JP6746329B2 - Method of manufacturing recording element substrate and liquid ejection head - Google Patents
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Description
本発明は、液体吐出ヘッドに用いられる記録素子基板の製造方法と液体吐出ヘッドとに関する。 The present invention relates to a method for manufacturing a liquid discharge head of the recording element substrate used in the liquid discharge head.
液体を被記録媒体に吐出することにより記録を行う液体吐出装置では、吐出口に連通した圧力室と圧力室内の液体に吐出のためのエネルギーを付与する記録素子とを有する液体吐出ヘッドを使用する。記録素子はエネルギー発生素子とも呼ばれる。液体吐出ヘッド内では多数の記録素子が列をなして配置されるのが一般的である。昨今、液体吐出装置では、記録の高品質化に向けて、吐出口から吐出される1つ1つの液滴の体積を小さくすることが望まれている。液滴の体積を小さくする場合、吐出口寸法などの微妙なばらつきが吐出に影響を与え、ひいては記録品質に影響を与えることが分かっている。そこで液体吐出ヘッドでは、十分な精度を確保できる例えばシリコンなどからなる基板に記録素子を形成するとともに、基板上に樹脂を積層してこの樹脂層に吐出口を形成することが一般的となっている。 A liquid ejecting apparatus that performs recording by ejecting a liquid onto a recording medium uses a liquid ejecting head having a pressure chamber communicating with an ejection port and a recording element that applies energy for ejecting the liquid in the pressure chamber. .. The recording element is also called an energy generating element. In the liquid ejection head, a large number of recording elements are generally arranged in rows. In recent years, in the liquid ejecting apparatus, it is desired to reduce the volume of each droplet ejected from the ejection port in order to improve the quality of recording. It has been known that when the volume of the liquid droplet is reduced, subtle variations such as the size of the ejection port affect ejection, which in turn affects recording quality. Therefore, in a liquid ejection head, it is common to form a recording element on a substrate made of, for example, silicon, which can ensure sufficient accuracy, and laminate a resin on the substrate to form an ejection port on this resin layer. There is.
良好な記録を行うためには、液体吐出ヘッドを構成している複数の記録素子の諸物性が均一であることが要求される。記録素子は、例えば発熱抵抗素子あるいはピエゾ素子などであるが、一般に、上述した基板上に素子材料を成膜し、素子パターンをレジストで形成した後、エッチングを行うことで形成される。一列に配置した一群の記録素子を考えると、エッチングの際に記録素子群の両端では中央部に比べてエッチング液の循環がよいため、記録素子ごとに特に基板の幅方向において素子材料の層が細く形成されたり寸法が小さくなる傾向にある。この現象にはエッチング液内での反応生成物の拡散なども関わっており、同一のパターンを複数配置した形状のエッチングを行う際に、端部に配置されたパターンにおいて不可避的に発生するものと考えられている。したがって、大きめの記録素子基板を用いてその中央に複数の記録素子を配置したとしても、配置された記録素子のうち端部に配置されたものでは中央部に配置されたものよりもエッチングがより進行するものと考えられている。記録素子ごとにこのような素子材料の層にばらつきが生じると、吐出口ごとに吐出特性が異なることとなるから、記録品質の低下がもたらされる。そこで特許文献1には、記録素子が発熱抵抗体であるときに、記録素子の列の両端部に、液体の吐出には寄与しない擬似記録素子(ダミーの記録素子)を配置することが開示されている。特許文献1に記載のものでは、擬似記録素子を設けることにより、エッチング液の循環のばらつきの影響を受けない領域に形成される記録素子のみを吐出に関与する記録素子とすることができるため、均一な吐出特性を実現することができる。 In order to perform good recording, it is required that the plurality of recording elements forming the liquid ejection head have uniform physical properties. The recording element is, for example, a heating resistance element or a piezo element, but is generally formed by forming an element material on the above-described substrate, forming an element pattern with a resist, and then performing etching. Considering a group of recording elements arranged in a line, during etching, the etching liquid circulates better at both ends of the recording element group than at the central portion, so that a layer of element material is formed for each recording element, especially in the width direction of the substrate. It tends to be formed thin and its dimensions small. This phenomenon is also related to the diffusion of reaction products in the etching liquid, and when etching a shape in which a plurality of identical patterns are arranged, it is inevitably generated in the pattern arranged at the end. It is considered. Therefore, even if a plurality of recording elements are arranged in the center using a large recording element substrate, the one arranged at the end of the arranged recording elements is more likely to be etched than the one arranged in the central portion. It is believed to progress. When such a layer of the element material varies for each printing element, the ejection characteristics differ for each ejection port, resulting in deterioration of recording quality. In view of this, Japanese Patent Laid-Open No. 2004-242242 discloses that when the printing elements are heating resistors, pseudo printing elements (dummy printing elements) that do not contribute to liquid ejection are arranged at both ends of the row of printing elements. ing. In the one described in Patent Document 1, by providing the pseudo recording element, only the recording element formed in the region which is not affected by the variation in the circulation of the etching solution can be the recording element involved in the ejection. Uniform ejection characteristics can be realized.
液体吐出ヘッドでは、圧力室内に気泡が浸入すると、吐出口から液体を吐出するときの圧力に意図しない変化が生じ、正常な液体吐出がなされなくなって正常な記録動作が不可能となる。吐出口を覆う保護キャップなどによる特別な保護がなされない状態で液体吐出ヘッドを放置した場合、吐出口からの水分あるいは溶媒成分の蒸発によって吐出口近傍での液体の粘度が上昇し、液滴の吐出速度や吐出方向に影響を与えることがある。特許文献2には、圧力室内を通る液体の循環流を生じさせることにより、液体吐出ヘッドの内部に気泡が溜まることや液体の粘度上昇が起こることを回避することが開示されている。 In the liquid ejection head, when bubbles enter the pressure chamber, the pressure when ejecting the liquid from the ejection port changes unintentionally, the normal liquid ejection is stopped, and the normal recording operation becomes impossible. If the liquid ejection head is left without special protection such as a protective cap covering the ejection port, the viscosity of the liquid near the ejection port increases due to evaporation of water or solvent component from the ejection port, It may affect the ejection speed and the ejection direction. Patent Document 2 discloses that a circulation flow of a liquid passing through a pressure chamber is generated to avoid accumulation of bubbles inside the liquid ejection head and increase in viscosity of the liquid.
特許文献2に記載されるように圧力室内を通る液体の循環流を生じさせる場合であっても吐出口からの水分や溶媒成分の蒸発は起きているから、循環の下流側では液体中の溶質や分散質の濃度が上昇する。このため、長期間にわたって液体吐出ヘッドを使用した場合には、装置内全体で液体中の溶質や分散質の濃度が高くなって、高い記録品質を保てなくなるおそれがある。圧力室内を通る液体を循環させない場合には、濃度の上昇は吐出口近傍でのみ起こるので、装置内全体で液体中の溶質や分散質の濃度が高くなるというのは、圧力室内を通る液体の循環流を生じさせる液体吐出ヘッドにおける固有の課題となる。特に、特許文献1に記載されるように擬似記録素子を設けたために、吐出に関与しない吐出口が存在すると、吐出口からの水分や溶媒の蒸発が促進されて溶質や分散質濃度の上昇が加速され、記録品質に大きく悪影響を与えるおそれがある。
本発明の目的は、吐出口寸法や記録素子の諸特性におけるばらつきを抑制して均一な吐出特性を実現し、吐出される液体における濃度変化も抑制して高い記録品質を確保する液体吐出ヘッドにおいて用いられる記録素子基板の製造方法と、液体吐出ヘッドとを提供することになる。
Even when a circulating flow of liquid passing through the pressure chamber is generated as described in Patent Document 2, evaporation of water and solvent components from the discharge port occurs, so that solute in the liquid is on the downstream side of the circulation. And the concentration of dispersoids increases. Therefore, when the liquid ejection head is used for a long period of time, the concentration of solutes and dispersoids in the liquid becomes high in the entire apparatus, and high recording quality may not be maintained. When the liquid passing through the pressure chamber is not circulated, the concentration rises only in the vicinity of the discharge port, so the concentration of solutes and dispersoids in the liquid is high in the entire device. This is an inherent problem in the liquid ejection head that produces a circulating flow. In particular, since the pseudo recording element is provided as described in Patent Document 1, if there is a discharge port that is not involved in discharge, evaporation of water or solvent from the discharge port is promoted, and the concentration of solute or dispersoid increases. It is accelerated and may have a bad influence on recording quality.
An object of the present invention is to provide a liquid ejection head that suppresses variations in ejection port size and various characteristics of recording elements to realize uniform ejection characteristics, and also suppresses density changes in ejected liquid to ensure high recording quality . A method of manufacturing a recording element substrate used and a liquid ejection head are provided.
本発明の記録素子基板の製造方法は、液体を吐出するエネルギーを発生する複数の記録素子が第1の面に設けられた基板と、第1の面側に設けられて液体を吐出する複数の吐出口が形成され、吐出口ごとに基板との間でその吐出口に連通する圧力室を構成する吐出口形成部材と、第1の面と第1の面とは反対側となる第2の面との間で基板を貫通して複数の圧力室に連通する供給口及び回収口と、を有する記録素子基板を備え、第1の面において複数の記録素子は列をなして配置して記録素子列を構成していることを特徴とする。さらに、記録素子列の端部において少なくとも1つのダミーの記録素子が備えられて残余の記録素子は吐出に関わる記録素子とされており、圧力室ごとにその圧力室の内部に吐出に関わる記録素子が配置され、複数の吐出口は吐出に関わる記録素子のみに対応して設けられている、あるいは、吐出に関わる記録素子のみに対応して、吐出に関わる記録素子ごとにその吐出に関わる記録素子を内部に備える圧力室が設けられている液体吐出ヘッドで用いられる記録素子基板の製造方法であって、記録素子列が形成された基板の第1の面の上に第1の樹脂層を形成して圧力室の形成位置を含む領域を露光する工程と、第1の樹脂層への露光の後、第1の樹脂層の上に第2の樹脂層を形成し、吐出口となる領域を露光する工程と、第2の樹脂層への露光の後、現像を行って圧力室と吐出口とを形成する工程と、を有することを特徴とする。 A method of manufacturing a recording element substrate according to the present invention includes a substrate having a plurality of recording elements that generate energy for ejecting liquid on a first surface, and a plurality of substrates that are provided on the first surface side and eject liquid. A discharge port is formed, and a discharge port forming member forming a pressure chamber communicating with the substrate for each discharge port, and a second surface that is opposite to the first surface and the first surface. A recording element substrate having a supply port and a recovery port penetrating the substrate between itself and the plurality of pressure chambers to communicate with the plurality of pressure chambers, and the plurality of recording elements are arranged in a row on the first surface for recording. It is characterized in that it constitutes an element array. Further, at least one dummy recording element is provided at the end of the recording element array, and the remaining recording elements are recording elements related to ejection. For each pressure chamber, recording elements related to ejection are provided inside the pressure chamber. Is provided and a plurality of ejection ports are provided corresponding to only the recording elements related to ejection, or only the recording elements related to ejection and the recording elements related to the ejection for each recording element related to ejection. A method of manufacturing a recording element substrate used in a liquid ejection head having a pressure chamber provided therein, wherein a first resin layer is formed on a first surface of a substrate on which a recording element array is formed. And exposing a region including the position where the pressure chamber is formed, and after exposing the first resin layer, a second resin layer is formed on the first resin layer to form a region serving as a discharge port. It is characterized by including a step of exposing and a step of developing after the exposure of the second resin layer to form a pressure chamber and a discharge port .
本発明の液体吐出ヘッドは、液体を吐出するエネルギーを発生する複数の記録素子が第1の面に設けられた基板と、第1の面側に設けられて液体を吐出する複数の吐出口が形成され、吐出口ごとに基板との間で当該吐出口に連通する圧力室を構成する吐出口形成部材と、第1の面と第1の面とは反対側となる第2の面との間で基板を貫通して複数の圧力室に連通する供給口及び回収口と、を有する記録素子基板を備え、第1の面において複数の記録素子は列をなして配置して記録素子列を構成し、記録素子列の端部において少なくとも1つのダミーの記録素子が備えられて残余の記録素子は吐出に関わる記録素子とされ、圧力室ごとにその圧力室の内部に吐出に関わる記録素子が配置され、複数の吐出口は吐出に関わる記録素子のみに対応して設けられており、ダミーの記録素子に対応して、吐出口とは連通しない圧力室状空間が基板との間に吐出口形成部材によって構成されていることを特徴とする。 The liquid ejection head of the present invention includes a substrate on which a plurality of recording elements that generate energy for ejecting liquid are provided on a first surface, and a plurality of ejection ports that are provided on the first surface side and eject liquid. A discharge port forming member that forms a pressure chamber that is formed between the substrate and each discharge port and communicates with the discharge port; and a first surface and a second surface that is opposite to the first surface. A recording element substrate having a supply port and a recovery port that penetrate through the substrate and communicate with a plurality of pressure chambers, and the plurality of recording elements are arranged in a row on the first surface to form a recording element row. At least one dummy recording element is provided at the end portion of the recording element array, and the remaining recording elements are recording elements related to ejection. For each pressure chamber, there is a recording element related to ejection inside the pressure chamber. The plurality of ejection ports are provided corresponding to only the recording elements related to ejection, and the pressure chamber-like space that does not communicate with the ejection port corresponds to the dummy recording element and is formed between the substrate and the ejection port. It is characterized by being formed of a forming member .
本発明によれば、吐出口寸法や記録素子の諸特性におけるばらつきを抑制して均一な吐出特性を実現し、吐出される液体における濃度変化も抑制して高い記録品質を確保することができる液体吐出ヘッドを実現できる。 According to the present invention, it is possible to realize uniform ejection characteristics by suppressing variations in ejection port dimensions and various characteristics of recording elements, and also to suppress high density changes in ejected liquid to ensure high recording quality. A discharge head can be realized.
以下、図面を用いて本発明の実施の形態の例を説明する。ただし、以下の記載は本発明の範囲を限定するものではない。一例として、以下の説明では、液体を吐出するエネルギーを発生する記録素子として発熱素子を使用し、熱によって圧力室内の液体に気泡を発生させて吐出口から液体を吐出させるいわゆるサーマル方式の液体吐出ヘッドを例に挙げて説明する。しかしながら、本発明が適用可能な液体吐出ヘッドはサーマル方式のものに限られるものではなく、圧電素子を使用するピエゾ方式や、その他の各種の液体吐出方式を採用する液体吐出ヘッドにも本発明を適用することができる。 An example of an embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. However, the following description does not limit the scope of the present invention. As an example, in the following description, a heating element is used as a recording element that generates energy for ejecting liquid, and heat is used to generate bubbles in the liquid in the pressure chamber to eject the liquid from the ejection port The head will be described as an example. However, the liquid ejection head to which the present invention can be applied is not limited to the thermal type, and the present invention can be applied to a piezo type that uses a piezoelectric element and liquid ejection heads that employ various other types of liquid ejection. Can be applied.
また以下の説明では、記録液等の液体をタンクと液体吐出ヘッドの間で循環させる液体吐出装置において用いられる液体吐出ヘッドを説明するが、本発明に基づく液体吐出ヘッドが用いられる液体吐出装置はこれに限られるものではない。液体を循環させずに上流側と下流側とにそれぞれタンクを設け、一方のタンクから液体吐出ヘッドを介して他方のタンクへ液体を流すことで液体吐出ヘッドの圧力室内で液体を流動させる形態の液体吐出装置にも本発明を適用することができる。 Further, in the following description, a liquid ejection head used in a liquid ejection device that circulates a liquid such as a recording liquid between a tank and a liquid ejection head will be described. However, a liquid ejection device using the liquid ejection head according to the present invention will be described. It is not limited to this. A tank is provided on each of the upstream side and the downstream side without circulating the liquid, and the liquid is made to flow in the pressure chamber of the liquid discharge head by causing the liquid to flow from one tank to the other tank via the liquid discharge head. The present invention can also be applied to a liquid ejection device.
さらに、以下の説明では、液体吐出ヘッドが、被記録媒体の幅に対応した長さを有するいわゆるライン型のヘッドとして構成されているものとする。しかしながら、主走査方向及び副走査方向への走査によって被記録媒体における記録を完成させる、いわゆるシリアル型の液体吐出ヘッドに対しても本発明を適用することができる。シリアル型の液体吐出ヘッドとしては、例えば、黒色の記録液用及びカラーの記録液用の記録素子基板を各1つずつ搭載する構成のものがあるが、これに限られるものではない。シリアル型の液体吐出ヘッドは、数個の記録素子基板を吐出口列方向に吐出口をオーバーラップさせるよう配置した、被記録媒体の幅よりも短い短尺のラインヘッドを作成し、それを被記録媒体に対してスキャンさせる形態のものであってもよい。 Further, in the following description, it is assumed that the liquid ejection head is configured as a so-called line type head having a length corresponding to the width of the recording medium. However, the present invention can be applied to a so-called serial type liquid ejection head in which recording on a recording medium is completed by scanning in the main scanning direction and the sub-scanning direction. As a serial type liquid ejection head, for example, there is a configuration in which one recording element substrate for black recording liquid and one recording element substrate for color recording liquid are mounted, but the invention is not limited to this. The serial type liquid discharge head is a line head having several recording element substrates arranged so that the discharge ports overlap in the discharge port array direction, and a short line head shorter than the width of the recording medium is created. The medium may be scanned.
(第1の構成例の液体吐出装置の説明)
まず、本発明に基づく液体吐出装置の一例として、吐出口から液体として記録液を吐出して被記録媒体に記録を行うインクジェット記録装置1000(以下、記録装置とも称する)について説明する。図1は第1の構成例の液体吐出装置である記録装置1000の概略構成を示している。記録装置1000は、被記録媒体2を搬送する搬送部1と、被記録媒体2の搬送方向と略直交して配置されるライン型の液体吐出ヘッド3とを備え、複数の被記録媒体2を連続もしくは間欠に搬送しながら1パスで連続記録を行うライン型記録装置である。被記録媒体2は例えばカット紙であるが、カット紙以外にも連続したロール紙などであってもよい。液体吐出ヘッド3は、シアン(C)、マゼンタ(M)、イエロー(Y)及びブラック(K)の各色(以下、これらの色をまとめてCMYKとも称する)の記録液によりフルカラーでの記録が可能なものである。後述するように、液体吐出ヘッド3には、液体を液体吐出ヘッド3へ供給する供給路である液体供給手段、メインタンク及びバッファタンク(図2参照)が流体的に接続される。液体吐出ヘッド3は、後述の図2に示すように、大別すると、液体供給ユニット220、負圧制御ユニット230及び液体吐出ユニット300によって構成されている。液体吐出ユニット300には、複数の記録素子基板10と共通供給流路211と共通回収流路212とが設けられており、各記録素子基板10にはそれぞれ複数の記録素子が設けられている。液体吐出ヘッド300において、各記録素子基板10に対して図示矢印で示すように共通供給経路211から記録液が供給され、この記録液は共通回収流路212を介して回収されるようになっている。また、液体吐出ヘッド3には、液体吐出ヘッド3へ電力及び吐出制御信号を伝送する電気制御部が電気的に接続される。液体吐出ヘッド3内における液体経路及び電気信号経路の詳細については後述する。
(Description of Liquid Ejection Device of First Configuration Example)
First, as an example of the liquid ejection apparatus according to the present invention, an inkjet recording apparatus 1000 (hereinafter, also referred to as a recording apparatus) that ejects a recording liquid as a liquid from an ejection port to perform recording on a recording medium will be described. FIG. 1 shows a schematic configuration of a recording apparatus 1000 which is a liquid ejection apparatus of the first configuration example. The recording apparatus 1000 includes a transport unit 1 that transports the recording medium 2, and a line-type liquid ejection head 3 that is disposed substantially orthogonal to the transport direction of the recording medium 2. This is a line-type recording apparatus that performs continuous recording in one pass while conveying continuously or intermittently. The recording medium 2 is, for example, cut paper, but may be continuous roll paper or the like other than cut paper. The liquid discharge head 3 is capable of full-color recording with a recording liquid of each color of cyan (C), magenta (M), yellow (Y), and black (K) (hereinafter, these colors are also collectively referred to as CMYK). It is something. As will be described later, the liquid ejection head 3 is fluidly connected to a liquid supply unit that is a supply path for supplying the liquid to the liquid ejection head 3, a main tank, and a buffer tank (see FIG. 2 ). As shown in FIG. 2 described later, the liquid discharge head 3 is roughly composed of a liquid supply unit 220, a negative pressure control unit 230, and a liquid discharge unit 300. The liquid ejection unit 300 is provided with a plurality of recording element substrates 10, a common supply channel 211, and a common recovery channel 212, and each recording element substrate 10 is provided with a plurality of recording elements. In the liquid ejection head 300, a recording liquid is supplied to each recording element substrate 10 from a common supply path 211 as shown by an arrow in the drawing, and the recording liquid is recovered through a common recovery channel 212. There is. Further, the liquid ejection head 3 is electrically connected to an electric control unit that transmits electric power and an ejection control signal to the liquid ejection head 3. Details of the liquid path and the electric signal path in the liquid ejection head 3 will be described later.
(第1の循環形態の説明)
図2は、本発明に基づく液体吐出装置に適用される循環経路構成の一形態である第1の循環形態を示している。第1の循環形態では、液体吐出ヘッド3が、高圧側の第1循環ポンプ1001、低圧側の第1循環ポンプ1002、及びバッファタンク1003などに流体的に接続している。なお図2では、説明を簡略化するためにCMYKの各色の記録液のうちの一色の記録液が流動する経路のみを示しているが、実際には4色分の循環経路が液体吐出ヘッド3及び記録装置本体に設けられる。メインタンク1006と接続される、サブタンクとしてのバッファタンク1003は、記録液を貯留する貯留手段として機能するものであり、タンク内部と外部とを連通する大気連通口(不図示)を有し、記録液中の気泡を外部に排出することが可能である。バッファタンク1003は、補充ポンプ1005とも接続されている。補充ポンプ1005は、記録液を吐出しての記録や吸引回復等、液体吐出ヘッドの吐出口から記録液を吐出(排出)することによって液体吐出ヘッド3で液体が消費された際に、消費された記録液分をメインタンク1006からバッファタンク1003へ移送する。
(Explanation of the first circulation mode)
FIG. 2 shows a first circulation mode which is one mode of the circulation path configuration applied to the liquid ejection apparatus according to the present invention. In the first circulation mode, the liquid discharge head 3 is fluidly connected to the first circulation pump 1001 on the high pressure side, the first circulation pump 1002 on the low pressure side, the buffer tank 1003, and the like. Note that, in FIG. 2, for simplification of description, only a path through which one color of the CMYK color recording liquids flows is shown, but in reality, the circulation paths for four colors are the liquid ejection heads 3. And provided in the recording apparatus main body. The buffer tank 1003, which is connected to the main tank 1006 and serves as a sub tank, functions as a storage unit that stores the recording liquid, has an atmosphere communication port (not shown) that communicates the inside and the outside of the tank, and records. Air bubbles in the liquid can be discharged to the outside. The buffer tank 1003 is also connected to the replenishment pump 1005. The replenishment pump 1005 is consumed when the liquid is discharged from the liquid discharge head 3 by discharging (discharging) the recording liquid from the discharge port of the liquid discharge head such as recording by discharging the recording liquid and suction recovery. The recording liquid component is transferred from the main tank 1006 to the buffer tank 1003.
2つの第1循環ポンプ1001,1002は、液体吐出ヘッド3の液体接続部111から液体を引き出してバッファタンク1003へ流す役割を有する。第1循環ポンプ1001,1002としては、定量的な送液能力を有する容積型ポンプを用いることが好ましい。具体的にはチューブポンプ、ギアポンプ、ダイヤフラムポンプ、シリンジポンプ等が挙げられるが、例えば一般的な定流量弁やリリーフ弁をポンプ出口に配して一定流量を確保する形態のポンプであっても用いることができる。液体吐出ヘッド300の駆動時には高圧側の第1循環ポンプ1001及び低圧側の第1循環ポンプ1002によって、それぞれ、共通供給経路211及び共通回収流路212内をある一定流量で記録液が流れる。この流量としては、液体吐出ヘッド3内の各記録素子基板10間の温度差が、被記録媒体2上での記録品質に影響しない程度以上に設定することが好ましい。もっとも、過度に大きな流量を設定すると、液体吐出ユニット300内の流路の圧損の影響により、各記録素子基板10で負圧差が大きくなり過ぎて記録画像での濃度ムラが生じてしまう。このため、各記録素子基板10間の温度差と負圧差を考慮しながら、流量を設定することが好ましい。記録液が循環する経路のうち、高圧側の第1循環ポンプ1001を含む方の経路はこの液体吐出装置での第1の循環系を構成し、低圧側の第1循環ポンプ1002を含む方の経路はこの液体吐出装置での第2の循環系を構成する。 The two first circulation pumps 1001 and 1002 have a role of drawing the liquid from the liquid connection portion 111 of the liquid ejection head 3 and flowing it to the buffer tank 1003. As the first circulation pumps 1001 and 1002, it is preferable to use positive displacement pumps having a quantitative liquid feeding capacity. Specific examples thereof include a tube pump, a gear pump, a diaphragm pump, and a syringe pump. For example, a general constant flow valve or a relief valve may be used at a pump outlet to ensure a constant flow rate. be able to. When the liquid ejection head 300 is driven, the recording liquid flows at a certain constant flow rate in the common supply passage 211 and the common recovery passage 212 by the first circulation pump 1001 on the high pressure side and the first circulation pump 1002 on the low pressure side, respectively. It is preferable that the flow rate is set to such a level that the temperature difference between the recording element substrates 10 in the liquid ejection head 3 does not affect the recording quality on the recording medium 2. However, if an excessively large flow rate is set, the negative pressure difference in each recording element substrate 10 becomes too large due to the influence of the pressure loss of the flow path in the liquid ejection unit 300, resulting in uneven density in the recorded image. Therefore, it is preferable to set the flow rate while considering the temperature difference and the negative pressure difference between the respective recording element substrates 10. Of the paths through which the recording liquid circulates, the path that includes the first circulation pump 1001 on the high pressure side constitutes the first circulation system in this liquid ejection device, and the path that includes the first circulation pump 1002 on the low pressure side The path constitutes a second circulation system in this liquid ejection device.
バッファタンク1003から液体吐出ヘッド3に向けて記録液を供給する経路には第2循環ポンプ1004が設けられている。負圧制御ユニット230は、第2循環ポンプ1004と液体吐出ユニット300との間の経路に設けられている。負圧制御ユニット230は、記録を行う時にデューティの差によって循環系の流量が変動した場合でも、負圧制御ユニット230よりも下流側(すなわち液体吐出ユニット300側)の圧力を予め設定した一定圧力に維持する機能を有する。負圧制御ユニット230は、それぞれ異なる制御圧が設定されている2つの圧力調整機構を備えている。これら2つの圧力調整機構としては、それ自身よりも下流の圧力を、所望の設定圧を中心として一定の範囲以下の変動で制御できるものであれば、どのような機構を用いてもよい。一例として、いわゆる減圧レギュレーターと同様の機構のものを採用することができる。圧力調整機構として減圧レギュレーターを用いる場合には、図2に示すように、液体供給ユニット200を介して負圧制御ユニット230の上流側を第2循環ポンプ1004によって加圧するようにすることが好ましい。このようにするとバッファタンク1003の液体吐出ヘッド3に対する水頭圧の影響を抑制できるので、記録装置1000におけるバッファタンク1003のレイアウトの自由度を広げることができる。第2循環ポンプ1004としては、液体吐出ヘッド3の駆動時に使用する記録液の循環流量の範囲内において、一定圧以上の揚程圧を有するものであればよく、ターボ型ポンプや容積型ポンプなどを使用できる。具体的には、ダイヤフラムポンプ等が使用可能である。また第2循環ポンプ1004の代わりに、例えば負圧制御ユニット230に対してある一定の水頭差をもって配置された水頭タンクを設けることもできる。 A second circulation pump 1004 is provided in a path for supplying the recording liquid from the buffer tank 1003 toward the liquid ejection head 3. The negative pressure control unit 230 is provided in the path between the second circulation pump 1004 and the liquid ejection unit 300. Even when the flow rate of the circulation system changes due to the difference in duty when performing the recording, the negative pressure control unit 230 sets the pressure on the downstream side (that is, the liquid ejection unit 300 side) of the negative pressure control unit 230 to a preset constant pressure. It has the function of maintaining. The negative pressure control unit 230 includes two pressure adjusting mechanisms in which different control pressures are set. As these two pressure adjusting mechanisms, any mechanism may be used as long as it can control the pressure downstream of itself with a fluctuation within a certain range around a desired set pressure. As an example, a device having a mechanism similar to that of a so-called decompression regulator can be adopted. When a decompression regulator is used as the pressure adjusting mechanism, it is preferable that the second circulation pump 1004 pressurize the upstream side of the negative pressure control unit 230 via the liquid supply unit 200, as shown in FIG. By doing so, the influence of the head pressure of the buffer tank 1003 on the liquid ejection head 3 can be suppressed, so that the flexibility of the layout of the buffer tank 1003 in the recording apparatus 1000 can be increased. As the second circulation pump 1004, a pump having a head pressure of a certain pressure or higher within the range of the circulation flow rate of the recording liquid used when the liquid ejection head 3 is driven may be used, and a turbo pump, a positive displacement pump, or the like may be used. Can be used. Specifically, a diaphragm pump or the like can be used. Further, instead of the second circulation pump 1004, for example, a head tank arranged with a certain head difference with respect to the negative pressure control unit 230 can be provided.
負圧制御ユニット230内の2つ圧力調整機構のうち、相対的に高圧が設定されている圧力調整機構(図2においてHで表示)は、液体供給ユニット220内を経由して液体吐出ユニット300内の共通供給経路211に接続されている。同様に相対的に低圧が設定されている圧力調整機構(図2においてLで表示)は、液体供給ユニット220内を経由して液体吐出ユニット300内の共通回収流路212に接続されている。液体吐出ユニット300には、共通供給経路211及び共通回収流路212のほかに、各記録素子基板10とそれぞれ連通する個別供給流路213及び個別回収流路214が設けられている。記録素子基板ごとに設けられる個別供給流路213及び個別回収流路214を総称して個別流路と称する。個別流路は、共通供給流路211から分岐して共通回収流路212に合流するように設けられてこれらと連通している。したがって、記録液など液体の一部が共通供給流路211から記録素子基板10の内部流路を通過して共通回収流路212へと流れる流れ(図2の白抜きの矢印)が発生する。これは、共通供給流路211には高圧側の圧力調整機構Hが、共通回収流路212には低圧側の圧力調整機構Lがそれぞれ接続されているため、共通供給流路211と共通回収流路213の間に差圧が生じるからである。 Of the two pressure adjustment mechanisms in the negative pressure control unit 230, the pressure adjustment mechanism in which a relatively high pressure is set (indicated by H in FIG. 2) is the liquid ejection unit 300 via the liquid supply unit 220. Is connected to the common supply path 211 inside. Similarly, the pressure adjusting mechanism (indicated by L in FIG. 2) in which a relatively low pressure is set is connected to the common recovery passage 212 in the liquid ejection unit 300 via the inside of the liquid supply unit 220. In addition to the common supply path 211 and the common recovery flow path 212, the liquid ejection unit 300 is provided with an individual supply flow path 213 and an individual recovery flow path 214 that communicate with each of the recording element substrates 10. The individual supply channel 213 and the individual recovery channel 214 provided for each printing element substrate are collectively referred to as an individual channel. The individual flow paths are provided so as to branch from the common supply flow path 211 and join the common recovery flow path 212 and communicate with them. Therefore, a flow (white arrow in FIG. 2) in which a part of the liquid such as the recording liquid flows from the common supply channel 211 through the internal channel of the recording element substrate 10 to the common recovery channel 212. This is because the high pressure side pressure adjusting mechanism H is connected to the common supply channel 211 and the low pressure side pressure adjusting mechanism L is connected to the common recovery channel 212, so that the common supply channel 211 and the common recovery channel are connected. This is because a differential pressure is generated between the paths 213.
このようにして、液体吐出ユニット300では、共通供給流路211及び共通回収流路212内をそれぞれ通過するように液体を流しつつ、一部の液体が各記録素子基板10内を通過するような流れが発生する。このため、各記録素子基板10で発生する熱を共通供給流路211および共通回収流路212の流れで記録素子基板10の外部へ排出することができる。液体吐出ヘッド3による記録を行っている際に、記録を行っていない吐出口や圧力室においても記録液の流れを生じさせることができるので、その部位において記録液の溶媒成分の蒸発に起因して記録液の粘度が高まることを抑制することができる。また、増粘した記録液や記録液中の異物を共通回収流路212へと排出することができる。このため、上述した液体吐出ヘッド3を用いることにより、高速かつ高品位での記録を行うことが可能となる。 In this way, in the liquid ejection unit 300, while flowing the liquid so as to pass through the common supply flow passage 211 and the common recovery flow passage 212, a part of the liquid passes through the inside of each recording element substrate 10. Flow occurs. Therefore, the heat generated in each recording element substrate 10 can be discharged to the outside of the recording element substrate 10 by the flow of the common supply channel 211 and the common recovery channel 212. During recording by the liquid ejection head 3, a flow of the recording liquid can be generated even in an ejection port or a pressure chamber in which recording is not performed, and therefore, due to evaporation of the solvent component of the recording liquid at that portion. It is possible to prevent the viscosity of the recording liquid from increasing. Further, the thickened recording liquid and the foreign matter in the recording liquid can be discharged to the common recovery channel 212. Therefore, it is possible to perform high-speed and high-quality recording by using the liquid ejection head 3 described above.
(第2の循環形態の説明)
図3は、本発明に基づく液体吐出装置に適用される循環経路構成のうち、上述した第1の循環形態とは異なる循環形態である第2の循環形態を示している。第2の循環形態の第1の循環形態との主な相違点は、負圧制御ユニット230を構成する2つの圧力調整機構が、いずれも、負圧制御ユニット230よりも上流側の圧力を、所望の設定圧を中心として一定範囲内の変動で制御する機構であることである。このような圧力調整機構は、いわゆる背圧レギュレーターと同じ作用の機構部品として構成することができる。また、第2循環ポンプ1004が負圧制御ユニット230の下流側を減圧する負圧源として作用し、高圧側及び低圧側の第1循環ポンプ1001,1002が液体吐出ヘッド3の上流側に配置されている。これに伴って、負圧制御ユニット230は液体吐出ヘッド3の下流側に配置されている。
(Explanation of the second circulation mode)
FIG. 3 shows a second circulation mode which is a circulation mode different from the above-described first circulation mode in the circulation path configuration applied to the liquid ejection apparatus according to the present invention. The main difference between the second circulation mode and the first circulation mode is that each of the two pressure adjusting mechanisms constituting the negative pressure control unit 230 controls the pressure on the upstream side of the negative pressure control unit 230. This is a mechanism for controlling the fluctuation within a certain range around the desired set pressure. Such a pressure adjusting mechanism can be configured as a mechanical component having the same operation as a so-called back pressure regulator. Further, the second circulation pump 1004 acts as a negative pressure source that reduces the pressure on the downstream side of the negative pressure control unit 230, and the high-pressure side and low-pressure side first circulation pumps 1001 and 1002 are arranged on the upstream side of the liquid ejection head 3. ing. Along with this, the negative pressure control unit 230 is arranged on the downstream side of the liquid ejection head 3.
第2の循環形態において負圧制御ユニット230は、液体吐出ヘッド3により記録を行う際に記録デューティの変化によって生じる流量の変動があっても、自身の上流側の圧力変動を、予め設定された圧力を中心として一定範囲内に安定にするように作動する。ここでは負圧制御ユニット230の上流側は、液体吐出ユニット300側となる。図3に示すように、第2循環ポンプ1004によって、液体供給ユニット220を介して負圧制御ユニット230の下流側を加圧することが好ましい。このようにすると液体吐出ヘッド3に対するバッファタンク1003の水頭圧の影響を抑制できるので、記録装置1000におけるバッファタンク1003のレイアウトの選択幅を広げることができる。第2循環ポンプ1004の代わりに、例えば負圧制御ユニット230に対して所定の水頭差をもって配置された水頭タンクを設けてもよい。 In the second circulation mode, the negative pressure control unit 230 presets the pressure fluctuation on the upstream side thereof even if there is a fluctuation in the flow rate caused by a change in the printing duty when printing is performed by the liquid ejection head 3. It operates to stabilize within a certain range around the pressure. Here, the upstream side of the negative pressure control unit 230 is the liquid ejection unit 300 side. As shown in FIG. 3, it is preferable that the second circulation pump 1004 pressurize the downstream side of the negative pressure control unit 230 via the liquid supply unit 220. In this way, the influence of the head pressure of the buffer tank 1003 on the liquid ejection head 3 can be suppressed, so that the selection range of the layout of the buffer tank 1003 in the recording apparatus 1000 can be widened. Instead of the second circulation pump 1004, for example, a head tank arranged with a predetermined head difference with respect to the negative pressure control unit 230 may be provided.
第1の循環形態での場合と同様に、図3に示したように負圧制御ユニット230は、それぞれが互いに異なる制御圧が設定された2つの圧力調整機構を備えている。高圧設定側(図3においてHと記載)及び低圧設定側の圧力調整機構(図3においてLと記載)は、それぞれ、液体供給ユニット220内を経由して液体吐出ユニット300内の共通供給流路211及び共通回収流路212に接続されている。これら2つの圧力調整機構により共通供給流路211の圧力を共通回収流路212の圧力より相対的に高くすることで、共通供給流路211から個別流路及び各記録素子基板10の内部流路を介して共通回収流路212へと流れる記録液の流れが発生する。記録液の流れは図3において白抜きの矢印で示されている。このように第2の循環形態では、液体吐出ユニット300内では第1の循環形態と同様の記録液の流れ状態が得られるが、第1の循環経路の場合とは異なる2つの利点がある。 As in the case of the first circulation mode, as shown in FIG. 3, the negative pressure control unit 230 includes two pressure adjusting mechanisms in which control pressures different from each other are set. The high-pressure setting side (denoted as H in FIG. 3) and the low-pressure setting side pressure adjustment mechanism (denoted as L in FIG. 3) respectively pass through the inside of the liquid supply unit 220 and the common supply channel in the liquid ejection unit 300. 211 and the common recovery channel 212. By making the pressure of the common supply channel 211 relatively higher than the pressure of the common recovery channel 212 by these two pressure adjusting mechanisms, the individual channels and the internal channels of each recording element substrate 10 from the common supply channel 211. A flow of the recording liquid flowing to the common recovery channel 212 via the is generated. The flow of the recording liquid is shown by a white arrow in FIG. As described above, in the second circulation mode, the flow state of the recording liquid similar to that in the first circulation mode is obtained in the liquid ejection unit 300, but there are two advantages different from the case of the first circulation path.
第1の利点は、第2の循環形態では負圧制御ユニット230が液体吐出ヘッド3の下流側に配置されているので、負圧制御ユニット230から発生するゴミや異物が液体吐出ヘッド3へ流入する懸念が少ないことである。 The first advantage is that, in the second circulation mode, the negative pressure control unit 230 is arranged on the downstream side of the liquid ejection head 3, so that dust or foreign matter generated from the negative pressure control unit 230 flows into the liquid ejection head 3. There is little concern about it.
第2の利点は、第2の循環形態では、バッファタンク1003から液体吐出ヘッド3へ供給する必要流量の最大値が、第1の循環形態の場合よりも少なくて済むことである。その理由は次の通りである。記録待機時に循環している場合の、共通供給流路211及び共通回収流路212内の流量の合計をAとする。Aの値は、記録待機中に液体吐出ヘッド3の温度調整を行う場合に液体吐出ユニット300内の温度差を所望の範囲内にするために必要な最小限の流量として定義される。また液体吐出ユニット300の全ての吐出口から記録液を吐出する場合(全吐時)の吐出流量をFと定義する。そうすると、図2に示す第1の循環形態の場合(図2)では、第1循環ポンプ(高圧側)1001及び第1循環ポンプ(低圧側)1002の設定流量がAとなるので、全吐時に必要な液体吐出ヘッド3への液体供給量の最大値はA+Fとなる。一方で図3に示す第2の循環形態の場合、記録待機時に必要な液体吐出ヘッド3への液体供給量は流量Aである。そして、全吐時に必要な液体吐出ヘッド3への供給量は流量Fとなる。そうすると、第2の循環形態の場合、高圧側及び低圧側の第1循環ポンプ1001,1002の設定流量の合計値、すなわち必要供給流量の最大値はAまたはFの大きい方の値となる。このため、同一構成の液体吐出ユニット300を使用する限り、第2の循環形態における必要供給量の最大値(AまたはF)は、第1の循環形態における必要供給流量の最大値(A+F)よりも必ず小さくなる。そのため第2の循環形態の場合、適用可能な循環ポンプの自由度が高まり、例えば構成の簡便な低コストの循環ポンプを使用したり、本体側経路に設置される冷却器(不図示)の負荷を低減したりすることができ、記録装置本体のコストを低減できる。この利点は、AまたはFの値が比較的大きくなるライン型ヘッドであるほど大きくなり、ライン型ヘッドの中でも長手方向に長いヘッドほど有益である。 The second advantage is that in the second circulation mode, the maximum value of the necessary flow rate supplied from the buffer tank 1003 to the liquid ejection head 3 can be smaller than in the first circulation mode. The reason is as follows. Let A be the total of the flow rates in the common supply flow path 211 and the common recovery flow path 212 when circulating during the recording standby. The value of A is defined as the minimum flow rate required to bring the temperature difference in the liquid ejection unit 300 into a desired range when the temperature of the liquid ejection head 3 is adjusted during recording standby. Further, the discharge flow rate when the recording liquid is discharged from all the discharge ports of the liquid discharge unit 300 (at the time of full discharge) is defined as F. Then, in the case of the first circulation mode shown in FIG. 2 (FIG. 2 ), the set flow rates of the first circulation pump (high pressure side) 1001 and the first circulation pump (low pressure side) 1002 become A, and therefore, at the time of full discharge The maximum value of the required liquid supply amount to the liquid ejection head 3 is A+F. On the other hand, in the case of the second circulation mode shown in FIG. 3, the liquid supply amount to the liquid ejection head 3 required during the recording standby is the flow rate A. The flow rate F is the amount of supply to the liquid ejection head 3 that is required at the time of full ejection. Then, in the case of the second circulation mode, the total value of the set flow rates of the first circulation pumps 1001 and 1002 on the high-pressure side and the low-pressure side, that is, the maximum value of the required supply flow rate is the larger value of A or F. Therefore, as long as the liquid discharge unit 300 having the same configuration is used, the maximum value (A or F) of the required supply amount in the second circulation mode is greater than the maximum value (A+F) of the required supply flow rate in the first circulation mode. Will definitely be smaller. Therefore, in the case of the second circulation mode, the degree of freedom of the applicable circulation pump is increased, and for example, a low-cost circulation pump having a simple configuration is used, or a load of a cooler (not shown) installed in the main body side path is used. Can be reduced, and the cost of the recording apparatus main body can be reduced. This advantage increases as the line type head has a relatively large value of A or F, and the line type head is more advantageous in the longitudinal direction head.
しかしながら一方で、第1の循環形態の方が第2の循環形態に対して有利になる点もある。第2の循環形態では、記録待機時に液体吐出ユニット300内を流れる流量が最大であるため、記録デューティの低い画像であるほど、各吐出口に高い負圧が印加された状態となる。このため、特に共通供給流路211及び共通回収流路212の流路幅を小さくしてヘッド幅を小さくした場合、ムラの見えやすい低デューティ画像において吐出口に高い負圧が印加されるためにサテライト滴の影響が大きくなるおそれがある。ここで共通供給流路211及び共通回収流路212の流路幅とは、液体の流れ方向と直交する方向の長さであり、ヘッド幅とは、液体吐出ヘッド3の短手方向の長さである。一方、第1の循環形態の場合、高い負圧が吐出口に印加されるのは高デューティ画像形成時であるため、仮にサテライト滴が発生しても記録された画像では視認されにくく、画像への影響は小さいという利点が生ずる。これら2つの循環形態の選択では、液体吐出ヘッド3及び記録装置本体の仕様(吐出流量F、最小循環流量A、及び液体吐出ヘッド3内の流路抵抗)に照らして、好ましいものを選べばよい。 However, on the other hand, there is also an advantage that the first circulation mode is more advantageous than the second circulation mode. In the second circulation mode, since the flow rate of the liquid flowing through the liquid ejection unit 300 is maximum during the recording standby, the higher the negative pressure is applied to each ejection port, the lower the printing duty of the image. For this reason, especially when the head width is reduced by reducing the channel widths of the common supply channel 211 and the common recovery channel 212, a high negative pressure is applied to the ejection port in a low duty image in which unevenness is easily visible. The impact of satellite drops can be significant. Here, the channel width of the common supply channel 211 and the common recovery channel 212 is the length in the direction orthogonal to the flow direction of the liquid, and the head width is the length in the lateral direction of the liquid ejection head 3. Is. On the other hand, in the case of the first circulation mode, the high negative pressure is applied to the ejection port at the time of high-duty image formation. Therefore, even if satellite droplets are generated, it is difficult to see in the recorded image, and Has the advantage that the effect of is small. In selecting these two circulation forms, a preferable one may be selected in view of the specifications of the liquid ejection head 3 and the recording apparatus main body (ejection flow rate F, minimum circulation flow rate A, and flow path resistance in the liquid ejection head 3). ..
(液体吐出ヘッド構成の説明)
次に、液体吐出ヘッド3の構成について、図4を用いて説明する。図4の(a)は、液体吐出ヘッド3において吐出口が形成された面の側から見た斜視図であり、(b)は(a)とは反対方向から見た斜視図である。液体吐出ヘッド3は、それぞれがシアン(C)、マゼンタ(M)、イエロー(Y)及びブラック(K)の4色の記録液を吐出可能な記録素子基板10が直線上に15個配列(インラインに配置)されたライン型の液体吐出ヘッドである。図4(a)に示すように、液体吐出ヘッド3は、15個の記録素子基板10とフレキシブル配線基板40と電気配線基板90とを備えている。電気配線基板90には信号入力端子91及び電力供給端子92が設けられており、信号入力端子91及び電力供給端子92は、電気配線基板90及びフレキシブル配線基板40を介して各記録素子基板10に電気的に接続されている。信号入力端子91及び電力供給端子92は、記録装置1000の制御回路に対して電気的に接続されるものであり、それぞれ、吐出駆動信号及び吐出に必要な電力を記録素子基板10に供給する。電気配線基板90内の電気回路によって配線を集約することで、信号入力端子91及び電力供給端子92の数を記録素子基板10の数に比べて少なくできる。これにより、記録装置1000に対して液体吐出ヘッド3を組み付ける時または液体吐出ヘッドの交換時に取り外しが必要な電気接続部の数を少なくすることができる。図4(b)に示すように、液体吐出ヘッド3の両端部に設けられた液体接続部111は、例えば図2あるいは図3に示したような記録装置1000の液体供給系と接続される。これによりCMYKの各色の記録液が記録装置1000の供給系から液体吐出ヘッド3に供給され、また液体吐出ヘッド3内を通った記録液が記録装置1000の供給系へ回収されるようになっている。このように各色の記録液は、記録装置1000の経路と液体吐出ヘッド3の経路を介して循環可能である。
(Description of liquid ejection head configuration)
Next, the configuration of the liquid ejection head 3 will be described with reference to FIG. 4A is a perspective view of the liquid ejection head 3 as seen from the side where the ejection openings are formed, and FIG. 4B is a perspective view as seen from the opposite direction to FIG. The liquid ejection head 3 has 15 recording element substrates 10 arranged in a line (inline) capable of ejecting recording liquids of four colors of cyan (C), magenta (M), yellow (Y) and black (K). Is a line-type liquid discharge head. As shown in FIG. 4A, the liquid ejection head 3 includes fifteen recording element substrates 10, a flexible wiring substrate 40, and an electric wiring substrate 90. A signal input terminal 91 and a power supply terminal 92 are provided on the electric wiring board 90, and the signal input terminal 91 and the power supply terminal 92 are provided on each recording element board 10 via the electric wiring board 90 and the flexible wiring board 40. It is electrically connected. The signal input terminal 91 and the power supply terminal 92 are electrically connected to the control circuit of the printing apparatus 1000, and respectively supply an ejection drive signal and electric power required for ejection to the printing element substrate 10. The number of the signal input terminals 91 and the power supply terminals 92 can be reduced as compared with the number of the recording element boards 10 by collecting the wirings by the electric circuits in the electric wiring board 90. As a result, it is possible to reduce the number of electrical connection portions that need to be removed when the liquid ejection head 3 is assembled to the recording apparatus 1000 or when the liquid ejection head is replaced. As shown in FIG. 4B, the liquid connection portions 111 provided at both ends of the liquid ejection head 3 are connected to the liquid supply system of the recording apparatus 1000 as shown in FIG. 2 or 3, for example. As a result, the recording liquid of each color of CMYK is supplied from the supply system of the recording apparatus 1000 to the liquid ejection head 3, and the recording liquid that has passed through the liquid ejection head 3 is collected by the supply system of the recording apparatus 1000. There is. As described above, the recording liquid of each color can be circulated through the path of the recording apparatus 1000 and the path of the liquid ejection head 3.
図5は、液体吐出ヘッド3を構成する各部品またはユニットをその機能ごとに分割して示している。液体吐出ヘッド3は筺体80を備えており、この筺体80に対して液体吐出ユニット300、液体供給ユニット220及び電気配線基板90が取り付けられている。液体供給ユニット220には液体接続部111(図2〜4参照)が設けられている。液体供給ユニット220の内部には、供給される記録液中の異物を取り除くため、液体接続部111の各開口と連通する各色別のフィルタ221(図2、図3参照)が設けられている。図示したものでは1つの液体吐出ヘッドに対して2つの液体供給ユニット220と2つの負圧制御ユニット230が設けられている。2つの液体供給ユニット220には、それぞれに2色分ずつのフィルタ221が設けられている。フィルタ221を通過した記録液は、それぞれの色に対応して供給ユニット220上に配置された負圧制御ユニット230へ供給される。負圧制御ユニット230は圧力調整機構を有し、圧力調整機構の内部に設けられる弁やバネ部材などの作用により、液体の流量の変動に伴って生じる記録装置1000の供給系内(液体吐出ヘッド3の上流側の供給系)の圧損変化を大幅に減衰させることができる。これにより負圧制御ユニット230は、その圧力制御ユニットよりも下流側(液体吐出ユニット300側)の負圧変化をある一定範囲内で安定化させることが可能である。上述したように、負圧制御ユニット230では、各色ごとに2つの圧力調整機構が設けられており、色ごとの2つの圧力調整機構の制御圧力は異なる値に設定されている。高圧側の圧力調整機構は液体吐出ユニット300内の共通供給流路211に連通し、低圧側の圧力調整機構は共通回収流路212に連通している。 FIG. 5 shows each component or unit forming the liquid ejection head 3 divided by its function. The liquid ejection head 3 includes a housing 80, and the liquid ejection unit 300, the liquid supply unit 220, and the electric wiring board 90 are attached to the housing 80. The liquid supply unit 220 is provided with a liquid connection portion 111 (see FIGS. 2 to 4). Inside the liquid supply unit 220, in order to remove foreign matter in the supplied recording liquid, a filter 221 for each color (see FIGS. 2 and 3) that communicates with each opening of the liquid connection portion 111 is provided. In the illustrated example, two liquid supply units 220 and two negative pressure control units 230 are provided for one liquid ejection head. Each of the two liquid supply units 220 is provided with a filter 221 for two colors. The recording liquid that has passed through the filter 221 is supplied to the negative pressure control unit 230 arranged on the supply unit 220 corresponding to each color. The negative pressure control unit 230 has a pressure adjusting mechanism, and the inside of the supply system of the recording apparatus 1000 (the liquid ejecting head) generated by the fluctuation of the flow rate of the liquid due to the action of the valve and the spring member provided inside the pressure adjusting mechanism. The change in pressure loss of the supply system on the upstream side of 3) can be significantly attenuated. As a result, the negative pressure control unit 230 can stabilize the negative pressure change on the downstream side (the liquid ejection unit 300 side) of the pressure control unit within a certain fixed range. As described above, the negative pressure control unit 230 is provided with two pressure adjusting mechanisms for each color, and the control pressures of the two pressure adjusting mechanisms for each color are set to different values. The pressure adjusting mechanism on the high pressure side communicates with the common supply passage 211 in the liquid discharge unit 300, and the pressure adjusting mechanism on the low pressure side communicates with the common recovery passage 212.
筐体80は、液体吐出ユニット支持部81及び電気配線基板支持部82とから構成され、液体吐出ユニット300及び電気配線基板90を支持するとともに、液体吐出ヘッド3の剛性を確保している。電気配線基板支持部82は、電気配線基板90を支持するためのものであって、液体吐出ユニット支持部81にネジ止めによって固定されている。液体吐出ユニット支持部81は、液体吐出ユニット300の反りや変形を矯正して複数の記録素子基板10の相対位置精度を確保する役割を有し、それにより記録物におけるスジやムラを抑制する。そのため液体吐出ユニット支持部81は、十分な剛性を有することが好ましく、その材質としては、ステンレス鋼(SUS)やアルミニウムなどの金属材料、もしくはアルミナなどのセラミックが好適である。液体吐出ユニット支持部81の長手方向の両端部には、ジョイントゴム100が挿入される開口83、84が設けられている。液体供給ユニット220から供給される記録液などの液体は、ジョイントゴム100を介して液体吐出ユニット300を構成する後述する第3流路部材70へと導かれる。 The housing 80 includes a liquid ejection unit support 81 and an electric wiring board support 82, supports the liquid ejection unit 300 and the electric wiring board 90, and secures the rigidity of the liquid ejection head 3. The electric wiring board supporting portion 82 is for supporting the electric wiring board 90, and is fixed to the liquid ejection unit supporting portion 81 by screwing. The liquid ejection unit support portion 81 has a role of correcting warpage and deformation of the liquid ejection unit 300 and ensuring relative positional accuracy of the plurality of recording element substrates 10, and thereby suppresses streaks and unevenness in the recorded matter. Therefore, the liquid discharge unit support portion 81 preferably has sufficient rigidity, and as the material thereof, a metal material such as stainless steel (SUS) or aluminum, or a ceramic such as alumina is suitable. At both ends of the liquid ejection unit support portion 81 in the longitudinal direction, openings 83 and 84 into which the joint rubber 100 is inserted are provided. A liquid such as a recording liquid supplied from the liquid supply unit 220 is guided to a third flow path member 70, which will be described later, which constitutes the liquid ejection unit 300 via the joint rubber 100.
液体吐出ユニット300は、複数個の吐出モジュール200と流路構成部材210とからなり、液体吐出ユニット300の被記録媒体側の面にはカバー部材130が取り付けられる。図5に示すようにカバー部材130は、長尺の開口131が設けられた額縁状の表面を持つ部材であり、開口131からは吐出モジュール200に含まれる記録素子基板10及び封止材110(図9参照)が露出している。開口131の周囲の枠部は、液体吐出ヘッド3の吐出口が形成されている面を記録待機時にキャップするキャップ部材の当接面としての機能を有する。このため、開口131の周囲に沿って接着剤、封止材、充填材等を塗布し、液体吐出ユニット300の吐出口形成面上の凹凸や隙間を埋めることで、キャップ時に閉空間が形成されるようにすることが好ましい。 The liquid ejection unit 300 includes a plurality of ejection modules 200 and a flow path forming member 210, and a cover member 130 is attached to the surface of the liquid ejection unit 300 on the recording medium side. As shown in FIG. 5, the cover member 130 is a member having a frame-like surface provided with a long opening 131, and the recording element substrate 10 and the sealing material 110 (which are included in the ejection module 200 from the opening 131. (See FIG. 9) is exposed. The frame portion around the opening 131 has a function as a contact surface of a cap member that caps the surface of the liquid ejection head 3 on which the ejection port is formed during recording standby. Therefore, a closed space is formed at the time of capping by applying an adhesive, a sealing material, a filling material, or the like along the periphery of the opening 131 to fill the irregularities or gaps on the ejection port formation surface of the liquid ejection unit 300. It is preferable to do so.
次に液体吐出ユニット300に含まれる流路構成部材210の構成について説明する。流路構成部材210は、液体供給ユニット220から供給された記録液などの液体を各吐出モジュール200へと分配し、また吐出モジュール200から還流する液体を液体供給ユニット220へと戻すためのものである。図5に示すように、流路構成部材210は、第1流路部材50、第2流路部材60及び第3流路部材70をこの順で積層したものであり、液体吐出ユニット支持部81にネジ止めで固定されている。これにより流路構成部材210の反りや変形が抑制されている。 Next, the configuration of the flow path forming member 210 included in the liquid ejection unit 300 will be described. The flow path forming member 210 is for distributing the liquid such as the recording liquid supplied from the liquid supply unit 220 to each ejection module 200, and for returning the liquid refluxed from the ejection module 200 to the liquid supply unit 220. is there. As shown in FIG. 5, the flow path forming member 210 is formed by stacking the first flow path member 50, the second flow path member 60, and the third flow path member 70 in this order, and the liquid discharge unit support portion 81. It is fixed with screws. As a result, warpage and deformation of the flow path forming member 210 are suppressed.
図6(a)〜(f)は、第1乃至第3流路部材50,60,70の表面と裏面とを示している。図6(a)は、第1流路部材50の、吐出モジュール200が搭載される側の面を示し、これに対して図6(f)は、第3流路部材70の、液体吐出ユニット支持部81と当接する側の面を示している。図6(b)は、第1流路部材50の、第2流路部材60との当接面を示し、これに対応して図6(c)は、第2流路部材60の、第1流路部材50との当接面を示している。同様に図6(d)は、第2流路部材60の、第3流路部材70との当接面を示し、図6(e)は、第3流路部材70の、第2流路部材60との当接面を示している。図6の(d)と(e)に示す面で第2流路部材60と第3流路部材70とを接合することにより、それぞれの流路部材60,70に形成される共通流路溝62,71によって、これら流路部材60,70の長手方向に延在する8本の共通流路が形成される。これによりCMYKの各色ごとの共通供給流路211と共通回収流路212の組が流路構成部材210内に形成される(図7参照)。第3流路部材70の連通口72は、ジョイントゴム100の各穴と連通しており、液体供給ユニット220と流体的に流通している。第2流路部材60の共通流路溝62の底面には連通口61が複数形成されており、第1流路部材50の個別流路溝52の一端部と連通している。第1流路部材50の個別流路溝52の他端部には連通口51が形成されており、連通口51を介して、複数の吐出モジュール200と流体的に連通している。この個別流路溝52により第1流路部材50の短手方向の中央側へ流路を集約することが可能となる。なお以下の説明で、記録液の色ごとに分けて共通供給流路211を示すときは符号211の代わりに符号211a〜211dを使用し、色ごとに分けて共通回収経路212を示すときは符号212の代わりに符号212a〜212dを使用する。同様に、記録液の色ごとに分けて個別供給流路213を示すときは符号213の代わりに符号213a〜213dを使用し、色ごとに分けて共通回収経路214を示すときは符号214の代わりに符号214a〜214dを使用する。 FIGS. 6A to 6F show the front and back surfaces of the first to third flow path members 50, 60, 70. FIG. 6A shows the surface of the first flow path member 50 on the side on which the discharge module 200 is mounted, while FIG. 6F shows the liquid discharge unit of the third flow path member 70. The surface on the side in contact with the support portion 81 is shown. FIG. 6B shows a contact surface of the first flow path member 50 with the second flow path member 60. Correspondingly, FIG. 6C shows the contact surface of the second flow path member 60. The contact surface with the one flow path member 50 is shown. Similarly, FIG. 6D shows the contact surface of the second flow path member 60 with the third flow path member 70, and FIG. 6E shows the second flow path of the third flow path member 70. The contact surface with the member 60 is shown. A common flow channel groove formed in each of the flow channel members 60, 70 by joining the second flow channel member 60 and the third flow channel member 70 at the surfaces shown in (d) and (e) of FIG. 62 and 71 form eight common channels extending in the longitudinal direction of these channel members 60 and 70. As a result, a set of the common supply flow channel 211 and the common recovery flow channel 212 for each color of CMYK is formed in the flow channel constituent member 210 (see FIG. 7). The communication port 72 of the third flow path member 70 communicates with each hole of the joint rubber 100 and is in fluid communication with the liquid supply unit 220. A plurality of communication ports 61 are formed on the bottom surface of the common flow channel 62 of the second flow channel member 60 and communicate with one end of the individual flow channel 52 of the first flow channel member 50. A communication port 51 is formed at the other end of the individual flow channel groove 52 of the first flow channel member 50, and is in fluid communication with the plurality of discharge modules 200 via the communication port 51. The individual flow channel grooves 52 allow the flow channels to be concentrated on the center side of the first flow channel member 50 in the lateral direction. In the following description, reference numerals 211a to 211d are used instead of reference numeral 211 when the common supply channels 211 are shown separately for each color of the recording liquid, and reference numerals 211a to 211d are used when the common recovery path 212 is shown separately for each color. Reference numerals 212a to 212d are used instead of 212. Similarly, reference numerals 213a to 213d are used in place of the reference numeral 213 when the individual supply channels 213 are shown separately for each color of the recording liquid, and reference numerals 214 are used instead when the common recovery path 214 is shown for each color. Reference numerals 214a to 214d are used for.
流路構成部材210を構成する第1乃至第3流路部材50,60,70は、記録液などの液体に対して耐腐食性を有するとともに、線膨張率の低い材質からなることが好ましい。その材質としては例えば、アルミナや、LCP(液晶ポリマー)、PPS(ポリフェニルサルファイド)やPSF(ポリサルフォン)を母材としてシリカ微粒子やファイバーなどの無機フィラーを添加した複合材料(樹脂材料)を好適に用いることができる。流路構成部材210の形成方法としては、3つの流路部材50,60,70を積層させて互いに接着してもよいし、材質として樹脂複合樹脂材料を選択した場合には、溶着による接合方法を用いてもよい。 It is preferable that the first to third flow path members 50, 60, 70 forming the flow path forming member 210 are made of a material having a low coefficient of linear expansion while having a corrosion resistance against a liquid such as a recording liquid. As the material, for example, a composite material (resin material) in which alumina, LCP (liquid crystal polymer), PPS (polyphenyl sulfide) or PSF (polysulfone) is used as a base material and an inorganic filler such as silica fine particles or fibers is added is preferable. Can be used. As a method of forming the flow path forming member 210, three flow path members 50, 60, 70 may be laminated and adhered to each other. If a resin composite resin material is selected as the material, a joining method by welding is used. May be used.
次に、図7を用いて流路構成部材210内の各流路の接続関係について説明する。図7は、第1乃至第3流路部材50,60,70を接合して形成される流路構成部材210の内部の流路を第1の流路部材50の、吐出モジュール200が搭載される面側から一部を拡大してみた透視図である。図7において一点鎖線で囲まれた領域は、記録素子基板10の配置位置に対応している。流路構成部材210には、色ごとに液体吐出ヘッド3の長手方向に伸びる共通供給流路211a〜211d及び共通回収流路212a〜212dが設けられている。各色の共通供給流路211a〜211dには、個別流路溝52によって形成される複数の個別供給流路213a〜213dがそれぞれ連通口61を介して接続されている。また、各色の共通回収流路212a〜212dには、個別流路溝52によって形成される複数の個別回収流路214a〜214dがそれぞれ連通口61を介して接続されている。このような流路構成により、各共通供給流路211から個別供給流路213を介して、流路構成部材210の中央部に対応して設けられた記録素子基板10に対して記録液を集約することができる。また記録素子基板10から個別回収流路214を介して、各共通回収流路212に記録液を回収することができる。 Next, the connection relationship of each flow path in the flow path forming member 210 will be described with reference to FIG. 7. In FIG. 7, the discharge module 200 of the first flow path member 50 is mounted on the flow path inside the flow path constituent member 210 formed by joining the first to third flow path members 50, 60, 70. FIG. 3 is a perspective view of a part of the surface on which the surface is enlarged. The area surrounded by the alternate long and short dash line in FIG. 7 corresponds to the arrangement position of the recording element substrate 10. The flow channel forming member 210 is provided with common supply flow channels 211a to 211d and common recovery flow channels 212a to 212d that extend in the longitudinal direction of the liquid ejection head 3 for each color. A plurality of individual supply channels 213a to 213d formed by the individual channel grooves 52 are connected to the common supply channels 211a to 211d of each color via the communication ports 61, respectively. A plurality of individual recovery channels 214 a to 214 d formed by the individual channel grooves 52 are connected to the common recovery channels 212 a to 212 d of each color via the communication ports 61. With such a flow path configuration, the recording liquid is collected from each common supply flow path 211 through the individual supply flow path 213 to the recording element substrate 10 provided corresponding to the central portion of the flow path forming member 210. can do. Further, the recording liquid can be collected from the recording element substrate 10 to each common recovery channel 212 via the individual recovery channel 214.
図8は、図7のE−E線における流路構成部材210及び吐出モジュール200の断面構成を示している。図示するように、それぞれの個別回収流路214a,214cは、連通口51を介して、吐出モジュール200と連通している。図8では個別回収流路214a,214cのみ図示しているが、別の断面においては、図7に示すように個別供給流路213と吐出モジュール200とが連通している。各吐出モジュール200に含まれる支持部材30及び記録素子基板10には、第1流路部材50からの記録液を記録素子基板10に設けられている記録素子15(図10参照)に供給するための流路が形成されている。さらに支持部材30及び記録素子基板10には、記録素子15に供給した液体の一部または全部を第1流路部材50に回収(還流)するための流路も形成されている。各色の共通供給流路211は、対応する色の負圧制御ユニット230の高圧側の圧力調整機構に対して液体供給ユニット220を介して接続されている。同様に共通回収流路212は、対応する色の負圧制御ユニット230の低圧側の圧力調整機構に対して液体供給ユニット220を介して接続されている。負圧制御ユニット230内のこれらの圧力調整機構により、共通供給流路211と共通回収流路212との間に差圧(圧力差)を生じさせるようになっている。このため、図7及び図8に示したように各流路を接続した液体吐出ヘッド3内では、各色ごとに、共通供給流路211→個別供給流路213→記録素子基板10→個別回収流路214→共通回収流路212へと順に流れる流れが発生する。 FIG. 8 shows a cross-sectional structure of the flow path forming member 210 and the discharge module 200 taken along the line EE of FIG. 7. As shown in the drawing, the individual recovery flow paths 214 a and 214 c are in communication with the discharge module 200 via the communication port 51. Although FIG. 8 illustrates only the individual recovery flow paths 214a and 214c, in another cross section, the individual supply flow path 213 and the discharge module 200 communicate with each other as shown in FIG. In order to supply the recording liquid from the first flow path member 50 to the recording element 15 (see FIG. 10) provided in the recording element substrate 10, the supporting member 30 and the recording element substrate 10 included in each ejection module 200. Is formed. Further, the support member 30 and the recording element substrate 10 are also formed with channels for collecting (refluxing) part or all of the liquid supplied to the recording element 15 into the first channel member 50. The common supply channel 211 of each color is connected to the high-pressure side pressure adjusting mechanism of the negative pressure control unit 230 of the corresponding color via the liquid supply unit 220. Similarly, the common recovery channel 212 is connected to the pressure adjusting mechanism on the low pressure side of the negative pressure control unit 230 of the corresponding color via the liquid supply unit 220. By these pressure adjusting mechanisms in the negative pressure control unit 230, a pressure difference (pressure difference) is generated between the common supply flow passage 211 and the common recovery flow passage 212. Therefore, in the liquid ejection head 3 in which the respective flow paths are connected as shown in FIGS. 7 and 8, the common supply flow path 211→the individual supply flow path 213→the recording element substrate 10→the individual recovery flow for each color. A flow is sequentially generated from the passage 214 to the common recovery passage 212.
(吐出モジュールの説明)
次に、吐出モジュール200について説明する。図9(a)は吐出モジュール200の斜視図であり、図9(b)はその分解図である。吐出モジュール200の製造方法としては、まず、記録素子基板10及びフレキシブル配線基板40を、予め液体連通口31が設けられた支持部材30上に接着する。その後、記録素子基板10上の端子16と、フレキシブル配線基板40上の端子41とをワイヤーボンディングによって電気的に接続し、その後にワイヤーボンディング部(電気接続部)を封止材110で覆って封止する。フレキシブル配線基板40での記録素子基板10とは反対側の端子42は、電気配線基板90の接続端子93(図5参照)と電気的に接続される。支持部材30は、記録素子基板10を支持する支持体であるとともに、記録素子基板10と流路構成部材210とを流体的に連通させる流路連通部材であるため、平面度が高く、また十分に高い信頼性をもって記録素子基板と接合できるものが好ましい。支持部材30の材質としては、例えばアルミナや樹脂材料が好ましい。
(Explanation of discharge module)
Next, the discharge module 200 will be described. 9A is a perspective view of the discharge module 200, and FIG. 9B is an exploded view thereof. As a method of manufacturing the ejection module 200, first, the recording element substrate 10 and the flexible wiring substrate 40 are bonded to the support member 30 provided with the liquid communication port 31 in advance. After that, the terminals 16 on the recording element substrate 10 and the terminals 41 on the flexible wiring substrate 40 are electrically connected by wire bonding, and then the wire bonding portion (electrical connection portion) is covered with the sealing material 110 and sealed. Stop. The terminal 42 on the side opposite to the recording element substrate 10 of the flexible wiring board 40 is electrically connected to the connection terminal 93 (see FIG. 5) of the electric wiring board 90. Since the support member 30 is a support member that supports the recording element substrate 10 and is a flow path communication member that fluidly connects the recording element substrate 10 and the flow path component member 210, it has high flatness and sufficient flatness. What can be bonded to the recording element substrate with high reliability is preferable. As a material of the support member 30, for example, alumina or a resin material is preferable.
(記録素子基板の構造の説明)
次に、記録素子基板10の構成について説明する。図10(a)は記録素子基板10の吐出口13が形成される側の面の平面図であり、図10(b)は図10(a)のAで示した部分の拡大図であり、図10(c)は図10(a)の裏面にあたる側の平面図である。図10(a)に示すように、記録素子基板10は、複数の吐出口13が列をなして形成された吐出口形成部材12を有する。吐出口形成部材12には、記録液の色であるCMYKの4色にそれぞれ対応する4列の吐出口列が形成されている。なお、以後、複数の吐出口13が配列される吐出口列が延びる方向を「吐出口列方向」と呼称する。吐出口形成部材12では、以下に説明する複数の圧力室23を形成するために、後述する基板11側の面に、吐出口列方向に延びる細長い凹部25(図11参照)が形成されており、各吐出口13は、凹部25内に設けられている。図10(b)に示すように、各吐出口13に対応した位置には液体を熱エネルギーにより発泡させるための発熱素子である記録素子15が配置されている。記録素子15も列をなして配置しているので、この列を「記録素子列」と呼ぶ。吐出口形成部材12の一部である隔壁22により、記録素子15を内部に備える圧力室23が区画されている。記録素子15は記録素子基板10に設けられる電気配線(不図示)によって、図10(a)に示す端子16と電気的に接続されている。記録素子15は、記録装置1000の制御回路から電気配線基板90(図5)及びフレキシブル配線基板40(図9)を介して入力されるパルス信号に基づいて発熱し、圧力室23の液体を沸騰させ、この沸騰による発泡の力で液体を吐出口13から吐出する。図10(b)に示すように、各吐出口列に沿って、一方の側には液体供給路18が、他方の側には液体回収路19が延在している。液体供給路18及び液体回収路19は、記録素子基板10に設けられた吐出口列方向に延びた流路であり、それぞれ供給口17a及び回収口17bを介して吐出口13と連通している。
(Description of structure of recording element substrate)
Next, the configuration of the recording element substrate 10 will be described. 10A is a plan view of the surface of the recording element substrate 10 on the side where the ejection ports 13 are formed, and FIG. 10B is an enlarged view of the portion indicated by A in FIG. FIG. 10C is a plan view of the side corresponding to the back surface of FIG. As shown in FIG. 10A, the recording element substrate 10 has an ejection port forming member 12 in which a plurality of ejection ports 13 are formed in rows. The ejection port forming member 12 is formed with four ejection port arrays corresponding to the four colors of CMYK, which are the colors of the recording liquid. Note that, hereinafter, the direction in which the ejection port array in which the plurality of ejection ports 13 are arranged extends is referred to as the “ejection port array direction”. In the ejection port forming member 12, elongated recesses 25 (see FIG. 11) extending in the ejection port array direction are formed on the surface of the substrate 11 side described later in order to form a plurality of pressure chambers 23 described below. The discharge ports 13 are provided in the recess 25. As shown in FIG. 10B, a recording element 15 which is a heating element for bubbling the liquid by thermal energy is arranged at a position corresponding to each ejection port 13. Since the recording elements 15 are also arranged in rows, this row is called a "recording element row". The partition wall 22, which is a part of the ejection port forming member 12, defines a pressure chamber 23 having the recording element 15 therein. The recording element 15 is electrically connected to the terminal 16 shown in FIG. 10A by an electric wiring (not shown) provided on the recording element substrate 10. The recording element 15 generates heat based on a pulse signal input from the control circuit of the recording apparatus 1000 via the electric wiring board 90 (FIG. 5) and the flexible wiring board 40 (FIG. 9), and the liquid in the pressure chamber 23 is boiled. Then, the liquid is discharged from the discharge port 13 by the bubbling force caused by the boiling. As shown in FIG. 10B, a liquid supply path 18 extends on one side and a liquid recovery path 19 extends on the other side along each ejection port array. The liquid supply path 18 and the liquid recovery path 19 are flow paths provided in the recording element substrate 10 and extending in the ejection port array direction, and communicate with the ejection port 13 via the supply port 17a and the recovery port 17b, respectively. ..
図10(c)及び図11に示すように、記録素子基板10の、吐出口13が形成される面の裏面にはシート状の蓋部材20が積層されており、蓋部材20には、後述する液体供給路18及び液体回収路19に連通する開口21が複数設けられている。ここで示した例では、1本の液体供給路18に対して3個、1本の液体回収路19に対して2個の開口21が蓋部材20に設けられている。図10(b)に示すように蓋部材20のそれぞれの開口21は、図6(a)に示した複数の連通口51と連通している。図11に示すように蓋部材20は、記録素子基板10の基板11に形成される液体供給路18及び液体回収路19の壁の一部を形成する蓋としての機能を有する。蓋部材20は、記録液などの液体に対して十分な耐食性を有している材料から構成されることが好ましく、また、混色防止の観点から、開口21の開口形状および開口位置には高い精度が求められる。このため蓋部材20の材質として感光性樹脂材料やシリコン板を用い、フォトリソグラフィ―プロセスによって開口21を設けることが好ましい。このように蓋部材20は開口21により流路のピッチを変換するものであり、圧力損失を考慮すると厚みは薄いことが望ましく、フィルム状の部材で構成されることが望ましい。 As shown in FIGS. 10C and 11, a sheet-shaped lid member 20 is laminated on the back surface of the surface of the recording element substrate 10 on which the ejection ports 13 are formed, and the lid member 20 will be described later. A plurality of openings 21 communicating with the liquid supply path 18 and the liquid recovery path 19 are provided. In the example shown here, the lid member 20 is provided with three openings 21 for one liquid supply path 18 and two openings 21 for one liquid recovery path 19. As shown in FIG. 10B, each opening 21 of the lid member 20 communicates with the plurality of communication ports 51 shown in FIG. 6A. As shown in FIG. 11, the lid member 20 has a function as a lid that forms part of the walls of the liquid supply passage 18 and the liquid recovery passage 19 formed in the substrate 11 of the recording element substrate 10. The lid member 20 is preferably made of a material having sufficient corrosion resistance to a liquid such as a recording liquid, and from the viewpoint of preventing color mixing, the opening shape and the opening position of the opening 21 are highly accurate. Is required. Therefore, it is preferable to use a photosensitive resin material or a silicon plate as the material of the lid member 20, and to provide the opening 21 by a photolithography process. As described above, the lid member 20 converts the pitch of the flow path by the opening 21, and it is desirable that the lid member 20 has a small thickness in consideration of the pressure loss, and it is desirable that the lid member 20 be formed of a film-shaped member.
次に、記録素子基板10内での液体の流れについて説明する。図11は、図10(a)におけるB−B面での記録素子基板10及び蓋部材20の断面を示している。記録素子基板10では、シリコン(Si)基板により形成される基板11と感光性の樹脂により形成される吐出口形成部材12とが積層されている。吐出口形成部材12が積層される側を基板11の第1の面とすると、記録素子15は基板11の第1の面側に形成されており(図10参照)、基板11の第1の面とは反対側となる第2の面には蓋部材20が接合されている。基板11の第2の面側には、吐出口列に沿って延在する液体供給路18及び液体回収路19を構成する溝が形成されている。液体供給路18及び液体回収路19にそれぞれ連通する供給口17a及び回収口17bは、いずれも、基板11の第1の面と第2の面とを連通する貫通孔として、基板11に設けられている。第1流路部材50には個別供給流路213及び個別回収流路214が形成されているが、個別供給流路213は液体供給路18と共通供給流路211とを接続し、個別回収流路214は液体回収路19と共通回収流路212とを接続する。したがって、基板11と蓋部材20とによって形成される液体供給路18及び液体回収路19は、それぞれ、流路構成部材210内の共通供給流路211及び共通回収流路212と接続されていることとなる。共通供給流路211と共通回収流路212との間の上述した差圧より、液体供給路18と液体回収路19との間にも差圧が生じている。液体吐出ヘッド3の複数の吐出口13から液体を吐出し記録を行っている際に吐出動作を行っていない吐出口においては、この差圧によって、液体供給路18内の液体は、供給口17a→圧力室23→回収口17bを経由して液体回収路19へ流れる。この流れは図11において矢印Cで示されている。この流れによって、記録を休止している吐出口13や圧力室23において、吐出口13からの溶媒の気化によって生じた増粘した記録液や、泡・異物などを液体回収路19へ回収することができる。また吐出口13や圧力室23での記録液の増粘を抑制することができる。液体回収路19へ回収された記録液などの液体は、蓋部材20の開口21及び支持部材30の液体連通口31(図9(b)参照)を通じて、流路構成部材210内の連通口51、個別回収流路214、共通回収流路212の順に回収される。この回収された液体は、最終的には記録装置1000の供給経路へと回収される。 Next, the flow of liquid in the recording element substrate 10 will be described. FIG. 11 shows a cross section of the recording element substrate 10 and the lid member 20 taken along the line BB in FIG. In the recording element substrate 10, a substrate 11 formed of a silicon (Si) substrate and an ejection port forming member 12 formed of a photosensitive resin are laminated. Assuming that the side on which the ejection port forming member 12 is laminated is the first surface of the substrate 11, the recording element 15 is formed on the first surface side of the substrate 11 (see FIG. 10), and the first element of the substrate 11 is formed. The lid member 20 is joined to the second surface opposite to the surface. On the second surface side of the substrate 11, grooves that form the liquid supply passage 18 and the liquid recovery passage 19 that extend along the ejection port array are formed. The supply port 17a and the recovery port 17b, which communicate with the liquid supply channel 18 and the liquid recovery channel 19, respectively, are provided in the substrate 11 as through holes that communicate the first surface and the second surface of the substrate 11, respectively. ing. Although the individual supply flow paths 213 and the individual recovery flow paths 214 are formed in the first flow path member 50, the individual supply flow paths 213 connect the liquid supply path 18 and the common supply flow path 211 to one another The path 214 connects the liquid recovery path 19 and the common recovery path 212. Therefore, the liquid supply passage 18 and the liquid recovery passage 19 formed by the substrate 11 and the lid member 20 should be connected to the common supply passage 211 and the common recovery passage 212, respectively, in the passage forming member 210. Becomes Due to the above-described differential pressure between the common supply flow path 211 and the common recovery flow path 212, a differential pressure is also generated between the liquid supply path 18 and the liquid recovery path 19. At the ejection ports that are not ejecting while recording is performed by ejecting the liquid from the plurality of ejection ports 13 of the liquid ejection head 3, the liquid in the liquid supply path 18 is supplied with the liquid through the supply ports 17a due to this differential pressure. →pressure chamber 23→flows to the liquid recovery path 19 via the recovery port 17b. This flow is indicated by arrow C in FIG. By this flow, in the discharge port 13 and the pressure chamber 23 in which recording is stopped, the thickened recording liquid generated by the vaporization of the solvent from the discharge port 13 and bubbles/foreign substances are collected in the liquid recovery path 19. You can Further, it is possible to suppress the viscosity increase of the recording liquid in the ejection port 13 and the pressure chamber 23. The liquid such as the recording liquid recovered in the liquid recovery passageway 19 passes through the opening 21 of the lid member 20 and the liquid communication port 31 of the support member 30 (see FIG. 9B), and the communication port 51 in the flow path forming member 210. , The individual recovery channel 214, and the common recovery channel 212 in this order. The collected liquid is finally collected in the supply path of the recording apparatus 1000.
結局、記録装置1000の本体から液体吐出ヘッド3へ供給される記録液などの液体は、下記の順に流動し、供給および回収される。液体は、まず液体供給ユニット220の液体接続部111から液体吐出ヘッド3の内部に流入する。そしてこの液体は、ジョイントゴム100、第3流路部材70に設けられた連通口72及び共通流路溝71、第2流路部材60に設けられた共通流路溝62及び連通口61、第1流路部材に設けられた個別流路溝52及び連通口51の順に供給される。その後、液体は、支持部材30に設けられた液体連通口31、蓋部材20に設けられた開口21、基板11に設けられた液体供給路18及び供給口17aを順に介して圧力室23に供給される。圧力室23に供給された液体のうち、吐出口13から吐出されなかった液体は、基板11に設けられた回収口17b及び液体回収路19、蓋部材20に設けられた開口21、支持部材30に設けられた液体連通口31を順に流れる。その後、液体は、第1流路部材に設けられた連通口51及び個別流路溝52、第2流路部材に設けられた連通口61及び共通流路溝62、第3流路部材70に設けられた共通流路溝71及び連通口72、ジョイントゴム100を順に流れる。そして、液体供給ユニット220に設けられた液体接続部111から液体吐出ヘッド3の外部へ液体が流動する。図2に示す第1の循環形態を採用した場合には、液体接続部111から流入した液体は負圧制御ユニット230を経由した後にジョイントゴム100に供給される。一方、図3に示す第2の循環形態を採用した場合には、圧力室23から回収された液体は、ジョイントゴム100を通過した後、負圧制御ユニット230を介して液体接続部111から液体吐出ヘッド3の外部へ流動する。 After all, the liquid such as the recording liquid supplied from the main body of the recording apparatus 1000 to the liquid ejection head 3 flows, is supplied and collected in the following order. The liquid first flows into the liquid ejection head 3 from the liquid connection portion 111 of the liquid supply unit 220. Then, the liquid is the joint rubber 100, the communication passage 72 and the common flow passage groove 71 provided in the third flow passage member 70, the common flow passage groove 62 and the communication passage 61 provided in the second flow passage member 60, The individual flow channel groove 52 and the communication port 51 provided in one flow channel member are supplied in this order. After that, the liquid is supplied to the pressure chamber 23 through the liquid communication port 31 provided in the support member 30, the opening 21 provided in the lid member 20, the liquid supply path 18 provided in the substrate 11, and the supply port 17a in this order. To be done. Of the liquid supplied to the pressure chamber 23, the liquid not discharged from the discharge port 13 includes a recovery port 17b and a liquid recovery path 19 provided in the substrate 11, an opening 21 provided in the lid member 20, and a support member 30. Flow through the liquid communication port 31 provided in the. Then, the liquid flows to the communication port 51 and the individual flow channel 52 provided in the first flow channel member, the communication port 61 and the common flow channel 62 provided in the second flow channel member, and the third flow channel member 70. It flows through the provided common channel groove 71, the communication port 72, and the joint rubber 100 in order. Then, the liquid flows from the liquid connection portion 111 provided in the liquid supply unit 220 to the outside of the liquid ejection head 3. When the first circulation mode shown in FIG. 2 is adopted, the liquid flowing in from the liquid connecting portion 111 is supplied to the joint rubber 100 after passing through the negative pressure control unit 230. On the other hand, in the case of adopting the second circulation mode shown in FIG. 3, the liquid recovered from the pressure chamber 23 passes through the joint rubber 100 and then flows from the liquid connecting portion 111 via the negative pressure control unit 230. It flows to the outside of the ejection head 3.
なお、液体吐出ユニット300の共通供給流路211の一端から流入した全ての液体が個別供給流路213aを経由して圧力室23に供給されるわけではない。図2及び図3に示すように、個別供給流路213aに流入することなく、共通供給流路211の他端から液体供給ユニット220に流動する液体もある。このように記録素子基板10を経由することなく流動する経路を備えることで、微細で流抵抗の大きい流路を備える記録素子基板10を備える場合であっても、液体の循環流の逆流を抑制することができる。このようにして液体吐出ヘッド3では、圧力室や吐出口近傍部の液体の増粘を抑制できるので、吐出よれや不吐を抑制でき、結果として高画質な記録を行うことができる。 Note that not all the liquid that has flowed in from one end of the common supply channel 211 of the liquid ejection unit 300 is supplied to the pressure chamber 23 via the individual supply channel 213a. As shown in FIGS. 2 and 3, some liquid flows from the other end of the common supply channel 211 to the liquid supply unit 220 without flowing into the individual supply channel 213a. By providing the flow path without passing through the recording element substrate 10 as described above, even when the recording element substrate 10 having a fine flow path with a large flow resistance is provided, the backflow of the circulation flow of the liquid is suppressed. can do. In this way, in the liquid ejection head 3, it is possible to suppress the increase in the viscosity of the liquid in the pressure chamber and the vicinity of the ejection port, so that it is possible to suppress ejection deviation and ejection failure, and as a result, it is possible to perform high-quality recording.
(記録素子基板間の位置関係の説明)
上述したように液体吐出ヘッド3は複数の吐出モジュール200を備えている。図12は隣接する2つの吐出モジュール200における、記録素子基板10の隣接部を部分的に拡大して示しいる。図10に示すように、ここでは略平行四辺形の記録素子基板10を用いるものとする。図12に示すように、各記録素子基板10において吐出口13が配列される各吐出口列14a〜14dは、被記録媒体の搬送方向Lに対し一定角度傾くように配置されている。これによって記録素子基板10同士の隣接部における吐出口列は、少なくとも1つの吐出口が被記録媒体の搬送方向Lにオーバーラップするようになっている。図12に示したものでは、線D上の2つの吐出口13が互いにオーバーラップする関係にある。このような配置によって、仮に記録素子基板10の位置が所定位置から多少ずれた場合であっても、相互にオーバーラップする吐出口の駆動制御によって、記録画像における黒色のすじや白抜け部分を目立たなくすることができる。複数の記録素子基板10を千鳥配置ではなくインラインに配置したときも、図12のような構成により、液体吐出ヘッド3の被記録媒体の搬送方向の長さの増大を抑えつつ、記録素子基板10同士のつなぎ部における黒スジや白抜け対策を行うことができる。なお、ここでは記録素子基板10の輪郭形状は略平行四辺形であるが、これに限られるものではなく、例えば長方形、台形、その他形状の記録素子基板10を用いた場合でも、本発明の構成を好ましく適用することができる。
(Explanation of positional relationship between printing element substrates)
As described above, the liquid ejection head 3 includes the plurality of ejection modules 200. FIG. 12 is a partially enlarged view of the adjacent portion of the recording element substrate 10 in two adjacent ejection modules 200. As shown in FIG. 10, here, a recording element substrate 10 having a substantially parallelogram shape is used. As shown in FIG. 12, the ejection port arrays 14a to 14d in which the ejection ports 13 are arranged on each recording element substrate 10 are arranged so as to be inclined at a constant angle with respect to the transport direction L of the recording medium. As a result, at least one ejection port of the ejection port arrays in the adjacent portions of the recording element substrates 10 overlaps in the transport direction L of the recording medium. In the case shown in FIG. 12, the two ejection ports 13 on the line D are in a relationship of overlapping each other. With such an arrangement, even if the position of the recording element substrate 10 deviates from the predetermined position to a certain extent, the black stripes and the white spots in the recorded image are conspicuous by the drive control of the ejection ports which overlap each other. It can be lost. Even when the plurality of recording element substrates 10 are arranged inline instead of in a staggered arrangement, the recording element substrate 10 is suppressed by the configuration shown in FIG. 12 while suppressing an increase in the length of the liquid ejection head 3 in the recording medium conveyance direction. It is possible to take measures against black streaks and white spots at the joints between them. Here, the outline shape of the recording element substrate 10 is a substantially parallelogram, but the present invention is not limited to this. For example, even when the recording element substrate 10 having a rectangular shape, a trapezoidal shape, or another shape is used, the configuration of the present invention is used. Can be preferably applied.
(第2の構成例の液体吐出装置の説明)
本発明を適用できる液体吐出装置は、上述した第1の構成例のものに限られるものではない。以下、本発明に基づく液体吐出装置の第2の構成例であるインクジェット記録装置1000(以下、記録装置とも称する)について説明する。図13は第2の構成例の液体吐出装置である記録装置1000の概略構成を示している。以下の説明では、主として第1の構成例と異なる部分のみを説明し、第1の構成例と同様の部分については説明を省略する。
(Description of Liquid Ejection Device of Second Configuration Example)
The liquid ejection apparatus to which the present invention can be applied is not limited to the above-described first configuration example. Hereinafter, an inkjet recording apparatus 1000 (hereinafter, also referred to as a recording apparatus), which is a second configuration example of the liquid ejection apparatus according to the present invention, will be described. FIG. 13 shows a schematic configuration of a recording apparatus 1000 which is a liquid ejection apparatus of the second configuration example. In the following description, only the parts different from the first configuration example will be mainly described, and the description of the same parts as the first configuration example will be omitted.
図13に示す記録装置1000は、CMYKの各色にそれぞれ対応した単色用の液体吐出ヘッド3を4つ並列配置させることで、被記録媒体2に対してフルカラー記録を行う点が第1の構成例のものとは異なっている。第1の構成例では、1色の記録液あたりに使用できる吐出口列数が1列であったのに対し、この第2の構成例において1色あたりに使用できる吐出口列数を複数(後述の図20(a)に示す例では20列)とすることができる。このため、記録データを複数の吐出口列に適宜振り分けて記録を行うことで、非常に高速な記録が可能となる。さらに、不吐になる吐出口があったとしても、その吐出口に対して被記録媒体の搬送方向Lに対応する位置にある、他列の吐出口から補間的に吐出を行うことで信頼性が向上する。したがって第2の構成例の記録装置1000は、商業印刷などの分野において使用するのに好適である。第1の構成例と同様に、各液体吐出ヘッド3に対して、記録装置1000の供給系、バッファタンク1003及びメインタンク1006が流体的に接続される。また、それぞれの液体吐出ヘッド3には、液体吐出ヘッド3へ電力及び吐出制御信号を伝送する電気制御部が電気的に接続される。第2の構成例においても、第1の構成例と同様に、図2及び図3にそれぞれ示した第1及び第2の循環形態のいずれをも用いることができる。 The recording apparatus 1000 illustrated in FIG. 13 has a first configuration example in which four monochromatic liquid ejection heads 3 corresponding to the respective colors of CMYK are arranged in parallel to perform full-color recording on the recording medium 2. Is different from that of. In the first configuration example, the number of ejection port arrays that can be used per recording liquid of one color is one, whereas in the second configuration example, the number of ejection port arrays that can be used per color is plural ( 20 columns in the example shown in FIG. 20A described later). Therefore, by recording the print data by appropriately distributing the print data to a plurality of ejection port arrays, it is possible to perform very high-speed printing. Further, even if there is a discharge port that does not discharge, reliability is improved by performing the interpolation from the discharge port of another row at a position corresponding to the transport direction L of the recording medium with respect to the discharge port. Is improved. Therefore, the recording apparatus 1000 of the second configuration example is suitable for use in fields such as commercial printing. Similar to the first configuration example, the supply system of the recording apparatus 1000, the buffer tank 1003, and the main tank 1006 are fluidly connected to each liquid ejection head 3. Further, an electric control unit that transmits electric power and an ejection control signal to the liquid ejection head 3 is electrically connected to each liquid ejection head 3. In the second configuration example as well, similarly to the first configuration example, any of the first and second circulation modes shown in FIGS. 2 and 3 can be used.
(液体吐出ヘッド構造の説明)
第2の構成例での液体吐出ヘッド3の構造について、図14を用いて説明する。図14の(a)は、液体吐出ヘッド3において吐出口が形成された面の側から見た斜視図であり、(b)は(a)とは反対方向から見た斜視図である。液体吐出ヘッド3は、その長手方向に直線上に配列される16個の記録素子基板10を備えており、単一の色の記録液での記録が可能なインクジェット式のライン型液体吐出ヘッドである。液体吐出ヘッド3は、第1の構成例と同様に、液体接続部111、信号入力端子91及び電力供給端子92を備える。しかしながらこの液体吐出ヘッド3は、第1の構成例のものと比べて吐出口列が多いため、液体吐出ヘッド3の両側に信号入力端子91及び電力供給端子92が配置されている。これは記録素子基板10に設けられる配線部で生じる電圧低下や信号伝送遅れを低減のためである。
(Description of liquid ejection head structure)
The structure of the liquid ejection head 3 in the second configuration example will be described with reference to FIG. 14A is a perspective view seen from the side of the surface of the liquid ejection head 3 on which the ejection ports are formed, and FIG. 14B is a perspective view seen from the opposite direction to FIG. 14A. The liquid ejection head 3 is provided with 16 recording element substrates 10 arranged in a straight line in the longitudinal direction thereof, and is an inkjet line type liquid ejection head capable of recording with a recording liquid of a single color. is there. The liquid ejection head 3 includes a liquid connection portion 111, a signal input terminal 91, and a power supply terminal 92, as in the first configuration example. However, since the liquid ejection head 3 has a larger number of ejection port arrays than that of the first configuration example, the signal input terminals 91 and the power supply terminals 92 are arranged on both sides of the liquid ejection head 3. This is to reduce the voltage drop and the signal transmission delay that occur in the wiring portion provided on the recording element substrate 10.
図15は、第2の構成例の液体吐出ヘッド3を構成する各部品またはユニットをその機能ごとに分割して示している。各ユニット及び部材の役割や液体吐出ヘッド3内での液体流通の順は、基本的には第1の構成例でのものと同様であるが、第2の構成例では液体吐出ヘッド3の剛性を担保する機能が異なっている。第1の構成例では主として液体吐出ユニット支持部81によって液体吐出ヘッド剛性を担保していたが、第2の構成例の液体吐出ヘッドでは、液体吐出ユニット300に含まれる第2流路部材60によって液体吐出ヘッドの剛性を担保している。第2の構成例での液体吐出ユニット支持部81は、第2流路部材60の両端部に接続されており、この液体吐出ユニット300は記録装置1000のキャリッジと機械的に結合されて、液体吐出ヘッド3の位置決めを行う。負圧制御ユニット230を備える液体供給ユニット220と電気配線基板90とが、液体吐出ユニット支持部81に結合される。2つの液体供給ユニット220内にはそれぞれフィルタ(不図示)が内蔵されている。第2の構成例では、各負圧制御ユニット230ごとに2通りの圧力の制御を行うようにはなっていない。2つの負圧制御ユニット230の一方に対して高圧側の負圧制御ユニットとして相対的に高い負圧で圧力を制御するようが設定なされ、他方に対して低圧側の負圧制御ユニットとして相対的に低い負圧で圧力を制御するようが設定なされている。図15に示すように液体吐出ヘッド3の長手方向の両端部に、それぞれ、高圧側と低圧側の負圧制御ユニット230を設置した場合、液体吐出ヘッド3の長手方向に延在する共通供給流路211と共通回収流路212とにおける液体の流れが互いに対向する。このようにすると、共通供給流路211と共通回収流路212との間での熱交換が促進されて、これらの共通流路内における温度差が低減されることになる。したがって、共通供給流路211及び共通回収流路212に沿って複数設けられる各記録素子基板10における温度差が付きにくくなり、温度差による記録ムラが生じにくくなるという利点がある。 FIG. 15 shows each component or unit that constitutes the liquid ejection head 3 of the second configuration example, divided for each function. The roles of the units and members and the order of liquid circulation in the liquid ejection head 3 are basically the same as those in the first configuration example, but in the second configuration example, the rigidity of the liquid ejection head 3 is increased. The functions to secure the are different. In the first configuration example, the liquid ejection unit rigidity is mainly secured by the liquid ejection unit support portion 81, but in the liquid ejection head of the second configuration example, the second flow path member 60 included in the liquid ejection unit 300 is used. The rigidity of the liquid ejection head is ensured. The liquid ejecting unit support portion 81 in the second configuration example is connected to both ends of the second flow path member 60, and the liquid ejecting unit 300 is mechanically coupled to the carriage of the recording apparatus 1000 to generate the liquid. The ejection head 3 is positioned. The liquid supply unit 220 including the negative pressure control unit 230 and the electric wiring board 90 are coupled to the liquid ejection unit support 81. A filter (not shown) is built in each of the two liquid supply units 220. In the second configuration example, two types of pressure control are not performed for each negative pressure control unit 230. One of the two negative pressure control units 230 is set to control the pressure with a relatively high negative pressure as a high pressure side negative pressure control unit, and is relatively to the other as a low pressure side negative pressure control unit. It is set to control the pressure with a low negative pressure. As shown in FIG. 15, when the high-pressure side and low-pressure side negative pressure control units 230 are installed at both ends in the longitudinal direction of the liquid ejection head 3, a common supply flow extending in the longitudinal direction of the liquid ejection head 3 is provided. The liquid flows in the passage 211 and the common recovery passage 212 face each other. By doing so, heat exchange between the common supply passage 211 and the common recovery passage 212 is promoted, and the temperature difference in these common passages is reduced. Therefore, there is an advantage that a temperature difference is unlikely to occur in each of the recording element substrates 10 provided along the common supply flow path 211 and the common recovery flow path 212, and recording unevenness due to the temperature difference hardly occurs.
次に液体吐出ユニット300の流路構成部材210の詳細について説明する。図15に示すように流路構成部材210は、第1流路部材50及び第2流路部材60を積層したものであり、液体供給ユニット220から供給された記録液などの液体を各吐出モジュール200へと分配する。また流路構成部材210は、吐出モジュール200から還流する液体を液体供給ユニット220へと戻すための回収流路部材として機能する。流路構成部材210の第2流路部材60は、内部に共通供給流路211及び共通回収流路212が形成された部材であるとともに、液体吐出ヘッド3の剛性を主に担うという機能を有する。このため、第2流路部材60の材質としては、記録液などの液体に対する十分な耐食性と高い機械強度を有するものが好ましく、具体的にはステンレス鋼やチタン(Ti)、アルミナなどを好ましく用いることができる。 Next, details of the flow path forming member 210 of the liquid ejection unit 300 will be described. As shown in FIG. 15, the flow path forming member 210 is formed by stacking the first flow path member 50 and the second flow path member 60, and ejects liquid such as recording liquid supplied from the liquid supply unit 220 to each ejection module. Distribute to 200. Further, the flow path forming member 210 functions as a recovery flow path member for returning the liquid refluxed from the discharge module 200 to the liquid supply unit 220. The second flow path member 60 of the flow path forming member 210 is a member in which the common supply flow path 211 and the common recovery flow path 212 are formed, and also has a function mainly responsible for the rigidity of the liquid ejection head 3. .. Therefore, the material of the second flow path member 60 is preferably one having sufficient corrosion resistance to liquid such as recording liquid and high mechanical strength, and specifically, stainless steel, titanium (Ti), alumina, etc. are preferably used. be able to.
次に、図16を用いて、第1流路部材50及び第2流路部材60の詳細を説明する。図16(a)は、第1流路部材50の、吐出モジュール200が取り付けられる側の面を示し、図16(b)は、その裏面であって、第2流路部材60と当接される側の面を示している。第1の構成例とは異なり、第2の構成例における第1流路部材50は、各吐出モジュール200ごとに対応した複数の部材を隣接して配列したものである。このように分割した構造を採用することで、このようなモジュールを複数配列することにより、液体吐出ヘッド3に要求される長さに対応することができるようになる。この構成は、例えば、JIS(日本工業規格)B2サイズ及びそれ以上の寸法に対応した長さの比較的長い液体吐出ヘッドに特に好適に適用できる。図16(a)に示すように、第1流路部材50の連通口51は吐出モジュール200と流体的に連通し、図16(b)に示すように、第1流路部材50の個別連通口53は第2流路部材60の連通口61と流体的に連通する。図16(c)は、第2流路部材60の、第1流路部材50と当接される側の面を示し、図16(d)は、第2流路部材60の厚み方向中央部の断面を示し、図16(e)は、第2流路部材60の、液体供給ユニット220と当接する側の面を示している。第2流路部材60の流路や連通口の機能は、第1の構成例での1色分の記録液に対するものと同様である。第2流路部材60の共通流路溝71は、その一方が図17に示す共通供給流路211であり、他方が共通回収流路212であり、それぞれ、液体吐出ヘッド3長手方向に沿って一端側から他端側に液体が供給される。この構成例では、第1の構成例とは異なり、共通供給流路211と共通回収流路212での液体の流れる方向は、液体吐出ヘッド3の長手方向に沿って互いに反対方向である。 Next, the details of the first flow path member 50 and the second flow path member 60 will be described with reference to FIG. 16. 16A shows the surface of the first flow path member 50 on the side to which the discharge module 200 is attached, and FIG. 16B shows the back surface thereof, which is in contact with the second flow path member 60. The side on the right side is shown. Unlike the first configuration example, the first flow path member 50 in the second configuration example is an arrangement in which a plurality of members corresponding to each discharge module 200 are arranged adjacent to each other. By adopting such a divided structure, by arranging a plurality of such modules, it becomes possible to meet the length required for the liquid ejection head 3. This configuration can be particularly suitably applied to, for example, a liquid ejection head having a relatively long length corresponding to the JIS (Japanese Industrial Standard) B2 size and dimensions larger than that. As shown in FIG. 16A, the communication port 51 of the first flow path member 50 is in fluid communication with the discharge module 200, and as shown in FIG. 16B, individual communication of the first flow path member 50 is performed. The port 53 is in fluid communication with the communication port 61 of the second flow path member 60. FIG. 16C shows the surface of the second flow path member 60 that is in contact with the first flow path member 50, and FIG. 16D is the central portion in the thickness direction of the second flow path member 60. FIG. 16E shows a surface of the second flow path member 60 on the side in contact with the liquid supply unit 220. The functions of the flow path and the communication port of the second flow path member 60 are the same as those for the recording liquid for one color in the first configuration example. One of the common flow channel 71 of the second flow channel member 60 is the common supply flow channel 211 shown in FIG. 17, and the other is the common recovery flow channel 212, which are arranged along the longitudinal direction of the liquid ejection head 3. Liquid is supplied from one end side to the other end side. In this configuration example, unlike the first configuration example, the liquids flow in the common supply channel 211 and the common recovery channel 212 in opposite directions along the longitudinal direction of the liquid ejection head 3.
図17は、記録素子基板10と流路構成部材210との間での各流路の接続関係を示している。図16に示したように、流路構成部材210内には、液体吐出ヘッド3の長手方向に延びる一組の共通供給流路211及び共通回収流路212が設けられている。第2流路部材60の連通口61は、各々の第1流路部材50の個別連通口53と位置を合わせて接続されており、第2流路部材60の連通口72から共通供給流路211を介して第1流路部材50の連通口51へと連通する液体供給経路が形成されている。同様に、第2流路部材60の連通口72から共通回収流路212を介して第1流路部材50の連通口51へと連通する液体供給経路も形成されている。 FIG. 17 shows the connection relationship of each flow path between the recording element substrate 10 and the flow path constituting member 210. As shown in FIG. 16, a pair of common supply flow channel 211 and common recovery flow channel 212 extending in the longitudinal direction of the liquid ejection head 3 are provided in the flow channel constituent member 210. The communication port 61 of the second flow channel member 60 is connected in alignment with the individual communication port 53 of each first flow channel member 50, and is connected from the communication port 72 of the second flow channel member 60 to the common supply flow channel. A liquid supply path communicating with the communication port 51 of the first flow path member 50 via 211 is formed. Similarly, a liquid supply path that communicates from the communication port 72 of the second flow channel member 60 to the communication port 51 of the first flow channel member 50 via the common recovery flow channel 212 is also formed.
図18は、図17のF−F線における断面を示している。この図に示したように、共通供給流路211は、連通口61、個別連通口53及び連通口51を介して、吐出モジュール200へ接続されている。図18では不図示であるが、別の断面においては、共通回収流路212が同様の経路で吐出モジュール200へ接続されていることは、図17を参照すれば明らかである。第1の構成例と同様に、各吐出モジュール200及び記録素子基板10には、各吐出口13の形成個所である圧力室23に連通する流路が形成されている。供給した液体の一部または全部は、この流路によって、吐出動作を休止している吐出口13に対応する圧力室23を通過して還流できるようになっている。また第1の構成例と同様に、共通供給流路211は高圧側の負圧制御ユニット230と、共通回収流路212は低圧側の負圧制御ユニット230と、それぞれ液体供給ユニット220を介して接続されている。このため、これらの負圧制御ユニット230によって生じる差圧によって、共通供給流路211から記録素子基板10の圧力室23を通過して共通回収流路212へと流れる流れが発生する。 FIG. 18 shows a cross section taken along the line FF of FIG. As shown in this figure, the common supply channel 211 is connected to the discharge module 200 via the communication port 61, the individual communication port 53, and the communication port 51. Although not shown in FIG. 18, it is apparent from FIG. 17 that the common recovery channel 212 is connected to the discharge module 200 through a similar path in another cross section. Similar to the first configuration example, each ejection module 200 and the printing element substrate 10 are formed with a flow path communicating with the pressure chamber 23 where each ejection port 13 is formed. A part or all of the supplied liquid can be recirculated through this pressure passage through the pressure chamber 23 corresponding to the discharge port 13 in which the discharge operation is stopped. Further, as in the first configuration example, the common supply passage 211 is connected to the high pressure side negative pressure control unit 230, and the common recovery passage 212 is connected to the low pressure side negative pressure control unit 230 via the liquid supply unit 220. It is connected. Therefore, due to the differential pressure generated by the negative pressure control unit 230, a flow that flows from the common supply flow passage 211 through the pressure chamber 23 of the recording element substrate 10 to the common recovery flow passage 212 is generated.
(吐出モジュールの説明)
次に、第2の構成例での吐出モジュール200を説明する。図19(a)は吐出モジュール200の斜視図であり、図9(b)はその分解図である。第1の構成例との差異は、記録素子基板10の複数の吐出口列方向に沿った両辺部(記録素子基板10の各長辺部)に複数の端子16がそれぞれ配置され、それに電気接続されるフレキシブル配線基板40も1つの記録素子基板10あたり2枚配置される点である。これは、記録素子基板10に設けられる吐出口列数が例えば20列あり、第1の構成例の4列よりも大幅に増加しているためである。すなわち、端子16から、吐出口列に対応して設けられる記録素子15までの最大距離を短く抑制して、記録素子基板10内の配線部で生じる電圧低下や信号伝送遅れを低減することを目的としている。また支持部材30の液体連通口31は、記録素子基板10に設けられる全吐出口列を跨るように開口している。その他の点は、第1の構成例におけるものと同様である。
(Explanation of discharge module)
Next, the discharge module 200 in the second configuration example will be described. 19A is a perspective view of the discharge module 200, and FIG. 9B is an exploded view thereof. The difference from the first configuration example is that a plurality of terminals 16 are arranged on both sides (each long side of the recording element substrate 10) of the recording element substrate 10 along the direction of the plurality of ejection openings, and are electrically connected to the terminals 16. Two flexible wiring boards 40 are also arranged for one printing element substrate 10. This is because the number of ejection port rows provided on the recording element substrate 10 is, for example, 20 rows, which is significantly larger than the four rows of the first configuration example. That is, an object is to suppress the maximum distance from the terminal 16 to the recording element 15 provided corresponding to the ejection port array to be short so as to reduce the voltage drop and the signal transmission delay occurring in the wiring portion in the recording element substrate 10. I am trying. Further, the liquid communication port 31 of the support member 30 is opened so as to straddle all the ejection port arrays provided on the recording element substrate 10. The other points are the same as those in the first configuration example.
(記録素子基板の構造の説明)
次に、第2の構成例での記録素子基板10の構成について説明する。図20(a)は記録素子基板10の吐出口13が形成される側の面の平面図であり、図20(b)は液体供給路18及び液体回収路19が形成されている部分を示す図であり、図20(c)は図20(a)の裏面にあたる側の平面図である。ここで図20(b)は、図20(c)において記録素子基板10の裏面側に設けられている蓋部材20を除去した状態を示している。図20(b)に示すように、記録素子基板10の裏面側には、吐出口列方向に沿って、液体供給路18と液体回収路19とが交互に設けられている。吐出口列数は第1の構成例よりも大幅に増加しているものの、第1の構成例との本質的な差異は、前述のように端子16が記録素子基板10の吐出口列方向に沿った両辺部に配置されていることである。各吐出口列ごとに一組の液体供給路18及び液体回収路19が設けられていること、蓋部材20に、支持部材30の液体連通口31と連通する開口21が設けられていることなど、基本的な構成は第1の構成例のものと同様である。
(Description of structure of recording element substrate)
Next, the configuration of the recording element substrate 10 in the second configuration example will be described. 20A is a plan view of the surface of the recording element substrate 10 on the side where the ejection ports 13 are formed, and FIG. 20B shows the portion where the liquid supply passage 18 and the liquid recovery passage 19 are formed. FIG. 20(c) is a plan view of the side corresponding to the back surface of FIG. 20(a). Here, FIG. 20B shows a state in which the lid member 20 provided on the back surface side of the recording element substrate 10 in FIG. 20C is removed. As shown in FIG. 20B, the liquid supply paths 18 and the liquid recovery paths 19 are alternately provided on the back surface side of the printing element substrate 10 along the ejection port array direction. Although the number of ejection port arrays is significantly larger than that of the first configuration example, the essential difference from the first configuration example is that the terminals 16 are arranged in the ejection port array direction of the recording element substrate 10 as described above. It is arranged on both sides along the line. A set of a liquid supply path 18 and a liquid recovery path 19 is provided for each ejection port array, an opening 21 that communicates with the liquid communication port 31 of the support member 30 is provided in the lid member 20, and the like. The basic configuration is similar to that of the first configuration example.
(液体濃縮の説明)
次に、上述したように圧力室23内を記録液などの液体が循環する構成において、吐出口13から水分や溶媒成分が蒸発して液体が濃縮することについて、図21を用いてさらに詳しく説明する。図21(a)は、上述の図10及び図11に示す記録素子基板10における圧力室23の近傍を模式的に示す平面図であり、図21(b)は図21(a)のX−X線での断面図である。供給口17a及び回収口17bは、これらの図によって示される範囲の外側に位置するが、これらの図では、供給口17aと圧力室23を接続する流路27aと、圧力室23と回収口17bを接続する流路27bが模式的に示されている。ここでは、吐出口13から吐出されるべき液体が、例えばインクジェット記録に用いられる記録液であるものとする。記録液は、水やその他の溶媒(あるいは分散媒)に、溶質である染料を溶解させ、あるいは分散質である顔料を分散させたものである。流路27a,27b及び圧力室23内に存在する記録液は、グレースケールで示されており、特に、グレースケールにおける濃淡は、記録液における染料あるいは顔料濃度を概念的に示している。濃い色ほど染料濃度あるいは顔料濃度が高いことを表している。図中の矢印401は、流路27a,27bでの記録液の流れ方向を示している。この流れは、供給口17aに連通する液体供給路18と回収口17bに連通する液体回収路19との間の圧力差(差圧)によって生じるものである。
(Explanation of liquid concentration)
Next, in the configuration in which the liquid such as the recording liquid circulates in the pressure chamber 23 as described above, the evaporation of the water content or the solvent component from the ejection port 13 and the concentration of the liquid will be described in more detail with reference to FIG. To do. 21A is a plan view schematically showing the vicinity of the pressure chamber 23 in the recording element substrate 10 shown in FIGS. 10 and 11 described above, and FIG. 21B is an X- line of FIG. 21A. It is sectional drawing in a X-ray. The supply port 17a and the recovery port 17b are located outside the range shown by these figures, but in these figures, the flow path 27a connecting the supply port 17a and the pressure chamber 23, the pressure chamber 23, and the recovery port 17b. A flow path 27b that connects the two is schematically shown. Here, it is assumed that the liquid to be ejected from the ejection port 13 is a recording liquid used for inkjet recording, for example. The recording liquid is obtained by dissolving a dye which is a solute or a pigment which is a dispersoid in water or another solvent (or dispersion medium). The recording liquid existing in the flow paths 27a and 27b and the pressure chamber 23 is shown in gray scale, and in particular, the light and shade in the gray scale conceptually shows the dye or pigment concentration in the recording liquid. The darker the color, the higher the dye concentration or pigment concentration. An arrow 401 in the figure indicates the flow direction of the recording liquid in the flow paths 27a and 27b. This flow is caused by a pressure difference (differential pressure) between the liquid supply path 18 communicating with the supply port 17a and the liquid recovery path 19 communicating with the recovery port 17b.
記録液は、吐出口形成部材12における吐出口13の開口面の端部でメニスカスを形成しており、液体吐出ヘッド3の外部の大気に接している。液体吐出ヘッド3が、その吐出口13が形成されている面に対して保護キャップをかぶせることなどによる特別な保護がなされない状態で放置された場合、図示矢印402で示すように、吐出口13から水分や溶媒成分が蒸発する。その結果、記録液の循環に伴って、溶質濃度あるいは分散質濃度が上昇した記録液が、図示矢印401で示した循環方向に流れ、圧力室23の下流側において、溶質濃度あるいは分散質濃度が上昇した記録液が蓄積されることになる。長時間にわたって液体吐出ヘッド3を使用した場合、溶質濃度あるいは分散質濃度が上昇した記録液が記録装置1000内を循環するので、記録装置1000の全体で記録液における溶質濃度あるいは分散質濃度が上昇し、記録品質の低下を招く場合がある。このように記録装置1000内の全体で記録液濃度が上昇した場合、良好な記録品質を得るために、各タンクも含めて記録装置1000内の記録液の全てを交換しなくてはならなくなることがある。 The recording liquid forms a meniscus at the end of the opening surface of the ejection port 13 of the ejection port forming member 12, and is in contact with the atmosphere outside the liquid ejection head 3. When the liquid ejection head 3 is left in a state in which the surface on which the ejection port 13 is formed is not specially protected by covering the surface with the ejection port 13 or the like, as shown by an arrow 402 in FIG. Water and solvent components evaporate from it. As a result, with the circulation of the recording liquid, the recording liquid whose solute concentration or dispersoid concentration has increased flows in the circulation direction shown by the arrow 401 in the drawing, and the solute concentration or the dispersoid concentration is reduced on the downstream side of the pressure chamber 23. The increased recording liquid will be accumulated. When the liquid discharge head 3 is used for a long time, the recording liquid having an increased solute concentration or dispersoid concentration circulates in the recording device 1000, so that the solute concentration or the dispersoid concentration in the recording liquid increases in the entire recording device 1000. However, the recording quality may be deteriorated. When the concentration of the recording liquid in the entire recording device 1000 rises in this way, all the recording liquid in the recording device 1000 including each tank must be replaced in order to obtain good recording quality. There is.
図22は、比較例として、特許文献1に記載されるように記録液の吐出には実際には関わらない吐出口及び記録素子が設けられている記録素子基板10を模式的に示すものであって、記録素子基板10の端部の拡大平面図である。複数の吐出口13が一列に配列して吐出口列を形成し、吐出口13ごとに対応して記録素子が設けられているとする。吐出口列に対応して記録素子15も一列に配列して記録素子列を構成しており、記録素子列の両端部には、吐出に関わらない記録素子15bが少なくとも1つ設けられている。ここで吐出に関わらない記録素子15bとは、記録液の吐出のために駆動されることがないダミーの記録素子のことである。記録素子15bに対応して吐出口形成部材12には吐出口13bが設けられている。言い換えれば、記録素子列の端部において少なくとも1つのダミーの記録素子15bが備えられて、記録素子列内の残余の記録素子は吐出に関わる記録素子15とされる。記録素子15bは吐出に関与しないので、吐出口13bも吐出に関与しない。この吐出に関わらない吐出口13bは、吐出口列の端部に位置している。記録素子15bは、記録液の吐出に実際に関わる記録素子15が、エッチングにおける端効果の影響を受けずに、記録素子の配列方向の全域にわたって均一な特性を有するようにするために設けられている。吐出口形成部材12の基板11側の面には、複数の圧力室23を形成するために吐出口列方向に延びる細長い凹部25が形成されているが、この凹部25は、吐出口13b及び記録素子15bの位置まで延びている。図22に示す記録素子基板10を有する液体吐出ヘッド3では、吐出口13bでも記録液のメニスカスが形成され、この吐出口13bからの水分や溶媒成分の蒸発が起こる。このように、吐出に関わらない吐出口13bが吐出口列の列端部に設けられることで、この吐出口13bの分だけ水分や溶媒成分の蒸発が促進され、液体吐出ヘッド内の記録液の濃縮が加速される。これにより、長時間使用時の記録液濃度の上昇も加速され、記録品質の低下が早い段階で生じるようになる。 FIG. 22 schematically shows, as a comparative example, a recording element substrate 10 provided with an ejection port and a recording element that are not actually involved in the ejection of the recording liquid as described in Japanese Patent Laid-Open Publication No. 2004-242242. 3 is an enlarged plan view of an end portion of the recording element substrate 10. FIG. It is assumed that a plurality of ejection openings 13 are arranged in a line to form an ejection opening array, and a recording element is provided corresponding to each ejection opening 13. The printing elements 15 are arranged in a row corresponding to the ejection port row to form a printing element row, and at least one printing element 15b that is not related to ejection is provided at both ends of the printing element row. Here, the recording element 15b that is not related to ejection is a dummy recording element that is not driven to eject the recording liquid. The ejection port forming member 12 is provided with ejection ports 13b corresponding to the recording elements 15b. In other words, at least one dummy printing element 15b is provided at the end of the printing element array, and the remaining printing elements in the printing element array are the printing elements 15 related to ejection. Since the recording element 15b does not participate in ejection, the ejection port 13b also does not participate in ejection. The discharge ports 13b that are not related to this discharge are located at the ends of the discharge port array. The recording element 15b is provided so that the recording element 15 actually involved in the ejection of the recording liquid has uniform characteristics over the entire area in the arrangement direction of the recording elements without being affected by the end effect in etching. There is. On the surface of the ejection port forming member 12 on the substrate 11 side, elongated recesses 25 extending in the ejection port array direction are formed in order to form a plurality of pressure chambers 23. The recesses 25 form the ejection ports 13b and recording. It extends to the position of the element 15b. In the liquid ejection head 3 having the recording element substrate 10 shown in FIG. 22, a meniscus of the recording liquid is also formed at the ejection port 13b, and the water or solvent component is evaporated from the ejection port 13b. In this way, by providing the ejection ports 13b, which are not related to ejection, at the column ends of the ejection port array, evaporation of water and solvent components is promoted by the amount of the ejection ports 13b, and the recording liquid in the liquid ejection head is ejected. Concentration is accelerated. As a result, the increase in the recording liquid concentration during long-term use is accelerated, and the deterioration of the recording quality occurs at an early stage.
(第1の実施形態)
図23は、本発明の第1の実施形態の液体吐出ヘッドを説明する図であって、記録素子基板10の端部を模式的に示す拡大平面図である。以下に説明する記録素子基板10は、上述の第1及び第2の構成例のいずれの液体吐出装置における液体吐出ヘッド3において利用可能なものである。ここでは説明を容易にするため、例えば図10及び図11に示すような記録素子基板10のうちの1つの吐出口列に関する部分のみを示しているが、記録素子基板10は、複数本の吐出口列を備えることができる。吐出口列に対応して基板11の第1の面には記録素子列が形成されており、基板11において第1の面とは反対側となる第2の面には、図10及び図11に示したものと同様に、液体供給路18及び液体回収路19が設けられている。さらに、液体供給路18及び液体回収路19が圧力室23に連通するように、基板11を貫通する供給口17a及び回収口17bがそれぞれ設けられている。
(First embodiment)
FIG. 23 is a diagram for explaining the liquid ejection head according to the first embodiment of the present invention, and is an enlarged plan view schematically showing an end portion of the recording element substrate 10. The recording element substrate 10 described below can be used in the liquid ejection head 3 in any of the liquid ejection devices of the above-described first and second configuration examples. Here, for ease of explanation, only a portion related to one ejection port array of the printing element substrate 10 as shown in FIGS. 10 and 11, for example, is shown, but the printing element substrate 10 has a plurality of ejection ports. An outlet row can be provided. A printing element array is formed on the first surface of the substrate 11 corresponding to the ejection port array, and the second surface on the opposite side of the first surface of the substrate 11 has a structure shown in FIGS. A liquid supply path 18 and a liquid recovery path 19 are provided as in the case shown in FIG. Further, a supply port 17 a and a recovery port 17 b penetrating the substrate 11 are provided so that the liquid supply path 18 and the liquid recovery path 19 communicate with the pressure chamber 23.
本実施形態の液体吐出ヘッド3において記録素子基板10は、図22に示したものと同様のものであるが、吐出に関わらないダミーの記録素子15bは設けられているものの、この記録素子15bに対応する吐出口13bが設けられていない点で相違する。図示したものでは、吐出口形成部材12の基板11側の面に設けられる凹部25は、記録素子15bの形成位置に対応する位置まで延びて形成されている。したがって、記録素子15bの形成位置を含む領域に、圧力室23と同様の空間ではあるが、吐出口13とは連通しない空間が形成されることになる。この空間を圧力室状空間23bが形成されていることになる。圧力室状空間23bも供給口17a及び回収口17bに連通している。この構成では、吐出口列を形成する吐出口13のそれぞれに対応して記録素子15が形成されて記録素子列を構成し、かつ、記録素子列の少なくとも一方の端部において、吐出口とは対応しない記録素子15bが形成されていることになる。吐出口13に対応している記録素子15は、その吐出口13に連通する圧力室23の内部に設けられて、例えば、上述した端子16と電気的に接続している。そしてこの記録素子15は、駆動信号に応じて対応する圧力室23内の液体に対して吐出のためのエネルギーを加えることができる。 In the liquid ejection head 3 of the present embodiment, the recording element substrate 10 is the same as that shown in FIG. 22, but a dummy recording element 15b which is not related to ejection is provided, but this recording element 15b is provided. The difference is that the corresponding ejection port 13b is not provided. In the illustrated example, the recess 25 provided on the surface of the ejection port forming member 12 on the substrate 11 side is formed so as to extend to a position corresponding to the formation position of the recording element 15b. Therefore, a space that is similar to the pressure chamber 23 but does not communicate with the ejection port 13 is formed in a region including the formation position of the recording element 15b. A pressure chamber-like space 23b is formed in this space. The pressure chamber-like space 23b also communicates with the supply port 17a and the recovery port 17b. In this configuration, the recording element 15 is formed corresponding to each of the ejection ports 13 forming the ejection port array to configure the recording element array, and at least one end of the recording element array is defined as the ejection port. It means that the recording element 15b which does not correspond is formed. The recording element 15 corresponding to the ejection port 13 is provided inside the pressure chamber 23 communicating with the ejection port 13 and is electrically connected to, for example, the above-described terminal 16. Then, the recording element 15 can apply energy for ejection to the liquid in the corresponding pressure chamber 23 according to the drive signal.
背景技術の欄で説明したように、素子材料をエッチングして記録素子を形成する場合、記録素子列の端部の位置ではエッチングの進行が速くなる傾向、すなわちエッチングの端効果があるので、記録素子の寸法や厚さが小さくなりやすい。そこで図23に示したものでは、吐出口とは対応していないので吐出には関与することはできないダミーの記録素子15bを設けて、エッチングの進行が速くなることの影響が記録素子15bの形成範囲内に留まるようにしている。言い換えれば、記録素子列の両端側において生じうるエッチング液の循環の影響が、ダミーの記録素子15bにより、吐出口13に対応して実際に吐出に関わる記録素子15までは到達しなくなるようにしている。このため、吐出に関わる記録素子15の全域にわたって記録素子の諸特性が均一となり、良好な記録を行うなうことができるようになる。 As described in the section of the background art, when a recording element is formed by etching the element material, there is a tendency that the etching progresses faster at the position of the end portion of the recording element array, that is, there is an etching end effect. The dimensions and thickness of the element tend to be small. Therefore, in the structure shown in FIG. 23, a dummy recording element 15b that does not correspond to the ejection port and therefore cannot participate in ejection is provided, and the effect of the faster etching progress is the formation of the recording element 15b. I try to stay within the range. In other words, the influence of the circulation of the etching liquid that may occur at both ends of the recording element array is prevented by the dummy recording element 15b from reaching the recording element 15 that is actually involved in the ejection, corresponding to the ejection port 13. There is. Therefore, various characteristics of the printing element are uniform over the entire area of the printing element 15 relating to ejection, and good printing can be performed.
またこの実施形態の液体吐出ヘッド3では、吐出に関わるよう記録素子15に対してのみ吐出口13が設けられており、吐出に関わることのない吐出口は設けられていない。このため、図22に示したものと比べ、吐出に関わらない吐出口からの余分な水分や溶媒成分の蒸発が生じることはなく、記録液濃度の上昇がゆっくりしたものとなり、長期にわたって記録品位の低下のない記録を行うことが可能である。図示したものでは、記録素子列の各端部に1個ずつダミーの記録素子15bが設けられているが、ダミーの記録素子15bの数はこれに限定されるものではなく、記録素子列の各端部ごとに複数としてもよい。ダミーの記録素子15bは、エッチングの端効果による影響を除けば、実際に吐出に関わる記録素子15と同様の構成を有するが、吐出には関わらないので、端子16に対して電気的に接続するための配線を備えていても備えていなくてもよい。 Further, in the liquid ejection head 3 of this embodiment, the ejection port 13 is provided only for the recording element 15 so as to be involved in ejection, and no ejection port that is not involved in ejection is provided. For this reason, as compared with the one shown in FIG. 22, excess water and solvent components are not evaporated from the ejection ports regardless of ejection, the concentration of the recording liquid rises slowly, and the recording quality is maintained for a long time. It is possible to perform recording without deterioration. In the illustrated example, one dummy recording element 15b is provided at each end of the recording element array, but the number of dummy recording elements 15b is not limited to this, and each dummy recording element 15b is provided. There may be a plurality for each end. The dummy recording element 15b has the same configuration as the recording element 15 actually involved in ejection except for the influence of the end effect of etching, but since it is not involved in ejection, it is electrically connected to the terminal 16. It may or may not be provided with a wiring for.
(第2の実施形態)
図23に示した第1の実施形態における記録素子基板10では、吐出に関わらない記録素子15bに対して圧力室状空間23bが形成されていたが、吐出に関わらないダミーの記録素子15bについて圧力室状空間23bを形成しないことも可能である。図24は、本発明の第2の実施形態の液体吐出ヘッドを説明する図であって、記録素子基板10の端部を模式的に示す拡大平面図である。図24に示す第2の実施形態では、吐出口形成部材12の基板11側の面に形成される細長い凹部25は、ダミーの記録素子15bの位置にまでは形成されておらず、そのため、ダミーの記録素子15bの位置には圧力室状空間23bは設けられていない。
(Second embodiment)
In the recording element substrate 10 according to the first embodiment shown in FIG. 23, the pressure chamber-like space 23b is formed for the recording element 15b that is not related to ejection, but the pressure is applied to the dummy recording element 15b that is not related to ejection. It is also possible not to form the chamber-like space 23b. FIG. 24 is a diagram illustrating the liquid ejection head according to the second embodiment of the present invention, and is an enlarged plan view schematically showing the end portion of the recording element substrate 10. In the second embodiment shown in FIG. 24, the elongated concave portion 25 formed on the surface of the ejection port forming member 12 on the substrate 11 side is not formed up to the position of the dummy recording element 15b. The pressure chamber-like space 23b is not provided at the position of the recording element 15b.
図1乃至図20に示したようなライン型の記録装置では、記録素子基板10の相互間のつなぎ目も含めて全ての領域で良好な記録を行えるように、記録素子基板10の可能な限り端部まで、吐出に関わる記録素子15、圧力室23及び吐出口13が設けられる。このため、吐出に関わらないダミーの記録素子15bは、一般的には、基板11の第2の面に形成される液体供給路18及び液体回収路19よりも基板11の端部側に設けられる。他方、吐出口形成部材12の製造方法として現在主流となっている基板11の第1の面に樹脂を積層する方法では、一般的に、圧力室23や凹部25に対応する部位の樹脂を現像液で取り除くことによって、圧力室23や凹部25を形成する。この際、現像液は、吐出口13や供給口17a、回収口17bから流出する。図23に示したもののように、ダミーの記録素子15bに対応して圧力室状空間23bが設けられる場合、この圧力室状空間23bの形成のために流出する現像液は、吐出口がないため、供給口17a及び回収口17bから全て流出しなければならないことになる。ダミーの記録素子15bは、液体供給路18及び液体回収路19よりも基板11の端部側に設けられているから、当然、供給口17a及び回収口17bから距離の遠い位置に形成されている。また、吐出口13から微小な液滴を吐出して高精細な記録を行おうとすると、圧力室23の高さ、すなわち凹部25の高さも例えば14μmと非常に小さくなっている。このため、記録素子基板10の端部の圧力室状空間23bについては、滞留部が生じて現像液が流出しにくくなり、製造不良などの悪影響を及ぼす恐れがある。そこで、図24に示すように、吐出に関わる記録素子15に対してのみ、言い換えれば吐出口13に対してのみ圧力室23やそれに類似した空間が設けられる構成とすることにより、現像液の滞留部分をなくし、製造不良などの悪影響を抑制することができる。 In the line type recording apparatus as shown in FIGS. 1 to 20, the recording element substrate 10 should have as much edge as possible so that good recording can be performed in all areas including the joints between the recording element substrates 10. The recording element 15, the pressure chamber 23, and the ejection port 13 related to ejection are provided up to the portion. Therefore, the dummy recording element 15b, which is not related to ejection, is generally provided on the end side of the substrate 11 with respect to the liquid supply passage 18 and the liquid recovery passage 19 formed on the second surface of the substrate 11. .. On the other hand, in the method of laminating the resin on the first surface of the substrate 11 which is currently the mainstream as the method of manufacturing the ejection port forming member 12, generally, the resin in the portion corresponding to the pressure chamber 23 and the recess 25 is developed. The pressure chamber 23 and the recess 25 are formed by removing with a liquid. At this time, the developing solution flows out from the discharge port 13, the supply port 17a, and the recovery port 17b. As shown in FIG. 23, when the pressure chamber-like space 23b is provided corresponding to the dummy recording element 15b, the developer flowing out for forming the pressure chamber-like space 23b has no ejection port. Therefore, all must be discharged from the supply port 17a and the recovery port 17b. Since the dummy recording element 15b is provided on the end side of the substrate 11 with respect to the liquid supply path 18 and the liquid recovery path 19, it is naturally formed at a position far from the supply port 17a and the recovery port 17b. .. Further, when a minute droplet is discharged from the discharge port 13 to perform high-definition recording, the height of the pressure chamber 23, that is, the height of the recess 25 is also extremely small, for example, 14 μm. For this reason, in the pressure chamber-shaped space 23b at the end of the recording element substrate 10, a stagnant portion is generated and the developer does not easily flow out, which may adversely affect manufacturing defects. Therefore, as shown in FIG. 24, the pressure chamber 23 or a space similar thereto is provided only for the recording element 15 relating to the ejection, in other words, only for the ejection port 13, so that the developer stays By eliminating the portion, it is possible to suppress adverse effects such as manufacturing defects.
(記録素子基板の製造方法)
次に、本発明に基づく液体吐出ヘッドにおける記録素子基板10の製造方法、特に吐出口形成部材12の好適な製造方法について、図25を用いて説明する。ここでは図24に示した第2の実施形態での記録素子基板10の製造方法について説明するが、ここで説明する方法は、図23に示した第1の実施形態の記録素子基板10の製造にも適用できるものである。図25は、図24のY−Y線での断面により製造方法を示す図であって、(a−1)〜(a−3)は一般的なフォトリソグラフィーによる方法の工程を順に示し、(b−1)〜(b−3)は好適な方法による工程を順に示している。
(Method of manufacturing recording element substrate)
Next, a method for manufacturing the recording element substrate 10 in the liquid ejection head according to the present invention, particularly a preferable method for manufacturing the ejection port forming member 12, will be described with reference to FIG. Here, a method of manufacturing the recording element substrate 10 according to the second embodiment shown in FIG. 24 will be described. The method described here is the method of manufacturing the recording element substrate 10 according to the first embodiment shown in FIG. Can also be applied to. FIG. 25 is a diagram showing a manufacturing method by a cross section taken along line YY of FIG. 24, wherein (a-1) to (a-3) show steps of a method by general photolithography in order, and b-1) to (b-3) show steps by a suitable method in order.
液体吐出ヘッドの記録素子基板10の製造方法として、図25の(a−1)〜(a−3)に示すような方法が知られている。まず、記録素子15及びダミーの記録素子15bが既に設けられ、また供給口17aや回収口17b(いずれも図25には不図示)が形成された基板11を用意する。記録素子15及びダミーの記録素子15bは、同一の製造プロセスで同時に基板11の表面すなわち第1の面に形成される。記録素子15及びダミーの記録素子15bの表面も含めて基板11の表面には、例えば保護膜などが形成されていてもよい。この基板11の表面に対し、(a−1)に示すように、フォトリソグラフィーなどを用いて、圧力室23や凹部25に対応する形状の型材452を形成する。次に、(a−2)に示すように、吐出口形成部材12を形成するために、型材452の間の隙間にも浸入するように流動性を有する樹脂層453によって形材452を覆う。そして、(a−3)に示すように、フォトリソグラフィーなどによって樹脂層453に吐出口13を形成し、吐出口13の位置の樹脂層453と型材452とを現像除去する。これによって、吐出口形成部材12が完成し、記録素子基板10が得られたことになる。この方法では、樹脂層453として流動性を有するものを使用するため、(a−2)に示すように、基板11の端部側で樹脂層453の厚さが他の部分よりも薄くなりがちである。そのため、基板11の端部側の吐出口13の形状が基板11の中央部のものに比べて傾いた形となりやすく、記録品質の低下を招く可能性がある。 As a method of manufacturing the recording element substrate 10 of the liquid ejection head, methods shown in (a-1) to (a-3) of FIG. 25 are known. First, the substrate 11 on which the recording element 15 and the dummy recording element 15b are already provided, and the supply port 17a and the recovery port 17b (neither of which are shown in FIG. 25) are prepared. The recording element 15 and the dummy recording element 15b are simultaneously formed on the surface of the substrate 11, that is, the first surface in the same manufacturing process. A protective film or the like may be formed on the surface of the substrate 11 including the surfaces of the recording element 15 and the dummy recording element 15b. As shown in (a-1), a mold member 452 having a shape corresponding to the pressure chamber 23 and the recess 25 is formed on the surface of the substrate 11 by using photolithography or the like. Next, as shown in (a-2), in order to form the discharge port forming member 12, the shape member 452 is covered with the resin layer 453 having fluidity so as to penetrate into the gap between the shape members 452. Then, as shown in (a-3), the ejection port 13 is formed in the resin layer 453 by photolithography or the like, and the resin layer 453 and the mold material 452 at the position of the ejection port 13 are removed by development. As a result, the ejection port forming member 12 is completed and the recording element substrate 10 is obtained. In this method, since the resin layer 453 having fluidity is used, as shown in (a-2), the thickness of the resin layer 453 tends to be thinner on the end portion side of the substrate 11 than on other portions. Is. Therefore, the shape of the ejection port 13 on the end side of the substrate 11 tends to be more inclined than that of the central portion of the substrate 11, which may cause deterioration of recording quality.
次に、本発明に基づく液体吐出ヘッド3の記録素子基板10の好適な製造方法について、図25の(b−1)〜(b−3)を用いて説明する。図25(a−1)に関連して説明したものと同様の基板11の表面の上に、まず、ドライフィルムなどを用いて第1の樹脂層を形成し、フォトリソグラフィーによって、(b−1)に示すように、露光領域455と非露光領域456とを形成する。露光領域455は吐出口形成部材12の一部となる領域であり、特に、隔壁22に対応する領域を含んでいる。非露光領域456は、吐出口形成部材12に設けられる凹部25に対応する領域であり、特に、圧力室23に対応する領域を含んでいる。次に、(b−2)に示すように、露光領域455及び非露光領域456を覆うように、ドライフィルムなどを用いて第2の樹脂層457を形成する。そしてフォトリソグラフィーによって、吐出口13を露光し、(b−3)に示すように、吐出口13の領域と圧力室23を含む凹部25の領域とを一括して現像除去する。これにより、吐出口形成部材12が完成し、記録素子基板10が得られたことになる。この方法では、(b−2)に示すように、基板11の端部の位置において吐出口形成部材12の厚さが薄くなることを抑制でき、その結果、記録品質の低下を抑制することができる。 Next, a suitable method for manufacturing the recording element substrate 10 of the liquid ejection head 3 according to the present invention will be described with reference to (b-1) to (b-3) of FIG. First, a first resin layer is formed using a dry film or the like on the surface of the substrate 11 similar to that described with reference to FIG. 25(a-1), and (b-1 ), an exposed region 455 and a non-exposed region 456 are formed. The exposure region 455 is a region that is a part of the ejection port forming member 12, and particularly includes a region corresponding to the partition wall 22. The non-exposure region 456 is a region corresponding to the recess 25 provided in the ejection port forming member 12, and particularly includes a region corresponding to the pressure chamber 23. Next, as shown in (b-2), a second resin layer 457 is formed using a dry film or the like so as to cover the exposed region 455 and the non-exposed region 456. Then, the ejection port 13 is exposed by photolithography, and as shown in (b-3), the region of the ejection port 13 and the region of the recess 25 including the pressure chamber 23 are collectively developed and removed. As a result, the ejection port forming member 12 is completed and the recording element substrate 10 is obtained. According to this method, as shown in (b-2), it is possible to suppress the thickness of the ejection port forming member 12 from becoming thin at the position of the end portion of the substrate 11, and as a result, it is possible to suppress deterioration of the recording quality. it can.
以上説明した各実施形態の液体吐出ヘッドでは、吐出に関わる記録素子にのみ対応して吐出口が連通しているため、余分な水分や溶剤成分の蒸発を抑制でき、液体における溶質や分散質の濃度の上昇速度が抑制される。その結果、各実施形態の液体吐出ヘッドを用いることにより、記録品質の低下なく長期にわたって記録を行うことが可能になる。また、対応する吐出口を有さないために吐出に関わらない記録素子が記録素子列の端部に設けられているため、吐出に関わることができる記録素子の全体にわたって、記録素子の諸特性は均一となり、良好な記録を行うことができる。上記の説明では、液体吐出ヘッドがライン型のものであるとしたが、本発明に基づく液体吐出ヘッドはこれに限定されるものではなく、例えばシリアルスキャン型の液体吐出ヘッドに対しても本発明の構成を好ましく適用することができる。 In the liquid discharge heads of the respective embodiments described above, since the discharge ports are connected to correspond only to the recording elements related to discharge, it is possible to suppress evaporation of excess water and solvent components, and to prevent solutes and dispersoids in the liquid. The rate of increase in concentration is suppressed. As a result, by using the liquid ejection head of each embodiment, it is possible to perform printing for a long period of time without lowering the printing quality. In addition, since the recording elements that do not relate to ejection are provided at the end portions of the recording element array because they do not have corresponding ejection openings, the characteristics of the recording elements are It becomes uniform and good recording can be performed. In the above description, the liquid discharge head is of the line type, but the liquid discharge head according to the present invention is not limited to this, and the present invention is also applicable to, for example, a serial scan type liquid discharge head. The configuration of can be preferably applied.
10 記録素子基板
11 基板
12 吐出口形成部材
13 吐出口
15,15b 記録素子
17a 供給口
17b 回収口
23 圧力室
10 Recording Element Substrate 11 Substrate 12 Discharge Port Forming Member 13 Discharge Ports 15 and 15b Recording Element 17a Supply Port 17b Recovery Port 23 Pressure Chamber
Claims (6)
前記第1の面側に設けられて前記液体を吐出する複数の吐出口が形成され、前記吐出口ごとに前記基板との間で当該吐出口に連通する圧力室を構成する吐出口形成部材と、
前記第1の面と前記第1の面とは反対側となる第2の面との間で前記基板を貫通して複数の前記圧力室に連通する供給口及び回収口と、
を有する記録素子基板を備え、
前記第1の面において前記複数の記録素子は列をなして配置して記録素子列を構成し、
前記記録素子列の端部において少なくとも1つのダミーの記録素子が備えられて残余の前記記録素子は吐出に関わる記録素子とされ、
前記圧力室ごとに当該圧力室の内部に前記吐出に関わる記録素子が配置され、前記複数の吐出口は前記吐出に関わる記録素子のみに対応して設けられている液体吐出ヘッドで用いられる前記記録素子基板の製造方法であって、
前記記録素子列が形成された前記基板の前記第1の面の上に第1の樹脂層を形成して前記圧力室の形成位置を含む領域を露光する工程と、
前記第1の樹脂層への露光の後、前記第1の樹脂層の上に第2の樹脂層を形成し、前記吐出口となる領域を露光する工程と、
前記第2の樹脂層への露光の後、現像を行って前記圧力室と前記吐出口とを形成する工程と、
を有することを特徴とする製造方法。 A substrate on which a plurality of recording elements that generate energy for ejecting liquid are provided on a first surface;
An ejection port forming member that is provided on the first surface side and that has a plurality of ejection ports that eject the liquid, and that forms a pressure chamber that communicates with the substrate between the ejection ports and the substrate. ,
A supply port and a recovery port penetrating the substrate between the first surface and a second surface opposite to the first surface and communicating with the plurality of pressure chambers;
A recording element substrate having
The plurality of recording elements are arranged in a row on the first surface to form a recording element row,
At least one dummy printing element is provided at an end of the printing element array, and the remaining printing elements are printing elements relating to ejection,
A recording element used for a liquid ejection head in which a recording element related to the ejection is arranged inside the pressure chamber for each of the pressure chambers, and the plurality of ejection ports are provided corresponding to only the recording element related to the ejection. A method of manufacturing an element substrate, comprising:
Forming a first resin layer on the first surface of the substrate on which the recording element array is formed and exposing an area including a formation position of the pressure chamber;
A step of forming a second resin layer on the first resin layer after exposing the first resin layer, and exposing the area to be the ejection port;
Developing the pressure chamber and the discharge port by performing development after exposure to the second resin layer,
A manufacturing method comprising:
前記第1の面側に設けられて前記液体を吐出する複数の吐出口が形成され、前記吐出口ごとに前記基板との間で当該吐出口に連通する圧力室を構成する吐出口形成部材と、
前記第1の面と前記第1の面とは反対側となる第2の面との間で前記基板を貫通して複数の前記圧力室に連通する供給口及び回収口と、
を有する記録素子基板を備え、
前記第1の面において前記複数の記録素子は列をなして配置して記録素子列を構成し、
前記記録素子列の端部において少なくとも1つのダミーの記録素子が備えられて残余の前記記録素子は吐出に関わる記録素子とされ、
前記圧力室ごとに当該圧力室の内部に前記吐出に関わる記録素子が配置され、前記複数の吐出口は前記吐出に関わる記録素子のみに対応して設けられており、
前記ダミーの記録素子に対応して、吐出口とは連通しない圧力室状空間が前記基板との間に前記吐出口形成部材によって構成されていることを特徴とする、液体吐出ヘッド。 A substrate on which a plurality of recording elements that generate energy for ejecting liquid are provided on a first surface;
An ejection port forming member that is provided on the first surface side and that has a plurality of ejection ports that eject the liquid, and that forms a pressure chamber that communicates with the substrate between the ejection ports and the substrate. ,
A supply port and a recovery port penetrating the substrate between the first surface and a second surface opposite to the first surface and communicating with the plurality of pressure chambers;
A recording element substrate having
The plurality of recording elements are arranged in a row on the first surface to form a recording element row,
At least one dummy printing element is provided at an end of the printing element array, and the remaining printing elements are printing elements relating to ejection,
Recording elements related to the ejection are arranged inside the pressure chambers for each of the pressure chambers, and the plurality of ejection ports are provided corresponding to only the recording elements related to the ejection,
Wherein in response to dummy recording element, characterized in that the pressure chamber-like space not communicating are constituted by said discharge port forming member between the substrate and the discharge port, the liquid discharge head.
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