JP6900179B2 - Liquid discharge head - Google Patents
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Description
本発明は、液体吐出ヘッドに関する。 The present invention relates to a liquid discharge head.
吐出口からインク等の液体を吐出する液体吐出ヘッドには、吐出口から液体中の揮発成分が蒸発して吐出口付近で液体が増粘することで、吐出される液滴の吐出速度が変化したり着弾精度が影響を受けたりするという問題がある。
このような液体の増粘現象に対する対策の1つとして、液体吐出ヘッドに供給するインクを循環経路に沿って循環させる方法が知られている。特許文献1には、吐出口が形成された部材と発熱抵抗体が形成された基板との間に形成された流路内の液体を循環させることで、吐出口からの液体蒸発に伴う吐出口の目詰まりを抑制する液体吐出ヘッドが記載されている。
In the liquid discharge head that discharges liquid such as ink from the discharge port, the volatile components in the liquid evaporate from the discharge port and the liquid thickens near the discharge port, so that the discharge rate of the discharged droplets changes. There is a problem that the landing accuracy is affected.
As one of the measures against such a liquid thickening phenomenon, a method of circulating the ink supplied to the liquid ejection head along the circulation path is known.
吐出動作後の休止時間が長くなると、吐出口付近の液体の粘度の増加が顕著になり、液体中の固形成分が吐出口付近に固着することがある。そのため、休止後1発目の液体吐出の際に、この固形成分により液体が吐出口を通過する際の流体抵抗が増加して、吐出不良が発生する可能性がある。
しかしながら、特許文献1に記載の液体吐出ヘッドでは、このような吐出不良については考慮されていない。したがって、休止後1発目の液体吐出の際に発生する吐出不良により、画質の劣化を招くおそれがある。
そこで、本発明の目的は、より高精細で高品位な画像形成が可能な液体吐出ヘッドを提供することである。
If the pause time after the discharge operation is long, the viscosity of the liquid in the vicinity of the discharge port increases remarkably, and the solid component in the liquid may stick to the vicinity of the discharge port. Therefore, at the time of the first liquid discharge after the pause, the fluid resistance when the liquid passes through the discharge port increases due to this solid component, which may cause a discharge failure.
However, in the liquid discharge head described in
Therefore, an object of the present invention is to provide a liquid discharge head capable of forming a higher-definition and higher-quality image.
上述した目的を達成するために、本発明の液体吐出ヘッドは、液体を吐出する吐出口が各々配列され、互いに並列する第1および第2の吐出口列と、前記第1および第2の吐出口列に対応して設けられる第1および第2の圧力室列であって、液体を吐出するために利用されるエネルギーを発生する記録素子を内部に備えるとともに前記吐出口と吐出口部を介して連通する圧力室が各々配列される第1および第2の圧力室列と、前記第1の圧力室列に液体を供給する第1の液体供給路と、前記第1の圧力室列から液体を回収する第1の液体回収路と、前記第2の圧力室列に液体を供給する第2の液体供給路と、前記第2の圧力室列から液体を回収する第2の液体回収路と、が設けられる記録素子基板を被記録媒体の幅に相当する長さにわたって複数備えたページワイド型の液体吐出ヘッドであって、前記第1の液体供給路、前記第1の液体回収路、前記第2の液体供給路、前記第2の液体回収路がこの順に並列して設けられており、記録の際には、前記第1および第2の圧力室列に含まれる複数の前記圧力室の各々において、前記液体供給路から前記圧力室を介して前記液体回収路に流れる前記圧力室内の液体の流れ方向は同一方向である。一態様では、前記圧力室の、前記吐出口部との連通部分に対して前記液体の流れ方向の上流側での高さHと、前記吐出口部の液体の吐出方向における長さPと、前記吐出口部の前記液体の流れ方向における長さW(H、P、Wは長さの単位が同じ)とが、H−0.34×P−0.66×W>1.7の関係を満たす場合、前記第1および第2の圧力室列に含まれる複数の前記圧力室の各々の内部を流れる液体の流れ方向は、液体吐出の際における前記液体吐出ヘッドに対する前記被記録媒体の相対的な移動方向と反対方向であり、他の態様では、前記圧力室の、前記吐出口部との連通部分に対して前記液体の流れ方向の上流側での高さHと、前記吐出口部の液体の吐出方向における長さPと、前記吐出口部の前記液体の流れ方向における長さW(H、P、Wは長さの単位が同じ)とが、H−0.34×P−0.66×W≦1.7の関係を満たす場合、前記第1および第2の圧力室列に含まれる複数の前記圧力室の各々の内部を流れる液体の流れ方向は、液体吐出の際における前記液体吐出ヘッドに対する前記被記録媒体の相対的な移動方向と同一方向である。 In order to achieve the above-mentioned object, in the liquid discharge head of the present invention, the first and second discharge port rows in which the discharge ports for discharging the liquid are arranged and parallel to each other, and the first and second discharge ports are described. It is a first and second pressure chamber row provided corresponding to the outlet row, and is provided inside with a recording element that generates energy used for discharging the liquid, and is provided through the discharge port and the discharge port portion. The first and second pressure chamber rows in which the pressure chambers communicating with each other are arranged, the first liquid supply path for supplying the liquid to the first pressure chamber row, and the liquid from the first pressure chamber row. A first liquid recovery path for collecting liquid, a second liquid supply path for supplying liquid to the second pressure chamber row, and a second liquid recovery path for recovering liquid from the second pressure chamber row. A page-wide liquid discharge head provided with a plurality of recording element substrates provided with, over a length corresponding to the width of the recording medium , wherein the first liquid supply path, the first liquid recovery path, and the like. The second liquid supply path and the second liquid recovery path are provided in parallel in this order, and at the time of recording, of the plurality of the pressure chambers included in the first and second pressure chamber rows. In each case, the flow directions of the liquids in the pressure chamber flowing from the liquid supply passage to the liquid recovery passage through the pressure chamber are the same. In one aspect, the height H of the pressure chamber on the upstream side of the liquid flow direction with respect to the communicating portion with the discharge port portion, and the length P of the discharge port portion in the liquid discharge direction. The relationship between the length W of the discharge port portion in the flow direction of the liquid (H, P, W have the same length unit) and H −0.34 × P −0.66 × W> 1.7. If satisfying, the first and second plurality of flow direction of the liquid flowing within each of said pressure chamber included in the pressure chamber column of the relative of the recording medium with respect to the liquid discharge head definitive when the liquid discharge In another aspect, the height H of the pressure chamber on the upstream side in the flow direction of the liquid with respect to the communicating portion with the discharge port portion, and the discharge port portion. The length P in the liquid discharge direction and the length W of the discharge port in the liquid flow direction (H, P, W have the same length unit) are H −0.34 × P −. When the relationship of 0.66 × W ≦ 1.7 is satisfied, the flow direction of the liquid flowing inside each of the plurality of pressure chambers included in the first and second pressure chamber rows is the liquid flow direction at the time of liquid discharge. wherein for said liquid discharge head is a relative movement in the same direction of the recording medium.
以上、本発明によれば、より高精細で高品位な画像形成が可能な液体吐出ヘッドを提供することができる。 As described above, according to the present invention, it is possible to provide a liquid discharge head capable of forming a higher-definition and higher-quality image.
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。1例として、本実施形態では発熱素子により気泡を発生させて液体を吐出するサーマル方式が採用されているが、ピエゾ方式およびその他の各種液体吐出方式が採用された液体吐出ヘッドにも本発明を適用することができる。尚、インク等の液体を吐出する本発明の液体吐出ヘッドおよび液体吐出ヘッドを搭載した液体吐出装置は、プリンタ、複写機、通信システムを有するファクシミリ、プリンタ部を有するワードプロセッサなどの装置に適用可能である。さらには各種処理装置と複合的に組み合わせた産業記録装置に適用可能である。例えば、バイオチップ作製や電子回路印刷や半導体基板作製などの用途としても用いることができる。
本実施形態は、インク等の液体をタンクと液体吐出ヘッド間で循環させる形態のインクジェット記録装置(記録装置)であるが、その他の形態であっても良い。例えばインクを循環せずに、液体吐出ヘッド上流側と下流側に2つのタンクを設け、一方のタンクから他方のタンクへインクを流すことで、圧力室内のインクを流動させる形態であっても良い。
また本実施形態は被記録媒体の幅に対応した長さを有する、所謂ライン型(ページワイド型)ヘッドであるが、被記録媒体に対してスキャンを行いながら記録を行う、所謂シリアル型の液体吐出ヘッドにも本発明を適用できる。シリアル型の液体吐出ヘッドとしては、例えばブラックインク用、およびカラーインク用記録素子基板を各1つずつ搭載する構成があげられるが、これに限られるものではない。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良い。
Hereinafter, examples of embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. However, the following description does not limit the scope of the present invention. As an example, in the present embodiment, a thermal method in which bubbles are generated by a heat generating element to discharge a liquid is adopted, but the present invention is also applied to a liquid discharge head in which a piezo method and various other liquid discharge methods are adopted. Can be applied. The liquid discharge head of the present invention for discharging a liquid such as ink and the liquid discharge device equipped with the liquid discharge head can be applied to devices such as printers, copiers, facsimiles having a communication system, and word processors having a printer unit. is there. Furthermore, it can be applied to an industrial recording device that is combined with various processing devices. For example, it can also be used for biochip manufacturing, electronic circuit printing, semiconductor substrate manufacturing, and the like.
The present embodiment is an inkjet recording device (recording device) in which a liquid such as ink is circulated between the tank and the liquid ejection head, but other forms may be used. For example, two tanks may be provided on the upstream side and the downstream side of the liquid discharge head without circulating the ink, and the ink in the pressure chamber may be flowed by flowing the ink from one tank to the other tank. ..
Further, the present embodiment is a so-called line type (page wide type) head having a length corresponding to the width of the recording medium, but a so-called serial type liquid that records while scanning the recording medium. The present invention can also be applied to the discharge head. Examples of the serial type liquid ejection head include, but are not limited to, a configuration in which one recording element substrate for black ink and one recording element substrate for color ink are mounted. A form in which several recording element substrates are arranged so that the discharge ports overlap in the discharge port row direction, a short line head shorter than the width of the recording medium is created, and the line head is scanned against the recording medium. It may be one.
[第1の実施形態]
(インクジェット記録装置の説明)
本発明の、液体を吐出する装置、特にはインクを吐出して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)の概略構成を図1に示す。記録装置1000は被記録媒体2を搬送する搬送部1、被記録媒体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はカット紙に限らず、連続したロール紙であってもよい。液体吐出ヘッド3はCMYKインクによる(シアン、マゼンタ、イエロー、ブラック)フルカラー印刷が可能である。液体吐出ヘッド3には、後述するように液体を液体吐出ヘッドへ供給する供給路である液体供給手段、メインタンクおよびバッファタンク(図2参照)が流体的に接続される。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。吐出ヘッド3内における液体経路及び電気信号経路については後述する。
[First Embodiment]
(Explanation of inkjet recording device)
FIG. 1 shows a schematic configuration of a device for ejecting a liquid, particularly an inkjet recording apparatus 1000 (hereinafter, also referred to as a recording apparatus) for ejecting ink for recording according to the present invention. The
(第1の循環経路の説明)
図2は、本実施形態の記録装置に適用される循環経路の1形態である第1の循環経路を示す模式図である。図2には、液体吐出ヘッド3を、第1循環ポンプ(高圧側)1001、第1循環ポンプ(低圧側)1002、及びバッファタンク1003等に流体的に接続した図が示されている。なお図2では、説明を簡略化するためにCMYKインクの内の一色のインク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、インク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、インク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インクを吐出(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、消費されたインク分をメインタンク1006からバッファタンク1003へ移送する。
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循環ポンプとしては定量的な送液能力を有する容積型ポンプが好ましい。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であっても用いることが出来る。液体吐出ユニット300の駆動時には第1循環ポンプ(高圧側)1001及び第1循環ポンプ(低圧側)1002によって、それぞれ共通供給経路211、共通回収流路212内をある一定量のインクが流れる。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、記録画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、あまり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画像の濃度ムラが生じてしまう。そのため、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。
(Explanation of the first circulation route)
FIG. 2 is a schematic diagram showing a first circulation path, which is one form of the circulation path applied to the recording device of the present embodiment. FIG. 2 shows a diagram in which the
The two first circulation pumps 1001 and 1002 have a role of drawing out the liquid from the
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との経路の間に設けられている。負圧制御ユニット230は、記録を行うDuty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(即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ように動作する機能を有する。負圧制御ユニット230を構成する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良い。一例としては所謂「減圧レギュレーター」と同様の機構を採用することができる。減圧レギュレーターを用いた場合には、図2に示したように、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の上流側を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インク循環流量の範囲において、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適用可能である。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でも適用可能である。
The negative
図2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。2つの負圧調整機構の内、相対的に高圧設定側(図2でHと記載)、相対的に低圧側(図2で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内の共通供給経路211、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、共通回収流路212、及び各記録素子基板と連通する個別供給流路213aおよび個別回収流路213bが設けられている。個別流路213は共通供給経路211及び共通回収流路212と連通しているので、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の矢印)が発生する。共通供給流路211には圧力調整機構Hが、共通回収流路212には圧力調整機構Lが接続されているため、2つの共通流路間に差圧が生じているからである。
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出来る。またこのような構成により、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インクの流れを生じさせることが出来るので、その部位におけるインクの増粘を抑制できる。また増粘したインクやインク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、本実施形態の液体吐出ヘッド3は、高速で高画質な記録が可能となる。
As shown in FIG. 2, the negative
In this way, in the
(第2の循環経路の説明)
図3は、本実施形態の記録装置に適用される循環経路のうち、上述した第1の循環経路とは異なる循環形態である第2の循環経路を示す模式図である。前述の第1の循環経路との主な相違点は、負圧制御ユニット230を構成する2つの圧力調整機構が共に、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。この機構は、所謂「背圧レギュレーター」と同作用の機構部品である。また、他の相違点は、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するものであることである。さらに、第1循環ポンプ(高圧側)1001及び第1循環ポンプ(低圧側)1002が液体吐出ヘッド上流側に配置され、負圧制御ユニット230が液体吐出ヘッド下流側に配置されていることも相違点である。
第2の循環経路において負圧制御ユニット230は、次のように作動する。即ち、液体吐出ヘッド3により記録を行う際の記録Duty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(即ち液体吐出ユニット300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。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であっても適用可能である。
(Explanation of the second circulation route)
FIG. 3 is a schematic diagram showing a second circulation path, which is a circulation form different from the above-mentioned first circulation path, among the circulation paths applied to the recording device of the present embodiment. The main difference from the first circulation path described above is that the two pressure adjusting mechanisms constituting the negative
In the second circulation path, the negative
第1の実施形態と同様に、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。2つの負圧調整機構の内、高圧設定側(図3でHと記載)、低圧側(図3で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内の共通供給経路211、および共通回収流路212に接続されている。2つの負圧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。このことで、共通供給流路211から個別流路213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へと流れるインク流れが発生する(図3の矢印)。このように、第2の循環経路では、液体吐出ユニット300内には第1の循環経路と同様のインク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。
1つ目の利点は、第2循環経路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ヘッドへ流入する懸念が少ないことである。2つ目の利点は、第2の循環経路では、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の循環経路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インクを吐出する場合(全吐時)の吐出流量をFと定義する。そうすると、第1循環経路の場合(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。
Similar to the first embodiment, as shown in FIG. 3, the negative
The first advantage is that since the negative
一方で第2循環経路の(図3)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の循環経路の場合、第1循環ポンプ(高圧側)1001及び第1循環ポンプ(低圧側)1002の設定流量の合計値、即ち必要供給流量の最大値はA又は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循環経路における必要供給量の最大値(A又はF)は、第1循環経路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の循環経路の場合、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る。その結果、記録装置本体のコストを低減できるという利点がある。この利点は、A又はFの値が比較的大きくなるラインヘッドであるほど大きくなり、ラインヘッドの中でも長手方向の長さが長いラインヘッドほど有益である。
しかしながら一方で、第1循環経路の方が、第2循環経路に対して有利になる点もある。すなわち、第2循環経路では、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Dutyの低い画像であるほど、各ノズル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(液体の流れ方向と直交する方向の長さ)を小さくしてヘッド幅(液体吐出ヘッドの短手方向の長さ)を小さくした場合、サテライト滴の影響が大きくなる恐れがある。これは、ムラの見えやすい低Duty画像でノズルに高い負圧が印加されるためである。一方、第1循環経路の場合、高い負圧がノズルに印加されるのは高Duty画像形成時であるため、仮にサテライトが発生しても視認されにくく、画像への影響は小さいという利点がある。2つの循環経路の選択は、液体吐出ヘッドおよび記録装置本体の仕様(吐出流量F、最小循環流量A、及びヘッド内流路抵抗)に照らして、好ましい選択を採ることができる。
On the other hand, in the case of the second circulation path (FIG. 3), the amount of liquid supplied to the
However, on the other hand, there is also a point that the first circulation path is more advantageous than the second circulation path. That is, in the second circulation path, since the flow rate flowing through the
(液体吐出ヘッド構成の説明)
第1の実施形態に係る液体吐出ヘッド3の構成について説明する。図4(a)及び図4(b)は本実施形態に係る液体吐出ヘッド3の斜視図である。液体吐出ヘッド3は1つの記録素子基板10でC/M/Y/Kの4色のインクを吐出可能な記録素子基板10を直線状に15個配列(インラインに配置)される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には各記録素子基板10と、フレキシブル配線基板40および電気配線基板90を介して電気的に接続された信号入力端子91と電力供給端子92を備える。信号入力端子91及び電力供給端子92は記録装置1000の制御部と電気的に接続され、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、信号出力端子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を組み付ける時又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数が少なくて済む。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、記録装置1000の液体供給系と接続される。これによりCMYK4色のインクが記録装置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内を通ったインクが記録装置1000の供給系へ回収されるようになっている。このように各色のインクは、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。
(Explanation of liquid discharge head configuration)
The configuration of the
図5に液体吐出ヘッド3を構成する各部品またはユニットの分解斜視図を示す。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が筺体80に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3)が設けられるとともに、液体供給ユニット220の内部には、供給されるインク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)が設けられている。2つの液体供給ユニット220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を通過した液体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は各色別の圧力調整弁からなるユニットであり、それぞれの内部に弁やバネ部材などの働きによって、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。そうして、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。各色の負圧制御ユニット230内には、図2で記述したように、各色2つの圧力調整弁が内蔵されている。これら2つの圧力調整弁は、それぞれ異なる制御圧力に設定され、高圧側が液体吐出ユニット300内の共通供給流路211、低圧側が共通回収流路212と、液体供給ユニット220を介して連通している。
FIG. 5 shows an exploded perspective view of each component or unit constituting the
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を支持する為のものであって、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、材質としてはSUSやアルミなどの金属材料、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から供給される液体はジョイントゴムを介して液体吐出ユニット300を構成する第3流路部材70へと導かれる。
液体吐出ユニット300は、複数の吐出モジュール200、流路部材210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。ここで、カバー部材130は図5に示したように、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及び封止材部110(図9)が露出している。開口131の周囲の枠部は、記録待機時に液体吐出ヘッド3を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
The
次に液体吐出ユニット300に含まれる流路部材210の構成について説明する。図5に示したように、流路部材210は第1流路部材50、第2流路部材60、第3流路部材70を積層したものである。流路部材210は、液体供給ユニット220から供給された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から環流する液体を液体供給ユニット220へと戻すための流路部材である。流路部材210は液体吐出ユニット支持部81にネジ止めで固定されており、それにより流路部材210の反りや変形が抑制されている。
Next, the configuration of the
図6(a)〜(f)は第1〜第3流路部材の各流路部材の表面と裏面を示した図である。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、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す。第1流路部材50と第2流路部材60とは、夫々の流路部材の当接面である図6(b)と図6(c)が対向するように接合し、第2流路部材と第3流路部材とは、夫々の流路部材の当接面である図6(d)と図6(e)が対向するように接合する。第2流路部材60と第3流路部材70を接合することにより、夫々の流路部材に形成される共通流路溝62と71とによって、流路部材の長手方向に延在する8本の共通流路が形成される。これにより色毎に共通供給流路211と共通回収流路212のセットが流路部材210内に形成される(図7)。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により流路部材の中央側へ流路を集約することが可能となる。
6 (a) to 6 (f) are views showing the front surface and the back surface of each flow path member of the first to third flow path members. FIG. 6A shows the surface of the first
第1〜第3流路部材は、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。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。流路部材210の形成方法としては、3つの流路部材を積層させて互いに接着しても良いし、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良い。
The first to third flow path members are preferably made of a material having corrosion resistance to liquid and having a low coefficient of linear expansion. As the material, for example, a composite material (resin material) using alumina, LCP (liquid crystal polymer), PPS (polyphenyl sulfide) or PSF (polysulfone) as a base material and adding an inorganic filler such as silica fine particles or fibers is preferably used. be able to. As a method for forming the
次に図7を用いて流路部材210内の各流路の接続関係について説明する。図7は、第1〜第3流路部材を接合して形成される流路部材210内の流路を第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。流路部材210には、色毎に液体吐出ヘッド3の長手方向に伸びる共通供給流路211(211a、211b、211c、211d)、及び共通回収流路212(212a、212b、212c、212d)が設けられている。各色の共通供給流路211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、213b、213c、213d)が連通口61を介して接続されている。また、各色の共通回収流路212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、214b、214c、214d)が連通口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、流路部材の中央部に位置する記録素子基板10にインクを集約することが出来る。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にインクを回収することが出来る。
Next, the connection relationship of each flow path in the
図8は、図7のE−E線における断面を示した図である。この図に示すように、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からのインクを記録素子基板10に設けられる記録素子15(図10)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1部または全部を第1流路部材50に回収(環流)するための流路が形成されている。ここで、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(高圧側)と液体供給ユニット220を介して接続されており、また共通回収流路212は負圧制御ユニット230(低圧側)と液体供給ユニット220を介して接続されている。この負圧制御ユニット230により、共通供給流路211と共通回収流路212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8に示したように各流路を接続した本実施形態の液体吐出ヘッド内では、各色で共通供給流路211〜個別供給流路213a〜記録素子基板10〜個別回収流路213b〜共通回収流路212へと順に流れる流れが発生する。
FIG. 8 is a view showing a cross section taken along the line EE of FIG. As shown in this figure, each individual collection flow path (214a, 214c) communicates with the
(吐出モジュールの説明)
図9(a)に1つの吐出モジュール200の斜視図を、図9(b)にその分解図を示す。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の記録素子基板10と反対側の端子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と流路部材210とを流体的に連通させる流路部材である為、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。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)
FIG. 9A shows a perspective view of one
(記録素子基板の構造の説明)
本実施形態における記録素子基板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を示し、図10(b)は図10(a)のAで示した部分の拡大図を示し、図10(c)は図10(a)の裏面の平面図を示す。図10(a)に示すように、記録素子基板10の吐出口形成部材12に、各インク色に対応する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。
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。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)の端子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て液体を沸騰させる。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伸びた流路であり、それぞれ供給口17a、回収口17bを介して吐出口13と連通している。
図10(b)に示すように、記録素子基板10には、第1および第2の吐出口列が並列し、夫々の吐出口列に対応して、第1および第2の圧力室列が形成されている。また第1および第2の圧力室列の夫々に対応して、複数の供給口17aが配列される供給口列、複数の回収口17bが配列される回収口列、液体供給路18、液体回収路19が設けられている。供給口17aおよび回収口17bの夫々は、基板11の記録素子15が設けられる面に対して交差する方向に延在している。本実施形態においては、夫々の吐出口列に対して、液体供給路18と液体回収路19とが交互に並列して設けられている。また、供給口列、回収口列、液体供給路18、液体回収路19の夫々は、吐出口列の延在方向に沿って延在している。
(Explanation of the structure of the recording element substrate)
The configuration of the
As shown in FIG. 10B, a
As shown in FIG. 10B, the first and second discharge port rows are arranged in parallel on the
図10(c)および図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。本実施形態においては、液体供給路18の1本に対して3個、液体回収路19の1本に対して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の夫々の開口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、液体に対して十分な耐食性を有している物が好ましく、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
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および蓋部材20の断面を示す斜視図である。記録素子基板10はSi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とが積層されており、基板11の裏面には蓋部材20が接合されている。基板11の一方の面側には記録素子15が形成されており(図10)、その裏面側には、吐出口列に沿って延在する液体供給路18および液体回収路19を構成する溝が形成されている。基板11と蓋部材20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、流路部材210内の共通供給流路211と共通回収流路212と接続されており、液体供給路18と液体回収路19との間には差圧が生じている。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、次のように液体が流れる。即ち、基板11内に設けられた液体供給路18内の液体が、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(図11の矢印Cで示した流れ)。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からの蒸発によって生じる増粘インクや、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のインクの増粘を抑制することが出来る。液体回収路19へ回収された液体は、蓋部材20の開口21及び支持部材30の液体連通口31(図9b参照)を通じて、流路部材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。そして、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 the liquid in the
つまり記録装置本体から液体吐出ヘッド3へ供給される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、ジョイントゴム100、第3流路部材に設けられた連通口72および共通流路溝71、第2流路部材に設けられた共通流路溝62および連通口61、第1流路部材に設けられた個別流路溝52および連通口51の順に供給される。その後、支持部材30に設けられた液体連通口31、蓋部材に設けられた開口21、基板11に設けられた液体供給路18および供給口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および液体回収路19、蓋部材に設けられた開口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、第1流路部材に設けられた連通口51および個別流路溝52、第2流路部材に設けられた連通口61および共通流路溝62、第3流路部材70に設けられた共通流路溝71および連通口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の循環経路の形態においては、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。図3に示す第2の循環経路の形態においては、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の外部へ流動する。
That is, the liquid supplied from the recording device main body to the
また図2および図3に示すように、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。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、本実施形態のような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、本実施形態の液体吐出ヘッドでは、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のヨレや不吐を抑制でき、結果として高画質な記録を行うことができる。
Further, as shown in FIGS. 2 and 3, not all the liquid flowing from one end of the common
(記録素子基板間の位置関係の説明)
図12は、隣り合う2つの吐出モジュールにおける、記録素子基板の隣接部を部分的に拡大して示す平面図である。図10に示すように、本実施形態では外形形状が略平行四辺形の記録素子基板を用いている。図12に示すように各記録素子基板10における吐出口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に対し一定角度傾くように配置されている。それによって記録素子基板10同士の隣接部における吐出列は、少なくとも1つの吐出口が被記録媒体の搬送方向にオーバーラップするようになっている。図12では、D線上の2つの吐出口が互いにオーバーラップ関係にある。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も、オーバーラップする吐出口の駆動制御によって、記録画像の黒スジや白抜けを目立たなくするようにすることができる。複数の記録素子基板10を千鳥配置ではなく直線状(インライン)に配置した場合にも、図12の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出来る。なお、本実施形態では記録素子基板の主平面は平行四辺形であるが、本発明はこれに限るものではなく、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 recording element substrates)
FIG. 12 is a plan view showing a partially enlarged view of an adjacent portion of the recording element substrate in two adjacent discharge modules. As shown in FIG. 10, in this embodiment, a recording element substrate having a substantially parallelogram outer shape is used. As shown in FIG. 12, each discharge port row (14a to 14d) in which the
[第2の実施形態]
本発明の第2の実施形態によるインクジェット記録装置1000及び液体吐出ヘッド3の構成を説明する。なお以降の説明においては、主として第1実施形態と異なる部分のみを説明し、第1実施形態と同様の部分については説明を省略する。
[Second Embodiment]
The configuration of the
(インクジェット記録装置の説明)
本発明の第2の実施形態によるインクジェット記録装置を図20に示す。第2実施形態の記録装置1000はCMYKのインクごとに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へフルカラー記録を行う点が第1実施形態とは異なる。第1の実施形態において1色あたりに使用できる吐出口列数が1列だったのに対し、本実施形態2において1色あたりに使用できる吐出口列数は20列となっている(図19(a))。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。更に、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し、商業印刷などに好適である。第1の実施形態と同様に、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(図2)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。
(Explanation of inkjet recording device)
The inkjet recording apparatus according to the second embodiment of the present invention is shown in FIG. The
(循環経路の説明)
第1の実施形態と同様に、記録装置1000及び液体吐出ヘッド3間の液体循環経路としては、第1の実施形態同様、図2又は図3に示した第1および第2の循環経路を用いることができる。
(Explanation of circulation route)
As in the first embodiment, as the liquid circulation path between the
(液体吐出ヘッド構成の説明)
本発明の第2の実施形態に係る液体吐出ヘッド3の構造について説明する。図13(a)及び(b)は本実施形態に係る液体吐出ヘッド3の斜視図である。液体吐出ヘッド3は液体吐出ヘッド3の長手方向に直線状に配列される16個の記録素子基板10を備え、1色の液体で記録が可能なインクジェット式のライン型記録ヘッドである。液体吐出ヘッド3は、第1の実施形態同様、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。しかしながら本実施形態の液体吐出ヘッド3は、第1の実施形態に比べて吐出口列が多いため、液体吐出ヘッド3の両側に信号出力端子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。
(Explanation of liquid discharge head configuration)
The structure of the
図14は液体吐出ヘッド3の斜視分解図であり、液体吐出ヘッド3を構成する各部品またはユニットがその機能毎に分割されて表示されている。各ユニット及び部材の役割や液体吐出ヘッド内の液体流通の順は基本的に第1の実施形態と同様であるが、液体吐出ヘッドの剛性を担保する機能が異なる。第1の実施形態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の実施形態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。本実施形態における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は、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。2つの負圧制御ユニット230は、それぞれ異なる、相対的に高低の負圧で圧力を制御するように設定されている。また、この図のように液体吐出ヘッド3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の間で熱交換が促進されて、2つの共通流路内における温度差が低減される。そのため、共通流路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、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. 14 is a perspective exploded view of the
次に液体吐出ユニット300の流路部材210の詳細について説明する。図14に示すように流路部材210は、第1流路部材50、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から供給された液体を各吐出モジュール200へと分配する。また流路部材210は、吐出モジュール200から環流する液体を液体供給ユニット220へと戻すための流路部材として機能する。流路部材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が形成された流路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、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い。具体的にはSUSやTi、アルミナなどを好ましく用いることができる。
Next, the details of the
図15(a)は第1流路部材50の、吐出モジュール200がマウントされる側の面を示し、図15(b)はその裏面である、第2流路部材60と当接される側の面を示した図である。第1の実施形態とは異なり、第2実施形態における第1流路部材50は、各吐出モジュール200毎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ることで、複数のモジュールを配列させることで、液体吐出ヘッドの長さに対応することが出来るので、例えばB2サイズおよびそれ以上の長さに対応した比較的ロングスケールの液体吐出ヘッドに特に好適に適用できる。図15(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15(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15(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15(d)は第2流路部材60の厚み方向中央部の断面を示し、図15(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す図である。第2流路部材60の流路や連通口の機能は、第1実施形態の1色分と同様である。第2流路部材60の共通流路溝71は、その一方が図16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、夫々、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。本実施形態においては、第1の実施形態と異なり、共通供給流路211と共通回収流路212の液体の長手方向は互いに反対方向である。
FIG. 15A shows the surface of the first
図16は、記録素子基板10と流路部材210との液体の接続関係を示した透視図である。図16に示したように、流路部材210内には、液体吐出ヘッド3の長手方向に伸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。
図17は、図16のF−F線における断面を示した図である。この図に示したように、共通供給流路は、連通口61、個別連通口53、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8では不図示であるが、別の断面においては、個別回収流路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16を参照すれば明らかである。第1の実施形態と同様に、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に連通する流路が形成されており、供給した液体の一部または全部が、吐出動作を休止している吐出口13(圧力室23)を通過して、環流できるようになっている。また第1の実施形態と同様に、共通供給流路211は負圧制御ユニット230(高圧側)と、共通回収流路212は負圧制御ユニット230(低圧側)と液体供給ユニット220を介して接続されている。そのため、その差圧によって、共通供給流路211から記録素子基板10の吐出口13(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. 16 is a perspective view showing the connection relationship of the liquid between the
FIG. 17 is a diagram showing a cross section taken along the line FF of FIG. As shown in this figure, the common supply flow path is connected to the
(吐出モジュールの説明)
図18(a)に、1つの吐出モジュール200の斜視図を、図18(b)にその分解図を示す。第1実施形態との差異は、以下の点である。即ち、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に対して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20列あり、第1の実施形態の8列よりも大幅に増加しているためである。即ち、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、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の実施形態と同様である。
(Explanation of discharge module)
FIG. 18A shows a perspective view of one
(記録素子基板の構造の説明)
図19(a)は記録素子基板10の吐出口13が配される側の面の模式図、図19(c)は図19(a)の面の裏面を示す模式図である。図19(b)は図19(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を除去した場合の記録素子基板10の面を示す模式図である。図19(b)に示すように、記録素子基板10の裏面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実施形態よりも大幅に増加しているものの、第1実施形態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。各吐出口列毎に一組の液体供給路18と液体回収路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の実施形態と同様である。
(Explanation of the structure of the recording element substrate)
FIG. 19A is a schematic view of the surface of the
[各実施形態に共通する特徴の説明]
次に、上述した各実施形態に共通の特徴的な構成について説明する。以下では、図1から図12に示した第1の実施形態に係る液体吐出ヘッドの場合について説明するが、第2の実施形態に係る液体吐出ヘッドの場合も同様である。
[Explanation of features common to each embodiment]
Next, a characteristic configuration common to each of the above-described embodiments will be described. Hereinafter, the case of the liquid discharge head according to the first embodiment shown in FIGS. 1 to 12 will be described, but the same applies to the case of the liquid discharge head according to the second embodiment.
(吐出口部内の液体の流れの説明)
図21は、記録素子基板の吐出口近傍を詳細に説明する模式図である。図21(a)は、液体が吐出される吐出方向から見た平面図、図21(b)は、図21(a)のG−G線における断面図、図21(c)は、図21(a)のG−G線における断面を示す斜視図である。
記録素子基板10において、吐出動作を行っていない吐出口13では、上述したように、基板11内に設けられた液体供給路18内の液体が供給口17a、圧力室23、回収口17bを経由して液体回収路19へ流れる循環流Cが形成されている。圧力室内の循環流Cの速度は、例えば0.1〜100mm/s程度であり、液体が流動する状態で吐出動作を行っても、着弾精度等の影響が少ない速度である。このとき、吐出口13には、液体のメニスカス、すなわち、液体と大気との界面である吐出口界面24が形成されている。なお、吐出口13は、図21(b)に示すように、吐出口形成部材12に形成された、筒状の吐出口部25の端部に位置する開口部であって、吐出口部25は吐出口13と圧力室23とを連通する。吐出口13から液体が吐出される方向(図21(b)の上下方向)を「吐出方向」と称し、圧力室23内の液体の流れ方向(図21(b)の左右方向)を単に「流れ方向」と称する。
ここで、圧力室23および吐出口部25の寸法を以下のように定義する。すなわち、図21(b)に示すように、圧力室23の、吐出口部25との連通部分に対して流れ方向の上流側での高さをHと定義し、吐出口部25の吐出方向における長さをP、流れ方向における長さをWとそれぞれ定義する。これらの寸法は、一例として、Hが3〜30μm、Pが3〜30μm、Wが6〜30μmである。また、以下の説明では、吐出される液体として、不揮発性溶媒濃度が30%、色材濃度が3%、粘度が0.002〜0.003Pa・sに調整されたインクを用いた場合を例に挙げる。
(Explanation of liquid flow in the discharge port)
FIG. 21 is a schematic view for explaining in detail the vicinity of the discharge port of the recording element substrate. 21 (a) is a plan view seen from the discharge direction in which the liquid is discharged, FIG. 21 (b) is a cross-sectional view taken along the line GG of FIG. 21 (a), and FIG. 21 (c) is FIG. 21. It is a perspective view which shows the cross section in the line GG of (a).
In the
Here, the dimensions of the
図22は、吐出口13近傍の拡大断面図であり、循環流Cが定常状態にあるときの吐出口13、吐出口部25、および圧力室23における循環流Cの様子を表したものである。具体的には、上述のHが14μm、Pが5μm、Wが12.4μmの記録素子基板10に対し、流量が1.26×10−4ml/minのインクが供給口17aから圧力室23に流入した際の流れの様子を矢印で示したものである。なお、この図において、矢印の長さは速度の大きさを表すものではない。
吐出口13からのインクの蒸発により、インクの色材濃度には変化が生じるが、上述した寸法の記録素子基板10は、そのようなインクが吐出口13および吐出口部25に滞留することを抑制するようになっている。すなわち、図22に示すように、圧力室23内の循環流Cが、一部が吐出口部25の内部に流れ込み、吐出口13に形成されたメニスカス位置(メニスカス界面近傍)まで到達した後、再び吐出口部25から圧力室23に戻るようになっている。これにより、蒸発の影響を受けやすい吐出口部25だけでなく、蒸発の影響が特に大きい吐出口界面24近傍のインクまでもが、吐出口部25の内部に滞ることなく圧力室23へと流れ出すことが可能となる。ここで、循環流Cは、吐出口界面24の少なくとも中央部(吐出口の中心部)近傍において、流れ方向(図21(b)の左から右方向)の速度成分(以下、「正の速度成分」という)を持つことが特徴的である。なお、以下では、図22に示すような、吐出口界面24の少なくとも中央部近傍において循環流Cが正の速度成分を持つ流れのモードを「流れモードA」と呼ぶ。また、後述するように、吐出口界面24の中央部近傍で正の速度成分とは逆の、負の速度成分(図21(b)の右から左方向)を持つ流れのモードを「流れモードB」と呼ぶことにする。
FIG. 22 is an enlarged cross-sectional view of the vicinity of the
Although the colorant density of the ink changes due to the evaporation of the ink from the
液体吐出ヘッドにおいて循環流Cが流れモードAになるのか(あるいは流れモードBになるのか)は、上述した圧力室23および吐出口部25の寸法H、P、Wに応じて決定されることが、本発明者らにより見出されている。すなわち、流れモードAの液体吐出ヘッドでは、圧力室23の流れ方向の上流側での高さH、吐出口部25の吐出方向における長さP、流れ方向における長さW(図21(b)参照)が、以下の関係を満たしている。
H−0.34×P−0.66×W>1.7 (1)
したがって、式(1)の関係を満たす液体吐出ヘッドでは、図22に示すような流れモードAが実現され、式(1)の関係を満たさない液体吐出ヘッドでは、流れモードBが実現される。なお、式(1)の左辺を判定値Jと呼ぶ。
Whether the circulation flow C in the liquid discharge head is in the flow mode A (or in the flow mode B) is determined according to the dimensions H, P, and W of the
H −0.34 × P −0.66 × W> 1.7 (1)
Therefore, the flow mode A as shown in FIG. 22 is realized in the liquid discharge head satisfying the relation of the formula (1), and the flow mode B is realized in the liquid discharge head not satisfying the relation of the formula (1). The left side of the equation (1) is called a determination value J.
図23は、液体吐出ヘッドの各寸法と流れモードとの関係を説明するためのグラフである。横軸はPとHの比(P/H)、縦軸はWとPの比(W/P)を示している。図中の太線Tはしきい線であり、以下の関係を満たす線である。
一方、HとPとWが以下の関係を満す液体吐出ヘッドでは流れモードBが実現される。
H−0.34×P−0.66×W≦1.7 (4)
なお、流れモードBの液体吐出ヘッドは、吐出口部25の吐出方向における長さP、すなわち吐出口形成部材12の厚さを厚くすることができるため、吐出口形成部材12の割れを抑制することができる点で有利である。また、圧力室23の高さHを高くすることができるため、循環流Cを生じさせるために必要な圧力差を小さくすることができる点でも有利である。
FIG. 23 is a graph for explaining the relationship between each dimension of the liquid discharge head and the flow mode. The horizontal axis shows the ratio of P to H (P / H), and the vertical axis shows the ratio of W to P (W / P). The thick line T in the figure is a threshold line, which satisfies the following relationship.
On the other hand, the flow mode B is realized in the liquid discharge head in which H, P and W satisfy the following relationship.
H −0.34 × P −0.66 × W ≦ 1.7 (4)
Since the liquid discharge head in the flow mode B can increase the length P of the
ここで、上記関係式と吐出口部内の流れについて、図24および図25を参照して詳細に説明する。図24は、様々な形状の液体吐出ヘッドについて吐出口部内の流れの様子を確認した結果を示すグラフである。図24において、●は流れモードAになると判定された液体吐出ヘッドを示し、×は流れモードBになると判定された液体吐出ヘッドを示している。図25(a)から図25(d)は、それぞれ図24の点Aから点Dに示す液体吐出ヘッドにおける、吐出口部内の循環流の様子の例を示す図である。
図24の点Aに示す液体吐出ヘッドは、Hが3μm、Pが9μm、Wが12μmであり、式(1)の左辺である判定値Jは1.93となって1.7より大きい。この場合、実際の吐出口部25内の流れは、図25(a)に示すように、吐出口界面24の中央部近傍で正の速度成分を持った流れモードAとなる。図24の点Bに示す液体吐出ヘッドは、Hが8μm、Pが9μm、Wが12μmであり、判定値Jは1.39となって1.7より小さい。この場合、実際の吐出口部25内の流れは、図25(b)に示すように、吐出口界面24の中央部近傍で負の速度成分を持った流れモードBとなる。図24の点Cに対応する液体吐出ヘッドは、Hが6μm、Pが6μm、Wが12μmであり、判定値Jは2.0となって1.7より大きい。この場合、実際の吐出口部25内の流れは、図25(c)に示すように、吐出口界面24の中央部近傍で正の速度成分を持った流れモードAとなる。図24の点Dに対応する液体吐出ヘッドは、Hが6μm、Pが6μm、Wが6μmであり、判定値Jは1.0となって1.7より小さい。この場合、実際の吐出口部25内の流れは、図25(d)に示すように、吐出口界面24の中央部近傍で負の速度成分を持った流れモードBとなる。
Here, the above relational expression and the flow in the discharge port portion will be described in detail with reference to FIGS. 24 and 25. FIG. 24 is a graph showing the results of confirming the state of the flow in the discharge port portion for the liquid discharge heads having various shapes. In FIG. 24, ● indicates the liquid discharge head determined to be in the flow mode A, and × indicates the liquid discharge head determined to be in the flow mode B. 25 (a) to 25 (d) are diagrams showing an example of the state of the circulating flow in the discharge port portion in the liquid discharge heads shown at points A to D in FIG. 24, respectively.
The liquid discharge head shown at point A in FIG. 24 has H of 3 μm, P of 9 μm, and W of 12 μm, and the determination value J on the left side of the equation (1) is 1.93, which is larger than 1.7. In this case, as shown in FIG. 25A, the actual flow in the
このように、図23のしきい線Tを境界として、流れモードAになる液体吐出ヘッドと流れモードBになる液体吐出ヘッドとを区別することができる。つまり、式(1)の判定値Jが1.7より大きい液体吐出ヘッドでは、流れモードAが実現され、吐出口界面24の少なくとも中央部近傍で循環流Cが正の速度成分を持つ。
なお、吐出口部25内の循環流Cが流れモードAになるのか流れモードBになるのかについては、上記のH、P、Wの条件が支配的な影響を及ぼす。これら以外の条件、例えば、循環流Cの流速、インクの粘度、吐出口13の幅(流れ方向と直交する方向の長さ)などの条件については、H、P、Wの条件に比べて影響が非常に小さい。したがって、循環流速やインクの粘度については、要求される液体吐出ヘッド(インクジェット記録装置)の仕様や使用される環境条件に合わせて適宜設定することができる。例えば、圧力室23における循環流Cの流速が0.1〜100mm/s、粘度が0.01Pa・s以下のインクを使用することができる。また、流れモードAの液体吐出ヘッドにおいて、使用時の環境変化等により吐出口からのインクの蒸発量が増加する場合には、循環流Cの流量を適宜多くすることで、流れモードAを維持することができる。一方で、流れモードBとなるように寸法設定された液体吐出ヘッドにおいては、循環流Cの流量をいくら多くしても流れモードAにはならない。なお、流れモードAになる液体吐出ヘッドのうち、特にHが20μm以下、Pが20μm以下、Wが30μm以下となる液体吐出ヘッドが好ましく、これにより、より高精細な画像形成が可能となる。
In this way, the liquid discharge head in the flow mode A and the liquid discharge head in the flow mode B can be distinguished from each other with the threshold line T in FIG. 23 as a boundary. That is, in the liquid discharge head in which the determination value J of the equation (1) is larger than 1.7, the flow mode A is realized, and the circulating flow C has a positive velocity component at least in the vicinity of the central portion of the
The above conditions of H, P, and W have a dominant influence on whether the circulating flow C in the
流れモードAの液体吐出ヘッドと流れモードBの液体吐出ヘッドは、吐出口界面24の中央部近傍での循環流Cの速度成分が異なることで、吐出口部25内でのインクの色材濃度の状態も異なっている。図26(a)および図26(b)は、それぞれ流れモードAおよび流れモードBの液体吐出ヘッドにおける、吐出口部25内でのインクの色材濃度の状態を示す図である。具体的には、図26(a)および図26(b)は、それぞれ流れモードAおよび流れモードBの液体吐出ヘッドにおいて流量が1.26×10−4ml/minのインクが圧力室23に流入した際の、インクの色材濃度を等高線で表している。図26(a)は、Hが14μm、Pが5μm、Wが12.4μmの液体吐出ヘッドに対応し、図26(b)は、Hが14μm、Pが11μm、Wが12.4μmの液体吐出ヘッドに対応している。
図26(a)に示す流れモードAの液体吐出ヘッドでは、図26(b)に示す流れモードBの液体吐出ヘッドに比べて、吐出口部25内のインクの色材濃度が相対的に低くなっている。これは、図26(a)に示す流れモードAの液体吐出ヘッドでは、正の速度成分を持つ循環流Cが吐出口界面24の近傍まで達することで、吐出口部25内のインクを圧力室23まで移動(流出)させていることを意味している。これにより、流れモードAの液体吐出ヘッドでは、吐出口部25の内部のインクの滞留を抑制することができ、色材濃度の上昇を軽減することが可能となる。
The liquid discharge head in the flow mode A and the liquid discharge head in the flow mode B have different velocity components of the circulating flow C near the center of the
In the liquid discharge head of the flow mode A shown in FIG. 26 (a), the concentration of the color material of the ink in the
図27は、図26(a)に示す流れモードAの液体吐出ヘッド(ヘッドA)および図26(b)に示す流れモードBの液体吐出ヘッド(ヘッドB)からそれぞれ吐出されたインクの色材濃度を比較した実験結果を示すグラフである。具体的には、図27には、各ヘッドにおいて、圧力室23に循環流Cを発生させた状態と循環流Cを発生させずにインクの流れがない状態でそれぞれ被記録媒体に対してインクの吐出を行い、そのときのインクの色材濃度を比較した実験結果が示されている。横軸は、吐出口から液滴を吐出した後の放置時間を示しており、縦軸は、吐出したインクが被記録媒体に形成するドットの色材濃度比、具体的には、吐出周波数100Hzで吐出させたインクにより形成されたドットの濃度を1としたときの比を示している。
図27に示すように、循環流Cを発生させない場合、ヘッドAおよびヘッドBでは共に、放置時間が1秒以上で濃度比は1.3以上となり、放置してから早い時間でインクの色材濃度が高くなっている。一方で、循環流Cを発生させた場合、ヘッドBでは濃度比が約1.3となり、循環流Cを発生させない場合よりも色材濃度の増加を低減することができる。しかしながら、その低減効果は、吐出口13からのインクの蒸発により、吐出口部25に色材濃度が高くなったインクが滞留しているため十分ではない。また、色材濃度変化が1.2程度以下であれば色ムラの視認が困難であることが本発明者らにより見出されているが、ヘッドBは、この点でも十分ではない。それに対して、ヘッドAでは、放置時間が1.5秒程度であっても色材濃度比を1.1以下に抑えることができ、画像の色ムラの発生を低減することができる。なお、図27は、蒸発に伴い色材濃度が高くなる場合の実験結果を示しているが、蒸発に伴い色材濃度が低くなる場合も同様である。
27 shows a coloring material of ink ejected from the liquid ejection head (head A) of the flow mode A shown in FIG. 26 (a) and the liquid ejection head (head B) of the flow mode B shown in FIG. 26 (b), respectively. It is a graph which shows the experimental result which compared the concentration. Specifically, in FIG. 27, in each head, ink is applied to the recording medium in a state where the circulation flow C is generated in the
As shown in FIG. 27, when the circulating flow C is not generated, both the head A and the head B have a concentration ratio of 1.3 or more when the leaving time is 1 second or more, and the ink coloring material is left in an early time. The concentration is high. On the other hand, when the circulating flow C is generated, the concentration ratio of the head B is about 1.3, and the increase in the colorant concentration can be reduced as compared with the case where the circulating flow C is not generated. However, the reduction effect is not sufficient because the ink having a high colorant concentration is retained in the
このように、流れモードAの液体吐出ヘッドでは、正の速度成分を持つ循環流Cが吐出口界面24まで達することで、吐出口部25内のインク、特に吐出口界面24近傍のインクを圧力室23まで移動させることができる。これにより、吐出口部25内のインクの滞留を抑制することができ、吐出口13からのインクの蒸発に対しても、吐出口部25内のインクの色材濃度の上昇を軽減することが可能となる。また、流れモードAの液体吐出ヘッドでは、吐出動作を休止している状態でも、正の速度成分を持つ循環流Cが吐出口界面24まで達するため、常に吐出口部25内のインクの色材濃度の上昇が軽減された状態となる。そのため、休止後1発目の吐出を良好に行うことができ、画像の色ムラの発生も軽減することができる。
As described above, in the liquid discharge head of the flow mode A, the circulating flow C having a positive velocity component reaches the
(休止後1発目の吐出方向のずれの説明)
ところで、流れモードAの液体吐出ヘッドでは、吐出口部25内の色材濃度は、図26(a)に示すように循環流Cの下流側で高く、同様に液体粘度も下流側で大きくなる。一方、流れモードBの液体吐出ヘッドでは、吐出口部25内の色材濃度は、図26(b)に示すように循環流Cの上流側で高く、同様に液体粘度も上流側で大きくなる。このように、各流れモードの液体吐出ヘッドでは、吐出口部25内の色材濃度や液体粘度に偏りが生じ、この偏りに起因して、以下に示すように、液体の吐出方向に目標方向からのずれが生じることがある。なお、この吐出方向のずれは、吐出口部25内の濃度分布および粘度分布が形成されるまでに一定時間を要するため、連続的に吐出する場合には生じず、一定時間休止後1発目の吐出の場合に生じる現象である。
図28(a)は、流れモードAの液体吐出ヘッドにおける吐出方向のずれの様子を示す図である。図28(b)は、図26(a)に示す流れモードAの液体吐出ヘッドにおいて、循環流Cの流速を変えたときの、目標着弾位置からのずれの平均値をプロットしたグラフである。流れモードAの液体吐出ヘッドでは、吐出口部25内において、比較的粘度の高い箇所が循環流Cの下流側にあるため、液体の吐出方向は、連続的に吐出する場合に比べて、図28(a)に示すように、循環流Cの方向に対して上流側にずれてしまうことがある。このずれは、図28(b)に示すように、例えば約5μmである。
図29(a)は、流れモードBの液体吐出ヘッドにおける吐出方向のずれの様子を示す図である。図29(b)は、図26(b)に示す流れモードBの液体吐出ヘッドにおいて、循環流Cの流速を変えたときの、目標着弾位置からのずれの平均値をプロットしたグラフである。流れモードBの液体吐出ヘッドでは、吐出口部25内において、比較的粘度の高い箇所が循環流Cの上流側にあるため、液体の吐出方向は、連続的に吐出する場合に比べて、図29(a)に示すように、循環流Cの方向に対して下流側にずれてしまうことがある。このずれは、図29(b)に示すように、例えば約5μmである。
(Explanation of deviation in the discharge direction of the first shot after pause)
By the way, in the liquid discharge head of the flow mode A, the concentration of the coloring material in the
FIG. 28A is a diagram showing a state of deviation in the discharge direction in the liquid discharge head in the flow mode A. FIG. 28 (b) is a graph plotting the average value of deviations from the target landing position when the flow velocity of the circulating flow C is changed in the liquid discharge head of the flow mode A shown in FIG. 26 (a). In the liquid discharge head of the flow mode A, since the portion having a relatively high viscosity is located on the downstream side of the circulation flow C in the
FIG. 29A is a diagram showing a state of deviation in the discharge direction in the liquid discharge head in the flow mode B. FIG. 29 (b) is a graph plotting the average value of deviations from the target landing position when the flow velocity of the circulating flow C is changed in the liquid discharge head of the flow mode B shown in FIG. 26 (b). In the liquid discharge head of the flow mode B, since the portion having a relatively high viscosity is located on the upstream side of the circulation flow C in the
(液体吐出方向のずれを考慮した液体吐出ヘッド構成の説明)
図30(a)は、上述した液体吐出方向のずれを考慮して構成された液体吐出ヘッドの一構成例を示す平面図であり、図30(b)は、他の構成例を示す平面図である。図30(a)および図30(b)には、各吐出口13に対応する圧力室23内の循環流Cの方向が矢印で示されている。このように、液体吐出ヘッド3の全ての吐出口13において、循環流Cの方向を同一方向にすることで、休止後1発目の吐出方向のずれを揃えることができる。その結果、仮に、休止後1発目の吐出方向がずれてしまったとしても、各吐出口13におけるずれの方向は同方向なので、例えば罫線を印字する際にも、より高品位な罫線を形成することができ、より高精細で高品位な画像形成が可能になる。
液体吐出ヘッド3の構成としては、図30(a)および図30(b)に示すインライン配列の例に限定されるものではなく、様々な構成が可能である。図31(a)には、図30(b)に対応する図が示されているが、このような複数の記録素子基板10を直線状に配置した構成例に対し、図31(b)に示すように、複数の記録素子基板10を千鳥状に配置することも可能である。また、図31(a)および図31(b)に示すような、1つの支持部材30に複数の記録素子基板10が設けられた構成例に対し、図31(c)および図31(d)に示すように、複数の支持部材30に個別に記録素子基板10が設けられていてもよい。また、記録素子基板10の主平面の形状も、上述したように、図31(a)および図31(c)に示す平行四辺形であってもよく、図31(b)および図31(d)に示す長方形であってもよい。なお、図31(a)から図31(d)に示すいずれの構成例においても、液体吐出ヘッド3の全ての吐出口13において、対応する循環流Cの方向は同一である。
(Explanation of liquid discharge head configuration considering deviation in liquid discharge direction)
FIG. 30A is a plan view showing a configuration example of a liquid discharge head configured in consideration of the deviation in the liquid discharge direction described above, and FIG. 30B is a plan view showing another configuration example. Is. In FIGS. 30A and 30B, the direction of the circulation flow C in the
The configuration of the
(休止後1発目の吐出速度の低下の説明)
図32は、図26(a)に示す流れモードAの液体吐出ヘッドにおいて吐出動作の休止時間を様々に変化させ、そのときの休止後の吐出発数に対する吐出速度をプロットしたグラフである。具体的には、縦軸として、休止後10発目から30発目までの吐出速度の平均値を1としたときの比をプロットしたグラフである。図32からも明らかなように、休止後2発目以降の吐出からは、連続的に吐出する場合の吐出速度とほぼ一致した吐出速度になっているが、休止後1発目の吐出では、吐出速度がわずかに遅くなっている。これは、上述したように、吐出動作を休止することで、吐出口部25内の液体粘度が圧力室23内よりも多少大きくなるためである。すなわち、吐出速度の低下は、吐出口部25内の色材濃度(液体粘度)が上昇するまでに一定時間を要するため、上述した吐出方向のずれと同様に、連続的に吐出する場合には生じず、一定時間休止後1発目の吐出の場合に生じる現象である。このような吐出速度の低下は、流れモードBの液体吐出ヘッドにおいても同様に発生する。
(Explanation of decrease in discharge speed of the first shot after pause)
FIG. 32 is a graph in which the pause time of the discharge operation is variously changed in the liquid discharge head of the flow mode A shown in FIG. 26A, and the discharge rate with respect to the number of discharges after the pause at that time is plotted. Specifically, it is a graph in which the ratio when the average value of the discharge rates from the 10th to 30th shots after the pause is set to 1 is plotted on the vertical axis. As is clear from FIG. 32, from the second and subsequent discharges after the pause, the discharge speed is almost the same as the discharge speed in the case of continuous discharge, but in the first discharge after the pause, the discharge speed is almost the same. The discharge rate is slightly slower. This is because, as described above, by suspending the discharge operation, the viscosity of the liquid in the
(被記録媒体との相対的な移動方向を考慮した液体吐出ヘッド構成の説明)
連続的に吐出する場合に比べて休止後1発目の吐出速度が低下することは、被記録媒体上の実際の着弾位置が目標の着弾位置からずれることを意味する。このずれの方向は、常に液体吐出ヘッドに対する被記録媒体の相対的な移動方向(以下、単に「移動方向」ともいう)の上流側である。その一方で、液体の吐出方向のずれによっても着弾位置のずれは発生するが、この着弾位置のずれの方向は、吐出がずれる方向と被記録媒体の移動方向との関係に応じて異なる。また、吐出がずれる方向は、上述したように、流れモードの種類に応じて異なり、流れモードAの液体吐出ヘッドでは循環流Cの方向の上流側であり、流れモードBの液体吐出ヘッドでは循環流Cの方向の下流側である。したがって、以下に示すように、流れモードの種類に応じて被記録媒体の移動方向を適宜設定することで、吐出速度低下による着弾位置のずれと吐出方向のずれによる着弾位置のずれをほぼ相殺させることが可能になる。
(Explanation of liquid discharge head configuration considering the relative movement direction with the recording medium)
The decrease in the ejection speed of the first shot after pausing as compared with the case of continuous ejection means that the actual landing position on the recording medium deviates from the target landing position. The direction of this deviation is always the upstream side of the moving direction of the recording medium relative to the liquid discharge head (hereinafter, also simply referred to as “moving direction”). On the other hand, the deviation of the landing position also occurs due to the deviation of the liquid discharge direction, but the direction of the deviation of the landing position differs depending on the relationship between the discharge deviation direction and the moving direction of the recording medium. Further, as described above, the direction in which the discharge deviates differs depending on the type of the flow mode. The liquid discharge head in the flow mode A is on the upstream side in the direction of the circulation flow C, and the liquid discharge head in the flow mode B circulates. It is on the downstream side in the direction of flow C. Therefore, as shown below, by appropriately setting the moving direction of the recording medium according to the type of flow mode, the deviation of the landing position due to the decrease in the ejection speed and the deviation of the landing position due to the deviation of the ejection direction are substantially offset. Will be possible.
図33は、流れモードAの液体吐出ヘッドにおいて、圧力室23内の循環流Cの方向と、液体吐出ヘッドと被記録媒体との相対的な移動方向との関係を示す図である。図33に示すように、流れモードAの液体吐出ヘッドでは、圧力室23内の循環流Cの方向と被記録媒体2の搬送方向Sは反対方向に設定されている。ここで反対方向とは、必ずしも図33(a)に示す完全な反対方向だけを指すわけではなく、図33(b)に示すように、循環流Cを被記録媒体2の移動方向Sにベクトル分解した際に移動方向Sの成分とは反対方向の成分を持つことを指すものである。
図33に示す流れモードAの液体吐出ヘッドでは、休止後1発目の吐出方向のずれは、上述したように循環流Cの上流側であり、そのため、このずれによる着弾位置のずれは、移動方向Sの下流側となる。一方、休止後1発目の吐出速度低下による着弾位置のずれは、上述したように、移動方向Sの上流側である。したがって、吐出方向のずれによる着弾位置のずれと吐出速度の低下による着弾位置のずれが互いに相殺するようになるため、休止後1発目の吐出において、目標の着弾位置の近傍にインクを着弾させることが可能になる。
FIG. 33 is a diagram showing the relationship between the direction of the circulating flow C in the
In the liquid discharge head of the flow mode A shown in FIG. 33, the deviation of the discharge direction of the first shot after the pause is on the upstream side of the circulation flow C as described above, and therefore, the deviation of the landing position due to this deviation moves. It is on the downstream side of the direction S. On the other hand, the deviation of the landing position due to the decrease in the discharge speed of the first shot after the pause is on the upstream side of the moving direction S as described above. Therefore, the deviation of the landing position due to the deviation of the ejection direction and the deviation of the landing position due to the decrease of the ejection speed cancel each other out, so that the ink is landed in the vicinity of the target landing position in the first ejection after the pause. Will be possible.
図34は、流れモードBの液体吐出ヘッドにおいて、圧力室23内の循環流Cの方向と、液体吐出ヘッドと被記録媒体との相対的な移動方向との関係を示す図である。図34に示すように、流れモードBの液体吐出ヘッドでは、圧力室23内の循環流Cの方向と被記録媒体2の搬送方向Sは同一方向に設定されている。ここで同一方向とは、必ずしも図34(a)に示す完全な同一方向だけを指すわけではなく、図34(b)に示すように、循環流Cを被記録媒体2の移動方向Sにベクトル分解した際に移動方向Sの成分と同一方向の成分を持つことを指すものである。
図34に示す流れモードBの液体吐出ヘッドでは、休止後1発目の吐出方向のずれは、上述したように循環流Cの下流側であり、そのため、このずれによる着弾位置のずれは、移動方向Sの上流側となる。一方、休止後1発目の吐出速度低下による着弾位置のずれは、上述したように、移動方向Sの上流側である。したがって、吐出方向のずれによる着弾位置のずれと吐出速度の低下による着弾位置のずれが互いに相殺するようになるため、休止後1発目の吐出において、目標の着弾位置の近傍にインクを着弾させることが可能になる。
FIG. 34 is a diagram showing the relationship between the direction of the circulating flow C in the
In the liquid discharge head of the flow mode B shown in FIG. 34, the deviation of the discharge direction of the first shot after the pause is on the downstream side of the circulation flow C as described above, and therefore, the deviation of the landing position due to this deviation moves. It is on the upstream side of the direction S. On the other hand, the deviation of the landing position due to the decrease in the discharge speed of the first shot after the pause is on the upstream side of the moving direction S as described above. Therefore, the deviation of the landing position due to the deviation of the ejection direction and the deviation of the landing position due to the decrease of the ejection speed cancel each other out, so that the ink is landed in the vicinity of the target landing position in the first ejection after the pause. Will be possible.
以上のように、流れモードの種類に応じて被記録媒体の移動方向を適宜設定することで、休止後1発目の吐出時に生じる吐出速度の変化や吐出方向の乱れに起因する着弾位置の乱れを低減して、より高精細で高品位な画像を形成することが可能になる。
なお、このような方法は、基板11の温度調節を行うように構成された液体吐出ヘッドに対して、特に有効である。すなわち、基板11の温度調節を行うことで、基板11の温度変化により生じる吐出速度の変化や吐出量の変化を抑制することができる反面、液体の温度が上昇すると、吐出口13からの液体の蒸発量が増え、吐出口部25内の濃度分布が大きくなる。その結果、休止後1発目の吐出方向のずれや吐出速度の低下が共に大きくなることがあるが、流れモードの種類に応じて被記録媒体の移動方向が適宜設定されていることで、それぞれに起因する着弾位置の乱れを互いに相殺することが可能となる。基板11の温度を調節するために、液体を吐出するために利用される記録素子15を温度調節手段として用いることができ、温度調節用の別のヒータを設けることもできる。
また、このような方法は、シリアル型の液体吐出ヘッドにも適用可能であり、その場合、液体吐出ヘッドのスキャン方向に応じて、循環流Cの方向を反転させるようになっていればよい。循環流Cの方向を反転させる方法としては、2つのタンク間の圧力差を逆転させる方法やポンプの回転を逆転させる方法が挙げられる。
As described above, by appropriately setting the moving direction of the recording medium according to the type of flow mode, the landing position is disturbed due to the change in the ejection speed that occurs at the time of the first ejection after the pause and the disturbance in the ejection direction. It becomes possible to form a higher-definition and higher-quality image by reducing the number of images.
It should be noted that such a method is particularly effective for a liquid discharge head configured to control the temperature of the
Further, such a method can also be applied to a serial type liquid discharge head, and in that case, the direction of the circulating flow C may be reversed according to the scanning direction of the liquid discharge head. Examples of the method of reversing the direction of the circulating flow C include a method of reversing the pressure difference between the two tanks and a method of reversing the rotation of the pump.
3 液体吐出ヘッド
10 記録素子基板
18 液体供給路
19 液体回収路
23 圧力室
3
Claims (14)
前記第1および第2の吐出口列に対応して設けられる第1および第2の圧力室列であって、液体を吐出するために利用されるエネルギーを発生する記録素子を内部に備えるとともに前記吐出口と吐出口部を介して連通する圧力室が各々配列される第1および第2の圧力室列と、
前記第1の圧力室列に液体を供給する第1の液体供給路と、前記第1の圧力室列から液体を回収する第1の液体回収路と、
前記第2の圧力室列に液体を供給する第2の液体供給路と、前記第2の圧力室列から液体を回収する第2の液体回収路と、
が設けられる記録素子基板を被記録媒体の幅に相当する長さにわたって複数備えたページワイド型の液体吐出ヘッドであって、
前記第1の液体供給路、前記第1の液体回収路、前記第2の液体供給路、前記第2の液体回収路がこの順に並列して設けられており、
記録の際には、前記第1および第2の圧力室列に含まれる複数の前記圧力室の各々において、前記液体供給路から前記圧力室を介して前記液体回収路に流れる前記圧力室内の液体の流れ方向は同一方向であり、
前記圧力室の、前記吐出口部との連通部分に対して前記液体の流れ方向の上流側での高さHと、前記吐出口部の液体の吐出方向における長さPと、前記吐出口部の前記液体の流れ方向における長さW(H、P、Wは長さの単位が同じ)とが、
H−0.34×P−0.66×W>1.7
の関係を満たす場合、
前記第1および第2の圧力室列に含まれる複数の前記圧力室の各々の内部を流れる液体の流れ方向は、液体吐出の際における前記液体吐出ヘッドに対する前記被記録媒体の相対的な移動方向と反対方向である、液体吐出ヘッド。 The first and second discharge port rows in which the discharge ports for discharging the liquid are arranged and parallel to each other,
The first and second pressure chamber rows provided corresponding to the first and second discharge port rows are internally provided with a recording element for generating energy used for discharging the liquid, and the above-mentioned A first and second pressure chamber row in which pressure chambers communicating through the discharge port and the discharge port are arranged, respectively.
A first liquid supply path for supplying liquid to the first pressure chamber row, a first liquid recovery path for recovering liquid from the first pressure chamber row, and the like.
A second liquid supply path for supplying liquid to the second pressure chamber row, a second liquid recovery path for recovering liquid from the second pressure chamber row, and the like.
A page-wide type liquid discharge head provided with a plurality of recording element substrates provided with a plurality of recording element substrates over a length corresponding to the width of the recording medium .
The first liquid supply path, the first liquid recovery path, the second liquid supply path, and the second liquid recovery path are provided in this order in parallel.
At the time of recording, in each of the plurality of pressure chambers included in the first and second pressure chamber rows, the liquid in the pressure chamber flowing from the liquid supply passage to the liquid recovery passage through the pressure chamber. The flow direction is the same,
The height H of the pressure chamber on the upstream side in the liquid flow direction with respect to the communication portion with the discharge port portion, the length P of the discharge port portion in the liquid discharge direction, and the discharge port portion. The length W in the flow direction of the liquid (H, P, W have the same unit of length) is
H -0.34 × P -0.66 × W> 1.7
If you meet the relationship
Said first and second plurality of flow direction of the liquid flowing within each of said pressure chamber included in the pressure chamber row in the relative moving direction of the recording medium with respect to the liquid discharge head definitive when the liquid discharge Liquid discharge head in the opposite direction.
前記第1および第2の吐出口列に対応して設けられる第1および第2の圧力室列であって、液体を吐出するために利用されるエネルギーを発生する記録素子を内部に備えるとともに前記吐出口と吐出口部を介して連通する圧力室が各々配列される第1および第2の圧力室列と、
前記第1の圧力室列に液体を供給する第1の液体供給路と、前記第1の圧力室列から液体を回収する第1の液体回収路と、
前記第2の圧力室列に液体を供給する第2の液体供給路と、前記第2の圧力室列から液体を回収する第2の液体回収路と、
が設けられる記録素子基板を被記録媒体の幅に相当する長さにわたって複数備えたページワイド型の液体吐出ヘッドであって、
前記第1の液体供給路、前記第1の液体回収路、前記第2の液体供給路、前記第2の液体回収路がこの順に並列して設けられており、
記録の際には、前記第1および第2の圧力室列に含まれる複数の前記圧力室の各々において、前記液体供給路から前記圧力室を介して前記液体回収路に流れる前記圧力室内の液体の流れ方向は同一方向であり、
前記圧力室の、前記吐出口部との連通部分に対して前記液体の流れ方向の上流側での高さHと、前記吐出口部の液体の吐出方向における長さPと、前記吐出口部の前記液体の流れ方向における長さW(H、P、Wは長さの単位が同じ)とが、
H−0.34×P−0.66×W≦1.7
の関係を満たす場合、
前記第1および第2の圧力室列に含まれる複数の前記圧力室の各々の内部を流れる液体の流れ方向は、液体吐出の際における前記液体吐出ヘッドに対する前記被記録媒体の相対的な移動方向と同一方向である、液体吐出ヘッド。 The first and second discharge port rows in which the discharge ports for discharging the liquid are arranged and parallel to each other,
The first and second pressure chamber rows provided corresponding to the first and second discharge port rows are internally provided with a recording element for generating energy used for discharging the liquid, and the above-mentioned A first and second pressure chamber row in which pressure chambers communicating through the discharge port and the discharge port are arranged, respectively.
A first liquid supply path for supplying liquid to the first pressure chamber row, a first liquid recovery path for recovering liquid from the first pressure chamber row, and the like.
A second liquid supply path for supplying liquid to the second pressure chamber row, a second liquid recovery path for recovering liquid from the second pressure chamber row, and the like.
A page-wide type liquid discharge head provided with a plurality of recording element substrates provided with a plurality of recording element substrates over a length corresponding to the width of the recording medium .
The first liquid supply path, the first liquid recovery path, the second liquid supply path, and the second liquid recovery path are provided in this order in parallel.
At the time of recording, in each of the plurality of pressure chambers included in the first and second pressure chamber rows, the liquid in the pressure chamber flowing from the liquid supply passage to the liquid recovery passage through the pressure chamber. The flow direction is the same,
The height H of the pressure chamber on the upstream side in the liquid flow direction with respect to the communication portion with the discharge port portion, the length P of the discharge port portion in the liquid discharge direction, and the discharge port portion. The length W in the flow direction of the liquid (H, P, W have the same unit of length) is
H −0.34 × P −0.66 × W ≦ 1.7
If you meet the relationship
Said first and second plurality of flow direction of the liquid flowing within each of said pressure chamber included in the pressure chamber row in the relative moving direction of the recording medium with respect to the liquid discharge head definitive when the liquid discharge Liquid discharge head in the same direction as.
前記第1および第2の液体供給路と、前記第1および第2の液体回収路の夫々は、前記第1の吐出口列の延在方向に沿って延在している、請求項1から3のいずれか1項に記載の液体吐出ヘッド。 The recording element substrate includes a first supply port row in which a plurality of first supply ports for supplying liquid from the first liquid supply path to the first pressure chamber row are arranged, and the first supply port row. A first collection port row in which a plurality of first collection ports for collecting liquid from the pressure chamber row 1 are arranged in the first liquid recovery path, and the second collection port row from the second liquid supply path. A second supply port row in which a plurality of second supply ports for supplying liquid to the pressure chamber row of the liquid are arranged, and a liquid is collected from the second pressure chamber row to the second liquid recovery path. A second collection port row, in which a plurality of second collection ports are arranged for the purpose, is provided.
From claim 1, the first and second liquid supply paths and the first and second liquid recovery paths each extend along the extending direction of the first discharge port row. The liquid discharge head according to any one of 3.
複数の前記記録素子基板と、
前記複数の記録素子基板を支持するとともに、前記複数の記録素子基板に液体を供給する共通供給流路と、前記複数の記録素子基板から液体を回収する共通回収流路と、を備える流路部材と、
を有する、請求項1から9のいずれか1項に記載の液体吐出ヘッド。 A page-wide liquid discharge head
With the plurality of recording element substrates,
A flow path member that supports the plurality of recording element substrates and includes a common supply flow path for supplying liquid to the plurality of recording element substrates and a common recovery flow path for recovering liquid from the plurality of recording element substrates. When,
The liquid discharge head according to any one of claims 1 to 9.
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