以下、図面を用いて本発明を適用可能な各構成例および実施例を説明する。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。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。
Hereinafter, each configuration example and embodiment to which the present invention can be applied 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 following description, a heat generating element is used as a recording element that generates energy for discharging a liquid, and bubbles are generated in the liquid in the pressure chamber by heat to discharge the liquid from a discharge port, so-called thermal type liquid discharge. The head will be described as an example. However, the liquid discharge head to which the present invention is applicable is not limited to the thermal type, and the present invention is also applied to the piezo type using a piezoelectric element and the liquid discharge head adopting various other liquid discharge methods. 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 a printer, a copying machine, a facsimile having a communication system, and a word processor having a printer unit. 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.
また以下の説明では、記録液(例えばインク)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 discharge head used in a liquid discharge device that circulates a liquid such as a recording liquid (for example, ink) between a tank and a liquid discharge head will be described, but a liquid discharge head based on the present invention will be used. The liquid discharge device is not limited to this. In the form of providing tanks on the upstream side and the downstream side without circulating the liquid, and flowing the liquid from one tank to the other tank via the liquid discharge head, the liquid flows in the pressure chamber of the liquid discharge head. The present invention can also be applied to a liquid discharge 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(ページワイド型)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 discharge head is configured as a so-called line type (page wide type) head having a length corresponding to the width of the recording medium. However, the present invention can also be applied to a so-called serial type liquid discharge head that completes recording on a recording medium by scanning in the main scanning direction and the sub-scanning direction. The serial type liquid discharge head includes, for example, one in which one recording element substrate for a black recording liquid and one recording element substrate for a color recording liquid are mounted, but the serial type is not limited to this. For the serial type liquid discharge head, a short line head shorter than the width of the recording medium is created by arranging several recording element substrates so as to overlap the discharge ports in the discharge port row direction, and the line head is recorded. It may be in the form of scanning the medium.
(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流路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。
(Explanation of the liquid discharge device of the first configuration example)
First, as an example of a liquid discharge device based on the present invention, an inkjet recording device 1000 (hereinafter, also referred to as a recording device) that discharges a recording liquid as a liquid from a discharge port and records on a recording medium will be described. FIG. 1 shows a schematic configuration of a recording device 1000, which is a liquid discharge device of the first configuration example. The recording device 1000 includes a transport unit 1 for transporting the recording medium 2 and a line-type liquid discharge head 3 arranged substantially orthogonal to the transport direction of the recording medium 2, and can record a plurality of the recording media 2. It is a line-type recording device that continuously or intermittently conveys and continuously records in one pass. The recording medium 2 is, for example, cut paper, but may be continuous roll paper or the like in addition to the cut paper. The liquid discharge head 3 can record in full color by recording liquid of each color of cyan (C), magenta (M), yellow (Y) and black (K) (hereinafter, these colors are collectively referred to as CMYK). It is a thing. As will be described later, the liquid supply means, the main tank, and the buffer tank (see FIG. 2), which are supply paths for supplying the liquid to the liquid discharge head 3, are fluidly connected to the liquid discharge head 3. As shown in FIG. 2 described later, the liquid discharge head 3 is roughly classified into a liquid supply unit 220, a negative pressure control unit 230, and a liquid discharge unit 300. The liquid discharge unit 300 is provided with a plurality of recording element substrates 10, a common supply flow path 211, and a common recovery flow path 212, and each recording element substrate 10 is provided with a plurality of recording elements. In the liquid discharge head 300, the recording liquid is supplied to each recording element substrate 10 from the common supply flow path 211 as shown by the arrow in the drawing, and the recording liquid is collected through the common recovery flow path 212. ing. Further, an electric control unit that transmits electric power and a discharge control signal to the liquid discharge head 3 is electrically connected to the liquid discharge head 3. Details of the liquid path and the electric signal path in the liquid discharge 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し、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 form)
FIG. 2 shows a first circulation form, which is one form of a circulation path configuration applied to a liquid discharge device based on 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. In FIG. 2, for simplification of the explanation, only the path through which the recording liquid of one color of the recording liquids of each color of CMYK flows is shown, but in reality, the circulation path for four colors is the liquid discharge head 3. And is provided in the main body of the recording device. The buffer tank 1003 as a sub tank connected to the main tank 1006 functions as a storage means for storing the recording liquid, has an atmospheric communication port (not shown) that communicates the inside and the outside of the tank, and is contained in the recording liquid. It is possible to discharge air bubbles 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 consumed by 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 recorded liquid content 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、共通供給流路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 out the liquid from the liquid connection portion 111 of the liquid discharge head 3 and flowing it to the buffer tank 1003. As the first circulation pumps 1001 and 1002, it is preferable to use a positive displacement pump having a quantitative liquid feeding capacity. Specific examples thereof include tube pumps, gear pumps, diaphragm pumps, syringe pumps, etc. For example, a general constant flow valve or relief valve is arranged at the pump outlet to secure a constant flow rate. be able to. When the liquid discharge head 300 is driven, the recording liquid flows in the common supply flow path 211 and the common recovery flow path 212 at a constant flow rate by the first circulation pump 1001 on the high pressure side and the first circulation pump 1002 on the low pressure side, respectively. The flow rate is preferably set so that the temperature difference between the recording element substrates 10 in the liquid discharge 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 between the recording element substrates 10 becomes too large due to the influence of the pressure loss of the flow path in the liquid discharge unit 300, resulting in density unevenness 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 recording element substrates 10. Of the paths through which the recording liquid circulates, the path including the first circulation pump 1001 on the high pressure side constitutes the first circulation system in this liquid discharge device, and the path including the first circulation pump 1002 on the low pressure side. The path constitutes a second circulatory system in this liquid discharge 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、負圧制御手段として機能するものであり、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220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 to the liquid discharge head 3. The negative pressure control unit 230 functions as a negative pressure control means, and is provided in a path between the second circulation pump 1004 and the liquid discharge unit 300. The negative pressure control unit 230 has a constant pressure at which the pressure on the downstream side (that is, the liquid discharge unit 300 side) of the negative pressure control unit 230 is preset even when the flow rate of the circulation system fluctuates due to the difference in duty during recording. 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 the pressure downstream of itself can be controlled with fluctuations within a certain range around a desired set pressure. As an example, one having a mechanism similar to that of a so-called decompression regulator can be adopted. When a pressure reducing regulator is used as the pressure adjusting mechanism, it is preferable that the upstream side of the negative pressure control unit 230 is pressurized by the second circulation pump 1004 via the liquid supply unit 220 as shown in FIG. In this way, the influence of the head pressure on the liquid discharge head 3 of the buffer tank 1003 can be suppressed, so that the degree of freedom in the layout of the buffer tank 1003 in the recording device 1000 can be expanded. The second circulation pump 1004 may be a pump having a lift pressure equal to or higher than a certain pressure within the range of the circulation flow rate of the recording liquid used when driving the liquid discharge head 3, and may be a turbo pump, a positive displacement pump, or the like. 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内の共通供給流路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、共通供給流路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212の間に差圧が生じるからである。
Of the two pressure adjusting mechanisms in the negative pressure control unit 230, the pressure adjusting mechanism (indicated by H in FIG. 2) in which a relatively high pressure is set passes through the inside of the liquid supply unit 220 and the liquid discharge unit 300. It is connected to the common supply flow path 211 inside. Similarly, the pressure adjusting mechanism (indicated by L in FIG. 2) in which the relatively low pressure is set is connected to the common recovery flow path 212 in the liquid discharge unit 300 via the liquid supply unit 220. In addition to the common supply flow path 211 and the common recovery flow path 212, the liquid discharge unit 300 is provided with an individual supply flow path 213 and an individual recovery flow path 214 that communicate with each recording element substrate 10, respectively. The individual supply flow paths 213 and the individual recovery flow paths 214 provided for each recording element substrate are collectively referred to as individual flow paths. 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) is generated in which a part of the liquid such as the recording liquid passes from the common supply flow path 211 through the internal flow path of the recording element substrate 10 to the common recovery flow path 212. This is because the high pressure side pressure adjusting mechanism H is connected to the common supply flow path 211 and the low pressure side pressure adjusting mechanism L is connected to the common recovery flow path 212, so that the common supply flow path 211 and the common recovery flow flow are connected. This is because a differential pressure is generated between the roads 212.
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。また、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 discharge unit 300, a part of the liquid passes through each recording element substrate 10 while flowing the liquid so as to pass through the common supply flow path 211 and the common recovery flow path 212, respectively. A 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 flow path 211 and the common recovery flow path 212. Further, when recording is performed by the liquid discharge head 3, the flow of the recording liquid can be generated even in the discharge port or the pressure chamber where the recording is not performed, so that the solvent component of the recording liquid evaporates at that site. As a result, it is possible to suppress an increase in the viscosity of the recording liquid. In addition, the thickened recording liquid and foreign matter in the recording liquid can be discharged to the common recovery flow path 212. Therefore, by using the liquid discharge head 3 described above, it is possible to perform recording at high speed and with high quality.
(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 form)
FIG. 3 shows a second circulation mode, which is a circulation mode different from the first circulation mode described above, among the circulation path configurations applied to the liquid discharge device based on the present invention. The main difference between the second circulation mode and the first circulation mode is that the two pressure adjusting mechanisms constituting the negative pressure control unit 230 both apply pressure on the upstream side of the negative pressure control unit 230. It is a mechanism that controls fluctuations within a certain range around a desired set pressure. Such a pressure adjusting mechanism can be configured as a mechanical component having the same function as a so-called back pressure regulator. Further, the second circulation pump 1004 acts as a negative pressure source for reducing the pressure on the downstream side of the negative pressure control unit 230, and the first circulation pumps 1001 and 1002 on the high pressure side and the low pressure side are arranged on the upstream side of the liquid discharge head 3. ing. Along with this, the negative pressure control unit 230 is arranged on the downstream side of the liquid discharge 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 its own upstream pressure fluctuation even if there is a fluctuation in the flow rate caused by a change in the recording duty when recording is performed by the liquid discharge 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 discharge unit 300 side. As shown in FIG. 3, it is preferable that the second circulation pump 1004 pressurizes 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 discharge head 3 can be suppressed, so that the layout selection range of the buffer tank 1003 in the recording device 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 different control pressures are set. The high pressure setting side (denoted as H in FIG. 3) and the pressure adjusting mechanism on the low pressure setting side (denoted as L in FIG. 3) pass through the liquid supply unit 220 and the common supply flow path in the liquid discharge unit 300, respectively. It is connected to 211 and the common recovery flow path 212. By making the pressure of the common supply flow path 211 relatively higher than the pressure of the common recovery flow path 212 by these two pressure adjusting mechanisms, the individual flow path from the common supply flow path 211 and the internal flow path of each recording element substrate 10 A flow of the recording liquid flowing to the common recovery flow path 212 is generated. The flow of the recording liquid is indicated by a white arrow in FIG. As described above, in the second circulation mode, the same flow state of the recording liquid as in the first circulation mode can be obtained in the liquid discharge unit 300, but there are two advantages different from those in 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 discharge head 3, so that dust and foreign matter generated from the negative pressure control unit 230 flow into the liquid discharge head 3. There is little concern about doing so.
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 required flow rate supplied from the buffer tank 1003 to the liquid discharge head 3 is smaller than in the case of the first circulation mode. The reason is as follows. Let A be the total flow rate 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 keep the temperature difference in the liquid discharge unit 300 within a desired range when the temperature of the liquid discharge 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 total 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, so that at the time of total discharge. The maximum value of the required liquid supply amount to the liquid discharge head 3 is A + F. On the other hand, in the case of the second circulation mode shown in FIG. 3, the amount of liquid supplied to the liquid discharge head 3 required during recording standby is the flow rate A. Then, the amount of supply to the liquid discharge head 3 required at the time of total discharge is the flow rate F. 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 larger than the maximum value (A + F) of the required supply flow rate in the first circulation mode. Will always be smaller. Therefore, in the case of the second circulation mode, the degree of freedom of the applicable circulation pump is increased. For example, a low-cost circulation pump having a simple configuration can be used, or a load of a cooler (not shown) installed in the main body side path can be used. Can be reduced, and the cost of the recording device main body can be reduced. This advantage increases as the value of A or F becomes relatively large for the line type head, and is more beneficial for the line type head which is longer in the longitudinal direction.
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 a point that the first circulation form is more advantageous than the second circulation form. In the second circulation mode, since the flow rate flowing through the liquid discharge unit 300 during the recording standby is the maximum, the lower the recording duty of the image, the higher the negative pressure is applied to each discharge port. Therefore, especially when the flow path width of the common supply flow path 211 and the common recovery flow path 212 is reduced to reduce the head width, a high negative pressure is applied to the discharge port in a low-duty image in which unevenness is easily visible. The effect of satellite droplets may increase. Here, the flow path widths of the common supply flow path 211 and the common recovery flow path 212 are the lengths in the direction orthogonal to the liquid flow direction, and the head width is the length in the lateral direction of the liquid discharge head 3. Is. On the other hand, in the case of the first circulation mode, a high negative pressure is applied to the discharge port at the time of forming a high-duty image, so even if satellite droplets are generated, they are difficult to see in the recorded image, and the image is displayed. The advantage is that the effect of is small. In selecting these two circulation modes, a preferable one may be selected in light of the specifications of the liquid discharge head 3 and the recording device main body (discharge flow rate F, minimum circulation flow rate A, and flow path resistance in the liquid discharge 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が直線状に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。
(Explanation of liquid discharge head configuration)
Next, the configuration of the liquid discharge head 3 will be described with reference to FIG. FIG. 4A is a perspective view seen from the side of the surface of the liquid discharge head 3 where the discharge port is formed, and FIG. 4B is a perspective view seen from the direction opposite to that of FIG. 4A. In the liquid discharge head 3, 15 recording element substrates 10 capable of discharging recording liquids of four colors of cyan (C), magenta (M), yellow (Y), and black (K) are linearly arranged (in-line). It is a line type liquid discharge head arranged in. As shown in FIG. 4A, the liquid discharge head 3 includes 15 recording element boards 10, a flexible wiring board 40, and an electrical wiring board 90. The electric wiring board 90 is provided with a signal input terminal 91 and a power supply terminal 92, and the signal input terminal 91 and the power supply terminal 92 are connected to 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 recording device 1000, and supply the discharge drive signal and the power required for discharge to the recording element substrate 10, respectively. By consolidating the wiring by the electric circuit in the electric wiring board 90, the number of signal output terminals 91 and power supply terminals 92 can be reduced as compared with the number of recording element boards 10. This makes it possible to reduce the number of electrical connections that need to be removed when assembling the liquid discharge head 3 to the recording device 1000 or when replacing the liquid discharge head. As shown in FIG. 4B, the liquid connection portions 111 provided at both ends of the liquid discharge head 3 are connected to, for example, the liquid supply system of the recording device 1000 as shown in FIG. 2 or FIG. As a result, the recording liquid of each color of CMYK is supplied from the supply system of the recording device 1000 to the liquid discharge head 3, and the recording liquid that has passed through the liquid discharge head 3 is collected to the supply system of the recording device 1000. There is. In this way, the recording liquid of each color can be circulated through the path of the recording device 1000 and the path of the liquid discharge 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 constituting the liquid discharge head 3 divided according to its function. The liquid discharge head 3 includes a housing 80, and a liquid discharge unit 300, a liquid supply unit 220, and an electrical 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, filters 221 (see FIGS. 2 and 3) for each color that communicate with each opening of the liquid connection portion 111 are provided in order to remove foreign substances in the supplied recording liquid. In the illustrated one, two liquid supply units 220 and two negative pressure control units 230 are provided for one liquid discharge head. The two liquid supply units 220 are each 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 is generated in the supply system of the recording device 1000 (liquid discharge head) caused by fluctuations in the flow rate of the liquid due to the action of valves and spring members provided inside the pressure adjusting mechanism. The pressure loss change 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 (liquid discharge unit 300 side) of the pressure control unit within a certain 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 flow path 211 in the liquid discharge unit 300, and the pressure adjusting mechanism on the low pressure side communicates with the common recovery flow path 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 is composed of a liquid discharge unit support portion 81 and an electric wiring board support portion 82, supports the liquid discharge unit 300 and the electric wiring board 90, and secures the rigidity of the liquid discharge head 3. The electric wiring board support portion 82 is for supporting the electric wiring board 90, and is fixed to the liquid discharge unit support portion 81 by screwing. The liquid discharge unit support portion 81 has a role of correcting the warp and deformation of the liquid discharge unit 300 to ensure the relative position accuracy of the plurality of recording element substrates 10, thereby suppressing streaks and unevenness in the recorded material. 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 preferable. Openings 83 and 84 into which the joint rubber 100 is inserted are provided at both ends of the liquid discharge unit support portion 81 in the longitudinal direction. The liquid such as the recording liquid supplied from the liquid supply unit 220 is guided to the third flow path member 70 described later, which constitutes the liquid discharge 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 discharge unit 300 includes a plurality of discharge modules 200 and a flow path constituent member 210, and a cover member 130 is attached to the surface of the liquid discharge 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 included in the discharge 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 discharge head 3 on which the discharge port is formed during recording standby. Therefore, by applying an adhesive, a sealing material, a filler, or the like along the periphery of the opening 131 to fill the irregularities and gaps on the discharge port forming surface of the liquid discharge unit 300, a closed space is formed at the time of capping. 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 constituent member 210 included in the liquid discharge unit 300 will be described. The flow path component 210 is for distributing the liquid such as the recording liquid supplied from the liquid supply unit 220 to each discharge module 200, and returning the liquid refluxed from the discharge module 200 to the liquid supply unit 220. be. As shown in FIG. 5, the flow path constituent member 210 is a stack of a first flow path member 50, a second flow path member 60, and a third flow path member 70 in this order, and is a liquid discharge unit support portion 81. It is fixed with screws. As a result, warpage and deformation of the flow path constituent 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流路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、色ごとに分けて個別回収流路214を示すときは符号214の代わりに符号214a〜214dを使用する。
6 (a) to 6 (f) show the front surface and the back surface 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, whereas FIG. 6F shows the liquid discharge unit of the third flow path member 70. The surface on the side that comes into contact with the support portion 81 is shown. FIG. 6 (b) shows the contact surface of the first flow path member 50 with the second flow path member 60, and FIG. 6 (c) corresponds to this, FIG. 6 (c) shows the second flow path member 60 of the second flow path member 60. 1 The contact surface with the flow path member 50 is shown. Similarly, FIG. 6 (d) shows the contact surface of the second flow path member 60 with the third flow path member 70, and FIG. 6 (e) shows the second flow path of the third flow path member 70. The contact surface with the member 60 is shown. Common flow path grooves formed in the respective flow path members 60 and 70 by joining the second flow path member 60 and the third flow path member 70 on the surfaces shown in FIGS. 6 (d) and 6 (e). The 62 and 71 form eight common flow paths extending in the longitudinal direction of the flow path members 60 and 70. As a result, a pair of the common supply flow path 211 and the common recovery flow path 212 for each color of CMYK is formed in the flow path 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 fluidly circulates with the liquid supply unit 220. A plurality of communication ports 61 are formed on the bottom surface of the common flow path groove 62 of the second flow path member 60, and communicate with one end of the individual flow path groove 52 of the first flow path member 50. A communication port 51 is formed at the other end of the individual flow path groove 52 of the first flow path member 50, and is fluidly communicated with the plurality of discharge modules 200 via the communication port 51. The individual flow path groove 52 makes it possible to consolidate the flow paths toward the center side of the first flow path member 50 in the lateral direction. In the following description, when the common supply flow path 211 is shown separately for each color of the recording liquid, the reference numerals 211a to 211d are used instead of the reference numeral 211, and when the common recovery flow path 212 is shown separately for each color. Reference numerals 212a to 212d are used instead of reference numeral 212. Similarly, when the individual supply flow paths 213 are shown separately for each color of the recording liquid, the reference numerals 213a to 213d are used instead of the reference numerals 213, and when the individual recovery flow paths 214 are shown separately for each color, the reference numerals 214 are used. Codes 214a-214d are used instead.
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。
The first to third flow path members 50, 60, 70 constituting the flow path constituent member 210 are preferably made of a material having corrosion resistance to a liquid such as a recording liquid and having a low coefficient of linear expansion. As the material thereof, 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 preferable. Can be used. As a method for forming the flow path constituent member 210, three flow path members 50, 60, 70 may be laminated and bonded to each other, or when a resin composite resin material is selected as the material, a joining method by welding 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 constituent 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 component member 210 formed by joining the first to third flow path members 50, 60, 70. It is a perspective view which is a part enlarged from the surface side. The region 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 path constituent members 210 are provided with common supply flow paths 211a to 211d and common recovery flow paths 212a to 212d extending in the longitudinal direction of the liquid discharge 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 communication ports 61, respectively. Further, a plurality of individual recovery channels 214a to 214d formed by the individual channel grooves 52 are connected to the common recovery channels 212a to 212d of each color via communication ports 61, respectively. With such a flow path configuration, the recording liquid is collected from each common supply flow path 211 via the individual supply flow path 213 to the recording element substrate 10 provided corresponding to the central portion of the flow path constituent member 210. can do. Further, the recording liquid can be recovered from the recording element substrate 10 to each common recovery flow path 212 via the individual recovery flow path 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 the cross-sectional configuration of the flow path constituent member 210 and the discharge module 200 on the line EE of FIG. As shown in the figure, the individual collection flow paths 214a and 214c communicate with the discharge module 200 via the communication port 51. In FIG. 8, only the individual collection flow paths 214a and 214c are shown, but in another cross section, the individual supply flow paths 213 and the discharge module 200 communicate with each other as shown in FIG. 7. In order to supply the recording liquid from the first flow path member 50 to the recording element 15 (see FIG. 10) provided on the recording element substrate 10 to the support member 30 and the recording element substrate 10 included in each discharge module 200. Flow path is formed. Further, the support member 30 and the recording element substrate 10 are also formed with a flow path for collecting (refluxing) a part or all of the liquid supplied to the recording element 15 to the first flow path member 50. The common supply flow path 211 of each color is connected to the pressure adjusting mechanism on the high pressure side of the negative pressure control unit 230 of the corresponding color via the liquid supply unit 220. Similarly, the common recovery flow path 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 differential pressure (pressure difference) is generated between the common supply flow path 211 and the common recovery flow path 212. Therefore, in the liquid discharge head 3 in which each flow path is 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 generated in order from the road 214 to the common recovery flow path 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. FIG. 9A is a perspective view of the discharge module 200, and FIG. 9B is an exploded view thereof. As a method of manufacturing the discharge module 200, first, the recording element substrate 10 and the flexible wiring substrate 40 are adhered to a support member 30 provided with a liquid communication port 31 in advance. After that, the terminal 16 on the recording element substrate 10 and the terminal 41 on the flexible wiring board 40 are electrically connected by wire bonding, and then the wire bonding portion (electrical connection portion) is covered with a sealing material 110 and sealed. Stop. The terminal 42 on the flexible wiring board 40 opposite to the recording element board 10 is electrically connected to the connection terminal 93 (see FIG. 5) of the electrical wiring board 90. Since the support member 30 is a support that supports the recording element substrate 10 and is a flow path communication member that fluidly communicates the recording element substrate 10 and the flow path constituent member 210, the flatness is high and sufficient. It is preferable that the device can be bonded to the recording element substrate with high reliability. As the 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。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)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。
(Explanation of the structure of the recording element substrate)
Next, the configuration of the recording element substrate 10 will be described. 10 (a) is a plan view of the surface of the recording element substrate 10 on the side where the discharge port 13 is formed, and FIG. 10 (b) is an enlarged view of the portion shown by A in FIG. 10 (a). FIG. 10 (c) is a plan view of the side corresponding to the back surface of FIG. 10 (a). As shown in FIG. 10A, the recording element substrate 10 has a discharge port forming member 12 formed by forming a plurality of discharge ports 13 in a row. The discharge port forming member 12 is formed with four rows of discharge ports corresponding to the four colors of CMYK, which are the colors of the recording liquid. Hereinafter, the direction in which the discharge port row in which the plurality of discharge ports 13 are arranged extends is referred to as the "discharge port row direction". As shown in FIG. 10B, a recording element 15 which is a heat generating element for foaming a liquid by heat energy is arranged at a position corresponding to each discharge port 13. The partition wall 22 partitions the pressure chamber 23 including the recording element 15 inside. 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 device 1000 via the electric wiring board 90 (FIG. 5) and the flexible wiring board 40 (FIG. 9), and boils the liquid in the pressure chamber 23. Then, the liquid is discharged from the discharge port 13 by the force of foaming due to this 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 discharge port row. The liquid supply path 18 and the liquid recovery path 19 are flow paths extending in the discharge port row direction provided on the recording element substrate 10, and communicate with the discharge 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ー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 discharge port 13 is 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 forming a part of the walls of the liquid supply path 18 and the liquid recovery path 19 formed on the substrate 11 of the recording element substrate 10. The lid member 20 is preferably made of a material having sufficient corrosion resistance against a liquid such as a recording liquid, and from the viewpoint of preventing color mixing, the opening shape and 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 changes the pitch of the flow path by the opening 21, and it is desirable that the lid member 20 is thin in consideration of the pressure loss, and it is desirable that the lid member 20 is made of a film-like 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本体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、基板本体11の裏面には蓋部材20が接合されている。基板本体11の一方の面側には記録素子15が形成されており(図10参照)、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及び液体回収路19を構成する溝が形成されている。基板本体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。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。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 the 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 on the BB plane in FIG. 10A. In the recording element substrate 10, a substrate main body 11 formed of a silicon (Si) substrate and a discharge port forming member 12 formed of a photosensitive resin are laminated, and a lid member 20 is provided on the back surface of the substrate main body 11. It is joined. A recording element 15 is formed on one surface side of the substrate body 11 (see FIG. 10), and a liquid supply path 18 and a liquid recovery path 19 extending along the discharge port row are formed on the back surface side thereof. A groove is formed. The liquid supply path 18 and the liquid recovery path 19 formed by the substrate main body 11 and the lid member 20 are connected to the common supply flow path 211 and the common recovery flow path 212 in the flow path component 210, respectively, and the liquid is liquid. A differential pressure is generated between the supply path 18 and the liquid recovery path 19. The first flow path member 50 is formed with an individual supply flow path 213 and an individual recovery flow path 214. The individual supply flow path 213 connects the liquid supply path 18 and the common supply flow path 211, and is an individual recovery flow path. The path 214 connects the liquid recovery path 19 and the common recovery flow path 212. In the discharge port where the discharge operation is not performed when the liquid is discharged from the plurality of discharge ports 13 of the liquid discharge head 3 and the recording is performed, the liquid in the liquid supply path 18 is supplied to the supply port 17a due to this differential pressure. → It flows to the liquid recovery path 19 via the pressure chamber 23 → 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 where recording is suspended, the thickened recording liquid, bubbles, foreign substances, etc. generated by the vaporization of the solvent from the discharge port 13 are collected in the liquid recovery path 19. Can be done. Further, it is possible to suppress thickening of the recording liquid in the discharge port 13 and the pressure chamber 23. The liquid such as the recording liquid collected in the liquid recovery path 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 constituent member 210. , The individual recovery flow path 214, and the common recovery flow path 212 are collected in this order. The recovered liquid is finally recovered to the supply path of the recording device 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、基板本体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、基板本体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 device 1000 to the liquid discharge head 3 flows in the following order, and is supplied and recovered. The liquid first flows into the inside of the liquid discharge head 3 from the liquid connection portion 111 of the liquid supply unit 220. The liquid is the joint rubber 100, the communication port 72 and the common flow path groove 71 provided in the third flow path member 70, the common flow path groove 62 and the communication port 61 provided in the second flow path member 60, and the first. 1 The individual flow path grooves 52 and the communication ports 51 provided in the flow path member are supplied in this order. After that, the liquid enters the pressure chamber 23 in order 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 main body 11, and the supply port 17a. Be supplied. Of the liquids supplied to the pressure chamber 23, the liquids not discharged from the discharge port 13 are the recovery port 17b and the liquid recovery path 19 provided in the substrate main body 11, the opening 21 provided in the lid member 20, and the support member. The liquid communication port 31 provided in 30 flows in order. After that, the liquid is applied to the communication port 51 and the individual flow path groove 52 provided in the first flow path member, the communication port 61 and the common flow path groove 62 provided in the second flow path member, and the third flow path member 70. The common flow path groove 71, the communication port 72, and the joint rubber 100 are provided in this order. Then, the liquid flows from the liquid connection portion 111 provided in the liquid supply unit 220 to the outside of the liquid discharge head 3. When the first circulation mode shown in FIG. 2 is adopted, the liquid flowing 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, when the second circulation mode shown in FIG. 3 is adopted, the liquid recovered from the pressure chamber 23 passes through the joint rubber 100 and then flows from the liquid connection portion 111 via the negative pressure control unit 230. It flows to the outside of the discharge 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。
Not all the liquid that has flowed in from one end of the common supply flow path 211 of the liquid discharge unit 300 is supplied to the pressure chamber 23 via the individual supply flow path 213a. As shown in FIGS. 2 and 3, there is also a liquid that flows from the other end of the common supply flow path 211 to the liquid supply unit 220 without flowing into the individual supply flow path 213a. By providing the path for flowing without passing through the recording element substrate 10 in this way, even when the recording element substrate 10 having a fine flow path having a large flow resistance is provided, the backflow of the circulating flow of the liquid is suppressed. can do. In this way, the liquid discharge head 3 can suppress thickening of the liquid in the pressure chamber and the vicinity of the discharge port, so that discharge twist and non-discharge can be suppressed, and as a result, high-quality recording can be performed.
(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 recording element substrates)
As described above, the liquid discharge head 3 includes a plurality of discharge modules 200. FIG. 12 shows a partially enlarged view of the adjacent portion of the recording element substrate 10 in the two adjacent discharge modules 200. As shown in FIG. 10, here, it is assumed that the recording element substrate 10 having a substantially parallelogram shape is used. As shown in FIG. 12, the discharge port rows 14a to 14d in which the discharge 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 discharge port of the discharge port row in the adjacent portion between the recording element substrates 10 overlaps in the transport direction L of the recording medium. In the one shown in FIG. 12, the two discharge ports 13 on the line D overlap each other. With such an arrangement, even if the position of the recording element substrate 10 deviates slightly from the predetermined position, black streaks and white spots in the recorded image are conspicuous due to the drive control of the discharge ports that overlap each other. Can be eliminated. Even when a plurality of recording element substrates 10 are arranged in-line instead of in a staggered arrangement, the configuration as shown in FIG. 12 suppresses an increase in the length of the liquid discharge head 3 in the transport direction of the recording medium, and the recording element substrate 10 It is possible to take measures against black streaks and white spots at the joints between each other. Although the contour shape of the recording element substrate 10 is substantially a parallelogram here, the present invention is not limited to this, and 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 not limited to this. 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。
(Explanation of the liquid discharge device of the second configuration example)
The liquid discharge device to which the present invention can be applied is not limited to that of the first configuration example described above. Hereinafter, the inkjet recording device 1000 (hereinafter, also referred to as a recording device), which is a second configuration example of the liquid discharge device based on the present invention, will be described. FIG. 13 shows a schematic configuration of the recording device 1000, which is a liquid discharge device 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 parts similar to 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 first configuration example of the recording device 1000 shown in FIG. 13 is that full-color recording is performed on the recording medium 2 by arranging four single-color liquid discharge heads 3 corresponding to each color of CMYK in parallel. It's different from the one. In the first configuration example, the number of discharge port rows that can be used per color recording liquid is one row, whereas in this second configuration example, a plurality of discharge port rows that can be used per color ( In the example shown in FIG. 20A, which will be described later, 20 columns) can be used. Therefore, by appropriately allocating the recorded data to a plurality of discharge port rows and recording the data, very high-speed recording becomes possible. Further, even if there is a discharge port that does not discharge, reliability is achieved by interpolating the discharge from the discharge port of another row located at a position corresponding to the transport direction L of the recording medium with respect to the discharge port. Is improved. Therefore, the recording device 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 device 1000, the buffer tank 1003, and the main tank 1006 are fluidly connected to each liquid discharge head 3. Further, an electric control unit that transmits electric power and a discharge control signal to the liquid discharge head 3 is electrically connected to each liquid discharge head 3. In the second configuration example, as in the first configuration example, any of the first and second circulation modes shown in FIGS. 2 and 3, respectively, 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 structure)
The structure of the liquid discharge head 3 in the second configuration example will be described with reference to FIG. FIG. 14A is a perspective view seen from the side of the surface on which the discharge port is formed in the liquid discharge head 3, and FIG. 14B is a perspective view seen from the direction opposite to that of FIG. 14A. The liquid discharge head 3 includes 16 recording element substrates 10 arranged in a straight line in the longitudinal direction thereof, and is an inkjet type line type liquid discharge head capable of recording with a recording liquid of a single color. be. The liquid discharge 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 discharge head 3 has a larger number of discharge port rows than that of the first configuration example, the signal output terminals 91 and the power supply terminals 92 are arranged on both sides of the liquid discharge head 3. This is to reduce the voltage drop and 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ろになる。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 constituting the liquid discharge head 3 of the second configuration example divided according to its function. The roles of each unit and member and the order of liquid flow in the liquid discharge head 3 are basically the same as those in the first configuration example, but in the second configuration example, the rigidity of the liquid discharge head 3 The function of guaranteeing is different. In the first configuration example, the rigidity of the liquid discharge head was mainly secured by the liquid discharge unit support portion 81, but in the liquid discharge head of the second configuration example, the second flow path member 60 included in the liquid discharge unit 300 is used. The rigidity of the liquid discharge head is ensured. The liquid discharge unit support portion 81 in the second configuration example is connected to both ends of the second flow path member 60, and the liquid discharge unit 300 is mechanically coupled to the carriage of the recording device 1000 to liquid. Position the discharge head 3. The liquid supply unit 220 including the negative pressure control unit 230 and the electrical wiring board 90 are coupled to the liquid discharge unit support portion 81. A filter (not shown) is built in each of the two liquid supply units 220. In the second configuration example, the pressure is not controlled in two ways for each negative pressure control unit 230. One of the two negative pressure control units 230 is set to control the pressure at a relatively high negative pressure as a negative pressure control unit on the high pressure side, and relative to the other as a negative pressure control unit on the low pressure side. It is set to control the pressure with a low negative pressure. As shown in FIG. 15, when the negative pressure control units 230 on the high pressure side and the low pressure side are installed at both ends of the liquid discharge head 3 in the longitudinal direction, a common supply flow extending in the longitudinal direction of the liquid discharge head 3 is provided. The liquid flows in the path 211 and the common recovery flow path 212 face each other. By doing so, heat exchange between the common supply flow path 211 and the common recovery flow path 212 is promoted, and the temperature difference in these common flow paths is reduced. Therefore, there is an advantage that the temperature difference between the plurality of recording element substrates 10 provided along the common supply flow path 211 and the common recovery flow path 212 is less likely to occur, and recording unevenness due to the temperature difference is less likely to occur.
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, the details of the flow path constituent member 210 of the liquid discharge unit 300 will be described. As shown in FIG. 15, the flow path constituent member 210 is a stack of a first flow path member 50 and a second flow path member 60, and each discharge module discharges a liquid such as a recording liquid supplied from the liquid supply unit 220. Distribute to 200. Further, the flow path component 210 functions as a recovery flow path member for returning the liquid refluxing from the discharge module 200 to the liquid supply unit 220. The second flow path member 60 of the flow path constituent member 210 is a member in which the common supply flow path 211 and the common recovery flow path 212 are formed therein, and has a function of mainly carrying the rigidity of the liquid discharge head 3. .. Therefore, as the material of the second flow path member 60, a material having sufficient corrosion resistance against a liquid such as a recording liquid and high mechanical strength is preferable, and specifically, stainless steel, titanium (Ti), alumina, or the like is 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. FIG. 16A shows the surface of the first flow path member 50 on the side where the discharge module 200 is attached, and FIG. 16B is the back surface thereof, which is in contact with the second flow path member 60. The side surface is shown. Unlike the first configuration example, the first flow path member 50 in the second configuration example is formed by arranging a plurality of corresponding members for each discharge module 200 adjacent to each other. By adopting the structure divided in this way, by arranging a plurality of such modules, it becomes possible to correspond to the length required for the liquid discharge head 3. This configuration is particularly suitably applicable to, for example, a relatively long liquid discharge head having a length corresponding to JIS (Japanese Industrial Standards) B2 size and larger dimensions. As shown in FIG. 16A, the communication port 51 of the first flow path member 50 fluidly communicates with the discharge module 200, and as shown in FIG. 16B, individual communication of the first flow path member 50. The port 53 fluidly communicates with the communication port 61 of the second flow path member 60. FIG. 16 (c) shows the surface of the second flow path member 60 on the side where it comes into contact with the first flow path member 50, and FIG. 16 (d) shows the central portion of the second flow path member 60 in the thickness direction. 16 (e) shows the surface of the second flow path member 60 on the side that comes into 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 path grooves 71 of the second flow path member 60 is the common supply flow path 211 shown in FIG. 17, and the other is the common recovery flow path 212, respectively, along the longitudinal direction of the liquid discharge head 3. The liquid is supplied from one end side to the other end side. In this configuration example, unlike the first configuration example, the liquid flow directions in the common supply flow path 211 and the common recovery flow path 212 are opposite to each other along the longitudinal direction of the liquid discharge 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 constituent member 210. As shown in FIG. 16, a set of a common supply flow path 211 and a common recovery flow path 212 extending in the longitudinal direction of the liquid discharge head 3 are provided in the flow path constituent member 210. The communication port 61 of the second flow path member 60 is connected in position with the individual communication port 53 of each first flow path member 50, and is a common supply flow path from the communication port 72 of the second flow path member 60. A liquid supply path is formed that communicates with the communication port 51 of the first flow path member 50 via 211. Similarly, a liquid supply path that communicates from the communication port 72 of the second flow path member 60 to the communication port 51 of the first flow path member 50 via the common recovery flow path 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 flow path 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, in another cross section, it is clear with reference to FIG. 17 that the common recovery flow path 212 is connected to the discharge module 200 by a similar route. Similar to the first configuration example, each discharge module 200 and the recording element substrate 10 are formed with a flow path communicating with the pressure chamber 23, which is the formation location of each discharge port 13. A part or all of the supplied liquid can be recirculated through the pressure chamber 23 corresponding to the discharge port 13 in which the discharge operation is suspended by this flow path. Further, as in the first configuration example, the common supply flow path 211 is via the high pressure side negative pressure control unit 230, and the common recovery flow path 212 is via the low pressure side negative pressure control unit 230 and the liquid supply unit 220, respectively. It is connected. Therefore, due to the differential pressure generated by these negative pressure control units 230, a flow is generated from the common supply flow path 211, passing through the pressure chamber 23 of the recording element substrate 10, and flowing to the common recovery flow path 212.
(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19(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. FIG. 19A is a perspective view of the discharge module 200, and FIG. 19B is an exploded view thereof. The difference from the first configuration example is that a plurality of terminals 16 are arranged on both side portions (each long side portion of the recording element substrate 10) along the plurality of discharge port row directions of the recording element substrate 10, and are electrically connected to the terminals 16. Two flexible wiring boards 40 are also arranged for each recording element board 10. This is because the number of discharge port rows provided on the recording element substrate 10 is, for example, 20 rows, which is significantly larger than the 4 rows of the first configuration example. That is, the purpose is to shorten the maximum distance from the terminal 16 to the recording element 15 provided corresponding to the discharge port row, and to reduce the voltage drop and signal transmission delay that occur in the wiring portion in the recording element substrate 10. It is said. Further, the liquid communication port 31 of the support member 30 is opened so as to straddle all the discharge port rows provided on the recording element substrate 10. 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。
(Explanation of the structure of the recording element substrate)
Next, the configuration of the recording element substrate 10 in the second configuration example will be described. FIG. 20A is a plan view of the surface of the recording element substrate 10 on the side where the discharge port 13 is formed, and FIG. 20B shows a portion where the liquid supply path 18 and the liquid recovery path 19 are formed. 20 (c) is a plan view of 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 is removed in FIG. 20C. As shown in FIG. 20B, liquid supply paths 18 and liquid recovery paths 19 are alternately provided on the back surface side of the recording element substrate 10 along the discharge port row direction. Although the number of discharge port rows is significantly increased from that of the first configuration example, the essential difference from the first configuration example is that the terminals 16 are oriented in the discharge port row 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 are provided for each discharge port row, and the lid member 20 is provided with an opening 21 that communicates with the liquid communication port 31 of the support member 30. , The basic configuration is the same as that of the first configuration example.
以下、上述したような液体吐出装置あるいは液体吐出ヘッドにおいて、駆動状態が変化した場合であっても回収流路側からの昇温した液体の逆流を押さえ、これにより駆動状態の変化が吐出特性に影響が及ぶことを抑制できる、本発明に基づく構成を説明する。図21は、本発明の実施の一形態の液体吐出ヘッドの構成を示している。図21に示した液体吐出ヘッド3では、図1乃至図20に示した構成における流路構成部材210が、液体吐出ヘッド3の全長(図示X方向の長さ)に相当する長さを有する一体化された部材として構成されている。そして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高密度に配置された複数の記録素子基板10が、流路構成部材210上に、後述する支持部材30(図21には不図示)を介して図示Y方向に互い違いにずれながら図示X方向に配置している。これによって長尺な1つの液体吐出ヘッドが構成されている。記録素子基板10、流路構成部材210及び支持部材30によって液体吐出ユニットが構成されている。ここでは記録素子基板10を互い違いに配置しているが、図1乃至図20に示したように複数の記録素子基板10が一直線上に配置した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。
Hereinafter, in the liquid discharge device or the liquid discharge head as described above, even if the drive state changes, the backflow of the heated liquid from the recovery flow path side is suppressed, and the change in the drive state affects the discharge characteristics. The configuration based on the present invention, which can suppress the influence of the above, will be described. FIG. 21 shows the configuration of the liquid discharge head according to the embodiment of the present invention. In the liquid discharge head 3 shown in FIG. 21, the flow path constituent member 210 in the configuration shown in FIGS. 1 to 20 has a length corresponding to the total length of the liquid discharge head 3 (the length in the X direction in the drawing). It is configured as a modified member. Then, a plurality of recording element substrates 10 in which a plurality of recording elements that generate energy for discharging liquid are arranged at high density have a support member 30 (not shown in FIG. 21) described later on the flow path constituent member 210. They are arranged in the X direction in the drawing while being staggered in the Y direction in the drawing. This constitutes one long liquid discharge head. The liquid discharge unit is composed of the recording element substrate 10, the flow path constituent member 210, and the support member 30. Here, the recording element substrates 10 are arranged alternately, but the present invention is also applied to a liquid discharge head in which a plurality of recording element substrates 10 are arranged in a straight line as shown in FIGS. 1 to 20. Can be done.
図21に示した液体吐出ヘッドでは、隣接する2つの記録素子基板10の間には、互いに重複する領域(L)が設けられている。この領域Lにより、個々の記録素子基板10の配置に多少の誤差が含まれても、Y方向に移動する被記録媒体上に対して記録を行う時に、この誤差に伴う隙間が記録に生じないようになっている。図21には示されていないが、この液体吐出ヘッドにおいても、図1乃至図20に示したものと同様に、液体供給ユニット及び負圧制御ユニットが設けられている。個々の記録素子基板10に吐出駆動信号や電力を供給するための電気配線基板90は、例えばガラスエポキシ等の複合材料からなり、信号入力端子及び電力供給端子を一体化したコネクタ95を備えている。液体吐出ユニットと、電気配線基板90と、個々の記録素子基板10を電気配線基板90に電気的に接続するフレキシブル配線基板40は、筐体80により一体的に支持されている。記録素子基板10とフレキシブル配線基板40との電気的接続部は、エポキシ樹脂などの封止性及びイオン遮断性に優れた封止材110により被覆、保護されている。
In the liquid discharge head shown in FIG. 21, a region (L) overlapping with each other is provided between two adjacent recording element substrates 10. Due to this region L, even if some error is included in the arrangement of the individual recording element substrates 10, when recording is performed on the recording medium moving in the Y direction, a gap due to this error does not occur in the recording. It has become like. Although not shown in FIG. 21, the liquid discharge head is also provided with a liquid supply unit and a negative pressure control unit in the same manner as those shown in FIGS. 1 to 20. The electrical wiring board 90 for supplying the discharge drive signal and power to the individual recording element boards 10 is made of a composite material such as glass epoxy, and includes a connector 95 in which a signal input terminal and a power supply terminal are integrated. .. The liquid discharge unit, the electric wiring board 90, and the flexible wiring board 40 that electrically connects the individual recording element boards 10 to the electric wiring board 90 are integrally supported by the housing 80. The electrical connection portion between the recording element substrate 10 and the flexible wiring board 40 is covered and protected by a sealing material 110 having excellent sealing properties and ion blocking properties such as epoxy resin.
図22は、液体吐出ユニットの詳細を示す分解斜視図であり、支持部材30及び記録素子基板10からなる吐出モジュールを示している。支持部材30は、ベースプレートとして機能する流路構成部材210上に、記録素子基板10ごとに、その記録素子基板10と流路構成部材210との間に介在するように設けられた部材である。図22では、説明のため、記録素子基板10を構成する基板本体11をその厚さ方向で2つに分割して示している。分割された一方は、図22(a)として、吐出口形成部材12と接合した状態で示され、他方は、図22(b)において、液体供給路18及び液体回収路19が露出して状態で示されている。図22(c)は蓋部材20を示し、図22(d)は支持部材30を示している。ここでは、記録素子基板10には、同色の記録液を吐出する4列の吐出口列424が形成されているものとする。各列の吐出口列424では複数の吐出口13が一列に並んでいる。本構成例において支持部材30は、記録液などの液体を流路構成部材から記録素子基板10に対して分配する機能を有する。記録素子基板10において吐出口13が形成される面の反対側の面には上述のものと同様に蓋部材20が設けられている。蓋部材20には、記録支持基板10内の液体供給路18及び液体回収路19に連通し、支持部材30から記録素子基板10への液体流路のピッチを変換する機能を有する微細な開口が複数設けられている。ここではこれらの開口のうち液体供給路18に連通する開口を供給側開口21aと呼び、液体回収路19に連通する開口を回収側開口21bと呼ぶ。
FIG. 22 is an exploded perspective view showing the details of the liquid discharge unit, and shows a discharge module including the support member 30 and the recording element substrate 10. The support member 30 is a member provided on the flow path constituent member 210 functioning as a base plate so as to be interposed between the recording element substrate 10 and the flow path constituent member 210 for each recording element substrate 10. In FIG. 22, for the sake of explanation, the substrate main body 11 constituting the recording element substrate 10 is divided into two in the thickness direction thereof. One of the divided portions is shown in FIG. 22 (a) in a state of being joined to the discharge port forming member 12, and the other is in a state of exposing the liquid supply path 18 and the liquid recovery path 19 in FIG. 22 (b). It is indicated by. FIG. 22 (c) shows the lid member 20, and FIG. 22 (d) shows the support member 30. Here, it is assumed that the recording element substrate 10 is formed with four rows of discharge port rows 424 for discharging recording liquids of the same color. In the discharge port row 424 of each row, a plurality of discharge ports 13 are arranged in a row. In this configuration example, the support member 30 has a function of distributing a liquid such as a recording liquid from the flow path constituent member to the recording element substrate 10. A lid member 20 is provided on the surface of the recording element substrate 10 opposite to the surface on which the discharge port 13 is formed, as described above. The lid member 20 has a fine opening that communicates with the liquid supply path 18 and the liquid recovery path 19 in the recording support substrate 10 and has a function of converting the pitch of the liquid flow path from the support member 30 to the recording element substrate 10. There are multiple. Here, among these openings, the opening communicating with the liquid supply path 18 is referred to as a supply side opening 21a, and the opening communicating with the liquid recovery path 19 is referred to as a recovery side opening 21b.
支持部材30には、吐出口列424の延びる方向とは直交する方向に延びるスリット状の供給液室431及び回収液室432が形成されている。図22では、供給液室431と回収液室432の体積差は反映されていない。供給液室431及び回収液室432は、図9や図19に示す構成における液体連通口31に対応するものである。供給液室431は、液体を流路構成部材210内の共通供給流路211から記録素子基板10に分配し供給する経路にあって、共通供給流路211に連通する。同様に回収液室432は、液体を記録素子基板10から流路構成部材210内の共通回収流路212に回収する経路にあって、共通回収流路212に連通する。蓋部材20に設けられる供給側開口21aは、供給液室431と液体供給路18が交差する位置においてこれらが連通するように設けられている。同様に回収側開口21bは、回収液室432と液体回収路19が交差する位置においてこれらが連通するように設けられている。液体供給路18及び液体回収路19は、基板本体11において、吐出口13の形成面とは反対側の面に、吐出口列424の延びる方向に延びる相互に平行な溝として形成されている。ここでは、液体供給路18と液体回収路19とが交互に配置するように3本の液体供給路18と2本の液体回収路19が設けられており、隣接する液体供給路18と液体回収路19との対ごとに1つの吐出口列424が対応するようになっている。また、蓋部材20に設けられる供給側開口21a及び回収側開口21bは、それぞれ列をなして配置しており、供給側開口21aの列を供給列437と呼び、回収側開口21aの列を回収列438と呼ぶ。供給列437及び回収列438は、いずれも、供給液室431及び回収液室432のスリット状の開口の延びる方向、すなわち吐出口列424が延びる方向に対して直交する方向に延びている。
The support member 30 is formed with a slit-shaped supply liquid chamber 431 and a recovery liquid chamber 432 extending in a direction orthogonal to the extension direction of the discharge port row 424. In FIG. 22, the volume difference between the supply liquid chamber 431 and the recovery liquid chamber 432 is not reflected. The supply liquid chamber 431 and the recovery liquid chamber 432 correspond to the liquid communication port 31 in the configuration shown in FIGS. 9 and 19. The supply liquid chamber 431 is in a path for distributing and supplying the liquid from the common supply flow path 211 in the flow path component 210 to the recording element substrate 10, and communicates with the common supply flow path 211. Similarly, the recovery liquid chamber 432 is in a path for collecting the liquid from the recording element substrate 10 to the common recovery flow path 212 in the flow path component 210, and communicates with the common recovery flow path 212. The supply side opening 21a provided in the lid member 20 is provided so that the supply liquid chamber 431 and the liquid supply path 18 communicate with each other at a position where they intersect. Similarly, the recovery side opening 21b is provided so that the recovery liquid chamber 432 and the liquid recovery path 19 communicate with each other at a position where they intersect. The liquid supply path 18 and the liquid recovery path 19 are formed in the substrate main body 11 as parallel grooves extending in the extending direction of the discharge port row 424 on the surface opposite to the formation surface of the discharge port 13. Here, three liquid supply passages 18 and two liquid recovery passages 19 are provided so that the liquid supply passages 18 and the liquid recovery passages 19 are alternately arranged, and the adjacent liquid supply passages 18 and the liquid recovery passages 19 are provided. One outlet row 424 corresponds to each pair with the road 19. Further, the supply side opening 21a and the collection side opening 21b provided in the lid member 20 are arranged in a row, respectively. The row of the supply side opening 21a is called a supply row 437, and the row of the collection side opening 21a is collected. Called column 438. Both the supply row 437 and the recovery row 438 extend in the direction in which the slit-shaped openings of the supply liquid chamber 431 and the recovery liquid chamber 432 extend, that is, in the direction orthogonal to the direction in which the discharge port row 424 extends.
上記の説明では供給液室431及び回収液室432は支持部材30に設けられるものとしたが、供給液室431及び回収液室432が設けられる位置はこれに限られるものではない。バッファータンク1003などの貯留手段から液体が供給されて供給された液体がバッファータンク1003に戻る共通供給流路211及び共通回収流路212が設けられている場合を考える。このとき、共通供給流路211と記録素子基板10に形成された液体供給路18の両方に連通するものが供給液室431であり、共通回収流路212と記録素子基板10に形成された液体回収路19の両方に連通するものが回収液室432である。したがって、供給液室431及び回収液室432は支持部材30から流路構成部材210内に延びて形成されてもよい。また、支持部材を設けず流路構成部材210に記録素子基板10と直接取り付ける構造においては、供給液室431及び回収液室432は支持部材30から流路構成部材210内に形成される。いずれにせよ供給液室431及び回収液室432は、いずれも複数個設けられ、共通供給流路211及び共通回収流路212と記録素子基板10とに挟まれた領域において、交互に吐出口列424の方向に配列する。
In the above description, the supply liquid chamber 431 and the recovery liquid chamber 432 are provided in the support member 30, but the positions where the supply liquid chamber 431 and the recovery liquid chamber 432 are provided are not limited to this. Consider a case where a common supply flow path 211 and a common recovery flow path 212 are provided in which a liquid is supplied from a storage means such as the buffer tank 1003 and the supplied liquid returns to the buffer tank 1003. At this time, the supply liquid chamber 431 communicates with both the common supply flow path 211 and the liquid supply path 18 formed in the recording element substrate 10, and the liquid formed in the common recovery flow path 212 and the recording element substrate 10. The recovery liquid chamber 432 communicates with both of the recovery paths 19. Therefore, the supply liquid chamber 431 and the recovery liquid chamber 432 may be formed so as to extend from the support member 30 into the flow path constituent member 210. Further, in the structure in which the recording element substrate 10 is directly attached to the flow path constituent member 210 without providing the support member, the supply liquid chamber 431 and the recovery liquid chamber 432 are formed from the support member 30 in the flow path constituent member 210. In any case, a plurality of supply liquid chambers 431 and recovery liquid chambers 432 are provided, and in the region sandwiched between the common supply flow path 211 and the common recovery flow path 212 and the recording element substrate 10, the discharge port rows are alternately provided. Arrange in the direction of 424.
図23は、記録素子基板10の詳細を説明する分解斜視図である。図23において、(a)は吐出口13が形成されている部分を示し、(b)は圧力室23、供給口17a及び排出口17bが形成されている部分を示し、(c)は液体供給路18及び液体回収路19が形成された基板本体11を示している。ここでは、説明のため、1列分の吐出口列のみが描かれている。図24は、圧力室23及び吐出口13を説明するものであって、(a)は吐出口13から記録素子基板10の内部を見た状態を示す平面図であり、(b)は(a)のA−A線での断面図である。以下、図22乃至図24を用いて、本構成例での液体吐出ヘッドについて説明する。図23及び図24に示すように、吐出口13に対向するように、基板本体11の表面には発熱素子である記録素子15が設けられており、吐出口13と記録素子15とによって挟まれた領域が圧力室23となっている。基板本体11には複数の記録素子15が設けられているが、隣接する記録素子15の間には隔壁22が設けられており、圧力室23の間を隔てている。1つの圧力室23には1つの記録素子15と1つの吐出口13とが対応することになる。したがって、図24(b)に示すように、圧力室23の両方の端部に対応して、供給口17a及び回収口17bがそれぞれ形成されていることになる。供給口17a及び回収口17bは、それぞれ、基板本体11の反対側の面に形成されている溝状の液体供給路18及び液体回収路19に連通している。
FIG. 23 is an exploded perspective view illustrating the details of the recording element substrate 10. In FIG. 23, (a) shows a portion where the discharge port 13 is formed, (b) shows a portion where the pressure chamber 23, the supply port 17a and the discharge port 17b are formed, and (c) shows the liquid supply. The substrate main body 11 in which the passage 18 and the liquid recovery passage 19 are formed is shown. Here, for the sake of explanation, only one row of discharge port rows is drawn. FIG. 24 is a plan view showing the pressure chamber 23 and the discharge port 13, in which FIG. 24A is a plan view showing the inside of the recording element substrate 10 from the discharge port 13, and FIG. 24B is a plan view showing the inside of the recording element substrate 10. ) Is a cross-sectional view taken along the line AA. Hereinafter, the liquid discharge head in this configuration example will be described with reference to FIGS. 22 to 24. As shown in FIGS. 23 and 24, a recording element 15 which is a heat generating element is provided on the surface of the substrate main body 11 so as to face the discharge port 13, and is sandwiched between the discharge port 13 and the recording element 15. The region is the pressure chamber 23. A plurality of recording elements 15 are provided on the substrate main body 11, but a partition wall 22 is provided between the adjacent recording elements 15 to separate the pressure chambers 23. One recording element 15 and one discharge port 13 correspond to one pressure chamber 23. Therefore, as shown in FIG. 24B, the supply port 17a and the recovery port 17b are formed corresponding to both ends of the pressure chamber 23, respectively. The supply port 17a and the recovery port 17b communicate with the groove-shaped liquid supply path 18 and the liquid recovery path 19 formed on the opposite surfaces of the substrate main body 11, respectively.
本構成例の液体吐出ヘッドでは、高密度に配置された吐出口13に対する流路を記録素子基板10とほぼ同じ面積内で取りまとめることが可能となる。これにより、液体吐出ヘッドの肥大化を抑制できるとともに、吐出すべき液体を貯えるタンク(不図示)から液体吐出ヘッドまでの液体の供給及び回収が簡便になり、液体吐出装置のシステム全体をコンパクトなものとすることが可能になる。
In the liquid discharge head of the present configuration example, it is possible to organize the flow paths for the discharge ports 13 arranged at high density within substantially the same area as the recording element substrate 10. As a result, it is possible to suppress the enlargement of the liquid discharge head, and it is easy to supply and recover the liquid from the tank (not shown) for storing the liquid to be discharged to the liquid discharge head, and the entire system of the liquid discharge device is compact. It becomes possible to make things.
以下、本構成例の液体吐出ヘッドにおける記録液などの液体の流れを説明する。圧力室23に対する液体の循環は、供給側と回収側との間に圧力差を設けて圧力室23内で液体が約数mm/秒〜数十mm/秒の流速で流れるように設定される。図25は、共通供給流路211及び共通回収流路212側から見た図として、共通供給流路211、共通回収流路212、供給液室431及び回収液室432における液体の流れを矢印によって示している。流路構成部材210(図5、図7)内に、共通供給流路211及び共通回収流路212が形成され、支持部材30(図22)内に、供給液室431及び回収液室432が形成されている。共通供給流路211及び共通回収流路212には、液体の循環に必要な圧力差をこれらの共通流路の間で発生させつつ液体の逆流が発生しないように、共通供給流路211と共通回収流路212とで合わせて吐出流量の1.5倍程度の流量で液体を流す。吐出口から液体の吐出を行わない待機状態では、図25(a)に示すように、液体は、共通供給流路211から供給液室431を通り、蓋部材20の供給側開口21aを経て記録素子基板10の各液体供給路18へ供給される。その後、供給口17aを経て圧力室23に流入する。圧力室23に流入した液体は、回収口17bを経て液体回収路19へ流れ、さらに蓋部材20の回収側開口21bを通って支持部材30の回収液室432に流入し、流路構成部材210の共通回収流路212へ至る。この流れによって、圧力室23を循環する流れが形成される。
Hereinafter, the flow of a liquid such as a recording liquid in the liquid discharge head of this configuration example will be described. The circulation of the liquid to the pressure chamber 23 is set so that a pressure difference is provided between the supply side and the recovery side so that the liquid flows in the pressure chamber 23 at a flow velocity of about several mm / sec to several tens of mm / sec. .. FIG. 25 is a view seen from the common supply flow path 211 and the common recovery flow path 212 side, and shows the flow of liquid in the common supply flow path 211, the common recovery flow path 212, the supply liquid chamber 431, and the recovery liquid chamber 432 by arrows. Shown. A common supply flow path 211 and a common recovery flow path 212 are formed in the flow path constituent members 210 (FIGS. 5 and 7), and a supply liquid chamber 431 and a recovery liquid chamber 432 are formed in the support member 30 (FIG. 22). It is formed. The common supply flow path 211 and the common recovery flow path 212 are common to the common supply flow path 211 so that a backflow of liquid does not occur while generating a pressure difference required for liquid circulation between these common flow paths. The liquid is flowed at a flow rate of about 1.5 times the discharge flow rate in combination with the recovery flow path 212. In the standby state in which the liquid is not discharged from the discharge port, as shown in FIG. 25 (a), the liquid is recorded from the common supply flow path 211 through the supply liquid chamber 431 and through the supply side opening 21a of the lid member 20. It is supplied to each liquid supply path 18 of the element substrate 10. After that, it flows into the pressure chamber 23 through the supply port 17a. The liquid that has flowed into the pressure chamber 23 flows into the liquid recovery path 19 through the recovery port 17b, further flows into the recovery liquid chamber 432 of the support member 30 through the recovery side opening 21b of the lid member 20, and flows into the recovery liquid chamber 432 of the support member 30. To the common recovery flow path 212 of. This flow forms a flow that circulates in the pressure chamber 23.
ところで、液体吐出ヘッドでは、駆動に伴うヘッドの温度変化を抑制し良好な記録品質を維持するために、記録素子基板10を所定温度に昇温させる温度制御が行われている。液体吐出ヘッドの温度を上げて制御された状態では、記録素子基板10内の各流路を流れる際にインクが温められ、回収液室432にも温められた液体が流入する。液体吐出ヘッドが待機状態から記録動作に入ると、液体の流れは供給口17a及び回収口17bから吐出口13に向かうものとなり、待機時であれば回収液室432に流れたであろう液体も吐出口13に向かって吐出口13から吐出される。回収液室432から吐出口13の側に流れた液体を補うために、図25(b)に示すように、共通回収流路212から回収液室432に液体が供給される。待機状態では温められた液体が回収液室432に流入しており、液体吐出ヘッドが記録動作に入ったときにはこの温められた液体が圧力室23に供給されることとなるので、液体の流れにより記録素子基板10を冷却する効果が減少する。その結果、液体吐出ヘッドの温度が上昇する。回収液室432内の加温された液体が吐出により徐々に排出され、加温されていない液体が共通回収流路212から供給されていくと、回収液室432内の液体の温度は徐々に下がり、これに伴って液体吐出ヘッドの温度も低下し、定常時の温度に至る。
By the way, in the liquid discharge head, in order to suppress a temperature change of the head due to driving and maintain good recording quality, temperature control for raising the temperature of the recording element substrate 10 to a predetermined temperature is performed. In a state where the temperature of the liquid discharge head is raised and controlled, the ink is warmed when flowing through each flow path in the recording element substrate 10, and the warmed liquid also flows into the recovery liquid chamber 432. When the liquid discharge head enters the recording operation from the standby state, the liquid flow is directed from the supply port 17a and the recovery port 17b to the discharge port 13, and the liquid that would have flowed to the recovery liquid chamber 432 during the standby state is also included. It is discharged from the discharge port 13 toward the discharge port 13. As shown in FIG. 25B, the liquid is supplied to the recovery liquid chamber 432 from the common recovery flow path 212 in order to supplement the liquid flowing from the recovery liquid chamber 432 to the discharge port 13. In the standby state, the warmed liquid flows into the recovery liquid chamber 432, and when the liquid discharge head enters the recording operation, the warmed liquid is supplied to the pressure chamber 23. The effect of cooling the recording element substrate 10 is reduced. As a result, the temperature of the liquid discharge head rises. When the heated liquid in the recovery liquid chamber 432 is gradually discharged by discharge and the unheated liquid is supplied from the common recovery flow path 212, the temperature of the liquid in the recovery liquid chamber 432 gradually rises. As the temperature drops, the temperature of the liquid discharge head also drops, reaching the steady temperature.
本発明ではこの現象を抑制するために、支持部材30に形成される供給液室431及び回収液室432について、供給液室431の容積よりも回収液室432の容積の方を小さくする。以下、本発明に基づく液体吐出ヘッドについて、いくつかの実施例と比較例とに基づいてさらに詳しく説明する。
In the present invention, in order to suppress this phenomenon, the volume of the recovery liquid chamber 432 is made smaller than the volume of the supply liquid chamber 431 for the supply liquid chamber 431 and the recovery liquid chamber 432 formed in the support member 30. Hereinafter, the liquid discharge head based on the present invention will be described in more detail based on some examples and comparative examples.
(実施例1及び比較例1)
図26は、液体吐出ヘッドにおける吐出口列424の方向での支持部材30の断面(図22におけるB−B線断面)を示している。図26(a)は実施例1での供給液室431及び回収液室432の形状を示し、図26(b)は比較例1での供給液室431及び回収液室432の形状を示している。この図において、図示の下方向が記録素子基板10側となる。
実施例1では、吐出口列の方向において、回収液室432の幅を供給液室431の幅に対して小さくし、これによって回収液室432の容積を、供給液室431の容積に対して小さくしている。ここでは、供給液室431の容積は回収液室432の容積よりも大きい。ここで供給液室431及び回収液室432の容積とは、それぞれ、共通供給流路211及び共通回収流路212から記録素子基板10の蓋部材20までの間の部分の容積のことである。
比較例1では、吐出口列の方向において、供給液室431の幅と回収液室432の幅とが等しく、供給液室431の容積は回収液室432の容積と等しくなっている。図26(b)において距離L1は、供給液室431と回収液室432との間の間隔を示している。
(Example 1 and Comparative Example 1)
FIG. 26 shows a cross section of the support member 30 in the direction of the discharge port row 424 in the liquid discharge head (cross section taken along line BB in FIG. 22). FIG. 26A shows the shapes of the supply liquid chamber 431 and the recovery liquid chamber 432 in Example 1, and FIG. 26B shows the shapes of the supply liquid chamber 431 and the recovery liquid chamber 432 in Comparative Example 1. There is. In this figure, the downward direction shown is the recording element substrate 10 side.
In the first embodiment, the width of the recovery liquid chamber 432 is reduced with respect to the width of the supply liquid chamber 431 in the direction of the discharge port row, whereby the volume of the recovery liquid chamber 432 is reduced with respect to the volume of the supply liquid chamber 431. I'm making it smaller. Here, the volume of the supply liquid chamber 431 is larger than the volume of the recovery liquid chamber 432. Here, the volumes of the supply liquid chamber 431 and the recovery liquid chamber 432 are the volumes of the portions between the common supply flow path 211 and the common recovery flow path 212 and the lid member 20 of the recording element substrate 10, respectively.
In Comparative Example 1, the width of the supply liquid chamber 431 and the width of the recovery liquid chamber 432 are equal to each other in the direction of the discharge port row, and the volume of the supply liquid chamber 431 is equal to the volume of the recovery liquid chamber 432. In FIG. 26B, the distance L1 indicates the distance between the supply liquid chamber 431 and the recovery liquid chamber 432.
実施例1と比較例1の液体吐出ヘッドの各々について、吐出口から吐出を行わず圧力室23に液体を循環させる状態(待機状態)から所定の周波数での吐出を行う記録状態に移行したときの圧力室23における温度変化をシミュレーションによって求めた。図27は、時刻Sにおいて吐出を開始したときの温度変化を概念的に示すグラフであり、実線は実施例1を示し、破線は比較例1を示している。図から分かるように、実施例1では、供給液室431と回収液室432を同じ容積とする比較例1と比較して、記録を開始してから温度がピークになるまでの時間が短く、かつ、ピーク温度も抑えられ、定常温度に回復するまでの時間も短くなっている。これは、回収液室432の容積が相対的に小さい実施例1では、回収液室432内に存在する加温された液体の量も少なくなり、この液体が吐出によってより短時間で消費されるためである。
When each of the liquid discharge heads of Example 1 and Comparative Example 1 shifts from a state in which the liquid is circulated to the pressure chamber 23 without discharging from the discharge port (standby state) to a recording state in which the liquid is discharged at a predetermined frequency. The temperature change in the pressure chamber 23 of the above was obtained by simulation. FIG. 27 is a graph conceptually showing the temperature change when the discharge is started at the time S, the solid line shows the first embodiment, and the broken line shows the comparative example 1. As can be seen from the figure, in Example 1, the time from the start of recording to the peak temperature is shorter than that in Comparative Example 1 in which the supply liquid chamber 431 and the recovery liquid chamber 432 have the same volume. Moreover, the peak temperature is suppressed, and the time required to recover to the steady temperature is shortened. This is because, in the first embodiment in which the volume of the recovery liquid chamber 432 is relatively small, the amount of the heated liquid existing in the recovery liquid chamber 432 is also reduced, and this liquid is consumed in a shorter time by the discharge. Because.
図28は比較例2の液体吐出ヘッドにおける支持部材30を図22のB−B線断面として示している。比較例2では、比較例1と同様に、吐出口列の方向において供給液室431の幅と回収液室432の幅とが等しくなっているが、これらの供給液室431及び回収液室432の幅は比較例1に示したものよりも狭くなっており、さらに配置が偏っている。具体的には、供給液室431ごと、回収液室432ごとの配置は等ピッチであるが、供給液室431から見て両隣の回収液室432までの距離が同一にはなっていない。両隣の回収液室432のうち、供給液室431から見て近い方の回収液室432までの距離をL1とし、遠い方の回収液室432までの距離をL2とする。距離L1,L2は、具体的には、吐出口列に沿って測った供給側開口21aと回収側開口21bとして規定される。
比較例2では、液体吐出ヘッドの他の寸法は同じであるものの、供給液室431、回収液室432とも比較例1の液体吐出ヘッドに比べて容積が小さくなっている。比較例2では、回収液室432の容積が小さいので、比較例1に比べて記録開始時の昇温を抑制することができる。しかしながら、配置に偏りがあるので供給液室431と回収液室432との間の距離が長くなるところがあり、液体が液体供給路18及び液体回収路19を流れる距離L2が長くなる。距離L2が長くなると液体供給路18及び液体回収路19での圧力損失が大きくなる。
FIG. 28 shows the support member 30 in the liquid discharge head of Comparative Example 2 as a cross section taken along line BB in FIG. In Comparative Example 2, similarly to Comparative Example 1, the width of the supply liquid chamber 431 and the width of the recovery liquid chamber 432 are equal in the direction of the discharge port row, but these supply liquid chambers 431 and the recovery liquid chamber 432 are the same. The width of is narrower than that shown in Comparative Example 1, and the arrangement is further biased. Specifically, the arrangement of each supply liquid chamber 431 and each recovery liquid chamber 432 is at the same pitch, but the distances from the supply liquid chamber 431 to the recovery liquid chambers 432 on both sides are not the same. Of the recovery liquid chambers 432 on both sides, the distance from the supply liquid chamber 431 to the recovery liquid chamber 432 that is closer to the recovery liquid chamber 432 is L1, and the distance to the recovery liquid chamber 432 that is farther from the supply liquid chamber 431 is L2. Specifically, the distances L1 and L2 are defined as the supply side opening 21a and the recovery side opening 21b measured along the discharge port row.
In Comparative Example 2, although the other dimensions of the liquid discharge head are the same, the volumes of the supply liquid chamber 431 and the recovery liquid chamber 432 are smaller than those of the liquid discharge head of Comparative Example 1. In Comparative Example 2, since the volume of the recovery liquid chamber 432 is small, the temperature rise at the start of recording can be suppressed as compared with Comparative Example 1. However, since the arrangement is biased, the distance between the supply liquid chamber 431 and the recovery liquid chamber 432 may become long, and the distance L2 through which the liquid flows through the liquid supply passage 18 and the liquid recovery passage 19 becomes long. As the distance L2 becomes longer, the pressure loss in the liquid supply path 18 and the liquid recovery path 19 increases.
図29は、液体供給路18及び液体回収路19での吐出口列の方向に沿った圧力分布をシミュレーションにより求めた結果の概要を示すものであって実線は液体供給路18での圧力分布を示し、破線は液体回収路19での圧力分布を示している。図29(a)は比較例1で説明した液体吐出ヘッドでの結果を示し、図29(b)は比較例2で説明した液体吐出ヘッドでの結果を示している。図から分かるように供給側開口21aと回収側開口21bの距離が長くなると、液体供給路18及び液体回収路19での圧力損失が大きくなり、液体供給路18と液体回収路19との間での圧力差ΔPにおいて、圧力差の小さな部分ΔPnが生ずる。このように圧力差が小さい部分では、圧力室23を通る所望の循環流が得られなくなり、待機状態から記録状態に遷移したときに液体の増粘などによって吐出不良を招くおそれがある。比較例1に示すように、同一幅の供給液室431と回収液室432とを等ピッチに配列する場合でも、距離L1が長くなってこの距離L1に応じて圧損が大きくなるので、比較例2の場合と同様の不具合を生じる。したがって、距離L1,L2は、液体供給路18及び液体回収路19での圧力損失の存在下でも圧力室23での所定の循環流量を確保できるように設定する必要があり、供給液室431及び回収液室432の幅は、この条件を満たすように設定される。
実施例1、比較例1,2の結果から明らかなように、所望の循環流を維持しつつ、待機状態から記録状態に遷移したときの圧力室23の昇温を押えるためには、回収液室432の容積を小さくし、供給液室431の容積を大きくすることが有効である。
FIG. 29 shows an outline of the results obtained by simulating the pressure distribution along the direction of the discharge port row in the liquid supply path 18 and the liquid recovery path 19, and the solid line shows the pressure distribution in the liquid supply path 18. Shown, the broken line shows the pressure distribution in the liquid recovery path 19. FIG. 29 (a) shows the result with the liquid discharge head described in Comparative Example 1, and FIG. 29 (b) shows the result with the liquid discharge head described with Comparative Example 2. As can be seen from the figure, when the distance between the supply side opening 21a and the recovery side opening 21b becomes long, the pressure loss in the liquid supply path 18 and the liquid recovery path 19 increases, and the pressure loss between the liquid supply path 18 and the liquid recovery path 19 increases. In the pressure difference ΔP of, a portion ΔPn having a small pressure difference is generated. In such a portion where the pressure difference is small, a desired circulating flow passing through the pressure chamber 23 cannot be obtained, and there is a possibility that discharge failure may occur due to thickening of the liquid when transitioning from the standby state to the recording state. As shown in Comparative Example 1, even when the supply liquid chamber 431 and the recovery liquid chamber 432 having the same width are arranged at equal pitches, the distance L1 becomes long and the pressure loss increases according to the distance L1. The same problem as in case 2 occurs. Therefore, the distances L1 and L2 need to be set so as to secure a predetermined circulation flow rate in the pressure chamber 23 even in the presence of pressure loss in the liquid supply passage 18 and the liquid recovery passage 19, and the supply liquid chamber 431 and The width of the recovery liquid chamber 432 is set so as to satisfy this condition.
As is clear from the results of Example 1 and Comparative Examples 1 and 2, in order to suppress the temperature rise of the pressure chamber 23 when the transition from the standby state to the recording state is performed while maintaining the desired circulating flow, the recovered liquid is used. It is effective to reduce the volume of the chamber 432 and increase the volume of the supply liquid chamber 431.
(実施例2)
供給液室431よりも回収液室432の方の容積を小さくするために、供給液室431の高さよりも回収液室432の高さを小さくすることも可能である。図30に示す実施例2の液体吐出ヘッドでは、吐出口列の方向での幅については供給液室431と回収液室432とを同じにするとともに、高さについては回収液室432の方を小さくしている。図30は実施例2の液体吐出ヘッドの支持部材30を示す図であって、(a)は図22のB−B線での断面に相当する図であり、(b)は図22のA−A線での回収液室432の断面を示している。
実施例2でも実施例1と同様に、待機状態から記録状態に遷移したときの圧力室23の過度の昇温を抑制することができる。実施例2では、吐出口列の方向では供給液室431及び回収液室432が同一で十分な幅を有しているため、液体供給路18及び液体回収路19における圧損が小さくなり、圧力室23での所望の循環流速を確保できる。
(Example 2)
In order to make the volume of the recovery liquid chamber 432 smaller than that of the supply liquid chamber 431, it is possible to make the height of the recovery liquid chamber 432 smaller than the height of the supply liquid chamber 431. In the liquid discharge head of the second embodiment shown in FIG. 30, the width in the direction of the discharge port row is the same for the supply liquid chamber 431 and the recovery liquid chamber 432, and the height of the recovery liquid chamber 432 is the same. I'm making it smaller. 30 is a diagram showing a support member 30 of the liquid discharge head of the second embodiment, FIG. 30A is a diagram corresponding to a cross section taken along the line BB of FIG. 22, and FIG. 30B is a diagram of A of FIG. 22. The cross section of the recovery liquid chamber 432 on the −A line is shown.
In the second embodiment as well as in the first embodiment, it is possible to suppress an excessive temperature rise of the pressure chamber 23 when the transition from the standby state to the recording state is performed. In the second embodiment, since the supply liquid chamber 431 and the recovery liquid chamber 432 are the same and have a sufficient width in the direction of the discharge port row, the pressure loss in the liquid supply passage 18 and the liquid recovery passage 19 becomes small, and the pressure chamber The desired circulation flow velocity at 23 can be secured.
(実施例3)
供給液室431よりも回収液室432の容積を小さくする手法は実施例1,2に示したものには限られない。実施例3では、吐出口列の方向において回収液室432の幅を供給液室431よりも狭くし、かつ、回収液室432の高さを供給液室431よりも低くすることによって、回収液室432の容積を供給液室431の容積よりも小さくしている。図31は、実施例3の液体吐出ヘッドにおける支持部材30を示すものであり、図22のB−B線での断面に相当する図である。実施例3は、供給液室431に比べて回収液室432の容積がより小さくなるので、待機状態から記録状態に遷移した後の昇温を抑制するのにより効果的である。
(Example 3)
The method of making the volume of the recovery liquid chamber 432 smaller than that of the supply liquid chamber 431 is not limited to that shown in Examples 1 and 2. In the third embodiment, the width of the recovery liquid chamber 432 is narrower than that of the supply liquid chamber 431 in the direction of the discharge port row, and the height of the recovery liquid chamber 432 is lower than that of the supply liquid chamber 431. The volume of the chamber 432 is made smaller than the volume of the supply liquid chamber 431. FIG. 31 shows the support member 30 in the liquid discharge head of the third embodiment, and is a view corresponding to the cross section taken along the line BB of FIG. 22. In Example 3, since the volume of the recovery liquid chamber 432 is smaller than that of the supply liquid chamber 431, it is more effective to suppress the temperature rise after the transition from the standby state to the recording state.
(実施例4)
図32は、実施例4の液体吐出ヘッドにおける支持部材30を示すものであり、図22のB−B線での断面に相当する図である。図32に示す実施例4の液体吐出ヘッドでは、複数ある回収液室432のうち、一部の回収液室432のみ、その容積を供給液室431の容積よりも小さくしている。液体の循環条件や、液体吐出ヘッドを構成する各部材の熱特性により、記録状態が始まったときの昇温が、記録素子基板10の端部において記録素子基板10の他の部位よりも大きくなる場合がある。このような状況に対応し、実施例4では、記録状態開始時に昇温が起こりやすい部分においてのみ回収液室432の容積を小さくしている。このように複数ある回収液室432の一部のみの容積を小さくしても、本発明の効果を達成することができる。言い換えれば、複数個設けられる回収液室432のうちの少なくとも1つの回収液室432の容積を、その回収液室432に隣接する供給液室431の容積よりも小さくすることにより、本発明の効果が達成されることになる。
(Example 4)
FIG. 32 shows the support member 30 in the liquid discharge head of the fourth embodiment, and is a view corresponding to the cross section taken along the line BB of FIG. 22. In the liquid discharge head of the fourth embodiment shown in FIG. 32, the volume of only a part of the recovery liquid chambers 432 is smaller than the volume of the supply liquid chamber 431 among the plurality of recovery liquid chambers 432. Due to the liquid circulation conditions and the thermal characteristics of each member constituting the liquid discharge head, the temperature rise at the start of the recording state becomes larger at the end of the recording element substrate 10 than at other parts of the recording element substrate 10. In some cases. In response to such a situation, in the fourth embodiment, the volume of the recovery liquid chamber 432 is reduced only in the portion where the temperature rise is likely to occur at the start of the recording state. Even if the volume of only a part of the plurality of recovery liquid chambers 432 is reduced in this way, the effect of the present invention can be achieved. In other words, the effect of the present invention is obtained by making the volume of at least one recovery liquid chamber 432 of the plurality of recovery liquid chambers 432 provided smaller than the volume of the supply liquid chamber 431 adjacent to the recovery liquid chamber 432. Will be achieved.
以上説明した各実施例では、吐出口列の方向での回収液室432の幅を狭くしたり、回収液室432の高さを低くしている。しかしながら幅を狭くしたり高さを低くすることにより、吐出すべき液体の種類や物性値(例えば、粘度、部材に対する濡れ特性)によっては、支持部材30内や記録素子基板10内に予め液体を良好に充填することが難しくなることがある。支持部材30内や記録素子基板10内に対する液体の充填は、一般に、共通供給流路211及び共通回収流路212を介して行われる。充填が不良となる場合には、液室部分の先端部などに大きな気泡が残留する。例えば実施例2に示した構成では、図33に示すように、回収液室432の先端部(高さが低くなっている部分)に気泡450が残留するおそれがある。このような残留した気泡は、液体吐出ヘッドの温度が上昇するにつれて成長し、圧力室23への液体の供給を阻害して、結果として吐出不良をもたらす。このような問題は、容積を小さくした回収液室432で起こりやすい。
In each of the above-described embodiments, the width of the recovery liquid chamber 432 in the direction of the discharge port row is narrowed, and the height of the recovery liquid chamber 432 is lowered. However, by narrowing the width or lowering the height, depending on the type and physical property values of the liquid to be discharged (for example, viscosity and wettability with respect to the member), the liquid may be preliminarily placed in the support member 30 or the recording element substrate 10. Good filling can be difficult. The filling of the liquid into the support member 30 and the recording element substrate 10 is generally performed via the common supply flow path 211 and the common recovery flow path 212. If the filling is poor, large bubbles remain at the tip of the liquid chamber. For example, in the configuration shown in Example 2, as shown in FIG. 33, bubbles 450 may remain at the tip end portion (the portion where the height is low) of the recovery liquid chamber 432. Such residual bubbles grow as the temperature of the liquid discharge head rises, hindering the supply of the liquid to the pressure chamber 23, resulting in poor discharge. Such a problem is likely to occur in the recovery liquid chamber 432 having a small volume.
そこで、気泡が残留しやすい液室へのより好ましい液体充填方法を以下に説明する。
共通回収流路212の両端を閉じた状態で、最初に、共通供給流路211を介して液体を充填していく。このとき、供給液室431については、液体の充填が容易に行えるように、十分な幅及び高さを有するものとする。また、液体吐出ヘッドは、その吐出口が形成されている面が下を向くような姿勢とする。充填のしやすさは、液体の粘度、部材に対する液体の濡れ特性などの物性値により異なるが、概ね、供給液室431の高さを4mm程度以上、幅を2〜3mm程度以上とすることが好ましい。供給液室431に液体を充填した後、共通回収流路212の両端を開ける。これにより供給液室431から圧力室23を通って、徐々に液体が回収液室432に入り、図34に示すように、回収液室432の底面(ここでは記録素子基板10側)から回収液室432が液体で満たされていく。その後、さらに液体を共通供給流路211に供給することにより、回収液室432から液体が共通回収流路212に達して液体が共通回収流路212を通って流れるようにする。このようにして、共通供給流路211から供給液室431、記録素子基板10内、回収液室432を通って共通回収流路212に至る全流路内が液体で充填されるようになる。
Therefore, a more preferable liquid filling method for the liquid chamber where air bubbles are likely to remain will be described below.
With both ends of the common recovery flow path 212 closed, the liquid is first filled through the common supply flow path 211. At this time, the supply liquid chamber 431 shall have a sufficient width and height so that the liquid can be easily filled. Further, the liquid discharge head is in a posture in which the surface on which the discharge port is formed faces downward. The ease of filling varies depending on the physical property values such as the viscosity of the liquid and the wettability of the liquid with respect to the member, but generally, the height of the supply liquid chamber 431 should be about 4 mm or more and the width should be about 2 to 3 mm or more. preferable. After filling the supply liquid chamber 431 with a liquid, both ends of the common recovery flow path 212 are opened. As a result, the liquid gradually enters the recovery liquid chamber 432 from the supply liquid chamber 431 through the pressure chamber 23, and as shown in FIG. 34, the recovered liquid is collected from the bottom surface of the recovery liquid chamber 432 (here, the recording element substrate 10 side). The chamber 432 is filled with liquid. After that, by further supplying the liquid to the common supply flow path 211, the liquid reaches the common recovery flow path 212 from the recovery liquid chamber 432 and the liquid flows through the common recovery flow path 212. In this way, the entire flow path from the common supply flow path 211 to the supply liquid chamber 431, the recording element substrate 10, the recovery liquid chamber 432, and the common recovery flow path 212 is filled with the liquid.
従来の充填方法では、共通供給流路211及び共通回収流路212の両方から液体を充填していた。ここで述べるように、共通供給流路211から供給液室431に先に充填を行い、圧力室23を介して回収液室432側へと充填を行うことにより、描画や印字を含む記録に影響するような気泡が残存しないようにすることが可能になる。
In the conventional filling method, the liquid is filled from both the common supply flow path 211 and the common recovery flow path 212. As described here, the supply liquid chamber 431 is filled from the common supply flow path 211 first, and then the recovery liquid chamber 432 is filled through the pressure chamber 23, which affects the recording including drawing and printing. It is possible to prevent such bubbles from remaining.