JP4446337B2 - Ink jet head, head cartridge, and ink jet recording apparatus - Google Patents
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Description
本発明はインクジェットヘッド、ヘッドカートリッジ及びインクジェット記録装置に関し、詳細にはインクジェット記録分野において記録用のインクを噴射するのに使用されるインクジェットヘッドに関する。 The present invention relates to an ink jet head, a head cartridge, and an ink jet recording apparatus, and more particularly to an ink jet head used to eject recording ink in the field of ink jet recording.
現在の画像形成装置として様々な記録方式が開発されている。中でもインクジェット記録方式は、記録媒体に対して非接触であること、高密度記録が可能であること、カラー化が容易であること、装置の小型化が可能であること、印刷のように版などを必要とせずオンデマンドで形成可能であることから広く普及されている。 Various recording methods have been developed as current image forming apparatuses. In particular, the inkjet recording method is non-contact with the recording medium, enables high-density recording, can be easily colored, can be downsized, and can be used for printing. Is widely used because it can be formed on demand without the need for
このインクジェット記録装置において、従来から普通紙などの記録媒体上でのにじみ防止対策の一つとして、加熱して個体からインク液に変化させて噴射するいわゆるホットメルトインクタイプのインクジェット記録装置が知られているが、相変換させないまでも記録媒体への定着が速い比較的粘度の高いインクを使用するインクジェット記録装置は多く市販されてきている。 In this ink jet recording apparatus, a so-called hot melt ink type ink jet recording apparatus that heats and changes from an individual to an ink liquid and jets is known as one of measures for preventing bleeding on a recording medium such as plain paper. However, many ink jet recording apparatuses using relatively high-viscosity inks that are fast to be fixed on a recording medium even if they are not phase-converted have been commercially available.
また、インクジェット技術は、紙媒体への画像形成だけでなく、前述した利点から機能性インク液の付与方法として製造プロセス分野へも応用され、例えば液晶ディスプレイのカラーフィルタの作製などには実際に利用されている。今後、インクジェット技術の噴射液滴の微小化を進めることにより、FPD用の大面積基板やMEMSなどの立体物など、従来の塗布方法では対応困難な媒体への機能性インク液の付与、またフレキシブル基板への電子回路のオンデマンド描画などへの応用も進むことが予想される。その場合、現在市販されている汎用のインクジェット記録装置に用いられるような粘度が20mPa・s以下のインクだけでなく、常温でそれ以上の粘度を有する機能性インク液を噴射させる場合もある。 In addition, the ink jet technology is applied not only to image formation on paper media but also to the manufacturing process field as a method for applying a functional ink liquid because of the advantages described above. For example, it is actually used for the production of color filters for liquid crystal displays. Has been. In the future, by increasing the size of ejected droplets using inkjet technology, functional inks can be applied to media that are difficult to handle with conventional coating methods, such as large-area substrates for FPD and solid objects such as MEMS, and flexible. Application to on-demand drawing of electronic circuits on a substrate is expected to progress. In this case , not only ink having a viscosity of 20 mPa · s or less as used in general-purpose inkjet recording apparatuses currently on the market, but also a functional ink liquid having a viscosity higher than that at room temperature may be ejected.
一方、インクジェットノズルの高密度あるいはインク滴の微小体積化は継続して進められている。その結果ノズルを含むインク流路径は小さくなるためインクの流路抵抗はインク流路径の4乗に反比例して大きくなると、噴射させるのにより大きな力が必要とされ、また高周波駆動時やマルチチャンネル駆動時にインクの供給が追いつかず、ノズルでのメニスカスの位置が変化して噴射特性が大きく変化する。特に、粘度の高いインクではその傾向がより顕著になる。 On the other hand, high density of ink jet nozzles or miniaturization of ink droplets have been continuously promoted. As a result, since the ink flow path diameter including the nozzles is reduced, if the ink flow path resistance increases in inverse proportion to the fourth power of the ink flow path diameter, a larger force is required for ejection, and high frequency driving or multi-channel driving is required. Sometimes the supply of ink cannot catch up, the position of the meniscus at the nozzle changes, and the ejection characteristics change greatly. In particular, the tendency becomes more remarkable in the case of ink having a high viscosity.
また、高粘度のインクは温度によって粘度が大きく変化する場合が多いが、噴射特性は粘度に大きく依存するため、インクジェットヘッド内の温度ムラが大きいと噴射バラツキが非常に大きくなる。液温によって噴射特性が大きく変化するため、流路内、特にヘッド内の均一な液温制御が必要になる。 Further, the ink of high viscosity is often the viscosity by temperature is greatly changed, the injection characteristic is very dependent on the viscosity, the temperature unevenness in the inkjet head and ejecting variation is very large ing large. Since the injection characteristics by liquid temperature changes significantly, the flow path, ing particularly required uniform liquid temperature control of the head.
そこで、インク供給系統にインクを加熱するためのヒータを装備したインクジェット記録装置が多く提案されている。その一つとして、例えば特許文献1では、インクタンクからインクジェットヘッドへのインク供給路、またインクジェットヘッドの共通液室内にヒータを配置して、インクをインクジェットヘッド内でインク噴射量/インク流量に応じて加熱して、低い粘度でインクを噴射させる方法が提案されている。また、ヘッドのインク流路を効果的に昇温させる構成、例えば特許文献2などでは、インク流路部材に熱伝導性の高い金属などを用い、更には流路部材の支持部材に熱伝導率の小さい樹脂部材を用いて、別途形成されているヒータによってインク及び流路部材を効率的に加熱する方法が提案されている。更に、噴射手段として発熱素子を用いている、例えば特許文献3では、ノズル間での噴射量のバラツキによる温度バラツキ対策として、非噴射時においてもおいても噴射しない程度に発熱素子を駆動してインク流路の均一に保持する方法が提案されている。
Therefore, many ink jet recording apparatuses have been proposed in which an ink supply system is provided with a heater for heating ink. As one of them, for example, in Patent Document 1, a heater is disposed in an ink supply path from an ink tank to an inkjet head, or in a common liquid chamber of the inkjet head, and ink is supplied in accordance with the ink ejection amount / ink flow rate in the inkjet head. And a method of ejecting ink with a low viscosity by heating the ink. Further, in the configuration for effectively raising the temperature of the ink flow path of the head, for example,
また、インク中のごみによってノズルやインク流路の詰まりを抑制するため、インク供給路中に液中のごみを濾過するために、フィルタを備えたインクジェットプリンタは多いが、流路径の小径化に伴って濾過すべきごみの大きさも小さくなるため、孔径の小さいフィルタを備えることは必須になる。そこで、特許文献4では、フィルタ部での流体抵抗の低減、加えて効果的なインクの昇温を目的として、インクカートリッジに備えられたフィルタ自体を昇温させる構成が提案されている。
しかし、何らかの画像形成をする場合、複数配列している個別のノズルのインク流路ごとにインクの噴射量は異なる。上記特許文献1のようにインクジェット記録装置の共通流路にのみヒータを配置している場合、あるいは上記特許文献3のように発熱素子を非噴射時に駆動してインク流路を加温する場合、インクジェットヘッド全体を均一に加熱しないと、噴射量の多いノズルのインク流路と少ないノズルのインク流路に温度差が生じる。特に温度に対する粘性変化の大きいインク液を噴射する場合では、ノズル毎の噴射バラツキが大きくなってしまう。また、記録画像によって、ノズル毎また噴射ヘッド全体での記録デューティー(単位時間あたりの噴射量)が大きく変化する。そのため、インク流路内の液温を一定以上に保つには上記特許文献1のようにインク流路全体にヒータを配設するのが好ましいが、インク流路内のインク液積に対して、昇温部材の液接触面積の割合が大きくないと、インク流路内での液温ムラが大きくなる。また、昇温に時間がかかるため、噴射量を多くして高速記録が困難になったり、立ち上げ時のウォームアップ時間が長くなる問題がある。 However, when an image is formed, the ink ejection amount is different for each ink flow path of a plurality of individual nozzles arranged. When the heater is disposed only in the common flow path of the ink jet recording apparatus as in Patent Document 1, or when the ink flow path is heated by driving the heating element during non-ejection as in Patent Document 3, If not uniformly heat the entire ink jet head, a temperature difference occurs in the ink flow path and a small ink channel of the nozzle on busy injection quantity nozzle. In particular, when an ink liquid having a large viscosity change with respect to temperature is ejected, the ejection variation for each nozzle becomes large. Further, the recording duty (injection amount per unit time) for each nozzle or for the entire ejection head varies greatly depending on the recorded image. Therefore, in order to keep the liquid temperature in the ink flow path at a certain level or more, it is preferable to arrange a heater in the entire ink flow path as in Patent Document 1 described above, but with respect to the ink liquid volume in the ink flow path, If the ratio of the liquid contact area of the temperature raising member is not large, the liquid temperature unevenness in the ink flow path becomes large. In addition, since it takes time to raise the temperature, there are problems that it becomes difficult to perform high-speed recording by increasing the amount of injection, and the warm-up time at startup is increased.
また、上記特許文献2のようにヒータと高熱伝導部材を用いる場合、熱伝導部材と熱発生部材が別になるためヘッド構造が複雑になる。また熱伝導率が高すぎるために、逆に外部環境の温度の影響を受けやすく、ヘッド全体を一定温度範囲内に保持するのが難しくなる。
Moreover, when using a heater and a high heat conductive member like the said
更に、圧力発生素子が組み込まれている基板にヒータを組み込んで加温する場合、インク流路内のインク全体を一定温度以上に加温するためには、基板全体を比較的高温に加熱する必要があり、圧力発生素子またそれを駆動するための制御回路が動作不良を起こす可能性があり、また基板からインク以外の部材への伝熱が大きくなるため、効果的に加熱できない。 Furthermore, when heating is performed by incorporating a heater on a substrate in which a pressure generating element is incorporated, it is necessary to heat the entire substrate to a relatively high temperature in order to heat the entire ink in the ink flow path above a certain temperature. There is a possibility that the pressure generating element or the control circuit for driving the pressure generating element may malfunction, and heat transfer from the substrate to a member other than the ink increases, so that it cannot be heated effectively.
また、上記特許文献4のようにフィルタを加熱する方法では、表面積の大きいフィルタを通過する際に効果的に比較的均一に液温を上げることができる。しかし、インクカートリッジに備えられているため、噴射ヘッド全体の噴射量か少ない場合、フィルタからインクジェットヘッドまでのインク流路で液温が低下してしまう。 Moreover, in the method of heating a filter like the said patent document 4, when passing a filter with a large surface area, a liquid temperature can be raised comparatively uniformly effectively. However, because it is provided in the ink cartridge, it is less or the injection amount of the entire injection head, the liquid temperature in the ink flow path from the filter to the inkjet head intends want reduced.
本発明はこれらの問題点を解決するためのものであり、簡易な構成で、複数ある個別のノズルやインク流路内のインク液を均一な温度に保つことが可能で、かつインク流路内の液温を高応答性で均一に制御可能であり、さらにフィルタ機能部においてゴミ等の不純物の濾過能力を落とすことなく、フィルタ機能部の流体抵抗を小さくできるインクジェットヘッド、ヘッドカートリッジ及びインクジェット記録装置を提供することを目的とする。 The present invention is for solving these problems, and it is possible to keep a plurality of individual nozzles and the ink liquid in the ink flow path at a uniform temperature with a simple configuration, and in the ink flow path. Ink jet head, head cartridge, and ink jet recording apparatus capable of uniformly controlling the liquid temperature of the filter function part and further reducing the fluid resistance of the filter function part without reducing the filtering ability of impurities such as dust in the filter function part The purpose is to provide.
前記問題点を解決するために、本発明のインクジェットヘッドはインク液を液滴として噴射するための複数のノズルと、ノズルの各々に対応しているインク液が保持されている複数の個別液室と、個別液室を構成する隔壁と、個別液室内のインク液に圧力を発生させるための圧力発生手段とを有する。更に、本発明のインクジェットヘッドによれば、隔壁となる基材はインク液に接する面に電気絶縁膜を形成した金属部材で形成され、この隔壁に通電して昇温させることで、個別液室内のインク液を加温する。よって、簡単な構成で、複数の液室内のインク液を均一に加熱することが可能になり、その結果噴射バラツキの小さいインクジェットヘッドを提供できる。 In order to solve the above problems, the ink jet head of the present invention is a plurality of nozzles for ejecting the ink liquid droplets, a plurality of individual liquid chambers ink liquid is retained which corresponds to each nozzle And partition walls constituting the individual liquid chambers, and pressure generating means for generating pressure in the ink liquid in the individual liquid chambers. Furthermore, according to the ink jet head of the present invention, the base material to be the partition is formed of a metal member having an electrical insulating film formed on the surface in contact with the ink liquid, and the partition is energized to increase the temperature. Heat the ink liquid. Therefore, it is possible to uniformly heat the ink liquids in the plurality of liquid chambers with a simple configuration, and as a result, it is possible to provide an ink jet head with small ejection variation.
また、隣接する個別液室間の隔壁に通電して発熱させることにより、液室内のインク液全体を均一かつ効率よくを加熱できると共に、インクジェットヘッドを小型化しても電流路長/電気抵抗を大きくすることが可能になり、安定した汎用電源によりヒータを制御できるため、温度制御性を向上できる。 In addition, by energizing the partition walls between adjacent individual liquid chambers to generate heat, the entire ink liquid in the liquid chambers can be heated uniformly and efficiently, and the current path length / electric resistance can be increased even if the inkjet head is downsized. Since the heater can be controlled by a stable general-purpose power source, temperature controllability can be improved.
更に、個別液室間の隔壁が全て単一の部材からなる一本の電流路を形成していることにより、隔壁全体に一定の等しい電流を通電できる。 Further, by the septum wall between individual separate liquid chamber forms a single current path of which all consist of a single member she can be energized a constant current equal to the entire partition wall.
また、複数の個別液室が多数配列しており、両端に少なくとも1つ以上の記録に使用されないダミー液室及びノズルが形成されていることにより、記録に使用する液室間のインク液の温度差を小さくすることが可能となり、より噴射バラツキの小さいインクジェットヘッドを提供できる。 In addition, since a plurality of individual liquid chambers are arranged and at least one dummy liquid chamber and nozzles that are not used for recording are formed at both ends, the temperature of the ink liquid between the liquid chambers used for recording The difference can be reduced, and an ink jet head with smaller ejection variation can be provided.
更に、別の発明としてのヘッドカートリッジは、上記記載のインクジェットヘッドと、インクジェットヘッドに供給するインク液を貯留するインク液容器とを有することに特徴がある。よって、ユーザの誤使用による不適合液体の液体容器装着を防止できる。 Furthermore, a head cartridge as another invention is characterized by having the above-described ink jet head and an ink liquid container for storing ink liquid to be supplied to the ink jet head. Therefore, it is possible to prevent the liquid container from being attached to the incompatible liquid due to misuse by the user.
また、別の発明としてのインクジェット記録装置は、上記記載のインクジェットヘッドあるいは上記記載のヘッドカートリッジと、インクジェットヘッドから噴射されたインク液を付着させる被記録媒体を相対的に移動させる移動手段とを備えたことに特徴がある。よって、インクタンクからインクジェットヘッドのノズルまでの液温保持が容易になり、噴射バラツキの小さいインクジェット記録装置を提供できる。また、高粘度の液体を用いる場合でも安定した画像記録が可能になり、インクジェットヘッドの共通液室内の液体を速く昇温できるため、ウォームアップ時間が短くなり、記録全体に要する時間も短縮することができる。 According to another aspect of the invention, an ink jet recording apparatus includes the above-described ink jet head or the head cartridge, and a moving unit that relatively moves a recording medium to which ink liquid ejected from the ink jet head is attached. There is a feature. Accordingly, it is easy to maintain the liquid temperature from the ink tank to the nozzles of the ink jet head, and an ink jet recording apparatus with small ejection variation can be provided. In addition, even when using high-viscosity liquids, stable image recording is possible, and the temperature of the liquid in the common liquid chamber of the inkjet head can be increased quickly, thus shortening the warm-up time and reducing the time required for the entire recording. Can do.
本発明のインクジェットヘッドによれば、複数の液室内のインク液を均一に加熱することが可能になり、噴射バラツキが小さく、かつヘッド構成がシンプルであり、インクジェットヘッドの製造コストを抑えることができる。 According to the ink jet head of the present invention, it is possible to uniformly heat ink liquids in a plurality of liquid chambers, the ejection variation is small, the head configuration is simple, and the manufacturing cost of the ink jet head can be suppressed. .
図1は本発明の第1の実施の形態例に係るインクジェットヘッドの構成を示す図である。なお、同図の(a)は平面図、同図の(b)は同図の(a)のA−A’線断面図、同図の(c)は同図の(a)のB−B’線断面図である。図2は本実施の形態例のインクジェットヘッドの分解平面図である。 FIG. 1 is a diagram showing a configuration of an ink jet head according to a first embodiment of the present invention. 1A is a plan view, FIG. 2B is a cross-sectional view taken along the line AA ′ in FIG. 1A, and FIG. 2C is a cross-sectional view taken along line B- in FIG. It is B 'sectional view. FIG. 2 is an exploded plan view of the ink jet head according to the present embodiment.
はじめに、図2に示すように、本実施の形態例のインクジェットヘッド1は、ノズルプレート10、隔壁部材20及び基板30を含んで構成されている。また、図1及び図2に示すように、ノズルプレート10には、噴射するインク液に対する撥液膜11と、インク液を液滴として噴射するためのノズル12が形成されている。このノズルプレート10は、厚さが30μmのポリイミドフィルムを基材とし、レーザ加工などにより複数のノズル12が形成されている。また、図1の(b),(c)に示すように、ノズル12にはインク液を保持している個別液室21がそれぞれ連結している。更に、複数の個別液室21は共通液室23、そして供給口24に連結し、図示していないタンクから噴射するインク液が供給されるようになっている。図1に示すように、幅が50μm、長さが500μmの各個別液室21は、幅20μmの隔壁22bによって分割され、複数配列している個別液室21の外周には、取り囲むように、1mm幅の隔壁22aが形成されている。隔壁22a,22bを構成する隔壁部材20は、厚さが50μm(液室高さ及び隔壁高さ)のステンレス箔(SUS316)からなり、ウェットエッチングやレーザ加工、あるいはエレクトロフォーミング(電鋳)などの方法で所望の隔壁形状を形成している。また、図2の(c)に示すように、個別液室21の底面となる基板30には、各々のノズル12及び個別液室21に対応した圧力発生手段31が形成され、画像情報に基づいて図示していない制御手段により任意のタイミングで圧力を出力できるようになっている。
First, as shown in FIG. 2, the inkjet head 1 of the present embodiment includes a
また、図1の(a)及び図2の(b)に示すように、インクジェットヘッド1における外壁部の隔壁22aの端部には電源40が接続されている。隔壁22a及び隣接して連なる個別液室21間の隔壁22bは単一の部材から一本の電流路を成し、隔壁全体に一定の等しい電流を通電できるようになっている。図示されてない温度センサによって隔壁22a,22bの温度をモニタし、図3の(a)のように通電時間を制御したり、図3の(b)のように電圧(又は電流)振幅を制御したり、図3の(c)に示すように通電回数を制御するなどして温度を調整する。隔壁表面で電気化学反応が発生したり、インク液内の内容物が析出したりするなど、噴射するインク液に一定方向の電界を印加し続けるのが好ましくない場合には、図3の(d)のように電圧極性を交互に変化させる。ステンレスは一般に配線材料に用いられるアルミや銅などに比べ数十倍抵抗率が高く(50〜100E-6Ωcm)、通電するだけで容易にジュール熱を発生する。
Further, as shown in FIGS. 1A and 2B, a
よって、第1の実施の形態例の構成では、ステンレス隔壁22bを蛇行させて間に個別液室21を形成し、隣接する個別液室21間の細い隔壁も電流路としているため、小さいインクジェットヘッドであっても抵抗を大きくすることが可能になっている。その結果比較的大きな電圧の汎用電源も用いて安定して通電ができるようになるため、温度制御が容易になる。また、個別液室21を構成する壁面の二面を占める隔壁全体が発熱するため、個別液室21内のインク液体積に対するヒータ接触面積が大きくなり、効果的かつ均一に個別液室21内のインク液を加熱する。特に、高密度に個別液室21を配列し、例えば上記本実施の形態例では隔壁厚さ20μm、隔壁高さ50μmのように、隔壁厚さを隔壁高さに比べ短くする場合、隔壁22の表面積全体に対して、個別液室21内のインク液以外に接触する面積の割合を小さくできる。その結果、隔壁22からノズルプレート10や基板30への伝熱、またそれらから外部への放熱が抑制されるため、ヘッド内で複数の個別液室21間のインク液温度ムラが小さくなる。基板30への伝熱においても、インクジェットヘッド全体を隔壁が網羅しているため、噴射ヘッド全体が均一に昇温できる。また、本来インクジェットヘッドとして必要な隔壁をそのままヒータとして機能させることができるため、ヘッド面積を小さくすることが可能となる。
Therefore, in the configuration of the first embodiment, the stainless
ところで、複数配列している個別液室21の少なくとも最外部には、図1の(a),(b)に示すようにダミー液室25が形成されている。インクジェットヘッド1の強度の面で隔壁22aの幅は広くすることが好ましいため、内部の個別液室21間の隔壁より発熱量が小さくなる。その結果、最外部の液室24内のインク液温度は内部より低くなり、均一な噴射が困難となる。そこで、実際の記録には用いないダミー液室25を形成して、ヘッド内のインク液のリフレッシュ時のみダミーノズル13からダミー液室25内部のインク液を排出するようにしている。
By the way, a
なお、図1、図2では隔壁22a及び22bの両方に通電したが、図4に示すようにインクジェットヘッドの内部に配置している隔壁22bにのみ通電して加熱することも可能である。また、上記第1の実施の形態例では隔壁22a,22bの基材として耐食性の比較的よいSUS316を用いているが、噴射するインク液に対して良好な耐食性を有するものであれば、マルテンサイト系、オーステナイト系、フェライト系また2相系、析出硬化系いずれのステンレス鋼でもよい。インクジェットヘッドの作製プロセス上耐熱性が必要であれば、インコネル、インコロイ、ハロステイ等の高耐熱材料を用いてもよい。また、ステンレス鋼だけでなくチタンやニッケルなどの比較的抵抗の大きい金属、あるいはドーピングによって抵抗率を調整したシリコンなどの半導体基板なども加工して用いることも可能である。
In FIGS. 1 and 2, both the
また、噴射するインク液また隔壁部材の組み合わせにより腐食の恐れがある場合、また噴射するインク液の導電率が高い場合においても、図5に示すように、隔壁の表面全体あるいは接液面に保護膜26となる酸化皮膜を形成したり、別途無機又は有機の耐食膜、絶縁膜を形成することで対応できる。
Further, even when there is a risk of corrosion due to the ink liquid to be ejected or the combination of the partition members, and even when the conductivity of the ejected ink liquid is high, the entire surface of the partition wall or the liquid contact surface is protected as shown in FIG. This can be dealt with by forming an oxide film to be the
更に、図1及び図2に示すノズルプレート10の部材としてポリイミドフィルムを用いているが、例えばニッケル等の金属プレートを用いても構わない。また、圧力発生手段としては、現在汎用インクジェットプリンタで用いられているような電気機械変換素子である圧電素子、また膜沸騰により気泡を発生させるバブル素子、あるいは図6に示すように、微小な空隙32を介して対向する可動板33と個別電極34の間に電界を印加し、静電力で可動板33を変形させる静電アクチュエータ素子など、圧力発生形式にかかわらず適用することが可能である。
Furthermore, although the polyimide film is used as a member of the
ただし、ノズルプレート10や基板30に金属部材やシリコンウェハなど導電性部材を用いる場合、電気熱変換部材である隔壁部材20を接合する場合には、少なくとも図7の(a),(b),(c)のように絶縁部材27を介在する必要がある。図7の(a)のように隔壁部材表面に絶縁部材27を形成してもよく、あるいは図7の(b)のようにノズルプレート10や基板30側に形成してよく、また図7の(c)のようにノズルプレート10や基板30の間の絶縁性接着剤を絶縁部材27として機能させてもよい。特に、図3の(c)に示したような細かいパルス電圧のON/OFFによって温度制御するような場合には、接合部にはカップリング容量が小さくなるような部材(材料、厚さ)を介在させることが好ましい。
However, in the case where a conductive member such as a metal member or a silicon wafer is used for the
また、隔壁部材20と、ノズルプレート10や基板30の熱膨張率が大きく異なる組み合わせでは、熱応力により噴射ヘッドが歪んだり、最悪の場合破損する恐れがある。その場合には図8に示すようにヤング率の小さいエポキシ樹脂などの接着剤を用いて接合し、熱応力緩衝材28として機能させる方法も好適である。
Further, in the combination in which the
次に、本発明の第2の実施の形態例に係るインクジェットヘッドについて当該インクジェットヘッドの構成を示す図9を用いて説明する。なお、同図の(a)は平面図、同図の(b)は同図の(a)のE−E’線断面図、同図の(c)は同図の(a)のF−F’線断面図である。第1の実施の形態例では、抵抗値を大きくするため隔壁22a、22bの両方に通電したが、第2の実施の形態例のようにノズル12の配列幅の大きい長尺のインクジェットヘッド2においては、複数の個別液室21列の外周隔壁22aを通電により発熱させて、伝熱により隣接する個別液室21間の隔壁22bを昇温させる構成にすることもできる。図9に示す第2の実施の形態例では、隔壁22bへの伝熱は主にノズル12側の隔壁22aとの接続部から行っている。複数のノズル12又は個別液室21の配列方向において、隔壁22aの単位長さあたりの発熱量はほぼ等しく、複数の隔壁22bに均一に伝熱することができる。
Next, an ink jet head according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 9 showing the structure of the ink jet head. 1A is a plan view, FIG. 1B is a cross-sectional view taken along the line EE ′ of FIG. 1A, and FIG. 2C is a cross-sectional view taken along line F- of FIG. It is F 'sectional view taken on the line. In the first embodiment, both the
なお、図10のようにインクジェットヘッドの複数のノズル12また個別液室21の配列と直交する方向にも電流が流れるようにしても構わない。また、隔壁22bへより一層伝熱しやすくする場合、図11に示すように個別液室21へのインク液供給口29を個別液室21に対して形成し、ノズル12側のインク液供給口29側両方の隔壁22aとの接続部から伝熱させることもできる。更に、図12に示すように、複数のノズル12及び個別液室21列を有しているインクジェットヘッドでも問題ない。また、図9〜図12に示すインクジェットヘッドの各例では、ノズル12がノズルプレート10の表面に形成されている、いわゆるフェイスシュータータイプのインクジェットヘッドについて説明したが、図13に示すようにノズルがインクジェットヘッドの側面単部に形成されているエッジシュータータイプのインクジェットヘッドにおいても適用できる。
As shown in FIG. 10, the current may flow in a direction orthogonal to the arrangement of the plurality of
図14は本発明の第3の実施形態に係るインクジェットヘッドの概略構成を示す分解斜視図である。図15は平面図である。両図において、図1及び図2と同じ参照符号は同じ構成要素を示す。両図に示す第3の実施の形態例のインクジェットヘッド3は、ノズルプレート10、隔壁部材20及び基板30を含んで構成されている。そして、ノズルプレート10には、微小液滴を噴射するための複数のノズル12が配列され、ノズル12は隔壁部材20によって分割される各々個別液室21に連結している。個別液室21には圧力発生手段である発熱素子35が配設されていて、流体抵抗36を介して共通液室23に接続している。発熱素子35が形成されているシリコンの基板30には、発熱素子35を任意のタイミングで駆動するためのドライバ37、また共通液室23の壁面の一つであるメンブレン38も形成されている。このメンブレン38上には、外部のインクタンクと接続するための接続口39から共通液室23へインク液を供給し、かつインク液内の不純物やゴミを濾過するための微小孔41が多数形成されている。同様にメンブレン38上全体を網羅するように、インクジェットヘッド3に供給されるインク液を昇温させるためのヒータ42も形成されていて、複数の微小孔41の間を通すように配設されている。
FIG. 14 is an exploded perspective view showing a schematic configuration of an ink jet head according to the third embodiment of the present invention. FIG. 15 is a plan view. In both figures, the same reference numerals as those in FIGS. 1 and 2 indicate the same components. The inkjet head 3 of the third embodiment shown in both figures includes a
図16は図15のP−P’線断面図である。同図において、シリコンの基板30上に、フィールド酸化膜43及びBPSG膜からなる層間絶縁膜44、また窒化シリコンからなる層間絶縁膜45が積層されている。層間絶縁膜45の表面に、発熱素子35及びヒータ42となる窒化タンタルの抵抗層46が部分的に形成され、また抵抗層46の表面には、抵抗層46に通電するためのアルミ合金からなる配線層47が形成されている。この配線層47、抵抗層46及び層間絶縁膜45の表面には窒化シリコンからなる保護膜48、また保護膜48の表面の抵抗層46に対応する部分及びその周囲には、抵抗層46の発熱に伴う化学的及び物理的な衝撃から保護膜48を守るための耐キャビテーション膜49が形成されている。
16 is a cross-sectional view taken along line P-P ′ of FIG. In the figure, an
図14及び図15における発熱素子35は、抵抗層46の表面の配線層47が形成されていない領域である熱作用部50に相当している。また、メンブレン38は、抵抗層46をそれぞれ窒化シリコンからなる層間絶縁膜45及び保護膜48を挟む部材から構成されていて、ヒータ42と並列して多数の微小孔41が形成されている。配線層47は、発熱素子35である熱作用部50への通電を制御するためのドライバ37に接続している。ドライバ37は、一般的なMOSプロセスを用いてP型シリコンの基板30上に形成されていて、CMOSロジックを構成しているPMOSトランジスタ51及びNMOSトランジスタ52、また発熱素子35を駆動するNMOSトランジスタ53などから構成されている。また、N型ウェル領域54あるいはP型ウェル領域55の表層には、部分的にP型あるいはN型の不純物を導入してなるソース領域56及びドレイン領域57、またゲート絶縁膜58を介して堆積されたゲート配線59などが形成されていて、PMOSトランジスタ51あるいはNMOSトランジスタ52及び53を構成している。また、PMOSトランジスタ51とNMOSトランジスタ52との間や、NMOSトランジスタ52とNMOSトランジスタ53との間などの各素子は、フィールド酸化により形成された酸化膜分離領域60によって分離されている。更に、各トランジスタには、層間絶縁膜43を通してアルミ合金からなる電極61が形成されていて、各トランジスタ間を配線したり、層間絶縁膜43に形成されたコンタクトホールを通して配線層47と接続している。
14 and FIG. 15 corresponds to the
このような構成を有する第3の実施の形態例のインクジェットヘッド3では、ヒータ42を駆動するためのドライバ回路も発熱素子35と同様にシリコンの基板30内のドライバ37内に同時に形成されていて、ON/OFF制御またPID制御など周知の制御方法によって任意に通電を制御し、ヒータ42を発熱させるようになっている。
In the ink jet head 3 of the third embodiment having such a configuration, the driver circuit for driving the
図17〜図27は本発明のインクジェットヘッドの作製工程の概略を示す工程断面図である。なお、ドライバ形成工程は省略するものとする。
はじめに、図17に示すように、結晶方位(100)であるシリコン基板70上に、前述したドライバ回路71を形成する。そして、図18に示すように、ドライバ回路71を形成したシリコン基板70上に、プラズマCVDにより層間絶縁膜72となる窒化シリコン膜を0.5〜2μm程度成膜する。次に、図19に示すように、スパッタリングにより、抵抗層73となる窒化タンタル膜を0.1〜0.5μm程度成膜し、周知のフォトリソグラフィプロセスでパターニングする。そして、図20に示すように、配線層74であるアルミ合金膜をスパッタリングで0.2〜1μm程度成膜した後、同様に周知のフォトリソグラフィプロセスでパターニングする。次に、図21に示すように、再び保護膜75となる窒化シリコン膜を、プラズマCVDにより0.5〜2μm程度成膜する。そして、図22に示すように、ICPドライエッチングにより、窒化シリコン膜からなる層間絶縁膜72及び保護膜75を部分的にエッチングして、微小孔76となる最小開口幅が0.3〜30μm程度の微小溝を形成する。次に、図23に示すように、裏面からICPドライエッチングによりシリコン基板70をエッチングし、接続口77を形成する。そして、図24に示すように、弗化水素水溶液により、フィールド酸化膜78及びBPSGからなる層間絶縁膜79を除去し、微小孔76を貫通させる。次に、図25に示すように、保護膜75の表面に、耐キャビテーション膜80となる金属タンタル膜を0.1〜1μm程度成膜する。続いて、図26に示すように、隔壁部材81となるネガ型の感光性エポキシ樹脂を、シリコン基板70上に滴下し、スピンコートによって約40〜60μmの厚さで塗布する。プリベークを行った後に、フォトリソグラフィプロセスで露光、除去し、個別液室82、流体抵抗83、共通液室84を形成する。最後に、図27に示すように、ノズルプレート85となる厚さが25μmのステンレス箔(SUS316)にレーザ加工により10〜30μm程度のノズル86を形成し、ノズル面表面にごく薄く図示されていない撥水層を形成し、隔壁部材81上に接合する。
17 to 27 are process cross-sectional views illustrating the outline of the manufacturing process of the inkjet head of the present invention. Note that the driver formation step is omitted.
First, as shown in FIG. 17, the above-described
なお、図24の作製工程でメンブレンのフィールド酸化膜78及び層間絶縁膜79を除去するようにしたが、以下に説明する図28〜図30に示す作製工程により、フィールド酸化膜78及び層間絶縁膜79を残すようにすることも可能である。
24, the
図28〜図30は本発明のインクジェットヘッドの別の作製工程の概略を示す工程断面図である。なお、ドライバ形成工程は省略するものとし、本作製工程において図17〜図21に示す作製工程と同じであるの省略する。また、図28〜図30において、図17〜図21と同じ参照符号は同じ構成要素を示す。 28 to 30 are process cross-sectional views showing an outline of another production process of the ink jet head of the present invention. Note that the driver formation step is omitted, and this manufacturing step is the same as the manufacturing step shown in FIGS. 28 to 30, the same reference numerals as those in FIGS. 17 to 21 denote the same components.
図21において保護膜75となる窒化シリコン膜を、プラズマCVDにより0.5〜2μm程度成膜した後、図28に示すように、保護膜75の表面に、耐キャビテーション膜80となる金属タンタル膜を0.1〜1μm程度成膜する。次に、図29に示すように、ドライエッチングにより、層間絶縁膜72及び保護膜75、またフィールド酸化膜78及び層間絶縁膜79を部分的にエッチングして、微小孔76となる最小開口幅が0.5μm以上の微小溝を形成する。そして、図30に示すように、裏面からICPドライエッチングによりシリコン基板70をエッチングし、接続口77及びメンブレン87を形成し、微小孔76を貫通させる。
In FIG. 21, after a silicon nitride film to be a
なお、以上説明した図17〜図27に示す作製工程と、図28〜図30に示す作製工程では、シリコン基板70の裏面エッチングをICPドライエッチングで実施しているが、TMAH(テトラメチルアンモニウムハイドライド)を用いた異方性ウェットエッチングによっても形成可能である。
In the manufacturing process shown in FIGS. 17 to 27 and the manufacturing process shown in FIGS. 28 to 30 described above, the back surface etching of the
以上説明した本発明のインクジェットヘッドの構成及び作製工程では、圧力発生手段である発熱素子を形成する一連の成膜工程で、ヒータを含むメンブレンを形成しているので、インクジェットヘッドに液温調整機能及びフィルタ機能を付加させてもヘッド製造コストの上昇を低く抑えることが可能になっている。また、前述のように、発熱素子同様にヒータを駆動するためのドライバも同時に形成できればよりコストを抑えることができる。 In the configuration and manufacturing process of the ink jet head of the present invention described above, the membrane including the heater is formed in a series of film forming steps for forming the heat generating element as the pressure generating means, so that the liquid temperature adjusting function is provided in the ink jet head. Even if a filter function is added, it is possible to suppress an increase in head manufacturing cost. Further, as described above, if a driver for driving the heater can be formed at the same time as the heating element, the cost can be further reduced.
ところで、シリコン基板上にメンブレンを形成する場合は、メンブレンは少なくとも1層以上の常温で引っ張り応力を有する膜から構成されることが好ましい。例えば成膜方法や成膜条件に係らずシリコン基板上の酸化シリコン膜は通常圧縮性を示すが、別の構成として層間絶縁膜及び保護膜もプラズマCVDの酸化シリコン膜であるインクジェットヘッドを作製した。その結果メンブレンが波打ってノズルプレートに接触したり、あるいはメンブレンがプロセス中に破損する不具合も多く発生した。 By the way, when a membrane is formed on a silicon substrate, the membrane is preferably composed of at least one layer of a film having a tensile stress at room temperature. For example, a silicon oxide film on a silicon substrate usually shows compressibility regardless of the film formation method and conditions, but as another configuration, an inkjet head in which an interlayer insulating film and a protective film are also plasma CVD silicon oxide films was produced. . As a result, there were many problems that the membrane undulated and contacted the nozzle plate, or the membrane was damaged during the process.
そこで、本実施例の構成のように、引っ張り応力を有していて成膜条件により応力値を制御可能なプラズマCVDによる窒化シリコン膜を層間絶縁膜及び保護膜として成膜し、メンブレン全体の応力を調整した。その結果メンブレンが波打って共通液室の容積がヘッド内でばらつくような不具合は発生せず、またメンブレン割れも抑制することができた。 Therefore, as in the configuration of this example, a silicon nitride film by plasma CVD that has tensile stress and whose stress value can be controlled by film forming conditions is formed as an interlayer insulating film and a protective film, and the stress of the entire membrane Adjusted. As a result, there was no problem that the membrane waved and the volume of the common liquid chamber varied within the head, and the membrane cracking could be suppressed.
以上のように作製したインクジェットヘッドを用いて、共通液室及び接続口の液温を、図示していない温度センサをモニタしながらフィードバック制御してメンブレン上のヒータに通電し、共通液室内のインク液粘度が4mPa・s程度になるようにを加熱した。なお、室温では15mPa・s程度の粘度を示すインクを使用した。その結果、共通液室に連結する複数のノズルからの噴射周波数を1kHzから10kHzまで変化させ、つまりインクジェットヘッド内のインク流量を変化させ、いずれのノズルでも液滴速度及び液滴体積を仕様範囲±15%以内に収めることができた。また、ノズルでのゴミ詰まり等の不良も確認されなかった。 Using the ink jet head manufactured as described above, the temperature of the liquid in the common liquid chamber and the connection port is feedback-controlled while monitoring a temperature sensor (not shown), and the heater on the membrane is energized. The liquid was heated so that the liquid viscosity was about 4 mPa · s. An ink having a viscosity of about 15 mPa · s at room temperature was used. As a result, the ejection frequency from the plurality of nozzles connected to the common liquid chamber is changed from 1 kHz to 10 kHz, that is, the ink flow rate in the ink jet head is changed, and the droplet velocity and the droplet volume of each nozzle are within the specification range ± It was within 15%. Also, no defects such as dust clogging at the nozzle were found.
また、予め駆動周波数、駆動ノズル数(=インク液流量)ごとに、ヒータ出力に対する共通液室内のインク液温度を測定したルックアップテーブルを作成し、それに基づいてヒータの出力を制御するようにした。その結果、前者同様いずれのノズルでも液滴速度及び液滴体積を仕様範囲(±15%以内)に収めることができた。また、ノズルでのゴミ詰まり等の不良も確認されなかった。しかし、ヒータに通電せず同様の評価を行った場合、ノズルでのゴミ詰まりは確認されなかったが、駆動周波数が高くなるにつれ、液滴体積及び液滴速度が変化し、仕様範囲を逸脱した。 In addition, for each drive frequency and number of drive nozzles (= ink liquid flow rate), a look-up table that measures the ink liquid temperature in the common liquid chamber with respect to the heater output was created in advance, and the heater output was controlled based on the lookup table. . As a result, the droplet velocity and the droplet volume could be kept within the specified range (within ± 15%) with any nozzle as in the former. Also, no defects such as dust clogging at the nozzle were found. However, when the same evaluation was performed without energizing the heater, dust clogging at the nozzle was not confirmed, but as the drive frequency increased, the droplet volume and droplet velocity changed and deviated from the specification range. .
図31は本発明の第4の実施形態に係るインクジェットヘッドの概略構成を示す分解斜視図である。図32は概略断面図である。両図において、図14及び図16と同じ参照符号は同じ構成要素を示す。図31に示す第4の実施の形態例のインクジェットヘッド4は、ノズルプレート10を基板30のエッジに配置するエッジシュータータイプのインクジェットヘッドである。図31及び図32に示す第4の実施の形態例に係るインクジェットヘッド4において、発熱素子35が形成されたシリコンの基板30とは別の基板90により隔壁部材23を挟むようにして、個別液室21、流体抵抗36、共通液室23を形成している。第3の実施の形態例におけるヒータ42及び微小孔41が形成されたメンブレン38は、接続口39とともに基板90に形成されている。基板90はシリコン基板から形成されていて、メンブレン38は基板表面の熱酸化膜91、ヒータ42となる窒化タンタルからなる抵抗層92、LPCVDによる窒化シリコン膜93、94の積層により構成されている。
FIG. 31 is an exploded perspective view showing a schematic configuration of an ink jet head according to the fourth embodiment of the present invention. FIG. 32 is a schematic sectional view. In both figures, the same reference numerals as those in FIGS. 14 and 16 denote the same components. The inkjet head 4 of the fourth embodiment shown in FIG. 31 is an edge shooter type inkjet head in which the
図33は第4の実施の形態例のインクジェットヘッドにおける基板部分の作製工程を示す工程断面図である。同図において、図32と同じ参照符号は同じ構成要素を示す。
はじめに、図33の(a)に示すように、結晶方位(100)のシリコン基板95上に、0.5〜2μmの熱酸化膜91を形成する。また、LPCVDにより窒化シリコン膜93を0.3〜1μm成膜する。次に、図33の(b)に示すように、スパッタリングにより、抵抗層92となる窒化タンタル膜を0.1〜1μm程度成膜し、周知のフォトリソグラフィプロセスでパターニングする。そして、図33の(c)に示すように、再びLPCVDにより窒化シリコン膜94を0.3〜1μm成膜し、微小孔41となる部分の窒化シリコン膜93,94及び熱酸化膜91をドライエッチングにより除去する。次に、図33の(d)に示すように、TMAHによる異方性ウェットエッチングで結晶方位(100)のシリコン基板95をエッチングして、接続口39を形成する。
FIG. 33 is a process cross-sectional view illustrating a manufacturing process of a substrate portion in the ink jet head of the fourth embodiment. In the figure, the same reference numerals as those in FIG. 32 denote the same components.
First, as shown in FIG. 33A, a 0.5 to 2 μm
このような作製工程により作製された第4の実施の形態例のインクジェットヘッド4においても、前述した第3の実施の形態例と同様に、共通液室23及び接続口39の液温をメンブレン38上のヒータ42で温度制御しながら、共通液室23に連結する複数のノズル12からの噴射周波数を1kHzから10kHzまで変化させた。その結果、いずれのノズルでも液滴速度及び液滴体積を仕様範囲(±15%以内)に収めることができ、またノズルでのゴミ詰まり等の不良も確認されなかった。しかし、ヒータ42に通電せず同様の評価を行った場合、駆動周波数が高くなるにつれ、液滴体積や液滴速度が変化して仕様範囲を逸脱し、第3の実施の形態例と同様の現象が確認された。
In the inkjet head 4 of the fourth embodiment manufactured by such a manufacturing process, the liquid temperatures of the
一方、図34に示す第5の実施の形態例としてのインクジェットヘッド5は共通液室に微少孔を備えたメンブレンを備えることで、本来の目的とは異なる効果も確認された。すなわち、第5の実施の形態例のインクジェットヘッド5は、図16示す第3の実施の形態例のインクジェットヘッド3において、プラズマCVDによる窒化シリコン膜からなる層間絶縁膜45及び保護膜48の成膜条件を変化させて、メンブレン38の残留する引っ張り応力0〜0.3GPaの範囲で変化させたメンブレン38を備えて作製したインクジェットヘッドである。このように作製したインクジェットヘッド5を用いて、複数のノズルからインクを噴射させて、その間図34に示すように噴射させないノズル12におけるインクのメニスカス96の変位をレーザドップラー振動変位測定機97により測定した。その結果残留応力が0.3GPa程度のインクジェットヘッドに比べ、残留応力がほぼ0GPaであるインクジェットヘッド5のメニスカス96の振動変位が小さくなることが確認された。これは複数のノズル間での、噴射時に発生するインク液圧力によるクロストークを低減できたことを意味している。そこで透明インクを用いて、駆動中のメンブレン38の変位をインク供給口である接続口39側からレーザドップラー振動変位測定機により測定した。その結果メンブレン38の変位が大きいほどメニスカス96の振動変位を小さくなることが判り、メンブレン38を共通液室23内の圧力に応じて変位可能にすることで複数のノズル間のクロストークを低減できることが確認された。クロストークという面では、共通液室23の容積は大きくすることが好ましいが、共通液室23内のインク液を効果的に加熱また温度制御するために共通液室23の容積を小さくすることが望ましい。そこでメンブレン38を噴射時の共通液室23内の圧力変動により変位可能な構成(メンブレン剛性)にすることで、この相反する問題を解決することができる。
On the other hand, the ink jet head 5 as the fifth embodiment shown in FIG. 34 is provided with a membrane having a minute hole in the common liquid chamber, thereby confirming an effect different from the original purpose. That is, the inkjet head 5 of the fifth embodiment is the same as the inkjet head 3 of the third embodiment shown in FIG. 16, except that the
なお、以上説明した第3〜第5の実施の形態例のインクジェットヘッドは、ノズルからインク液を噴射させるための圧力発生手段として発熱素子を採用しているが、例えばよく知られているピエゾ素子などの電気機械変換素子、あるいは熱を加えることで大きく変形する形状記憶合金素子、あるいは微少なギャップを介して対向する二つの固定電極及び可動板電極間に電界を印加し、可動板電極を変形させる静電アクチュエータ素子などいずれの圧力発生手段においても適用可能である。 The ink jet heads of the third to fifth embodiments described above employ a heat generating element as pressure generating means for ejecting ink liquid from a nozzle. For example, a well-known piezo element Electromechanical conversion elements such as shape memory alloy elements that deform greatly when heat is applied, or an electric field is applied between two fixed and movable plate electrodes facing each other through a minute gap to deform the movable plate electrode It can be applied to any pressure generating means such as an electrostatic actuator element.
また、上述したように、ヒータ42はノズル12の配列方向に配設されているが、メンブレン38上に配設されていれば形状はこれに拘るものでなく、例えば図35に示すよう方向に配設しても構わないし、図36に示すように網目状に排泄しても構わない。図37に示すように複数に分割して制御するようにしても構わない。また、メンブレン38は共通液室23内で1つのみで構成されているが、図38に示すように複数のメンブレン38から構成するようにしても構わない。更に、メンブレン38は複数膜から構成されているが、発熱材料であり、かつ噴射させるインク液に耐食性を有する材料であれば、図39に示すようにメンブレン38を単層から構成しても構わない。例えば複数の薬液やインクなどに対して耐食性を有していて、かつ比較的高抵抗で通電により発熱可能なSUS316箔を用いて形成することも可能である。また、メンブレン38を構成する部材自体が発熱するのではなく、平面図である図40及び図40のQ−Q’線断面図の図41にそれぞれ示すインクジェットヘッドのように、熱伝導率の高い材料から構成されたメンブレン7の周囲に別途のヒータ99を配設してメンブレン38を昇温させる構成でも適用できる。
Further, as described above, the
次に、別の発明として、上述したインクジェットヘッドを搭載可能なインクジェット記録装置のインク液供給経路の概略について図42を用いて説明する。 Next, as another invention, an outline of an ink liquid supply path of an ink jet recording apparatus capable of mounting the above-described ink jet head will be described with reference to FIG.
図42に示すインクジェット記録装置100は、主に、インクジェットヘッド101と、インク受け部102と、インクタンク103と、サブインクタンク104と、インクカートリッジ105と、供給ポンプ106と、回収・補給ポンプ107とを含んで構成されるインク供給・回収システムを有している。そして、インクジェットヘッド101は、インク供給口108においてインク供給路109及び供給弁110を介してサブインクタンク104と接続している。また、インク受け部102は、途中にフィルタ111、回収弁112及び回収・補給ポンプ107を介して、インクタンク103に接続している。サブインクタンク104は供給ポンプ106に接続し、インクカートリッジ105はフィルタ113、補給弁114及び回収・補給ポンプ107を介してインクタンク103に接続している。また、インクタンク103には残量インクセンサ115と大気開放弁116が備えられている。この大気開放弁116は、通常常に開いていて、輸送時にのみ液漏れが発生しないように閉じるようにしている。また、サブインクタンク104、インク供給路109には、それぞれヒータ117、118が備えられていて、前述した電気熱変換材料からなる隔壁22のヒータとともに噴射インク液の温度を調整できるようになっている。
The ink
ここで、主なインク供給・回収モードとしては、印字モード、回復モード、補給モードがある。印字モードとは、画像形成時にインクジェットヘッド101にインク液を供給するモードで、供給ポンプ106は動作させず、供給弁110を開く。インクジェットヘッド101へのインクの供給は、サブインクタンク104、インク供給路109(供給弁110)、インク供給口108の順での経路で、毛細管力で行われる。サブインクタンク104において一定レベル以上に昇温した後、環境温度、また画像濃度/プリント枚数(インク供給量)を反映させ、隔壁22又はインク供給路109のヒータで温度を調整する。インクジェットヘッド101への供給路からインクジェットヘッド内の個別液室の隔壁まで一定温度に保持することが可能になので、ノズル毎の噴射量に関係なく個別液室内の液温度を均一にすることができる。回復モードは、まずインクジェットヘッド101へのインクの初期充填、非吐出ノズル中のインクの増粘やゴミ詰まり、また共通液室内に停留した気泡等、インク吐出不良の原因となるものの排除を目的として実行される。供給弁110を開いた状態で供給ポンプ106を動作させ、インクタンク103、サブインクタンク104、インク供給路109(供給弁110)、インク供給口108の順での経路を経てインクジェットヘッド101にインクを強制供給する。インクジェットヘッド101の液室内全体のインク圧力が高まることで、ノズルから強制的にインクがインク受け部102へ排出される。排出されたインクは、再利用するために補給弁114を閉じた状態で回収・補給ポンプ107を動作させ、フィルタ111、回収弁112を経てインクタンク103へ戻される。補給モードとは、インクタンク103にインクカートリッジ105からインクを補給するモードで、インク残量検出センサ115でインクタンク103内のインクが規定以下と判断された場合、供給弁110、回収弁112を閉じて、補給弁114を開いた状態で回収・補給ポンプ107を駆動して、インクカートリッジ105からインクタンク103にインクを補給する。インク残量検出センサ115で規定量まで満たされたと判断されると、回収・補給ポンプ107を停止させる。
Here, main ink supply / recovery modes include a print mode, a recovery mode, and a replenishment mode. The print mode is a mode in which ink liquid is supplied to the
図43は別の発明の一実施の形態例に係るインクジェット記録装置の概略構成を示す概略斜視図である。同図に示す本実施の形態例のインクジェット記録装置は、平行に延びる2本のガイド軸120と、それに沿って移動可能なキャリッジ121を有していて、キャリッジ121は図示していないキャリッジ駆動パルスモータ及び駆動力を伝達するベルトなどの駆動力伝達機構によって、ガイド軸120に沿って往復走査する。キャリッジ121には図示されてないコネクタを通してインクジェットヘッド124を交換して装着できるようになっていて、噴射させるインク液の種類によって使い分けることができるようになっている。キャリッジ121の移動可能な領域の左端には、インクジェットヘッド124のノズル面と対向するように維持・回復系ユニット125が備えられ、非噴射時においてはノズル面をキャッピングして乾燥を抑制し、噴射口面が汚れた場合はワイパーによってワイピングする。なお、図42に示したインク受け部102も具備することができる。記録媒体122は、送りローラ126によって、キャリッジ121に搭載されたインクジェットヘッド124の往復走査に連動ながらキャリッジ121の下部に搬送される。記録媒体122は、キャリッジ121の移動領域下部の支持部材123によって支持されていて、支持部材123の上下により記録媒体122とインクジェットヘッド124の距離を調整できるようになっている。記録媒体122の送りとキャリッジ121の走査・インク液噴射を交互に繰り返しながら記録媒体122上の必要部分に記録がなされた後、記録媒体122は装置前方へ排出される。
FIG. 43 is a schematic perspective view showing a schematic configuration of an ink jet recording apparatus according to an embodiment of another invention. The ink jet recording apparatus according to the present embodiment shown in the figure includes two
図44は別の発明のインクジェット記録装置における制御部の概略を示すブロック図である。同図に示すインクジェット記録装置における制御部は、主にCPU131、ROM132、EEPROM133、RAM134、画像メモリ135、外部機器用インターフェイス136、インクジェットヘッド137の画像記録を制御するためのヘッド制御部138、図43の送りローラ126やキャリッジ121を駆動するためのモータ139を制御するモータ制御部140、インクジェットヘッド137へのインク供給やノズル面のワイピング・キャッピングなどを実行するためのインク供給・維持回復装置141を制御するインク供給・維持回復制御部142、インクジェット記録装置各部の温度をモニタして備えられたヒータ143を制御するためのヒータ制御部144を含んで構成され、これらの構成部は内部バス145を介して互いに接続されている。CPU131は、ROM132内に記憶される制御プログラムに基づいて内部バス145に接続した各部を制御し、ヘッド制御部138、モータ制御部140、インク供給・維持回復制御部142、ヒータ制御部144による各動作を実行したり、またプリンタ内の処理で発生したデータ等を、外部機器用インターフェイス136を通してパソコン(PC)、デジタルカメラ等の外部機器146に出力する。EEPROM133は書き換え可能な不揮発性メモリであり、例えばユーザ固有の機器設定、使用履歴に関する情報などが格納され、プリンタの電源がOFFになった後も保持される。RAM134は書き換え可能な揮発性メモリであり、インク液噴射装置動作時に発生する各種中間処理データを一時的に保存する。画像メモリ135は、安価なDRAMにより構成され、PCなどの外部機器146から外部機器用インターフェイス136を介して送られた印刷データや、例えば機能ヘッドとしてスキャナヘッドを装着した場合に読み取られた画像データなどが一時的に保存される。
FIG. 44 is a block diagram showing an outline of a control unit in an ink jet recording apparatus of another invention. The control unit in the inkjet recording apparatus shown in the figure mainly includes a
以上説明したように、図42に示す一実施の形態例のインクジェット記録装置100では、インクジェットヘッド101と、インクジェットヘッド101に供給するインク液を貯留するインクタンク103、サブインクタンク104あるいはインクカートリッジ105などを別筐体に設けたが、別の形態として図45に示すように、インクジェットヘッド101と、インクタンク、サブインクタンクあるいはインクカートリッジの少なくともいずれか一つを含むヘッドカートリッジ150を一体化して形成することも可能である。
As described above, in the ink
なお、本発明は上記実施の形態例に限定されるものではなく、特許請求の範囲内の記載であれば多種の変形や置換可能であることは言うまでもない。 The present invention is not limited to the above-described embodiments, and it goes without saying that various modifications and substitutions are possible as long as they are described within the scope of the claims.
1〜5;インクジェットヘッド、10;ノズルプレート、
11;撥液膜、12;ノズル、13;ダミーノズル、20;隔壁部材、
21;個別液室、22a,22b;隔壁、23;共通液室、
24;供給口、25;ダミー液室、30;基板、
31;圧力発生手段、40;電源。
1 to 5; inkjet head, 10; nozzle plate,
11; liquid repellent film, 12; nozzle, 13; dummy nozzle, 20; partition member,
21; individual liquid chambers, 22a, 22b; partition walls, 23; common liquid chambers,
24; supply port; 25; dummy liquid chamber; 30; substrate;
31: Pressure generating means, 40: Power source.
Claims (6)
前記隔壁となる基材はインク液に接する面に電気絶縁膜を形成した金属部材で形成され、前記隔壁に通電して昇温させることで、前記個別液室内のインク液を加温することを特徴とするインクジェットヘッド。 A plurality of nozzles for ejecting ink liquid as droplets, a plurality of individual liquid chambers each holding an ink liquid corresponding to each of the nozzles, a partition constituting the individual liquid chamber, and the individual In an inkjet head having pressure generating means for generating pressure in the ink liquid in the liquid chamber,
The base material to be the partition wall is formed of a metal member having an electric insulating film formed on a surface in contact with the ink liquid, and the ink liquid in the individual liquid chamber is heated by energizing the partition wall to raise the temperature. Inkjet head characterized.
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