WO2010150346A1 - 液体吐出記録ヘッド - Google Patents

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substrate
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謙児 藤井
正久 渡部
修平 大宅
聖子 南
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キヤノン株式会社
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    • B41J2202/01—Embodiments of or processes related to ink-jet heads
    • B41J2202/19—Assembling head units

Definitions

  • the present invention relates to a liquid discharge recording head that performs a recording operation by discharging a liquid such as ink from an discharge port.
  • the present invention relates to an ink jet recording head that performs recording by discharging ink.
  • the liquid discharge recording head of the present invention is not only a general printing apparatus, but also a copying machine, a facsimile having a communication system, a word processor having a printing unit, and an industrial combination combined with various apparatuses. It can be applied to a recording apparatus.
  • “recording” also means providing an image such as a simple pattern.
  • Patent Document 1 The configuration of Patent Document 1 is known as a recording head mounted on an ink jet recording apparatus.
  • Japanese Patent Laid-Open No. 2004-260688 achieves both high-speed recording and high-quality recording, and also achieves both low cost and downsizing and simplification of the configuration, two recordings with different ejection methods on a single chip plate (support member).
  • a configuration for mounting an element substrate is disclosed. Such a configuration is shown in FIG.
  • FIG. 6 is a schematic enlarged cross-sectional view of the recording element substrates 5 and 6 and the support member 3 in the prior art.
  • FIG. 6 corresponds to a part of the AA ′ cross section of the liquid discharge recording head of FIG.
  • this Patent Document 1 it is described that the Si substrates 18 and 19 used for the two recording element substrates 4 and 5 have the same thickness.
  • Nozzle structure in which large droplets are ejected by increasing the distance between the energy generating element 2 and the ejection port 11 to efficiently perform solid printing or the like on the flow path forming member 20 in the recording element substrate 4 that ejects black ink. have.
  • a discharge method of this nozzle structure a method is adopted in which bubbles are generated in the ink by driving the recording element, and the ink is discharged by eliminating the bubbles.
  • the recording element substrate 5 on which the color ink is ejected is high by ejecting a small amount of liquid droplets to the black ink by shortening the distance between the energy generating element 2 and the ejection port 11 compared to black. It has a nozzle structure capable of fine high-quality recording.
  • a discharge method of this nozzle structure a method is adopted in which bubbles are generated in ink by driving a recording element, and ink is discharged in communication with the atmosphere in a state where the internal pressure of the bubbles is negative.
  • the recording element substrate 4 that discharges black ink causes large droplets to be ejected as compared with the recording element substrate 5, so that the distance between the energy generating element 2 and the ejection port 11 is set at the recording element substrate 5. Longer than that.
  • the recording element substrate 5 that ejects color ink has a nozzle structure in which the distance between the recording element and the ejection port is short in order to eject small droplets. Accordingly, when the thicknesses of the Si substrates 18 and 19 used for the two recording element substrates are substantially equal, the recording element substrate 5 that discharges color ink discharges more than the recording element substrate 4 that discharges black ink.
  • the distance from the exit to the recording medium becomes relatively long.
  • the greater the distance between the papers the worse the landing accuracy of the ejected ink on the recording medium. Therefore, if this inter-paper distance is large, even if a color recording element substrate 5 that provides good ejection characteristics is designed, its potential capability cannot be maximized, and landing accuracy may deteriorate. .
  • This deterioration in landing accuracy is one of the causes of color unevenness when forming so-called secondary colors formed by color inks.
  • the image quality is improved by increasing the number of times (the number of passes) the recording head scans the recording medium.
  • an object of the present invention is to improve the image quality of a color head that discharges a relatively small amount without degrading the image quality of a black head.
  • a liquid discharge recording head of the present invention includes a first recording element substrate having a first discharge port for discharging a liquid, and a second discharge port larger than the first discharge port.
  • a liquid discharge recording head comprising: a second recording element substrate provided; and a support member that supports the first recording element substrate and the second recording element substrate on a surface, from the surface of the support member The distance to the first discharge port is longer than the distance from the surface of the support member to the second discharge port.
  • the present invention it is possible to improve the landing accuracy of a color head that discharges a relatively small amount of liquid droplets and to improve the image quality without degrading the image quality of the black head as compared with the prior art. .
  • FIG. 3 is an enlarged cross-sectional view of the recording element substrate and the support member according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a schematic diagram illustrating a printing state by the liquid discharge recording head according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is an enlarged cross-sectional view of a recording element substrate and a support member according to a second embodiment of the present invention. It is a schematic diagram which shows the printing state by the liquid discharge recording head which concerns on the 2nd Embodiment of this invention.
  • FIG. 6 is an enlarged cross-sectional view of a recording element substrate and a support member according to a third embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is an enlarged cross-sectional view of a recording element substrate and a support member according to a conventional technique.
  • FIG. 2 is a perspective view illustrating a form of a liquid discharge recording head according to the invention.
  • FIG. 3 is an enlarged exploded perspective view of a main part of the recording element unit of the present invention.
  • FIG. 3 is a schematic perspective view showing a first recording element substrate.
  • FIG. 6 is a schematic perspective view showing a second recording element substrate.
  • FIG. 6 is an enlarged cross-sectional view of a recording element substrate and a support member according to a second embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is a schematic perspective view of the liquid discharge recording head.
  • the liquid discharge recording head of this embodiment is mainly composed of a recording element unit 16 and a liquid supply unit 15. Then, the liquid discharge recording head is set in the recording apparatus so that the surface on which the recording element unit 16 is formed faces the recording medium.
  • the configuration of the recording element unit 16 is shown in FIG. In FIG. 9, the first recording element substrate 4 and the second recording element substrate 5 are bonded to the support member 3. Next, the recording element unit 16 is formed by bonding the second support member 10 to the support member 3 and attaching the electric wiring tape 12 to the second support member 10.
  • FIG. 1 is a schematic enlarged cross-sectional view of a first recording element substrate 4, a second recording element substrate 5, and a support member 3 according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 corresponds to a part of the AA ′ cross section of the liquid discharge recording head of FIG.
  • the support member 3 is made of, for example, an alumina (AL2O3) material having a thickness of 0.5 to 10 mm. As this embodiment, the thing of thickness 7mm was used.
  • A2O3 alumina
  • the constituent material of the support member 3 is not limited to alumina, and has a linear expansion substantially equal to the linear expansion coefficient of the material of the recording element substrates 4 and 5, and the heat conduction of the material of the recording element substrates 4 and 5. It may be made of a material having a thermal conductivity substantially equal to or greater than the rate.
  • the material of the support member 3 may be, for example, silicon (Si), aluminum nitride (AlN), zirconia, silicon nitride, molybdenum, or tungsten.
  • the support member 3 is formed with a first recording element substrate 4 capable of ejecting black ink and a second recording element substrate 5 capable of ejecting color ink.
  • the first recording element substrate 4 is provided with a liquid communication port 6 for supplying black ink
  • the second recording element substrate 5 is formed with a liquid communication port 6 for supplying cyan, magenta and yellow inks.
  • a common liquid supply port 13 formed as a through hole in the recording element substrate is provided corresponding to each of the liquid communication ports 6. Further, the first recording element substrate 4 and the second recording element substrate 5 are fixed with an adhesive while being positioned with respect to the support member 3.
  • the adhesive material 17 is desirably a low viscosity, low curing temperature, cured in a short time, has a relatively high hardness after curing, and has ink resistance.
  • a thermosetting adhesive mainly composed of an epoxy resin is used, and the thickness of the adhesive is desirably 50 ⁇ m or less. In this embodiment, the thickness is 25 ⁇ m.
  • the first recording element substrate 4 includes a first substrate 18 and a first flow path forming member 20.
  • An energy generating element (first energy generating element) 2 that generates energy used to discharge a liquid and an electric wiring such as Al that supplies power to each energy generating element are formed on one surface of the Si substrate. ing.
  • the energy generating element is constituted by an electrothermal converter.
  • a Si substrate 18 having a thickness T1 of 0.625 mm was used.
  • the Si substrate 18 is different from the second recording element substrate 5 in that the Si substrate 18 that is relatively thin by 50 ⁇ m or more is used.
  • a plurality of ink flow paths and a plurality of discharge ports (first discharge ports) 11 corresponding to the energy generating element 2 are formed by a photolithography technique.
  • black ink is ejected, but it is desirable that the distance from the energy element to the ejection port 11 be 50 ⁇ m or more and 100 ⁇ m or less so that solid printing can be efficiently performed with large droplets.
  • This distance is Z1.
  • the distance Z1 is set to 75 ⁇ m.
  • the ink discharge amount was 30 pl
  • the dot diameter was 80 ⁇ m
  • the resolution was 600 dpi.
  • the Si substrate 18 is formed with a common liquid supply port 13 for supplying ink to a plurality of ink flow paths so as to open on the opposite surface (back surface).
  • the second recording element substrate 5 includes a second substrate 19 and a second flow path forming member 21.
  • the second substrate 19 includes a plurality of energy generating elements (second energy generating elements) 2 for discharging a liquid and an electric wiring such as Al for supplying power to each energy generating element formed by a film forming technique. Is done.
  • a plurality of ink flow paths and a plurality of ejection ports (second ejection ports) 11 corresponding to the energy generating element 2 are formed by a photolithography technique.
  • the distance (Z2) from the energy generating element 2 to the discharge port 11 of the second recording element substrate is 10 ⁇ m or more and 30 ⁇ m. The following is desirable. In the present embodiment, this Z2 is set to 25 ⁇ m.
  • the ink discharge amount at that time was set to 5 pl and 1 pl for each color.
  • the dot diameter of 5 pl was 40-50 ⁇ m
  • the dot diameter of 1 pl was 10-30 ⁇ m
  • the resolution was 1200 dpi.
  • the Si substrate 19 is formed with a common liquid supply port 13 for supplying ink to a plurality of ink flow paths so as to open on the opposite surface (back surface).
  • Three ink supply ports are formed corresponding to the nozzle rows of the three colors of cyan, magenta, and yellow. The above is the description of the second recording element substrate.
  • the discharge port 11 is located below the support member 3, and the recording surface 14 of the recording medium is located below the discharge port 11. Then, ink droplets are ejected from the ejection port, and land on the recording surface 14 of the recording medium for recording. At this time, the distance between the ejection port 11 and the surface 14 of the recording medium needs to be a predetermined distance in order to prevent head rubbing or the like due to waviness of the paper surface. In this embodiment, the thickness is 1.2 mm.
  • ink is ejected substantially perpendicularly to the recording medium 14, but due to the influence of the processing tolerance of the flow path forming member and the displacement of the ejection port corresponding to the energy generating element 2, etc.
  • the discharge angle may be slightly inclined with respect to the recording medium. Further, the landing accuracy on the recording medium may be shifted due to the influence of the airflow in the recording apparatus.
  • the first recording element substrate 4 and the second recording element substrate 5 it is possible to easily improve the color image quality by manufacturing the first recording element substrate 4 and the second recording element substrate 5 from Si wafers having different sizes.
  • a Si substrate 18 formed of a 6-inch wafer conforming to the SEMI standard is used for the first recording element substrate 4
  • an Si substrate 18 formed of an 8-inch wafer conforming to the SEMI standard is used for the second recording element substrate 5.
  • a substrate 19 is used. Since the thickness of the 8-inch wafer is larger than the thickness of the 6-inch wafer, the difference in thickness of about 0.1 mm can be accurately produced by forming the element substrate with wafers of different sizes.
  • Table 1 The examination results of this embodiment are shown in Table 1.
  • the distance B between the sheets by setting the distance B between the sheets to the minimum value of 1.2 mm, a very good image quality was obtained. At that time, although the black paper gap A is larger than the color, large droplets are ejected compared to the color, so that it was verified that the image quality does not deteriorate until the paper gap is 1.5 mm.
  • the thickness of the color flow path forming member can be made smaller than the thickness of the black flow path forming member by making the thickness of the color Si substrate larger than that of the black Si substrate as in this embodiment. Accordingly, the color discharge amount can be made smaller than the black discharge amount with a simple configuration, and the color paper distance can be made smaller than the black paper distance. That is, it is preferable that the distance from the surface of the support member 3 that supports the recording element substrate to the second ejection port 11 can be made longer than the distance from the surface of the support member to the first ejection port 11.
  • FIG. 3 is a schematic enlarged sectional view of the recording element substrates 4 and 5 and the support member 3 according to the second embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 corresponds to a part of the AA ′ cross section of the liquid discharge recording head of FIG.
  • the support member 3 is provided with a step of about 0.05 mm to 0.3 mm with respect to the bonding surface of the recording element substrates 4 and 5.
  • X1 6.8 mm at a relatively thin portion of the supporting member 3 where the recording element substrate 4 is bonded
  • X2 7 mm at a relatively thick portion where the recording element substrate 5 is bonded. That is, X2 ⁇ X1 ⁇ 0.05 mm holds.
  • This step may be formed using an offset plate 7 as shown in FIG.
  • the support member 3 and the offset plate are made of an alumina (AL2O3) material.
  • the constituent material of the support member 3 and the offset plate is not limited to alumina, and may be any of silicon (Si), aluminum nitride (AlN), zirconia, silicon nitride, molybdenum, and tungsten, for example.
  • the support member 3 is provided with a liquid communication port 6 for supplying black ink to the first recording element substrate 4 and for supplying cyan, magenta, and yellow ink to the second recording element substrate 5.
  • a liquid communication port 6 is formed.
  • a liquid communication port is also formed when the offset plate 7 of FIG. 12 is used.
  • the common liquid supply port 13 of the recording element substrate corresponds to the support member 3 or the offset plate 7 to the liquid communication port 6, respectively.
  • the first recording element substrate 4 is fixed to the support member 3 and the second recording element substrate 5 is fixed to the support member or the offset plate with high positional accuracy.
  • a material having a low viscosity, a low curing temperature, curing in a short time, having a relatively high hardness after curing, and having ink resistance is desirable.
  • it is a thermosetting adhesive mainly composed of an epoxy resin, and the thickness of the adhesive is desirably 50 ⁇ m or less. In this embodiment, the thickness is 25 ⁇ m.
  • the thickness of the Si substrate 22 of the first recording element substrate 4 is 0.71 mm to 0.8 mm, and the Si substrate 23 of the second recording element substrate 5 is the same. A thickness of 0.71 mm to 0.8 mm was used.
  • the thickness of the flow path forming member 24 in the first recording element substrate 4 and the thickness of the flow path forming member 25 in the second recording element substrate 5 were set to the same values as in the first embodiment.
  • the recording element substrates 4 and 5 are provided with the discharge port 11 under the support member 3 and the recording surface 14 of the recording medium underneath. . Then, liquid is discharged from the discharge port and landed on the recording surface 14 of the recording medium, thereby enabling recording. At this time, the distance between the ejection port 11 and the surface 14 of the recording medium was set to 1.2 mm.
  • the distance between papers from the discharge port 11 of the first recording element substrate 4 to the recording medium 14 is C and the distance between papers of the second recording element substrate 5 is D
  • the relationship of C ⁇ D is preferable.
  • CD 0.01 to 0.03 mm is preferable. With such a configuration, it is possible to set the minimum set distance between papers to prevent the interference between the recording medium and the head with reference to the discharge port 11 of the second recording element substrate 5. Color ink ejection characteristics can be obtained. Then, the potential capability of the second recording element substrate 5 can be extracted, the landing accuracy can be improved, and the image quality can be greatly improved.
  • the thickness of the support member 3 to which the second recording element substrate is bonded is increased by 0.05 mm or more with respect to the thickness of the support member 3 to which the first recording element substrate is bonded. The image quality can be improved.
  • the advantage of this embodiment is preferable in that the color image quality can be significantly improved by only adding a step processing of the support member without changing the recording element substrate. Further, adjusting the height with a separate member as shown in FIG. 12 is preferable in that the processing of the support member becomes unnecessary. Further, it is preferable in that the height can be adjusted with high accuracy.
  • FIG. 5 is a schematic enlarged sectional view of a recording element substrate and a support member in the third embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 corresponds to a part of the AA ′ cross section of the liquid discharge recording head of FIG.
  • the difference between the first and second embodiments is that the inter-paper distance between the first recording element substrate and the second recording element substrate is changed by changing the thickness of the adhesive layer that bonds the support member and the recording element substrate. It is a changing point.
  • the thickness of the adhesive layer of the first recording element substrate 4 is Y1
  • the thickness of the adhesive layer of the second recording element substrate is Y2
  • the relational expression of Y2 ⁇ Y1 ⁇ 0.05 mm is established.
  • the color image quality can be improved by simply increasing the thickness of the adhesive layer for adhering the second recording element substrate to 0.05 mm or more relative to the thickness of the adhesive layer for adhering the first recording element substrate. It can be improved.
  • the present invention can be widely applied as a liquid discharge recording head mounted on an ink jet recording apparatus such as an ink jet printer.

Landscapes

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Abstract

　ブラック及びカラーインクを吐出する複数の記録素子基板を備える液体吐出記録ヘッドにおいて、ブラックインクによる画像品位を落とすことなくカラーインクによる画像品位を向上させる。　液体を吐出する第１の吐出口を備える第１の記録素子基板と、前記第１の吐出口よりも大きい第２の吐出口を備える第２の記録素子基板と、前記第１の記録素子基板と前記第２の記録素子基板とを面で支持する支持部材と、を備える液体吐出記録ヘッドであって、前記支持部材の面から前記第１の吐出口までの距離が、前記支持部材の面から前記第２の吐出口までの距離より長い。

Description

液体吐出記録ヘッド
　本発明は、インク等の液体を吐出口から吐出して記録動作を行う液体吐出記録ヘッドに関する。特にはインクを吐出して記録を行うインクジェット記録ヘッドに関する。なお、本発明の液体吐出記録ヘッドは一般的なプリント装置のほか、複写機、通信システムを有するファクシミリ、プリント部を有するワードプロセッサ等の装置、更には、各種装置と複合的に組み合わされた産業用記録装置に適用することができる。なお、本発明において『記録』とは、単なるパターン等の画像を付与することも意味する。
　インクジェット記録装置に搭載される記録ヘッドとしては特許文献１の構成が知られている。特許文献１には高速記録と高品位記録とをともに達成し、しかも低コストや構成の小型化及び簡略化をはかるため、１枚のチッププレート（支持部材）上に吐出方式の異なる２つの記録素子基板を搭載する構成を開示する。このような形態を図６に示す。
　図６は従来技術における記録素子基板５、６及び支持部材３の模式的拡大断面図を示す。この図６は、図８の液体吐出記録ヘッドのＡ－Ａ‘断面の一部に相当する。この特許文献１において、２つの記録素子基板４、５に用いられるＳｉ基板１８、１９は同じ厚さであると記載されている。ブラックインクを吐出させる記録素子基板４における流路形成部材２０には、エネルギー発生素子２と吐出口１１との距離を長くすることで大液滴を吐出し、ベタ印字などが効率よく行えるノズル構造を有している。このノズル構造の吐出方式としては、記録素子を駆動することでインク中に気泡を発生させ、その気泡が消泡することでインクを吐出する方式を採用している。一方、カラーインクを吐出させる記録素子基板５は、エネルギー発生素子２と吐出口１１との距離をブラックに比べて短くすることで、ブラックインクに対して小量の液滴を吐出することで高精細な高品位記録が可能なノズル構造を有している。このノズル構造の吐出方式としては、記録素子を駆動することでインク中に気泡を発生させ、その気泡の内圧が負の状態で大気と連通しインクを吐出する方式を採用している。
　このように１つの支持部材に２つの記録素子基板を搭載する液体吐出記録ヘッドは、図７のように記録装置にセットして記録を行う場合、被記録媒体に向けてほぼ垂直方向にインクを吐出する。また、被記録媒体の表面に若干のうねりがあるため、液体吐出記録ヘッドの吐出口のある面と被記録媒体の表面とが干渉しないように、液体吐出記録ヘッドと被記録媒体との間に１．２ｍｍ程度のすき間を設けている。このすき間を紙間距離と呼ぶ。この紙間距離は、画像品位とコストとのバランスより最適な距離が設定されている。
特開２００２－１５４２０８号公報
　特許文献１のヘッドにおいて、ブラックインクを吐出する記録素子基板４では、記録素子基板５に比べて大液滴を吐出させるため、エネルギー発生素子２と吐出口１１との距離が記録素子基板５に比べて長い。一方、カラーインクを吐出する記録素子基板５は、小液滴を吐出させるため、記録素子と吐出口との距離が短いノズル構造となる。従って、２つの記録素子基板に用いるＳｉ基板１８、１９の厚さがほぼ同等である場合は、ブラックインクを吐出する記録素子基板４より、カラーインクを吐出する記録素子基板５の方が、吐出口から被記録媒体までの距離（紙間距離）が相対的に長くなる。一般にこの紙間距離が大きくなればなるほど、吐出されるインクの被記録媒体への着弾精度は悪化する。従って、この紙間距離が大きいと、良好な吐出特性が得られるカラーの記録素子基板５を設計しても、その潜在的な能力を最大限に発揮できず、着弾精度が悪化する場合がある。この着弾精度の悪化は、カラーインク同士で形成する、所謂、２次色形成時の色ムラの原因の１つとなっている。この課題に対しての対策の１つとして、従来の製品では、記録ヘッドが被記録媒体上を走査する回数（パス数）を増やすことで、画像品位を向上させていた。しかし、近年、印字スピード向上の要求の高まりとともにパス数が減る傾向にある。と同時に高画質化の要求もあり、これまで以上にカラーインク等の小量の液滴の着弾精度の向上が重要になってきている。これは吐出される液体の量が小さくなるほど、被記録媒体への着弾精度、主滴に付随して発生するサテライト滴の影響が大きくなり、結果、画像品位への影響も大きくなる。
以上のような状況を鑑みて、本発明は、ブラック用ヘッドの画像品位を落とすことなく、相対的に少量の吐出を行うカラーヘッドの画像品位を向上させることを目的とする。
　上記目的を達成するため、本発明の液体吐出記録ヘッドは、液体を吐出する第１の吐出口を備える第１の記録素子基板と、前記第１の吐出口よりも大きい第２の吐出口を備える第２の記録素子基板と、前記第１の記録素子基板と前記第２の記録素子基板とを面で支持する支持部材と、を備える液体吐出記録ヘッドであって、前記支持部材の面から前記第１の吐出口までの距離が、前記支持部材の面から前記第２の吐出口までの距離より長いことを特徴とする。
　上記本発明によれば、従来に比べてブラックヘッドによる画像品位を落とすことなく、相対的に少量の液滴を吐出するカラーヘッドの着弾精度を向上させ、画像品位を向上させることが可能となる。
本発明の第１の実施形態に係る記録素子基板及び支持部材の拡大断面面図である。 本発明の第１の実施形態に係る液体吐出記録ヘッドによる印字状態を示す模式図である。 本発明の第２の実施形態に係る記録素子基板及び支持部材の拡大断面面図である。 本発明の第２の実施形態に係る液体吐出記録ヘッドによる印字状態を示す模式図である。 本発明の第３の実施形態に係る記録素子基板及び支持部材の拡大断面面図である。 従来技術に係る記録素子基板及び支持部材の拡大断面面図である。 従来技術に係る液体吐出記録ヘッドによる印字状態を示す模式図である。 本発明の液体吐出記録ヘッドの形態を表す斜視図である。 本発明の記録素子ユニットの要部拡大分解斜視図である。 第１の記録素子基板を示す模式的斜視図である。 第２の記録素子基板を示す模式的斜視図である。 本発明の第２の実施形態に係る記録素子基板及び支持部材の拡大断面面図である。
　次に、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
　図８は、液体吐出記録ヘッドの模式的な斜視図である。本実施形態の液体吐出記録ヘッドは、主に記録素子ユニット１６と液体供給ユニット１５から構成される。そして、記録素子ユニット１６が形成された面が被記録媒体に対面するように液体吐出記録ヘッドが記録装置にセットされる。記録素子ユニット１６の構成を図９に示す。図９において、支持部材３に第１の記録素子基板４及び第２の記録素子基板５を接着する。次に、第２の支持部材１０を支持部材３に接着し、第２の支持部材１０に電気配線テープ１２を貼りつけることによって、記録素子ユニット１６が形成される。
　（第１の実施形態）
　図１は本発明の第１の実施形態における第１の記録素子基板４、第２の記録素子基板５及び支持部材３の模式的拡大断面図である。この図１は、図８の液体吐出記録ヘッドのＡ－Ａ‘断面の一部に相当する。まず、図１の構造から説明する。本実施形態において支持部材３は例えば、厚さ０．５～１０ｍｍのアルミナ（ＡＬ２Ｏ３）材料で形成されている。本実施形態としては、７ｍｍの厚さのものを使用した。なお支持部材３の構成材料はアルミナに限られることなく、記録素子基板４及び５の材料の線膨張率とほぼ同等の線膨張を有し、かつ、記録素子基板４及び５の材料の熱伝導率とほぼ同等もしくは同等以上の熱伝導率を有する材料で作られてもよい。支持部材３の材料は、例えば、シリコン（Ｓｉ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、ジルコニア、窒化珪素、モリブデン、タングステンでも良い。
　次に、支持部材３には、ブラックインクを吐出可能な第１の記録素子基板４とカラーインクを吐出可能な第２の記録素子基板５とが形成されている。第１の記録素子基板４にはブラックインクを供給するための液体連通口６、第２の記録素子基板５にはシアン、マゼンダ、イエローのインクを供給するための液体連通口６が形成されている。そして、記録素子基板に貫通孔として形成される共通液体供給口１３が、液体連通口６にそれぞれ対応して設けられている。また、第１の記録素子基板４と第２の記録素子基板５はそれぞれ支持部材３に対して位置決めされた状態で接着材で固定されている。この接着材１７には、低粘度で硬化温度が低く、短時間で硬化し、硬化後比較的高い硬度を有し、且つ耐インク性のあるものが望ましい。例えば、本実施形態では、エポキシ樹脂を主成分とした熱硬化接着材を使用し、この接着材の厚みは５０μｍ以下が望ましい。本実施形態としては２５μｍとした。
　次に、第１の記録素子基板４の構成ついて図１０を用いて説明する。第１の記録素子基板４は、第１の基板１８と第１の流路形成部材２０とから構成される。第１の基板１８は、厚さＴ１＝０．５ｍｍ～０．６２５ｍｍのＳｉ基板１８からなる。Ｓｉ基板の一面に、液体を吐出するために利用されるエネルギーを発生するエネルギー発生素子（第１のエネルギー発生素子）２と、各エネルギー発生素子に電力を供給するＡｌ等の電気配線が形成されている。本実施形態では、エネルギー発生素子は電気熱変換体により構成される。また、Ｓｉ基板１８の厚さＴ１として０．６２５ｍｍのものを使用した。後述するが、このＳｉ基板１８の厚さが第２の記録素子基板５と異なり、相対的に５０μｍ以上薄いＳｉ基板１８を使用している事が本実施形態の特徴となる。そして、このエネルギー発生素子２に対応する複数のインク流路と複数の吐出口（第１の吐出口）１１とが、フォトリソグラフィ技術により形成されている。この第１の記録素子基板４では、ブラックインクを吐出させるが、大液滴でベタ印字が効率よく行えるようにエネルギー素子から吐出口１１まで距離は５０μｍ以上、１００μｍ以下にするのが望ましい。この距離をＺ１とする。本実施形態ではＺ１を距離を７５μｍとした。その際のインク吐出量は３０ｐｌとし、ドット径は８０μｍ、解像度は６００ｄｐｉとした。
　さらに、Ｓｉ基板１８には、複数のインク流路にインクを供給するための共通液体供給口１３が反対側の面（裏面）に開口するように形成されている。
　次に、第２の記録素子基板５の構成ついて図１１にて説明する。第２の記録素子基板５は、第２の基板１９と第２の流路形成部材２１とから構成される。第２の基板１９は、液体を吐出するための複数のエネルギー発生素子（第２のエネルギー発生素子）２と、各エネルギー発生素子に電力を供給するＡｌ等の電気配線が、成膜技術により形成される。Ｓｉ基板１９の厚さとしてはＴ２＝０．７１ｍｍ～０．８ｍｍが望ましいが、本実施形態では、Ｓｉ基板１９の厚さＴ２として０．７２５ｍｍのものを使用した。後述するが、このＳｉ基板１９の厚さが第１の記録素子基板と異なり、相対的に５０μｍ以上厚いＳｉ基板を使用していることが本実施形態の特徴となる。そして、このエネルギー発生素子２に対応する複数のインク流路と複数の吐出口（第２の吐出口）１１とが、フォトリソグラフィ技術により形成されている。この第２の記録素子基板では、小液滴で高精細な高品位記録が可能にするため、第２の記録素子基板のエネルギー発生素子２から吐出口１１まで距離（Ｚ２）は１０μｍ以上、３０μｍ以下にするのが望ましい。本実施形態ではこのＺ２を２５μｍとした。その際のインク吐出量は各色共に５ｐｌと１ｐｌと設定した。５ｐｌのドット径は４０～５０μｍ、１ｐｌのドット径は１０～３０μｍ、解像度は、１２００ｄｐｉとした。
　さらに、Ｓｉ基板１９には、複数のインク流路にインクを供給するための共通液体供給口１３が反対側の面（裏面）に開口するように形成されている。このインク供給口はシアン、マゼンダ、イエローの３色の吐出口ノズル列に対応して３本形成されている。以上が第２の記録素子基板の説明となる。
　次に、上記液体吐出記録ヘッドを使って実際に印字する状態を図２にて説明する。液体吐出記録ヘッドを実際の記録装置にセットし印字を行う際は支持部材３の下に吐出口１１、さらにその下には被記録媒体の記録面１４が来る構成となる。そして、吐出口からインク滴が吐出され、被記録媒体の記録面１４に着弾し記録がなされる。この際、吐出口１１と被記録媒体の表面１４との間の距離は、紙面のうねりによるヘッドこすれ等を防止するため所定の距離が必要となる。本実施形態としては、１．２ｍｍとした。また、ノズル構造としては、被記録媒体１４にほぼ垂直にインクが吐出されることになるが、流路形成部材の加工公差やエネルギー発生素子２に対応する吐出口の位置ずれ等の影響によって、吐出角度が被記録媒体に対して若干傾斜する場合がある。また、記録装置内の気流の影響により被記録媒体への着弾精度がずれる場合もある。
　この第１の記録素子基板４の吐出口１１から被記録媒体１４までの距離（紙間距離）をＡとし、第２の記録素子基板５の紙間距離Ｂとする場合、寸法的にはＡ≧Ｂという関係が成り立つ。しかし、製造プロセス上、熱電気変換素子から吐出口までの距離が長ければ長いほど、つまり流路形成部材の厚みが厚いほど、流路形成部材の加工公差が増加する。このため、この要因を更に考慮すると、Ａ＝Ｂにすることは実質的に困難である。また、Ａ＜Ｂとなると従来のようにカラーヘッドから吐出される着弾精度が悪化する。本発明においては、画像の形成に影響の大きい小液滴を吐出する第２の記録素子基板５から吐出される液滴の着弾精度を向上させることが好ましい。
　よって上記製造・組み付け交差を考慮すると、Ａ＞Ｂという関係式が望ましく、特には、Ａ－Ｂ＝０．０１～０．０３ｍｍが好ましい。このような関係式によって、前述した所定の紙間設定距離に第２の記録素子基板５の紙間距離をあわせることが可能となる事から、良好なカラーインクの吐出特性を得られる。つまりカラーの記録素子基板５を基準として紙間を設定することが可能となり好ましい。そして、第２の記録素子基板５の潜在的な能力を引き出し、着弾精度を向上させ、画像品位を向上させることが可能となる。
　本実施形態では、第１の記録素子基板４と、第２の記録素子基板５とを、サイズの異なるＳｉウエハーから製造することによって簡単にカラーの画像品位を向上させることが可能となる。例えば、第１の記録素子基板４にＳＥＭＩ規格に準する６インチウェハーで形成したのＳｉ基板１８を使用し、第２の記録素子基板５にＳＥＭＩ規格に準する８インチウェハーで形成したのＳｉ基板１９を使用する。８インチウェハーの厚みは６インチウェハーの厚みより厚いため、素子基板を異なるサイズのウェハーにて形成することで、上記０．１ｍｍ程度の厚みの差を精度良く作りだすことが可能となる。本実施形態の検討結果を表１に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　カラーの画像品位に関しては紙間距離Ｂを設定の最小限値である１．２ｍｍにすることによって、大変良好な画像品位が得られた。その際、ブラックの紙間Ａはカラーに比べて大きくなるが、カラーに比べて大液滴を吐出させるため、紙間距離が１．５ｍｍまでは画像品位は悪くならないことを検証できた。
　よって、本実施形態のように、１つの液体吐出記録ヘッド、特には１つの支持部材にブラック用とカラー用と夫々異なる記録素子基板を備える場合に、ブラックの品位を落とすことなくカラーの印字が従来に比べて向上させることが可能となり好ましい。特に本実施形態のようにカラーのＳｉ基板の厚みをブラックのＳｉ基板より大きくすることで、カラーの流路形成部材の厚みをブラックの流路形成部材の厚みより小さくできる。それによりカラーの吐出量をブラックの吐出量より簡易な構成で小さくすることができるとともに、カラーの紙間距離をブラックの紙間距離よりも小さくすることが可能となる。つまり、支持部材３の記録素子基板を支持する面から第２の吐出口１１までの距離が、支持部材の面から第１の吐出口１１までの距離よりも長くすることが可能となり好ましい。
　（第２の実施形態）
　図３は本発明の第２の実施形態における記録素子基板４、５及び支持部材３の模式的拡大断面図である。この図３は、図８液体吐出記録ヘッドのＡ－Ａ‘断面の一部に相当する。
　図３において、支持部材３は、記録素子基板４及び５の接着面に対して０．０５ｍｍ～０．３ｍｍ程度の段差が設けられている。本実施形態としては、支持部材３の記録素子基板４を接着する相対的に薄い部分でＸ１＝６．８ｍｍとし、記録素子基板５を接着する相対的に厚い部分でＸ２＝７ｍｍとした。つまり、Ｘ２－Ｘ１≧０．０５ｍｍが成り立つ。この段差に関しては、図１２のようにオフセット用プレート７等を使用して形成しても良い。支持部材３及びオフセット用プレートの材料としては、アルミナ（ＡＬ２Ｏ３）材料で形成されている。なお支持部材３及びオフセット用プレートの構成材料はアルミナに限られることなく、例えば、シリコン（Ｓｉ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、ジルコニア、窒化珪素、モリブデン、タングステンのうちどれで合っても良い。
　次に、支持部材３には、第１の記録素子基板４にブラックインクを供給するための液体連通口６と、第２の記録素子基板５にシアン、マゼンダ、イエローのインクを供給するための液体連通口６が形成されている。図１２のオフセット用プレート７を使用した場合も液体連通口が形成されている。そして、記録素子基板の共通液体供給口１３が支持部材３もしくはオフセット用プレート７が液体連通口６にそれぞれ対応している。また、第１の記録素子基板４は、支持部材３に対して、また、第２の記録素子基板５は支持部材もしくはオフセット用プレートに対してそれぞれ位置精度良く接着固定されている。この接着には、低粘度で硬化温度が低く、短時間で硬化し、硬化後比較的高い硬度を有し、且つ耐インク性のあるものが望ましい。例えば、本発明では、エポキシ樹脂を主成分とした熱硬化接着材であり、この接着材の厚みは５０μｍ以下が望ましい。本実施形態としては２５μｍとした。
　次に、第１の記録素子基板４及び第２の記録素子基板５の構成ついて図１０及び図１１を用いて説明する。本実施形態においては、第１の記録素子基板４のＳｉ基板２２の厚みは、厚さ０．７１ｍｍ～０．８ｍｍのものを使用し、第２の記録素子基板５のＳｉ基板２３も同様の０．７１ｍｍ～０．８ｍｍの厚みものを使用した。第１の記録素子基板４における流路形成部材２４の厚みと、第２の記録素子基板５における流路形成部材２５の厚みは第１の実施形態と同様の値とした。
　次に、上記液体吐出記録ヘッドを使って実際に印字する状態を図４にて説明する。液体吐出記録ヘッドを実際の記録装置にセットし印字を行う際は、記録素子基板４及び５は、支持部材３の下に吐出口１１、さらにその下に被記録媒体の記録面１４が配する。そして、吐出口から液体が吐出し被記録媒体の記録面１４に着弾し記録が可能となる。この際、吐出口１１と被記録媒体の表面１４との間の距離は、１．２ｍｍとした。第１の記録素子基板４の吐出口１１から被記録媒体１４までの紙間距離をＣとし、第２の記録素子基板５の紙間距離をＤとする場合、Ｃ≧Ｄという関係が好ましい。しかし、加工公差を考慮するとＣ－Ｄ＝０．０１～０．０３ｍｍが好ましい。このような構成によって、被記録媒体とヘッドとの干渉を防止する最小限の紙間設定距離に第２の記録素子基板５の吐出口１１を基準として設定することが可能となる事から、良好なカラーインクの吐出特性を得られる。そして、第２の記録素子基板５の潜在的な能力を引き出し、着弾精度を向上させ、画像品位を大幅に向上させることが可能となる。本実施形態では、第１の記録素子基板を接着する支持部材３の厚さに対して、第２の記録素子基板を接着する支持部材３の厚さを０．０５ｍｍ以上厚くするだけで、カラーの画像品位を向上可能であることが特徴となる。本実施形態の利点は、記録素子基板を変更することなく、支持部材の段差加工の追加のみで、カラーの画像品位向上が大幅にはかることが可能となる点で好ましい。また図１２のように別部材で高さを調整することは支持部材の加工が不要となる点で好ましい。また高さの調整も精度良く出来る点で好ましい。
　（第３の実施形態）
　図５は本発明の第３の実施形態における記録素子基板及び支持部材の模式的拡大断面図である。この図５は、図８液体吐出記録ヘッドのＡ－Ａ‘断面の一部に相当する。第１および第２の実施形態との違いは、支持部材と記録素子基板を接着する接着層の厚みを変えることで、第１の記録素子基板と第２の記録素子基板との紙間距離を変えている点である。第１の記録素子基板４の接着材層の厚みをＹ１とし、第２の記録素子基板の接着材層の厚みをＹ２とした場合、Ｙ２－Ｙ１≧０．０５ｍｍの関係式がなりたつ。このような関係式を満たすことによって、第１及び第２の実施形態と同様の効果が得られる。
　本実施形態では、第２の記録素子基板を接着する接着層の厚さを第１の記録素子基板を接着する接着層の厚みに対して０．０５ｍｍ以上厚くするだけで、カラーの画像品位を向上可能であることが特徴となる。
　本発明は、インクジェットプリンタなどのインクジェット記録装置に装着する液体吐出記録ヘッドとして広く適用することかできる。
　２　エネルギー発生素子
　３　支持部材
　４　第１の記録素子基板
　５　第２の記録素子基板
　６　液体連通口
　７　オフセット用プレート
　８　液体供給ユニット
　９　流路形成部材
　１１　吐出口
　１３　共通液体供給口
　１６　記録素子ユニット
　１７　接着材層
　１８、１９、２２、２３　Ｓｉ基板

Claims (9)

  1. 　液体を吐出する第１の吐出口を備える第１の記録素子基板と、前記第１の吐出口よりも小さい第２の吐出口を備える第２の記録素子基板と、前記第１の記録素子基板と前記第２の記録素子基板とを面で支持する支持部材と、を備える液体吐出記録ヘッドであって、
    前記支持部材の面から前記第２の吐出口までの距離が、前記支持部材の面から前記第１の吐出口までの距離より長いことを特徴とする液体吐出記録ヘッド。
  2. 　被記録媒体に液体を吐出して記録を行う液体吐出記録ヘッドであって、前記第２の吐出口と前記被記録媒体との距離が、前記第１の吐出口と前記被記録媒体との距離より短いことを特徴とする請求項１に記載の液体吐出記録ヘッド。
  3. 　前記第１の記録素子基板は、液体を吐出するために利用されるエネルギーを発生する第１のエネルギー発生素子を備える第１の基板と、前記第１の吐出口および流路を備える第１の流路形成部材とを含み、
    　前記第２の記録素子基板は、液体を吐出するために利用されるエネルギーを発生する第２のエネルギー発生素子を備える第２の基板と、前記第２の吐出口および流路を備える第２の流路形成部材とを含むことを特徴とする請求項１または２に記載の液体吐出記録ヘッド。
  4. 　前記第２の基板の厚みは前記第１の基板の厚みより大きいことを特徴とする請求項３に記載の液体吐出記録ヘッド。
  5. 　前記第１の流路形成部材の厚みは前記第２の流路形成部材の厚みよりも大きいとを特徴とする請求項３または４に記載の液体吐出記録ヘッド。
  6. 　前記支持部材における、前記第１の記録素子基板を支持する部分の厚みが、前記第２の記録素子基板を支持する部分の厚みより小さいことを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の液体吐出記録ヘッド。
  7. 　前記第１の基板と前記第２の基板の厚みが同じであることを特徴とする請求項６に記載の液体吐出記録ヘッド。
  8. 　前記支持部材と前記第１の記録素子基板との間の接着材の厚みが前記支持部材と前記第２の記録素子基板との間の接着材の厚みよりも小さいことを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の液体吐出記録ヘッド。
  9. 　前記第１の吐出口からはブラックインクを吐出可能で、前記第２の吐出口からは前記ブラックインクよりも吐出量の小さいカラーインクを吐出可能であることを特徴とする請求項１から８のいずれかに記載の液体吐出記録ヘッド。
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