely to appear as the temperature increases during continuous printing or at the first printing at low temperatures). Almost disappeared). Since the semiconductor substrate 11 and the heating element 12 are the same as the conventional ones and only the flow channel structure is different, the effect of the flow channel structure of the present invention was confirmed.

本実施形態のラインヘッドを示す外観斜視図である。It is an external appearance perspective view which shows the line head of this embodiment. 1つのヘッドチップ列を示す平面図である。It is a top view which shows one head chip row | line | column. 本実施形態のヘッドチップのバリア層の形状を示す平面図である。It is a top view which shows the shape of the barrier layer of the head chip of this embodiment. 液室の幅Uと、第1個別流路及び第2個別流路の流路幅Wとの関係を示す平面図である。It is a top view which shows the relationship between the width | variety U of a liquid chamber, and the flow path width W of a 1st separate flow path and a 2nd separate flow path. 液室の幅U、第1個別流路の流路幅W1、第2個別流路の流路幅W2との関係を示す平面図である。It is a top view which shows the relationship between the width U of a liquid chamber, the flow path width W1 of a 1st separate flow path, and the flow path width W2 of a 2nd separate flow path. 第2個別流路の流路長と液室の配列ピッチPとの関係を示す平面図である。It is a top view which shows the relationship between the flow path length of a 2nd separate flow path, and the arrangement pitch P of a liquid chamber. 共通流路内にフィルターを設けた状態を示す平面図である。It is a top view which shows the state which provided the filter in the common flow path. 図7の発熱素子を千鳥配列したものを示す平面図である。FIG. 8 is a plan view showing a staggered arrangement of the heating elements of FIG. 7. フィルターの他の実施形態を示す平面図である。It is a top view which shows other embodiment of a filter. ノズルの開口領域、第1個別流路の流路面領域、フィルターの柱間の隙間の断面領域との関係を説明する図である。It is a figure explaining the relationship with the opening area | region of a nozzle, the flow-path surface area | region of a 1st separate flow path, and the cross-sectional area | region of the clearance gap between the pillars of a filter. 第2個別流路の形状についての他の実施形態を示す平面図である。It is a top view which shows other embodiment about the shape of a 2nd separate flow path. 液体の吐出時の衝撃波伝搬の様子を説明する平面図である。It is a top view explaining the mode of shock wave propagation at the time of discharge of a liquid. 気泡発生時の様子を説明する平面図である。It is a top view explaining the mode at the time of bubble generation. 従来構造と本実施例の構造とで、衝撃波減少を確認した結果(写真撮影結果)を示す図である。It is a figure which shows the result (photographing result) which confirmed the shock wave reduction by the conventional structure and the structure of a present Example. 実施例2で用いたヘッドの具体的構造を示す平面図である。6 is a plan view showing a specific structure of a head used in Example 2. FIG. 図15の構造のヘッドを用い、気泡が排出される様子を順次写真撮影した結果を示す図である。It is a figure which shows the result of having photographed sequentially a mode that a bubble was discharged using the head of the structure of FIG. ヘッドの試作品のマスク図の一部を示す図である。It is a figure which shows a part of mask figure of the prototype of a head. 従来の液体吐出ヘッドを示す外観斜視図である。It is an external appearance perspective view which shows the conventional liquid discharge head. 図18のヘッドの流路構造を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the flow-path structure of the head of FIG. 共通流路内に気泡が残留した状態を写真撮影した結果を示す図である。It is a figure which shows the result of having photographed the state in which the bubble remained in the common flow path. 個別流路の入口に気泡が残留した状態を写真撮影した結果を示す図である。It is a figure which shows the result of having photographed the state in which the bubble remained at the entrance of the separate flow path. ノズルから気体が液室内に入り込んだ状態を写真撮影した結果を示す図である。It is a figure which shows the result of having photographed the state which gas entered the liquid chamber from the nozzle.

符号の説明Explanation of symbols

10 ラインヘッド(液体吐出ヘッド)
11 半導体基板
12 発熱素子
13 バリア層
13a 液室
13b 壁
13d 第1個別流路
13e 第2個別流路
17 ノズルシート(ノズル層)
18 ノズル
19 ヘッドチップ
U 液室の幅(一対の壁間の距離)
W 個別流路の流路幅
10 Line head (liquid discharge head)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 Semiconductor substrate 12 Heating element 13 Barrier layer 13a Liquid chamber 13b Wall 13d 1st separate flow path 13e 2nd separate flow path 17 Nozzle sheet (nozzle layer)
18 Nozzle 19 Head chip U Width of liquid chamber (distance between a pair of walls)
W Channel width of individual channel

Claims (8)

半導体基板上に一方向に一定のピッチPで配列されるとともに、隣り合うものがピッチP方向に垂直な方向において間隔X(Xは、0より大きい実数)だけずれるように千鳥配列された複数の発熱素子と、
前記発熱素子上に位置するノズルが形成されたノズル層と、
前記半導体基板と前記ノズル層との間に設けられたバリア層と、
前記バリア層の一部によって形成されるとともに、前記発熱素子を挟み込むように向かい合う一対の壁により形成された液室と、
前記液室の前記一対の壁が前記発熱素子の配列方向に略垂直な方向に延在することにより形成され、前記液室の両側に、前記液室と連通するように配置された一対の個別流路と
を備え、
前記液室内における前記一対の壁間の距離Uと、前記個別流路の流路幅Wとが、
U>W
の関係を満たすように形成されており、
前記一対の個別流路は、
共通流路に繋がる第1個別流路と、
前記第1個別流路に対して前記液室を隔てて反対側に延びる第2個別流路とからなり、
前記第2個別流路の先端と所定の距離を隔てて、前記発熱素子の配列方向に沿って壁が形成されており、
全ての前記液室の前記第2個別流路は、前記第2個別流路の先端と所定の距離を隔てて形成された前記壁と、前記第2個別流路の先端との間を介して連通しており、
前記共通流路内には、複数の柱からなるフィルターを備え、
前記フィルターの前記柱は、前記発熱素子の配列方向においてピッチ2Pで配列されており、
千鳥配列された前記発熱素子のうち前記フィルターに近い方の前記発熱素子の中心と、前記柱の中心とが、前記発熱素子の配列方向に垂直な方向において同一ライン上に位置している
液体吐出ヘッド。
A plurality of staggered arrays are arranged on a semiconductor substrate at a constant pitch P in one direction and adjacent ones are shifted by an interval X (X is a real number greater than 0) in a direction perpendicular to the pitch P direction. A heating element;
A nozzle layer in which nozzles located on the heating elements are formed;
A barrier layer provided between the semiconductor substrate and the nozzle layer;
A liquid chamber formed by a part of the barrier layer and formed by a pair of walls facing each other so as to sandwich the heating element;
The pair of walls of the liquid chamber are formed by extending in a direction substantially perpendicular to the arrangement direction of the heat generating elements, and are arranged on both sides of the liquid chamber so as to communicate with the liquid chamber. A flow path and
The distance U between the pair of walls in the liquid chamber and the channel width W of the individual channel are:
U> W
It is formed so as to satisfy the relation,
The pair of individual flow paths is
A first individual channel connected to the common channel;
The second individual flow path extending to the opposite side across the liquid chamber with respect to the first individual flow path,
A wall is formed along the arrangement direction of the heat generating elements, with a predetermined distance from the tip of the second individual flow path,
The second individual channels of all the liquid chambers are interposed between the wall formed at a predetermined distance from the tip of the second individual channel and the tip of the second individual channel. Communicated,
In the common flow path, a filter comprising a plurality of pillars is provided,
The columns of the filter are arranged at a pitch of 2P in the arrangement direction of the heating elements,
The liquid discharge in which the center of the heating element closer to the filter among the heating elements arranged in a staggered manner and the center of the column are located on the same line in a direction perpendicular to the arrangement direction of the heating elements head.
請求項1に記載の液体吐出ヘッドにおいて、
複数の前記液室のうち、前記共通流路から遠ざかる側に配置された前記液室の中心を結ぶラインと、前記第2個別流路の先端と所定の距離を隔てて形成された前記壁との間の距離をLとしたとき、
L≦2×P
の関係を満たすように形成されている
液体吐出ヘッド。
The liquid discharge head according to claim 1,
Of the plurality of liquid chambers, a line connecting the centers of the liquid chambers disposed on the side away from the common flow path, and the wall formed at a predetermined distance from the tip of the second individual flow path, When the distance between is L,
L ≦ 2 × P
A liquid discharge head formed so as to satisfy the above relationship .
請求項1に記載の液体吐出ヘッドにおいて、
前記柱間の隙間の幅は、前記第1個別流路の流路幅W以下であり、
前記柱間の隙間の高さは、前記第1個別流路の高さ以下である
液体吐出ヘッド。
The liquid discharge head according to claim 1,
The width of the gap between the columns is equal to or less than the channel width W of the first individual channel,
The height of the clearance gap between the said pillars is a liquid discharge head which is below the height of a said 1st separate flow path .
請求項1に記載の液体吐出ヘッドにおいて、
前記柱間の隙間の断面領域は、前記第1個別流路の流路面領域に包含される大きさであり、
前記第1個別流路の流路面領域は、前記ノズルの開口領域に包含される大きさである
液体吐出ヘッド。
The liquid discharge head according to claim 1,
The cross-sectional area of the gap between the columns is a size included in the flow path surface area of the first individual flow path,
The liquid discharge head having a flow path surface area of the first individual flow path having a size included in an opening area of the nozzle .
請求項1に記載の液体吐出ヘッドにおいて、
前記ノズルの並び方向における前記ノズルの吐出面の開口径Dxと、前記開口径Dxに垂直な方向における前記ノズルの開口径Dyとの関係が、
Dx≧Dy
であり、
前記第1個別流路の流路面形状は、対角線長がL1の長方形状であり、
前記柱間の隙間の断面形状は、対角線長がL2の長方形状であり、
かつ、
Dx>L1>L2
の関係を満たすように形成されている
液体吐出ヘッド。
The liquid discharge head according to claim 1 ,
The relationship between the opening diameter Dx of the discharge surface of the nozzle in the nozzle arrangement direction and the opening diameter Dy of the nozzle in the direction perpendicular to the opening diameter Dx is as follows:
Dx ≧ Dy
And
The channel surface shape of the first individual channel is a rectangular shape with a diagonal length of L1,
The cross-sectional shape of the gap between the columns is a rectangular shape with a diagonal length of L2,
And,
Dx>L1> L2
A liquid discharge head formed so as to satisfy the above relationship .
請求項1に記載の液体吐出ヘッドにおいて、
複数の前記発熱素子の配列方向に沿って、複数の前記半導体基板をライン状に配列し、
前記共通流路を、前記半導体基板の配列方向に沿って設けることにより、ラインヘッドを形成した
液体吐出ヘッド。
The liquid discharge head according to claim 1 ,
A plurality of the semiconductor substrates are arranged in a line along the arrangement direction of the plurality of heating elements,
A liquid discharge head in which a line head is formed by providing the common flow path along the arrangement direction of the semiconductor substrates .
請求項6に記載の液体吐出ヘッドにおいて、
複数の前記半導体基板をライン状に配列したものを、列状に複数並べ、
1つの列の複数の前記半導体基板と、他の列の複数の前記半導体基板とに対し、異なる特性の液体を供給するようにした
液体吐出ヘッド。
The liquid discharge head according to claim 6 ,
A plurality of the semiconductor substrates arranged in a line form are arranged in a line,
A liquid discharge head configured to supply liquids having different characteristics to the plurality of semiconductor substrates in one row and the plurality of semiconductor substrates in another row .
半導体基板上に一方向に一定のピッチPで配列されるとともに、隣り合うものがピッチP方向に垂直な方向において間隔X(Xは、0より大きい実数)だけずれるように千鳥配列された複数の発熱素子と、
前記発熱素子上に位置するノズルが形成されたノズル層と、
前記半導体基板と前記ノズル層との間に設けられたバリア層と、
前記バリア層の一部によって形成されるとともに、前記発熱素子を挟み込むように向かい合う一対の壁により形成された液室と、
前記液室の前記一対の壁が前記発熱素子の配列方向に略垂直な方向に延在することにより形成され、前記液室の両側に、前記液室と連通するように配置された一対の個別流路と
を備え、
前記液室内における前記一対の壁間の距離Uと、前記個別流路の流路幅Wとが、
U>W
の関係を満たすように形成されており、
前記一対の個別流路は、
共通流路に繋がる第1個別流路と、
前記第1個別流路に対して前記液室を隔てて反対側に延びる第2個別流路とからなり、
前記第2個別流路の先端と所定の距離を隔てて、前記発熱素子の配列方向に沿って壁が形成されており、
全ての前記液室の前記第2個別流路は、前記第2個別流路の先端と所定の距離を隔てて形成された前記壁と、前記第2個別流路の先端との間を介して連通しており、
前記共通流路内には、複数の柱からなるフィルターを備え、
前記フィルターの前記柱は、前記発熱素子の配列方向においてピッチ2Pで配列されており、
千鳥配列された前記発熱素子のうち前記フィルターに近い方の前記発熱素子の中心と、前記柱の中心とが、前記発熱素子の配列方向に垂直な方向において同一ライン上に位置している
液体吐出ヘッドを備える液体吐出装置。
A plurality of staggered arrays are arranged on a semiconductor substrate at a constant pitch P in one direction and adjacent ones are shifted by an interval X (X is a real number greater than 0) in a direction perpendicular to the pitch P direction. A heating element;
A nozzle layer in which nozzles located on the heating elements are formed;
A barrier layer provided between the semiconductor substrate and the nozzle layer;
A liquid chamber formed by a part of the barrier layer and formed by a pair of walls facing each other so as to sandwich the heating element;
The pair of walls of the liquid chamber are formed by extending in a direction substantially perpendicular to the arrangement direction of the heat generating elements, and are arranged on both sides of the liquid chamber so as to communicate with the liquid chamber. A flow path and
The distance U between the pair of walls in the liquid chamber and the channel width W of the individual channel are:
U> W
It is formed so as to satisfy the relation,
The pair of individual flow paths is
A first individual channel connected to the common channel;
The second individual flow path extending to the opposite side across the liquid chamber with respect to the first individual flow path,
A wall is formed along the arrangement direction of the heat generating elements, with a predetermined distance from the tip of the second individual flow path,
The second individual channels of all the liquid chambers are interposed between the wall formed at a predetermined distance from the tip of the second individual channel and the tip of the second individual channel. Communicated,
In the common flow path, a filter comprising a plurality of pillars is provided,
The columns of the filter are arranged at a pitch of 2P in the arrangement direction of the heating elements,
The center of the heating element closer to the filter among the heating elements arranged in a staggered manner and the center of the column are located on the same line in a direction perpendicular to the arrangement direction of the heating elements.
A liquid discharge apparatus including a liquid discharge head.
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