JP7707260B2 - LIQUID DISCHARGE UNIT AND LIQUID DISCHARGE APPARATUS - Google Patents
LIQUID DISCHARGE UNIT AND LIQUID DISCHARGE APPARATUS Download PDFInfo
- Publication number
- JP7707260B2 JP7707260B2 JP2023188169A JP2023188169A JP7707260B2 JP 7707260 B2 JP7707260 B2 JP 7707260B2 JP 2023188169 A JP2023188169 A JP 2023188169A JP 2023188169 A JP2023188169 A JP 2023188169A JP 7707260 B2 JP7707260 B2 JP 7707260B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- liquid
- ejection
- flow path
- element substrate
- recovery
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B41—PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
- B41J—TYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
- B41J2/00—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed
- B41J2/005—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed characterised by bringing liquid or particles selectively into contact with a printing material
- B41J2/01—Ink jet
- B41J2/135—Nozzles
- B41J2/16—Production of nozzles
- B41J2/1621—Manufacturing processes
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B41—PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
- B41J—TYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
- B41J2/00—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed
- B41J2/005—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed characterised by bringing liquid or particles selectively into contact with a printing material
- B41J2/01—Ink jet
- B41J2/135—Nozzles
- B41J2/14—Structure thereof only for on-demand ink jet heads
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Ink Jet (AREA)
- Particle Formation And Scattering Control In Inkjet Printers (AREA)
Description
本発明は、吐出口から液体を吐出する液体吐出ユニットおよび液体吐出装置に関する。 The present invention relates to a liquid ejection unit and a liquid ejection device that ejects liquid from an ejection port.
近年、記録装置における記録用途が多岐に渡ってきたことから、高精細かつ高品位な記録の要求が高まっている。記録の更なる高精細化に対しては、複数の吐出口から液体を選択的に吐出可能な液体吐出ヘッドにおいては、吐出口の配置の高密度化が要求されている。また、更なる高品位記録を実現するために、均一な大きさの液滴を吐出することが要求されている。 In recent years, the recording applications of recording devices have become more diverse, and the demand for high-definition, high-quality recording is increasing. To achieve even higher definition recording, liquid ejection heads that can selectively eject liquid from multiple ejection ports are required to have ejection ports arranged at higher densities. In addition, to achieve even higher quality recording, there is a demand for ejection of droplets of uniform size.
吐出口の配置を高密度化するためには、吐出口まで液体を供給するための液体供給流路も微細化する必要がある。特許文献1には、素子基板へインクを供給するための部材として、ラインヘッドの長尺方向に一体化したシーリングフィルムを用いて、ヘッド支持部材にラミネートした後、レーザで供給開口を加工する方法が記載されている。その後、供給開口を形成したシーリングフィルム上に記録素子基板をマウントするものである。 In order to arrange the ejection ports at a high density, it is necessary to miniaturize the liquid supply flow paths for supplying liquid to the ejection ports. Patent Document 1 describes a method in which a sealing film integrated in the longitudinal direction of the line head is used as a member for supplying ink to the element substrate, and after laminating it onto the head support member, a supply opening is machined with a laser. The recording element substrate is then mounted on the sealing film with the supply opening formed therein.
しかし特許文献1のような方法は、記録素子基板の支持部材であるシーリングフィルムに供給開口を加工した後に、形成した供給開口に対応するように位置決めを行いながら記録素子基板をシーリングフィルム上にマウントするものである。このような構成では記録素子基板の裏面側の流路とシーリングフィルムの供給開口との位置決め精度の観点から、記録素子基板の裏面側の流路や供給開口のさらなる微細化や高密度化が困難となる。 However, in the method described in Patent Document 1, after processing a supply opening in a sealing film that is a support member for the recording element substrate, the recording element substrate is mounted on the sealing film while positioning it to correspond to the formed supply opening. With this type of configuration, from the viewpoint of the positioning accuracy between the flow path on the back side of the recording element substrate and the supply opening of the sealing film, it is difficult to further miniaturize or increase the density of the flow path and supply opening on the back side of the recording element substrate.
本発明は、記録素子基板の裏面側の流路構成のさらなる微細化や高密度化に対応することが可能な液体吐出ユニットおよび液体吐出装置を提供することを目的とする。 The present invention aims to provide a liquid ejection unit and a liquid ejection device that can accommodate further miniaturization and higher density of the flow path configuration on the back side of the recording element substrate.
そのため本発明の液体吐出ユニットは、液体を吐出するための、複数の吐出口が配列方向に配列した吐出口列と、各々の前記吐出口に対応して設けられ、かつ、前記吐出口から液体を吐出するためのエネルギを発生する、複数の素子と、各々の前記素子を内部に備える、複数の圧力室と、を備えた素子基板と、前記素子基板の前記吐出口が形成される側の裏面に設けられる裏面部材と、を備えた液体吐出ユニットであって、前記素子基板の前記裏面と前記裏面部材によって、液体を前記複数の圧力室に供給するための供給路が形成されており、前記裏面部材には、前記供給路に液体を供給するための供給開口を備え、前記液体吐出ユニットを前記素子基板に対して垂直な方向からみたときに、前記裏面部材の外形が、前記配列方向における端部側において、前記素子基板の外形よりも内側に位置しており、1つの前記供給路に対して連通する複数の前記供給開口が設けられており、複数の前記素子基板の隣接する素子基板同士が液体吐出ヘッドの長尺方向に部分的に重なり合って配置されていることを特徴とする。 Therefore, the liquid ejection unit of the present invention is a liquid ejection unit comprising: an element substrate including an ejection port array in which a plurality of ejection ports are arranged in an arrangement direction for ejecting liquid, a plurality of elements corresponding to each of the ejection ports and generating energy for ejecting liquid from the ejection ports, and a plurality of pressure chambers each having the element therein; and a back surface member provided on the back surface of the element substrate on the side on which the ejection ports are formed, wherein a supply path for supplying liquid to the plurality of pressure chambers is formed by the back surface of the element substrate and the back surface member, and the back surface member is provided with a supply opening for supplying liquid to the supply path, when the liquid ejection unit is viewed from a direction perpendicular to the element substrate, the outer shape of the back surface member is located inside the outer shape of the element substrate at the end side in the arrangement direction , and a plurality of the supply openings are provided which communicate with one of the supply paths, and adjacent element substrates of the plurality of element substrates are arranged so as to partially overlap each other in the longitudinal direction of the liquid ejection head .
本発明によれば、圧力室における圧力ばらつきが生じるのを抑制することができる液体吐出ユニットおよび液体吐出装置を実現することができる。 The present invention makes it possible to realize a liquid ejection unit and a liquid ejection device that can suppress pressure variations in the pressure chambers.
以下、図面を参照して本発明を好適に適用可能な各適用例および各実施形態について説明する。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。 The following describes various application examples and embodiments to which the present invention can be suitably applied, with reference to the drawings. The liquid ejection head of the present invention that ejects liquid such as ink and the liquid ejection device equipped with the liquid ejection head can be applied to devices such as printers, copiers, facsimiles with communication systems, and word processors with printer units. Furthermore, it can be applied to industrial recording devices that are combined in a complex manner with various processing devices. For example, it can also be used in applications such as biochip production, electronic circuit printing, and semiconductor substrate production.
また、以下に述べる各適用例および各実施形態は、本発明の適切な具体例であるから、技術的に好ましい様々の限定が付けられている。しかし、本発明の思想に沿うものであれば、本適用例および実施形態は、本明細書の適用例、実施形態、その他の具体的方法に限定されるものではない。 In addition, each application example and embodiment described below is a suitable specific example of the present invention, and therefore includes various technically preferable limitations. However, as long as it is in line with the concept of the present invention, the application examples and embodiments are not limited to the application examples, embodiments, or other specific methods described in this specification.
(第1の適用例)
(液体吐出記録装置の説明)
図1は、本発明の液体を吐出する液体吐出装置、特にはインクを吐出して記録を行う液体吐出記録装置(以下、記録装置ともいう)1000の概略構成を示した図である。記録装置1000は、記録媒体2を搬送する搬送部1と、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(ページワイド型)の液体吐出ヘッド3とを備え、複数の記録媒体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。液体吐出ヘッド3は循環経路内の圧力(負圧)を制御する負圧制御ユニット230と、負圧制御ユニット230と流体連通した液体供給ユニット220と、液体供給ユニット220へのインクの供給および排出口となる液体接続部111と、筺体80とを備えている。記録媒体2は、カット紙に限らず、連続したロール媒体であってもよい。液体吐出ヘッド3は、シアンC、マゼンタM、イエローY、ブラックKのインクによるフルカラー記録が可能であり、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、メインタンクおよびバッファタンク(後述する図2参照)が流体的に接続される。また、液体吐出ヘッド3には、液体吐出ヘッド3へ電力およ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および電気信号経路については後述する。
(First Application Example)
(Description of Liquid Ejection Recording Apparatus)
1 is a diagram showing a schematic configuration of a liquid ejection device for ejecting liquid according to the present invention, in particular a liquid ejection recording device (hereinafter also referred to as a recording device) 1000 that ejects ink to perform recording. The recording device 1000 is a line-type recording device that includes a conveying section 1 for conveying a recording medium 2 and a line-type (page-wide type) liquid ejection head 3 arranged approximately perpendicular to the conveying direction of the recording medium 2, and performs continuous recording in one pass while conveying multiple recording media 2 continuously or intermittently. The liquid ejection head 3 includes a negative pressure control unit 230 for controlling the pressure (negative pressure) in the circulation path, a liquid supply unit 220 fluidly connected to the negative pressure control unit 230, a liquid connection section 111 that serves as a supply and discharge port for ink to the liquid supply unit 220, and a housing 80. The recording medium 2 is not limited to cut paper, and may be a continuous roll medium. The liquid ejection head 3 is capable of full-color recording using cyan C, magenta M, yellow Y, and black K inks, and is fluidly connected to a liquid supply means, which is a supply path for supplying liquid to the liquid ejection head 3, a main tank, and a buffer tank (see FIG. 2, which will be described later). In addition, an electrical control unit that transmits power and ejection control signals to the liquid ejection head 3 is electrically connected to the liquid ejection head 3. The liquid paths and electrical signal paths within the liquid ejection head 3 will be described later.
記録装置1000は、インク等の液体を後述するタンクと液体吐出ヘッド3との間で循環させる形態の液体吐出記録装置である。その循環の形態は、液体吐出ヘッド3の下流側で2つの循環ポンプ(高圧用、低圧用)を可動することで循環させる第1循環形態と、液体吐出ヘッド3の上流側で2つの循環ポンプ(高圧用、低圧用)を可動することで循環させる第2循環形態とがある。以下、この循環の第1循環形態と第2循環形態とについて説明する。 The recording device 1000 is a liquid ejection recording device that circulates liquid such as ink between a tank (described later) and the liquid ejection head 3. There are two types of circulation: a first circulation type in which the liquid is circulated by operating two circulation pumps (one for high pressure, one for low pressure) downstream of the liquid ejection head 3, and a second circulation type in which the liquid is circulated by operating two circulation pumps (one for high pressure, one for low pressure) upstream of the liquid ejection head 3. The first and second circulation types are described below.
(第1循環形態の説明)
図2は、本適用例の記録装置1000に適用される循環経路の第1循環形態を示す模式図である。液体吐出ヘッド3は、第1循環ポンプ(高圧側)1001、第1循環ポンプ(低圧側)1002およびバッファタンク1003等に流体的に接続されている。なお図2では、説明を簡略化するため、シアンC、マゼンタM、イエローY、ブラックKのインクの内の1色のインクが流動する経路のみを示しているが、実際には4色分の循環経路が、液体吐出ヘッド3および記録装置本体に設けられる。
(Explanation of the first circulation mode)
Fig. 2 is a schematic diagram showing a first circulation form of the circulation path applied to the recording device 1000 of this application example. The liquid ejection head 3 is fluidly connected to a first circulation pump (high pressure side) 1001, a first circulation pump (low pressure side) 1002, a buffer tank 1003, etc. Note that in Fig. 2, for the sake of simplicity, only a path through which one color of ink flows out of cyan C, magenta M, yellow Y, and black K is shown, but in reality, circulation paths for all four colors are provided in the liquid ejection head 3 and the recording device main body.
第1循環形態では、メインタンク1006内のインクは、補充ポンプ1005によってバッファタンク1003に供給され、その後、第2循環ポンプ1004によって液体接続部111を介して液体吐出ヘッド3の液体供給ユニット220に供給される。その後、液体供給ユニット220に接続された負圧制御ユニット230で異なる2つの負圧(高圧、低圧)に調整されたインクは、高圧側と低圧側の2つの流路に分かれて循環する。液体吐出ヘッド3内のインクは液体吐出ヘッド3の下流にある第1循環ポンプ(高圧側)1001及び第1循環ポンプ(低圧側)1002の作用で液体吐出ヘッド内を循環し、液体接続部111を介して液体吐出ヘッド3から排出されバッファタンク1003に戻る。 In the first circulation mode, the ink in the main tank 1006 is supplied to the buffer tank 1003 by the refill pump 1005, and then supplied to the liquid supply unit 220 of the liquid ejection head 3 via the liquid connection part 111 by the second circulation pump 1004. After that, the ink, which is adjusted to two different negative pressures (high pressure and low pressure) by the negative pressure control unit 230 connected to the liquid supply unit 220, is divided into two flow paths, the high pressure side and the low pressure side, and circulates. The ink in the liquid ejection head 3 is circulated within the liquid ejection head by the action of the first circulation pump (high pressure side) 1001 and the first circulation pump (low pressure side) 1002 downstream of the liquid ejection head 3, and is discharged from the liquid ejection head 3 via the liquid connection part 111 and returned to the buffer tank 1003.
サブタンクであるバッファタンク1003は、メインタンク1006と接続され、タンク内部と外部とを連通する不図示の大気連通口を有し、インク中の気泡を外部に排出することが可能である。バッファタンク1003とメインタンク1006との間には、補充ポンプ1005が設けられている。補充ポンプ1005は、インクを吐出しての記録や吸引回復等、液体吐出ヘッド3の吐出口からインクを吐出(排出)することによって消費されたインクをメインタンク1006からバッファタンク1005へ移送する。 The buffer tank 1003, which is a sub-tank, is connected to the main tank 1006 and has an air communication port (not shown) that connects the inside of the tank to the outside, making it possible to discharge air bubbles in the ink to the outside. A refill pump 1005 is provided between the buffer tank 1003 and the main tank 1006. The refill pump 1005 transfers ink consumed by discharging (discharging) ink from the discharge ports of the liquid discharge head 3, such as for recording by discharging ink or for suction recovery, from the main tank 1006 to the buffer tank 1005.
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。第1循環ポンプとしては、定量的な送液能力を有する容積型ポンプが好ましい。具体的にはチューブポンプ、ギアポンプ、ダイヤフラムポンプ、シリンジポンプ等が挙げられるが、例えば一般的な定流量弁やリリーフ弁をポンプ出口に配して一定流量を確保する形態であってもよい。液体吐出ヘッド3の駆動時には、第1循環ポンプ(高圧側)1001および第1循環ポンプ(低圧側)1002を稼働することによって、それぞれ共通供給流路211、共通回収流路212内を所定流量のインクが流れる。このようにインクを流すことで、記録時の液体吐出ヘッド3の温度を最適の温度に維持している。液体吐出ヘッド3駆動時の所定流量は、液体吐出ヘッド3内の各記録素子基板10間の温度差が記録画質に影響しない程度に維持可能である流量以上に設定することが好ましい。もっとも、あまりに大きな流量に設定すると、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画像の濃度ムラが生じてしまう。そのため、各記録素子基板10間の温度差と負圧差を考慮しながら流量を設定することが好ましい。 The two first circulation pumps 1001 and 1002 draw liquid from the liquid connection 111 of the liquid ejection head 3 and flow it to the buffer tank 1003. As the first circulation pump, a volumetric pump having a quantitative liquid delivery capacity is preferable. Specifically, a tube pump, a gear pump, a diaphragm pump, a syringe pump, etc. can be mentioned, but for example, a general constant flow valve or a relief valve may be arranged at the pump outlet to ensure a constant flow rate. When the liquid ejection head 3 is driven, a predetermined flow rate of ink flows in the common supply flow path 211 and the common recovery flow path 212 by operating the first circulation pump (high pressure side) 1001 and the first circulation pump (low pressure side) 1002. By flowing the ink in this way, the temperature of the liquid ejection head 3 during recording is maintained at an optimal temperature. It is preferable that the predetermined flow rate when the liquid ejection head 3 is driven is set to a flow rate that can be maintained to a degree that the temperature difference between each recording element substrate 10 in the liquid ejection head 3 does not affect the recording image quality. However, if the flow rate is set too high, the negative pressure difference between the recording element substrates 10 will increase due to the pressure loss in the flow paths within the liquid ejection unit 300, resulting in uneven density in the image. For this reason, it is preferable to set the flow rate while taking into account the temperature difference and negative pressure difference between the recording element substrates 10.
負圧制御ユニット230は、第2循環ポンプ1004と液体吐出ユニット300との間の経路に設けられている。この負圧制御ユニット230は、単位面積あたりの吐出量の差等によって循環系におけるインクの流量が変動した場合でも、負圧制御ユニット230よりも下流側(即ち液体吐出ユニット300側)の圧力を予め設定した一定圧力に維持するように動作する。負圧制御ユニット230を構成する2つの負圧制御機構としては、負圧制御ユニット230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。一例としては所謂「減圧レギュレータ」と同様の機構を採用することができる。本適用例における循環流路では、第2循環ポンプ1004によって、液体供給ユニット220を介して負圧制御ユニット230の上流側を加圧している。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。 The negative pressure control unit 230 is provided in the path between the second circulation pump 1004 and the liquid ejection unit 300. This negative pressure control unit 230 operates to maintain the pressure downstream of the negative pressure control unit 230 (i.e., the liquid ejection unit 300 side) at a preset constant pressure even if the flow rate of ink in the circulation system fluctuates due to differences in the ejection amount per unit area, etc. As the two negative pressure control mechanisms constituting the negative pressure control unit 230, any mechanism may be used as long as it can control the pressure downstream of the negative pressure control unit 230 to fluctuate within a certain range centered on the desired set pressure. As an example, a mechanism similar to a so-called "pressure reducing regulator" can be adopted. In the circulation flow path in this application example, the second circulation pump 1004 pressurizes the upstream side of the negative pressure control unit 230 via the liquid supply unit 220. In this way, the effect of the head pressure of the buffer tank 1003 on the liquid ejection head 3 can be suppressed, so that the degree of freedom of the layout of the buffer tank 1003 in the recording device 1000 can be increased.
第2循環ポンプ1004としては、液体吐出ヘッド3の駆動時に使用するインク循環流量の範囲において、一定圧以上の揚程圧を有するものであればよく、ターボ型ポンプや容積型ポンプなどを使用可能である。具体的には、ダイヤフラムポンプ等が適用可能である。また第2循環ポンプ1004の代わりに、例えば負圧制御ユニット230に対してある一定の水頭差をもって配置された水頭タンクでも適用可能である。図2に示したように負圧制御ユニット230は、それぞれが互いに異なる制御圧が設定された2つの負圧調整機構を備えている。2つの負圧調整機構の内、相対的に高圧設定側(図2でHと記載)、相対的に低圧設定側(図2でLと記載)は、それぞれ、液体供給ユニット220内を経由して、液体吐出ユニット300内の共通供給流路211、共通回収流路212に接続されている。液体吐出ユニット300には、共通供給流路211、共通回収流路212、各記録素子基板と連通する個別流路215(個別供給流路213、個別回収流路214)が設けられている。共通供給流路211には、負圧制御機構Hが、共通回収流路212には負圧制御機構Lが接続されており、2つの共通流路間に差圧が生じている。そして、個別流路215は、共通供給流路211および共通回収流路212と連通しているので、液体の一部が、共通供給流路211から記録素子基板10の内部流路を通過して共通回収流路212へと流れる流れ(図2の矢印)が発生する。 The second circulation pump 1004 may be any pump having a head pressure equal to or greater than a certain pressure within the range of the ink circulation flow rate used when driving the liquid ejection head 3, and may be a turbo pump or a volumetric pump. Specifically, a diaphragm pump or the like may be used. In place of the second circulation pump 1004, for example, a head tank arranged with a certain head difference relative to the negative pressure control unit 230 may also be used. As shown in FIG. 2, the negative pressure control unit 230 has two negative pressure adjustment mechanisms, each of which has a different control pressure. Of the two negative pressure adjustment mechanisms, the relatively high pressure setting side (H in FIG. 2) and the relatively low pressure setting side (L in FIG. 2) are connected to the common supply flow path 211 and the common recovery flow path 212 in the liquid ejection unit 300 via the liquid supply unit 220, respectively. The liquid ejection unit 300 is provided with a common supply flow path 211, a common recovery flow path 212, and individual flow paths 215 (individual supply flow paths 213, individual recovery flow paths 214) that communicate with each recording element substrate. A negative pressure control mechanism H is connected to the common supply flow path 211, and a negative pressure control mechanism L is connected to the common recovery flow path 212, and a pressure difference is generated between the two common flow paths. Since the individual flow paths 215 communicate with the common supply flow path 211 and the common recovery flow path 212, a flow (arrow in FIG. 2) occurs in which a portion of the liquid flows 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.
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および共通回収流路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を流れるインクによって記録素子基板10の外部へ排出することができる。またこのような構成により、液体吐出ヘッド3による記録を行っている際に、吐出を行っていない吐出口や圧力室においてもインクの流れを生じさせることができる。これによって、吐出口内で増粘したインクの粘度を低下させることで、インクの増粘を抑制することができる。また、増粘したインクやインク中の異物を共通回収流路212へと排出することができる。このため、本適用例の液体吐出ヘッド3は、高速で高画質な記録が可能となる。 In this way, in the liquid ejection unit 300, a flow occurs in which liquid flows through the common supply flow path 211 and the common recovery flow path 212, while a portion of the liquid passes through each recording element substrate 10. Therefore, heat generated in each recording element substrate 10 can be discharged to the outside of the recording element substrate 10 by the ink flowing through the common supply flow path 211 and the common recovery flow path 212. In addition, with this configuration, when recording is performed with the liquid ejection head 3, ink flow can be generated even in ejection ports and pressure chambers that are not ejecting. This reduces the viscosity of the ink that has thickened in the ejection port, thereby suppressing the thickening of the ink. In addition, thickened ink and foreign matter in the ink can be discharged to the common recovery flow path 212. Therefore, the liquid ejection head 3 of this application example is capable of high-speed, high-quality recording.
(第2循環形態の説明)
図3は、本適用例の記録装置に適用される循環経路のうち、上述した第1循環形態とは異なる循環形態である第2循環形態を示す模式図である。前述の第1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つの負圧制御機構が共に、負圧制御ユニット230よりも上流側の圧力を、所望の設定圧を中心として一定範囲内の変動で制御する点である。また、第1循環形態との相違点として、第2循環ポンプ1004が負圧制御ユニット230の下流側を減圧する負圧源として作用する点がある。更に、第1循環ポンプ(高圧側)1001および第1循環ポンプ(低圧側)1002が液体吐出ヘッド3の上流側に配置され、負圧制御ユニット230が液体吐出ヘッド3の下流側に配置されている点も相違する点である。
(Explanation of the second circulation mode)
3 is a schematic diagram showing a second circulation form, which is a circulation form different from the first circulation form described above, among the circulation paths applied to the recording apparatus of this application example. The main difference from the first circulation form described above is that both of the two negative pressure control mechanisms constituting the negative pressure control unit 230 control the pressure upstream of the negative pressure control unit 230 to fluctuate within a certain range centered on a desired set pressure. Another difference from the first circulation form is that the second circulation pump 1004 acts as a negative pressure source that reduces the pressure downstream of the negative pressure control unit 230. Another difference is that the first circulation pump (high pressure side) 1001 and the first circulation pump (low pressure side) 1002 are arranged upstream of the liquid ejection head 3, and the negative pressure control unit 230 is arranged downstream of the liquid ejection head 3.
第2循環形態では、メインタンク1006内のインクは、補充ポンプ1005によってバッファタンク1003に供給される。その後インクは2つの流路に分けられ、液体吐出ヘッド3に設けられた負圧制御ユニット230の作用で高圧側と低圧側の2つの流路で循環する。高圧側と低圧側の2つの流路に分けられたインクは、第1循環ポンプ(高圧側)1001及び第1循環ポンプ(低圧側)1002の作用で液体接続部111を介して液体吐出ヘッド3に供給される。その後、第1循環ポンプ(高圧側)1001及び第1循環ポンプ(低圧側)1002の作用で液体吐出ヘッド内を循環したインクは、負圧制御ユニット230を経て、液体接続部111を介して液体吐出ヘッド3から排出される。排出されたインクは、第2循環ポンプ1004によってバッファタンク1003に戻される。 In the second circulation mode, the ink in the main tank 1006 is supplied to the buffer tank 1003 by the refill pump 1005. The ink is then divided into two flow paths, and circulated in two flow paths, the high pressure side and the low pressure side, by the action of the negative pressure control unit 230 provided in the liquid ejection head 3. The ink divided into the two flow paths, the high pressure side and the low pressure side, is supplied to the liquid ejection head 3 through the liquid connection part 111 by the action of the first circulation pump (high pressure side) 1001 and the first circulation pump (low pressure side) 1002. The ink circulated in the liquid ejection head by the action of the first circulation pump (high pressure side) 1001 and the first circulation pump (low pressure side) 1002 is then discharged from the liquid ejection head 3 through the liquid connection part 111 via the negative pressure control unit 230. The discharged ink is returned to the buffer tank 1003 by the second circulation pump 1004.
第2循環形態で負圧制御ユニット230は、単位面積あたりの吐出量の変化等によって生じる流量の変動があっても、負圧制御ユニット230の上流側(即ち液体吐出ユニット300側)の圧力変動を予め設定された圧力を中心として一定範囲内に安定させる。本適用例の循環流路では、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の下流側を加圧している。このようにすると液体吐出ヘッド3に対するバッファタンク1003の水頭圧の影響を抑制できるので、記録装置1000におけるバッファタンク1003のレイアウトの選択幅を広げることができる。第2循環ポンプ1004の代わりに、例えば負圧制御ユニット230に対して所定の水頭差をもって配置された水頭タンクであっても適用可能である。第2循環形態は第1循環形態と同様に、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つの負圧制御機構を備えている。2つの負圧調整機構の内、高圧設定側(図3でHと記載)、低圧設定側(図3でLと記載)はそれぞれ、液体供給ユニット220内を経由して、液体吐出ユニット300内の共通供給流路211または共通回収流路212に接続されている。2つの負圧調整機構により、共通供給流路211の圧力を共通回収流路212の圧力より相対的に高くすることで、共通供給流路211から個別流路215および各記録素子基板10の内部流路を介して共通回収流路212へと流れる液体の流れが発生する。 In the second circulation form, the negative pressure control unit 230 stabilizes the pressure fluctuations on the upstream side of the negative pressure control unit 230 (i.e., the liquid ejection unit 300 side) within a certain range centered on a preset pressure, even if there is a fluctuation in the flow rate caused by a change in the ejection amount per unit area, etc. In the circulation flow path of this application example, 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 ejection head 3 can be suppressed, so that the range of options for the layout of the buffer tank 1003 in the recording device 1000 can be expanded. 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 can also be applied. In the second circulation form, like the first circulation form, the negative pressure control unit 230 has two negative pressure control mechanisms, each of which has a different control pressure set. Of the two negative pressure adjustment mechanisms, the high pressure setting side (indicated as H in FIG. 3) and the low pressure setting side (indicated as L in FIG. 3) are connected to the common supply flow path 211 or the common recovery flow path 212 in the liquid ejection unit 300 via the liquid supply unit 220. By making the pressure of the common supply flow path 211 relatively higher than the pressure of the common recovery flow path 212 by the two negative pressure adjustment mechanisms, a flow of liquid is generated that flows from the common supply flow path 211 to the common recovery flow path 212 via the individual flow paths 215 and the internal flow paths of each recording element substrate 10.
このような第2循環形態では、液体吐出ユニット300内には第1循環形態と同様の液体の流れ状態が得られるが、第1循環形態の場合とは異なる2つの利点がある。1つ目の利点は、第2循環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。2つ目の利点は、第2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。 In this second circulation mode, the same liquid flow state is obtained within the liquid ejection unit 300 as in the first circulation mode, but there are two advantages that differ from the first circulation mode. The first advantage is that in the second circulation mode, the negative pressure control unit 230 is disposed downstream of the liquid ejection head 3, so there is less concern that dust or foreign matter generated from the negative pressure control unit 230 will flow into the liquid ejection head 3. The second advantage is that in the second circulation mode, the maximum flow rate required to supply liquid from the buffer tank 1003 to the liquid ejection head 3 is smaller than in the first circulation mode. The reasons for this are as follows.
記録待機時に循環している場合の、共通供給流路211および共通回収流路212内の流量の合計を流量Aとする。流量Aの値は、記録待機中に液体吐出ヘッド3の温度調整にあたり、液体吐出ユニット300内の温度差を所望の範囲内にするために必要な最小限の流量として定義される。また液体吐出ユニット300の全ての吐出口からインクを吐出する場合(全吐出時)の吐出流量を流量F(1吐出口当りの吐出量×単位時間当たりの吐出周波数×吐出口数)と定義する。 The total flow rate in the common supply flow path 211 and the common recovery flow path 212 when circulating during standby for recording is defined as flow rate A. The value of flow rate A is defined as the minimum flow rate required to keep the temperature difference in the liquid ejection unit 300 within the desired range when adjusting the temperature of the liquid ejection head 3 during standby for recording. In addition, the ejection flow rate when ink is ejected from all the ejection ports of the liquid ejection unit 300 (during full ejection) is defined as flow rate F (ejection amount per ejection port x ejection frequency per unit time x number of ejection ports).
図4は、第1循環形態と第2循環形態とにおける、液体吐出ヘッド3へのインクの流入量の違いを示した概略図である。図4(a)は、第1循環形態における待機時を示しており、図4(b)は、第1循環形態における全吐出時を示している。図4(c)から図4(f)は、第2循環流路を示しており、図4(c)、(d)が流量F<流量Aの場合で、図4(e)、(f)が流量F>流量Aの場合であり、それぞれ、待機時と全吐出時の流量を示している。 Figure 4 is a schematic diagram showing the difference in the amount of ink flowing into the liquid ejection head 3 in the first and second circulation modes. Figure 4(a) shows the first circulation mode during standby, and Figure 4(b) shows the first circulation mode during full ejection. Figures 4(c) to 4(f) show the second circulation flow path, with Figures 4(c) and (d) showing the case where flow rate F < flow rate A, and Figures 4(e) and (f) showing the case where flow rate F > flow rate A, and showing the flow rates during standby and full ejection, respectively.
定量的な送液能力を有する第1循環ポンプ1001及び第1循環ポンプ1002が液体吐出ヘッド3の下流側に配置されている第1循環形態の場合(図4(a)、(b))、第1循環ポンプ1001及び第1循環ポンプ1002の合計設定流量は流量Aとなる。この流量Aによって、待機時の液体吐出ユニット300内の温度管理が可能となる。そして、液体吐出ヘッド3で全吐出が行われる場合、第1循環ポンプ1001及び第1循環ポンプ1002の合計設定流量は流量Aのままである。しかし、液体吐出ヘッド3へ供給される最大流量は、液体吐出ヘッド3で吐出によって生じる負圧が作用して、合計設定流量の流量Aに全吐出による消費分の流量Fが加算される。よって、液体吐出ヘッド3への供給量の最大値は、流量Fが流量Aに加算されるため流量A+流量Fとなる(図4(b))。 In the case of the first circulation configuration in which the first circulation pump 1001 and the first circulation pump 1002, which have a quantitative liquid delivery capacity, are arranged downstream of the liquid ejection head 3 (FIGS. 4A and 4B), the total set flow rate of the first circulation pump 1001 and the first circulation pump 1002 is flow rate A. This flow rate A enables temperature management within the liquid ejection unit 300 during standby. When full ejection is performed by the liquid ejection head 3, the total set flow rate of the first circulation pump 1001 and the first circulation pump 1002 remains at flow rate A. However, the maximum flow rate supplied to the liquid ejection head 3 is the total set flow rate A plus the flow rate F consumed by full ejection due to the negative pressure generated by the ejection in the liquid ejection head 3. Therefore, the maximum value of the supply amount to the liquid ejection head 3 is flow rate A + flow rate F, since flow rate F is added to flow rate A (FIG. 4B).
一方で、第1循環ポンプ1001および第1循環ポンプ1002が液体吐出ヘッド3の上流側に配置されている第2循環形態の場合(図4(c)から図4(f))は、記録待機時に必要な液体吐出ヘッド3への供給量は、第1循環形態と同様に流量Aである。従って、第1循環ポンプ1001および第1循環ポンプ1002が液体吐出ヘッド3の上流側に配置されている第2循環形態では、流量Fよりも流量Aが多い場合(図4(c)、(d))には、全吐出時でも液体吐出ヘッド3への供給量は流量Aで十分である。その際、液体吐出ヘッド3からの排出流量は、流量A-流量Fとなる(図4(d))。しかし、流量Aよりも流量Fが多い場合(図4(e)、(f))には、全吐出時には液体吐出ヘッド3への供給流量を流量Aとすると流量が足りなくなってしまう。そのため、流量Aよりも流量Fが多い場合には、液体吐出ヘッド3への供給量を流量Fとする必要がある。その際、全吐出が行われると、液体吐出ヘッド3では流量Fが消費されるため、液体吐出ヘッド3からの排出流量は、ほとんど排出されない状態となる(図4(f))。なお、流量Aよりも流量Fが多い場合で、吐出は行うが全吐出ではない場合には、流量Fから吐出で消費された分が引かれた量が液体吐出ヘッド3から排出される。また、流量Aと流量Fとが等しい場合には、液体吐出ヘッド3へは流量A(または流量F)が供給されて、液体吐出ヘッド3では流量Fが消費されるため、液体吐出ヘッド3からの排出流量は、ほとんど排出されない状態となる。 On the other hand, in the case of the second circulation form in which the first circulation pump 1001 and the first circulation pump 1002 are disposed upstream of the liquid ejection head 3 (FIGS. 4(c) to 4(f)), the supply amount to the liquid ejection head 3 required during recording standby is the flow rate A, as in the first circulation form. Therefore, in the second circulation form in which the first circulation pump 1001 and the first circulation pump 1002 are disposed upstream of the liquid ejection head 3, when the flow rate A is greater than the flow rate F (FIGS. 4(c) and 4(d)), the supply amount to the liquid ejection head 3 is sufficient even during full ejection. In that case, the discharge flow rate from the liquid ejection head 3 is the flow rate A minus the flow rate F (FIG. 4(d)). However, when the flow rate F is greater than the flow rate A (FIGS. 4(e) and 4(f)), if the supply flow rate to the liquid ejection head 3 is set to the flow rate A during full ejection, the flow rate will be insufficient. Therefore, when the flow rate F is greater than the flow rate A, the supply amount to the liquid ejection head 3 needs to be set to the flow rate F. In this case, when full ejection is performed, the flow rate F is consumed in the liquid ejection head 3, so the discharge flow rate from the liquid ejection head 3 is almost not discharged (FIG. 4(f)). Note that when the flow rate F is greater than the flow rate A and ejection is performed but not full ejection, the amount of liquid discharged from the liquid ejection head 3 is the flow rate F minus the amount consumed in ejection. Also, when the flow rates A and F are equal, the flow rate A (or flow rate F) is supplied to the liquid ejection head 3 and the flow rate F is consumed in the liquid ejection head 3, so the discharge flow rate from the liquid ejection head 3 is almost not discharged.
このように、第2循環形態の場合、第1循環ポンプ1001および第1循環ポンプ1002の設定流量の合計値、即ち必要供給流量の最大値は、流量Aまたは流量Fの大きい方の値となる。このため、同一構成の液体吐出ユニット300を使用する限り、第2循環形態における必要供給量の最大値(流量Aまたは流量F)は、第1循環形態における必要供給流量の最大値(流量A+流量F)よりも小さくなる。 In this way, in the case of the second circulation mode, the sum of the set flow rates of the first circulation pump 1001 and the first circulation pump 1002, i.e., the maximum required supply flow rate, is the larger of flow rate A or flow rate F. Therefore, as long as the same configuration of the liquid ejection unit 300 is used, the maximum required supply flow rate in the second circulation mode (flow rate A or flow rate F) will be smaller than the maximum required supply flow rate in the first circulation mode (flow rate A + flow rate F).
そのため第2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、記録装置のコストを低減できるという利点がある。この利点は、流量Aまたは流量Fの値が比較的大きくなるラインヘッドであるほど大きくなり、ラインヘッドの中でも長手方向の長さが長いラインヘッドほど有益である。 Therefore, in the case of the second circulation mode, the degree of freedom in the applicable circulation pump is increased, and for example, it is possible to use a low-cost circulation pump with a simple configuration, and to reduce the load on the cooler (not shown) installed in the main body side path, which has the advantage of reducing the cost of the recording device. This advantage is greater for line heads with relatively large values of flow rate A or flow rate F, and is more beneficial for line heads with longer longitudinal lengths.
しかしながら一方で、第1循環形態の方が、第2循環形態に対して有利になる点もある。すなわち第2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、単位面積当たりの吐出量が少ない画像(以下、低Duty画像ともいう)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、流路幅が狭く高い負圧である場合、ムラの見えやすい低Duty画像で吐出口に高い負圧が印加されるため、インクの主滴に伴って吐出される所謂サテライト滴が多く発生して記録品位が低下する虞がある。 However, on the other hand, the first circulation mode also has some advantages over the second circulation mode. That is, in the second circulation mode, the flow rate through the liquid ejection unit 300 is at its maximum when waiting to print, so the lower the ejection volume per unit area of the image (hereinafter also referred to as a low-duty image), the higher the negative pressure applied to each ejection port. For this reason, when the flow path width is narrow and the negative pressure is high, a high negative pressure is applied to the ejection port in a low-duty image where unevenness is easily visible, and this can result in the generation of many so-called satellite droplets that are ejected along with the main droplets of ink, which can degrade the printing quality.
一方、第1循環形態の場合、高い負圧が吐出口に印加されるのは単位面積当たりの吐出量が多い画像(以下、高Duty画像ともいう)形成時であるため、仮にサテライト滴が発生しても視認されにくく、画像への影響は小さいという利点がある。これら2つの循環形態の選択は、液体吐出ヘッドおよび記録装置本体の仕様(吐出流量F、最小循環流量A、およびヘッド内流路抵抗)に照らして好ましい選択を採ることができる。 On the other hand, in the case of the first circulation mode, a high negative pressure is applied to the ejection port when forming an image with a large ejection volume per unit area (hereinafter also referred to as a high duty image), so even if satellite droplets are generated, they are difficult to see and have little effect on the image, which is an advantage. The choice between these two circulation modes can be made based on the specifications of the liquid ejection head and the recording device body (ejection flow rate F, minimum circulation flow rate A, and flow path resistance within the head).
(液体吐出ヘッド構成の説明)
第1の適用例に係る液体吐出ヘッド3の構成について説明する。図5(a)および図5(b)は、本適用例に係る液体吐出ヘッド3を示した斜視図である。液体吐出ヘッド3は、1つの記録素子基板10でシアンC/マゼンタM/イエローY/ブラックKの4色のインクを吐出可能な記録素子基板10を直線状に15個配列(インラインに配置)されるライン型の液体吐出ヘッドである。図5(a)に示すように液体吐出ヘッド3は、各記録素子基板10と、フレキシブル配線基板40および電気配線基板90を介して電気的に接続された信号入力端子91と電力供給端子92を備える。信号入力端子91および電力供給端子92は、記録装置1000の制御部と電気的に接続され、それぞれ吐出駆動信号および吐出に必要な電力を記録素子基板10に供給する。電気配線基板90内の電気回路によって配線を集約することで、信号入力端子91および電力供給端子92の数を記録素子基板10の数に比べて少なくすることができる。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数が少なくて済む。図5(b)に示すように、液体吐出ヘッド3の両端部に設けられた液体接続部111は、記録装置1000の液体供給系と接続される。これによりシアンC/マゼンタM/イエロY/ブラックK4色のインクが記録装置1000の供給系から液体吐出ヘッド3に供給され、また液体吐出ヘッド3内を通ったインクが記録装置1000の供給系へ回収されるようになっている。このように各色のインクは、記録装置1000の経路と液体吐出ヘッド3の経路を介して循環可能である。
(Description of Liquid Ejection Head Configuration)
The configuration of the liquid ejection head 3 according to the first application example will be described. Fig. 5(a) and Fig. 5(b) are perspective views showing the liquid ejection head 3 according to this application example. The liquid ejection head 3 is a line-type liquid ejection head in which 15 recording element substrates 10 capable of ejecting four colors of ink, cyan C/magenta M/yellow Y/black K, are linearly arranged (arranged in-line). As shown in Fig. 5(a), the liquid ejection head 3 includes each recording element substrate 10, a signal input terminal 91 electrically connected via a flexible wiring substrate 40 and an electric wiring substrate 90, and a power supply terminal 92. The signal input terminal 91 and the power supply terminal 92 are electrically connected to the control unit of the recording device 1000, and supply the ejection drive signal and the power required for ejection to the recording element substrate 10, respectively. By consolidating the wiring by the electric circuit in the electric wiring substrate 90, the number of the signal input terminals 91 and the power supply terminals 92 can be reduced compared to the number of the recording element substrates 10. This reduces the number of electrical connections that need to be removed when assembling the liquid ejection head 3 to the recording apparatus 1000 or when replacing the liquid ejection head. As shown in Fig. 5B, liquid connections 111 provided at both ends of the liquid ejection head 3 are connected to a liquid supply system of the recording apparatus 1000. This allows four colors of ink, cyan C/magenta M/yellow Y/black K, to be supplied from the supply system of the recording apparatus 1000 to the liquid ejection head 3, and the ink that has passed through the liquid ejection head 3 is collected back into the supply system of the recording apparatus 1000. In this way, the inks of each color can circulate through the paths of the recording apparatus 1000 and the paths of the liquid ejection head 3.
図6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示した分解斜視図である。液体吐出ユニット300、液体供給ユニット220および電気配線基板90が筺体80に取り付けられている。液体供給ユニット220には液体接続部111(図3参照)が設けられるとともに、液体供給ユニット220の内部には、供給されるインク中の異物を取り除くため、液体接続部111の各開口と連通する各色別のフィルタ221(図2、図3参照)が設けられている。2つの液体供給ユニット220は、それぞれに2色分ずつのフィルタ221が設けられている。フィルタ221を通過した液体は、それぞれの色に対応して液体供給ユニット220上に配置された負圧制御ユニット230へ供給される。負圧制御ユニット230は、各色別の負圧制御弁からなるユニットであり、それぞれの内部に設けられる弁やバネ部材などの働きで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。これによって負圧制御ユニット230は、負圧制御ユニットよりも下流側(液体吐出ユニット300側)の負圧変化をある一定範囲内で安定化させることが可能である。各色の負圧制御ユニット230内には、図2で記述したように各色2つの負圧制御弁が内蔵されている。2つの負圧制御弁は、それぞれ異なる制御圧力に設定され、高圧側が液体吐出ユニット300内の共通供給流路211(図2参照)、低圧側が共通回収流路212(図2参照)と液体供給ユニット220を介して連通している。 Figure 6 is an exploded perspective view showing each part or unit that constitutes the liquid ejection head 3. The liquid ejection unit 300, the liquid supply unit 220, and the electrical wiring board 90 are attached to the housing 80. The liquid supply unit 220 is provided with a liquid connection section 111 (see Figure 3), and inside the liquid supply unit 220, filters 221 (see Figures 2 and 3) for each color that communicate with each opening of the liquid connection section 111 are provided to remove foreign matter from the ink being supplied. Each of the two liquid supply units 220 is provided with filters 221 for two colors. The liquid that passes through the filters 221 is supplied to the negative pressure control units 230 arranged on the liquid supply unit 220 corresponding to each color. The negative pressure control unit 230 is a unit consisting of negative pressure control valves for each color, and the valves and spring members provided inside each unit greatly attenuate the pressure loss change in the supply system of the recording device 1000 (the supply system upstream of the liquid ejection head 3) that occurs with the fluctuation of the liquid flow rate. This allows the negative pressure control unit 230 to stabilize the negative pressure change downstream of the negative pressure control unit (the liquid ejection unit 300 side) within a certain range. As described in FIG. 2, two negative pressure control valves are built into the negative pressure control unit 230 for each color. The two negative pressure control valves are set to different control pressures, and the high pressure side is connected to the common supply flow path 211 (see FIG. 2) in the liquid ejection unit 300, and the low pressure side is connected to the common recovery flow path 212 (see FIG. 2) via the liquid supply unit 220.
筐体80は、液体吐出ユニット支持部81およ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および電気配線基板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り、液体吐出ユニット支持部81にネジ止めによって固定されている。液体吐出ユニット支持部81は、液体吐出ユニット300の反りや変形を矯正して、複数の記録素子基板10の相対位置精度を確保する役割を有し、それにより記録物におけるスジやムラを抑制する。そのため液体吐出ユニット支持部81は、十分な剛性を有することが好ましく、材質としてはSUSやアルミなどの金属材料、もしくはアルミナなどのセラミックが好適である。液体吐出ユニット支持部81には、ジョイントゴム100が挿入される開口83、84が設けられている。液体供給ユニット220から供給される液体は、ジョイントゴムを介して液体吐出ユニット300を構成する第3流路部材70へと導かれる。 The housing 80 is composed of a liquid ejection unit support part 81 and an electric wiring board support part 82, and supports the liquid ejection unit 300 and the electric wiring board 90 while ensuring the rigidity of the liquid ejection head 3. The electric wiring board support part 82 is for supporting the electric wiring board 90, and is fixed to the liquid ejection unit support part 81 by screwing. The liquid ejection unit support part 81 has a role of correcting warping and deformation of the liquid ejection unit 300 and ensuring the relative position accuracy of the multiple recording element boards 10, thereby suppressing streaks and unevenness in the recorded matter. For this reason, it is preferable that the liquid ejection unit support part 81 has sufficient rigidity, and the material is preferably a metal material such as SUS or aluminum, or a ceramic such as alumina. The liquid ejection unit support part 81 is provided with openings 83 and 84 into which the joint rubber 100 is inserted. The liquid supplied from the liquid supply unit 220 is led to the third flow path member 70 constituting the liquid ejection unit 300 via the joint rubber.
液体吐出ユニット300は、複数の吐出モジュール200、流路部材210からなり、液体吐出ユニット300の記録媒体側の面にはカバー部材130が取り付けられる。ここで、カバー部材130は、図6に示したように長尺の開口131が設けられた額縁状の表面を持つ部材であり、開口131からは吐出モジュール200に含まれる記録素子基板10および封止部材110(後述する図10参照)が露出している。開口131の周囲の枠部は、記録待機時に液体吐出ヘッド3をキャップするキャップ部材の当接面としての機能を有する。このため、開口131の周囲に沿って接着剤、封止材、充填材等を塗布し、液体吐出ユニット300の吐出口面上の凹凸や隙間を埋めることで、キャップ時に閉空間が形成されるようにすることが好ましい。 The liquid ejection unit 300 is composed of a plurality of ejection modules 200 and a flow path member 210, and a cover member 130 is attached to the recording medium side surface of the liquid ejection unit 300. Here, the cover member 130 is a member having a frame-like surface with a long opening 131 as shown in FIG. 6, and the recording element substrate 10 and the sealing member 110 (see FIG. 10 described later) included in the ejection module 200 are exposed from the opening 131. The frame portion around the opening 131 functions as a contact surface of the cap member that caps the liquid ejection head 3 when waiting to print. For this reason, it is preferable to apply an adhesive, a sealant, a filler, or the like along the periphery of the opening 131 to fill the unevenness and gaps on the ejection port surface of the liquid ejection unit 300 so that a closed space is formed when capped.
次に、液体吐出ユニット300に含まれる流路部材210の構成について説明する。図6に示したように流路部材210は、第1流路部材50、第2流路部材60および第3流路部材70を積層したものであり、液体供給ユニット220から供給された液体を各吐出モジュール200へと分配する。また流路部材210は、吐出モジュール200から環流する液体を液体供給ユニット220へと戻すための流路部材である。流路部材210は、液体吐出ユニット支持部81にネジ止めで固定されており、それにより流路部材210の反りや変形が抑制されている。 Next, the configuration of the flow path member 210 included in the liquid ejection unit 300 will be described. As shown in FIG. 6, the flow path member 210 is a laminate of a first flow path member 50, a second flow path member 60, and a third flow path member 70, and distributes the liquid supplied from the liquid supply unit 220 to each ejection module 200. The flow path member 210 is also a flow path member for returning the liquid circulating from the ejection module 200 to the liquid supply unit 220. The flow path member 210 is fixed to the liquid ejection unit support part 81 with screws, which suppresses warping and deformation of the flow path member 210.
図7(a)~(f)は、第1~第3流路部材の各流路部材の表面と裏面を示した図である。図7(a)は、第1流路部材50の、吐出モジュール200が搭載される側の面を示し、図7(f)は、第3流路部材70の、液体吐出ユニット支持部81と当接する側の面を示す。第1流路部材50と第2流路部材60とは、夫々の流路部材の当接面である図7(b)と図7(c)が対向するように接合し、第2流路部材と第3流路部材とは、夫々の流路部材の当接面である図7(d)と図7(e)が対向するように接合する。第2流路部材60と第3流路部材70を接合することで、各流路部材に形成される共通流路溝62、71とから、流路部材の長手方向に延在する8本の共通流路(211a、211b、211c、211d、212a、212b、212c、212d)が形成される。これにより色毎に共通供給流路211と共通回収流路212のセットが流路部材210内に形成される。共通供給流路211から液体吐出ヘッド3にインクが供給されて、液体吐出ヘッド3に供給されたインクは共通回収流路212によって回収される。第3流路部材70の連通口72(図7(f)参照)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(図6参照)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(共通供給流路211と連通する連通口61-1、共通回収流路212と連通する連通口61-2)が複数形成されており、第1流路部材50の個別流路溝52の一端部と連通している。第1流路部材50の個別流路溝52の他端部には連通口51が形成されており、連通口51を介して複数の吐出モジュール200と流体的に連通している。この個別流路溝52により流路部材の中央側へ流路を集約することが可能となる。 Figures 7(a) to (f) are diagrams showing the front and back surfaces of each of the first to third flow path members. Figure 7(a) shows the surface of the first flow path member 50 on which the ejection module 200 is mounted, and Figure 7(f) shows the surface of the third flow path member 70 that abuts against the liquid ejection unit support part 81. The first flow path member 50 and the second flow path member 60 are joined so that the abutment surfaces of the respective flow path members in Figures 7(b) and 7(c) face each other, and the second flow path member and the third flow path member are joined so that the abutment surfaces of the respective flow path members in Figures 7(d) and 7(e) face each other. By joining the second flow path member 60 and the third flow path member 70, eight common flow paths (211a, 211b, 211c, 211d, 212a, 212b, 212c, 212d) extending in the longitudinal direction of the flow path member are formed from the common flow path grooves 62, 71 formed in each flow path member. As a result, a set of a common supply flow path 211 and a common recovery flow path 212 is formed for each color in the flow path member 210. Ink is supplied from the common supply flow path 211 to the liquid ejection head 3, and the ink supplied to the liquid ejection head 3 is recovered by the common recovery flow path 212. The communication port 72 (see FIG. 7(f)) of the third flow path member 70 communicates with each hole of the joint rubber 100, and is in fluid communication with the liquid supply unit 220 (see FIG. 6). A plurality of communication ports 61 (communication port 61-1 communicating with the common supply flow path 211, and communication port 61-2 communicating with the common recovery flow path 212) 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 on the other end of the individual flow path groove 52 of the first flow path member 50, and is fluidly connected to a plurality of ejection modules 200 via the communication port 51. This individual flow path groove 52 makes it possible to aggregate the flow paths toward the center side of the flow path member.
第1~第3流路部材は、液体に対して耐腐食性を有するとともに、線膨張率の低い材質からなることが好ましい。材質としては例えば、アルミナや、LCP(液晶ポリマ)、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などの無機フィラーを添加した複合材料(樹脂材料)を好適に用いることができる。流路部材210の形成方法としては、3つの流路部材を積層させて互いに接着してもよいし、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 are preferably made of a material that is resistant to corrosion by liquids and has a low linear expansion coefficient. Suitable materials include alumina, LCP (liquid crystal polymer), PPS (polyphenyl sulfide), and PSF (polysulfone) as a base material, and composite materials (resin materials) with inorganic fillers such as silica particles and fibers added thereto. The flow path member 210 may be formed by laminating the three flow path members and bonding them together, or, if a resin composite resin material is selected as the material, a joining method by welding may be used.
図8は、図7(a)のα部を示しており、第1~第3流路部材を接合して形成される流路部材210内の流路を第1の流路部材50の、吐出モジュール200が搭載される面側から一部を拡大して示した透視図である。共通供給流路211と共通回収流路212とは、両端部の流路からそれぞれ交互に共通供給流路211と共通回収流路212とが配置されている。ここで、流路部材210内の各流路の接続関係について説明する。 Figure 8 shows the α portion of Figure 7(a), and is a perspective view showing an enlarged portion of the flow paths in the flow path member 210 formed by joining the first to third flow path members, viewed from the side of the first flow path member 50 on which the ejection module 200 is mounted. The common supply flow path 211 and the common recovery flow path 212 are arranged alternately from the flow paths at both ends. Here, the connection relationship of each flow path in the flow path member 210 will be described.
流路部材210には、色毎に液体吐出ヘッド3の長手方向に伸びる共通供給流路211(211a、211b、211c、211d)および共通回収流路212(212a、212b、212c、212d)が設けられている。各色の共通供給流路211には、個別流路溝52によって形成される複数の個別供給流路213(213a、213b、213c、213d)が連通口61を介して接続されている。また、各色の共通回収流路212には、個別流路溝52によって形成される複数の個別回収流路214(214a、214b、214c、214d)が、連通口61を介して接続されている。このような流路構成により各共通供給流路211から個別供給流路213を介して、流路部材の中央部に位置する記録素子基板10にインクを集約することができる。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にインクを回収することができる。 The flow path member 210 is provided with common supply flow paths 211 (211a, 211b, 211c, 211d) and common recovery flow paths 212 (212a, 212b, 212c, 212d) that extend in the longitudinal direction of the liquid ejection head 3 for each color. A plurality of individual supply flow paths 213 (213a, 213b, 213c, 213d) formed by the individual flow path grooves 52 are connected to the common supply flow paths 211 of each color via the communication port 61. In addition, a plurality of individual recovery flow paths 214 (214a, 214b, 214c, 214d) formed by the individual flow path grooves 52 are connected to the common recovery flow paths 212 of each color via the communication port 61. With this flow path configuration, ink can be collected from each common supply flow path 211 through the individual supply flow paths 213 to the recording element substrate 10 located in the center of the flow path member. Ink can also be recovered from the recording element substrate 10 to each common recovery flow path 212 via the individual recovery flow paths 214.
図9は、図8のIX-IXにおける断面を示した図である。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9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8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および記録素子基板10には、第1流路部材50からのインクを記録素子基板10に設けられる記録素子15に供給するための流路が形成されている。更に、支持部材30および記録素子基板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(環流)するための流路が形成されている。 Figure 9 is a diagram showing a cross section at IX-IX in Figure 8. Each individual recovery flow path (214a, 214c) communicates with the ejection module 200 via the communication port 51. Although only the individual recovery flow paths (214a, 214c) are shown in Figure 9, in another cross section, the individual supply flow paths 213 communicate with the ejection module 200 as shown in Figure 8. The support member 30 and the recording element substrate 10 included in each ejection module 200 are formed with a flow path for supplying ink from the first flow path member 50 to the recording element 15 provided on the recording element substrate 10. Furthermore, the support member 30 and the recording element substrate 10 are formed with a flow path for recovering (circulating) part or all of the liquid supplied to the recording element 15 to the first flow path member 50.
ここで、各色の共通供給流路211は、対応する色の負圧制御ユニット230(高圧側)と液体供給ユニット220を介して接続されており、また共通回収流路212は負圧制御ユニット230(低圧側)と液体供給ユニット220を介して接続されている。この負圧制御ユニット230により、共通供給流路211と共通回収流路212間に差圧(圧力差)を生じさせるようになっている。このため、図8および図9に示したように、各流路を接続した本適用例の液体吐出ヘッド内では、各色で共通供給流路211~個別供給流路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。 Here, the common supply flow path 211 of each color is connected to the negative pressure control unit 230 (high pressure side) of the corresponding color via the liquid supply unit 220, and the common recovery flow path 212 is connected to the negative pressure control unit 230 (low pressure side) via the liquid supply unit 220. This negative pressure control unit 230 creates a pressure difference between the common supply flow path 211 and the common recovery flow path 212. For this reason, as shown in Figures 8 and 9, in the liquid ejection head of this application example in which each flow path is connected, a flow is generated for each color that flows in order from the common supply flow path 211 to the individual supply flow path 213 to the recording element substrate 10 to the individual recovery flow path 214 to the common recovery flow path 212.
(吐出モジュールの説明)
図10(a)は、1つの吐出モジュール200を示した斜視図であり、図10(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およびフレキシブル配線基板40を、予め液体連通口31が設けられた支持部材30上に接着する。その後、記録素子基板10上の端子16と、フレキシブル配線基板40上の端子41とをワイヤーボンディングによって電気接続し、その後にワイヤーボンディング部(電気接続部)を封止部材110で覆って封止する。フレキシブル配線基板40の記録素子基板10と反対側の端子42は、電気配線基板90の接続端子93(図6参照)と電気接続される。支持部材30は、記録素子基板10を支持する支持体であるとともに、記録素子基板10と流路部材210とを流体的に連通させる流路部材であるため、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。材質としては例えばアルミナや樹脂材料が好ましい。
(Description of the Discharge Module)
FIG. 10(a) is a perspective view showing one ejection module 200, and FIG. 10(b) is an exploded view thereof. In the manufacturing method of the ejection module 200, first, the recording element substrate 10 and the flexible wiring substrate 40 are bonded to a support member 30 in which a liquid communication port 31 is provided in advance. Then, the terminal 16 on the recording element substrate 10 and the terminal 41 on the flexible wiring substrate 40 are electrically connected by wire bonding, and then the wire bonding portion (electrical connection portion) is covered and sealed with a sealing member 110. The terminal 42 on the flexible wiring substrate 40 opposite to the recording element substrate 10 is electrically connected to the connection terminal 93 (see FIG. 6) of the electrical wiring substrate 90. The support member 30 is a support body that supports the recording element substrate 10 and is also a flow path member that fluidly communicates the recording element substrate 10 and the flow path member 210, so it is preferable that the support member 30 has a high flatness and can be joined to the recording element substrate with sufficiently high reliability. For example, alumina or a resin material is preferable as the material.
(記録素子基板の構造の説明)
図11(a)は記録素子基板10の吐出口13が形成される側の面の平面図を示し、図11(b)は、図11(a)のAで示した部分の拡大図を示し、図11(c)は、図11(a)の裏面の平面図を示す。ここで、本適用例における記録素子基板10の構成について説明する。図11(a)に示すように、記録素子基板10の吐出口形成部材12に、各インク色に対応する4列の吐出口列が形成されている。なお、以後、複数の吐出口13が配列される吐出口列が延びる方向を「吐出口列方向」と呼称する。図11(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、端子16と電気的に接続されている。そして記録素子15は、記録装置1000の制御回路から、電気配線基板90(図6参照)およびフレキシブル配線基板40(図10参照)を介して入力されるパルス信号に基づいて発熱して液体を沸騰させる。この沸騰による発泡の力で液体を吐出口13から吐出する。図11(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および液体回収路19は記録素子基板10に設けられた吐出口列方向に伸びた流路であり、それぞれは液路である供給口17aおよび回収口17bを介して吐出口13と連通している。
(Description of the structure of the recording element substrate)
FIG. 11(a) shows a plan view of the surface of the recording element substrate 10 on which the ejection ports 13 are formed, FIG. 11(b) shows an enlarged view of the portion indicated by A in FIG. 11(a), and FIG. 11(c) shows a plan view of the back surface of FIG. 11(a). Here, the configuration of the recording element substrate 10 in this application example will be described. As shown in FIG. 11(a), four ejection port arrays corresponding to each ink color are formed in the ejection port forming member 12 of the recording element substrate 10. Hereinafter, the direction in which the ejection port array in which the multiple ejection ports 13 are arranged extends will be referred to as the "ejection port array direction". As shown in FIG. 11(b), a recording element 15, which is a heat generating element for foaming the liquid by thermal energy, is arranged at a position corresponding to each ejection port 13. A pressure chamber 23 having the recording element 15 therein is partitioned by a partition wall 22. The recording element 15 is electrically connected to a terminal 16 by an electric wiring (not shown) provided on the recording element substrate 10. The recording elements 15 generate heat based on pulse signals input from the control circuit of the recording device 1000 via the electric wiring board 90 (see FIG. 6) and the flexible wiring board 40 (see FIG. 10) to boil the liquid. The liquid is ejected from the ejection ports 13 by the bubbling force caused by this boiling. As shown in FIG. 11B, along each ejection port row, a liquid supply path 18 extends on one side, and a liquid recovery path 19 extends on the other side. The liquid supply path 18 and the liquid recovery path 19 are flow paths that extend in the ejection port row direction provided on the recording element substrate 10, and communicate with the ejection ports 13 via the supply port 17a and the recovery port 17b, which are liquid paths, respectively.
図11(c)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樹脂材のシート状の蓋部材(樹脂フィルム)20が積層されており、蓋部材20には、液体供給路18および液体回収路19に連通する開口21が複数設けられている。本適用例においては、記録素子基板10の長手方向に沿って延在する共通流路である液体供給路18の1本に対して3個、同じく長手方向に沿って延在する供給回収路である液体回収路19の1本に対して2個の開口21が蓋部材20に設けられている。本発明において開口21の数はこれに限られない。例えば、液体供給路18の1本に対して2個の供給側開口21、液体回収路19の1本に対して1個の回収側開口21の構成でもよい。流路部における圧力損失を考慮すると、液体供給路18もしくは液体回収路19にいずれか一方において、少なくとも2個以上の開口を備える構成が好ましい。 As shown in FIG. 11C, a sheet-like resin cover member (resin film) 20 is laminated on the back surface of the recording element substrate 10, on which the ejection ports 13 are formed, and the cover member 20 is provided with a plurality of openings 21 that communicate with the liquid supply path 18 and the liquid recovery path 19. In this application example, the cover member 20 is provided with three openings 21 for each liquid supply path 18, which is a common flow path extending along the longitudinal direction of the recording element substrate 10, and two openings 21 for each liquid recovery path 19, which is a supply and recovery path also extending along the longitudinal direction. In the present invention, the number of openings 21 is not limited to this. For example, a configuration may be used in which two supply side openings 21 are provided for each liquid supply path 18 and one recovery side opening 21 is provided for each liquid recovery path 19. Considering the pressure loss in the flow path portion, a configuration in which at least two or more openings are provided in either the liquid supply path 18 or the liquid recovery path 19 is preferable.
図11(b)に示すように蓋部材20の夫々の開口21は、図7(a)に示した複数の連通口51と連通している。蓋部材20は、液体に対して十分な耐食性を有している物が好ましく、また、混色防止の観点から、開口21の開口形状および開口位置には高い精度が求められる。このため蓋部材20の材質として、感光性樹脂材料やシリコン板を用い、フォトリソプロセスによって開口21を設けることが好ましい。このように蓋部材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、感光性の樹脂フィルムで構成されることが望ましい。 As shown in FIG. 11(b), each opening 21 of the lid member 20 communicates with the multiple communication ports 51 shown in FIG. 7(a). The lid member 20 is preferably made of a material that has sufficient corrosion resistance against liquids, and from the viewpoint of preventing color mixing, high precision is required for the shape and position of the openings 21. For this reason, it is preferable to use a photosensitive resin material or a silicon plate as the material for the lid member 20, and to provide the openings 21 by a photolithography process. In this way, the lid member 20 changes the pitch of the flow path with the openings 21, and it is preferable that the thickness of the lid member 20 is thin considering pressure loss, and that the lid member 20 is preferably made of a photosensitive resin film.
図12は、図11(a)のXII-XIIにおける記録素子基板10および蓋部材20の断面を示す斜視図である。ここで、記録素子基板10内での液体の流れについて説明する。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および液体回収路19の壁の一部を形成する蓋としての機能を有する。記録素子基板10は、Siにより形成される基板11と感光性の樹脂により形成される吐出口形成部材12とが積層されており、基板11の裏面には蓋部材20が接合されている。基板11の一方の面側には、記録素子15が形成されており(図11参照)、その裏面側には、吐出口列に沿って延在する液体供給路19および液体回収路18を構成する溝が形成されている。基板11と蓋部材20とによって形成される液体供給路18および液体回収路19は、それぞれ流路部材210内の共通供給流路211と共通回収流路212と接続されており、液体供給路18と液体回収路19との間には差圧が生じている。吐出口13から液体を吐出して記録を行っている際に、吐出を行っていない吐出口では、この差圧によって基板11内に設けられた液体供給路18内の液体が、供給口17a、圧力室23、回収口17bを経由して液体回収路19へ流れる(図12の矢印C)。この流れによって、記録を休止している吐出口13や圧力室23において、吐出口13からの蒸発によって生じる増粘インク、泡および異物などを液体回収路19へ回収することができる。また吐出口13や圧力室23のインクが増粘するのを抑制することができる。液体回収路19へ回収された液体は、蓋部材20の開口21及び支持部材30の液体連通口31(図10b参照)を通じて流路部材210内の連通口51、個別回収流路214、共通回収流路212の順に回収され記録装置1000の回収経路へ回収される。つまり、記録装置本体から液体吐出ヘッド3へ供給される液体は、下記の順に流動し、供給および回収される。 Figure 12 is a perspective view showing a cross section of the recording element substrate 10 and the lid member 20 at XII-XII in Figure 11 (a). Here, the flow of liquid in the recording element substrate 10 will be described. The lid member 20 functions as a lid that forms part of the wall of the liquid supply path 18 and the liquid recovery path 19 formed in the substrate 11 of the recording element substrate 10. The recording element substrate 10 is formed by laminating the substrate 11 made of Si and the ejection port forming member 12 made of photosensitive resin, and the lid member 20 is bonded to the back surface of the substrate 11. On one surface of the substrate 11, the recording elements 15 are formed (see Figure 11), and on the back surface thereof, grooves that form the liquid supply path 19 and the liquid recovery path 18 extending along the ejection port row are formed. The liquid supply path 18 and the liquid recovery path 19 formed by the substrate 11 and the cover member 20 are connected to a common supply path 211 and a common recovery path 212 in the flow path member 210, respectively, and a pressure difference is generated between the liquid supply path 18 and the liquid recovery path 19. When liquid is discharged from the ejection port 13 to perform recording, the liquid in the liquid supply path 18 provided in the substrate 11 flows to the liquid recovery path 19 via the supply port 17a, the pressure chamber 23, and the recovery port 17b at the ejection port not performing ejection due to this pressure difference (arrow C in FIG. 12). This flow allows the ink, bubbles, and foreign matter, etc., which have been caused by evaporation from the ejection port 13, to be recovered to the liquid recovery path 19 at the ejection port 13 and the pressure chamber 23 where recording is paused. Also, the ink in the ejection port 13 and the pressure chamber 23 can be prevented from becoming viscous. The liquid recovered to the liquid recovery path 19 passes through the opening 21 of the cover member 20 and the liquid communication port 31 of the support member 30 (see FIG. 10b), and is then recovered to the communication port 51 in the flow path member 210, the individual recovery flow path 214, and the common recovery flow path 212, in that order, and is then recovered to the recovery path of the recording device 1000. In other words, the liquid supplied from the recording device body to the liquid ejection head 3 flows, is supplied, and is recovered in the following order:
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。そして液体は、ジョイントゴム100、第3流路部材に設けられた連通口72および共通流路溝71、第2流路部材に設けられた共通流路溝62および連通口61、第1流路部材に設けられた個別流路溝52および連通口51の順に供給される。その後、支持部材30に設けられた液体連通口31、蓋部材20に設けられた開口21、基板11に設けられた液体供給路18および供給口17aを順に介して圧力室23に供給される。圧力室23に供給された液体のうち、吐出口13から吐出されなかった液体は、基板11に設けられた回収口17bおよび液体回収路19、蓋部材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および個別流路溝52、第2流路部材に設けられた連通口61および共通流路溝62、第3流路部材70に設けられた共通流路溝71および連通口72、ジョイントゴム100を順に流れる。そして液体は、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の外部へ流動する。 The liquid first flows into the liquid ejection head 3 from the liquid connection part 111 of the liquid supply unit 220. The liquid is then supplied in the order of the joint rubber 100, the communication port 72 and the common flow channel 71 provided in the third flow channel member, the common flow channel 62 and the communication port 61 provided in the second flow channel member, and the individual flow channel 52 and the communication port 51 provided in the first flow channel member. After that, the liquid is supplied to the pressure chamber 23 through the liquid communication port 31 provided in the support member 30, the opening 21 provided in the cover member 20, the liquid supply path 18 and the supply port 17a provided in the substrate 11, in that order. The liquid supplied to the pressure chamber 23 that is not ejected from the ejection port 13 flows in the order of the recovery port 17b and the liquid recovery path 19 provided in the substrate 11, the opening 21 provided in the cover member 20, and the liquid communication port 31 provided in the support member 30. The liquid then flows in sequence through the communication port 51 and individual flow channel 52 provided in the first flow channel member, the communication port 61 and common flow channel 62 provided in the second flow channel member, the common flow channel 71 and communication port 72 provided in the third flow channel member 70, and the joint rubber 100. The liquid then flows from the liquid connection portion 111 provided in the liquid supply unit 220 to the outside of the liquid ejection head 3.
図2に示す第1循環形態の形態においては、液体接続部111から流入した液体は、負圧制御ユニット230を経由した後にジョイントゴム100に供給される。また図3に示す第2循環形態の形態においては、圧力室23から回収された液体は、ジョイントゴム100を通過した後、負圧制御ユニット230を介して液体接続部111から液体吐出ヘッドの外部へ流動する。また液体吐出ユニット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。つまり、共通供給流路211の一端から流入した液体で、個別供給流路213aに流入することなく、共通供給流路211の他端から液体供給ユニット220に流動する液体もある。このように、記録素子基板10を経由することなく流動する経路を備えることで、本適用例のような微細で流抵抗の大きい流路を備える記録素子基板10を備える場合であっても、液体の循環流の逆流を抑制することができる。このように、本適用例の液体吐出ヘッド3では、圧力室23や吐出口近傍部の液体の増粘を抑制することができるので、吐出のヨレや不吐出を抑制することができ、結果として高画質な記録を行うことができる。 In the first circulation form shown in FIG. 2, the liquid flowing in from the liquid connection part 111 is supplied to the joint rubber 100 after passing through the negative pressure control unit 230. In the second circulation form shown in FIG. 3, the liquid recovered from the pressure chamber 23 flows from the liquid connection part 111 to the outside of the liquid ejection head through the negative pressure control unit 230 after passing through the joint rubber 100. Also, not all of the liquid flowing in from one end of the common supply flow path 211 of the liquid ejection unit 300 is supplied to the pressure chamber 23 via the individual supply flow path 213a. In other words, some of the liquid flowing in from one end of the common supply flow path 211 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. In this way, by providing a path that flows without passing through the recording element substrate 10, it is possible to suppress the backflow of the circulating flow of the liquid even in the case of providing a recording element substrate 10 having a fine flow path with a large flow resistance as in this application example. In this way, the liquid ejection head 3 of this application example can suppress thickening of the liquid in the pressure chamber 23 and in the vicinity of the ejection port, thereby suppressing ejection distortion and ejection failure, 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)
図13は、隣り合う2つの吐出モジュールにおける、記録素子基板の隣接部を部分的に拡大して示した平面図である。本適用例では略平行四辺形の記録素子基板を用いている。平行四辺形のうち、図13に示すような、互いに隣接する辺のなす角が90度ではない平行四辺形において特に好適に適用できる。各記録素子基板10における吐出口13が配列される各吐出口列(14a~14d)は、液体吐出ヘッド3の長手方向に対し一定角度傾くように配置されている。そして、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つの吐出口が記録媒体の搬送方向にオーバーラップするようになっている。図13では、線D上の2つの吐出口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も、オーバーラップする吐出口の駆動制御によって、記録画像の黒スジや白抜けを目立たなくすることができる。複数の記録素子基板10を千鳥配置ではなく、直線上(インライン)に配置した場合も、図13のような構成により液体吐出ヘッド10の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、本適用例では記録素子基板の主平面は平行四辺形であるが、これに限るものではなく、例えば長方形、台形、その他形状の記録素子基板を用いた場合でも、本発明の構成を好ましく適用することができる。
(Description of the Positional Relationship Between Printing Element Substrates)
FIG. 13 is a partially enlarged plan view showing adjacent portions of the recording element substrates in two adjacent ejection modules. In this application example, a recording element substrate of a substantially parallelogram shape is used. The parallelogram shown in FIG. 13 is particularly suitable for application to a parallelogram in which the angle between adjacent sides is not 90 degrees. Each ejection port array (14a to 14d) in which the ejection ports 13 in each recording element substrate 10 are arranged at a certain angle with respect to the longitudinal direction of the liquid ejection head 3. The ejection port arrays in the adjacent portions of the recording element substrates 10 are arranged so that at least one ejection port overlaps in the conveying direction of the recording medium. In FIG. 13, two ejection ports on the line D are in an overlapping relationship with each other. With this arrangement, even if the position of the recording element substrate 10 is slightly deviated from the predetermined position, black streaks and white spots in the recorded image can be made less noticeable by driving control of the overlapping ejection ports. 13, it is possible to prevent black streaks and white spots at the joints between the recording element substrates 10 while suppressing an increase in the length of the liquid ejection head 10 in the recording medium transport direction. Note that, although the main plane of the recording element substrate 10 in this application example is a parallelogram, this is not limiting, and the configuration of the present invention can be preferably applied even when a recording element substrate having a rectangular, trapezoidal, or other shape is used.
(第2の適用例)
以下、図面を参照して本発明の第2の適用例による液体吐出記録装置2000および液体吐出ヘッド2003の構成を説明する。なお以降の説明においては、主として第1の適用例と異なる部分のみを説明し、第1の適用例と同様の部分については説明を省略する。
(Second Application Example)
Hereinafter, the configuration of a liquid ejection recording apparatus 2000 and a liquid ejection head 2003 according to a second application example of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following explanation, only the parts that are different from the first application example will be mainly described, and the explanation of the parts that are the same as the first application example will be omitted.
(液体吐出記録装置の説明)
図21は、本適用例を適用可能な、液体を吐出して記録を行う液体吐出記録装置2000を示した図である。本適用例の記録装置2000は、シアンC、マゼンタM、イエローY、ブラックKの各インクごとに対応した単色用の液体吐出ヘッド2003を4つ並列配置させることで記録媒体へフルカラー記録を行う点が第1の適用例とは異なる。第1の適用例において1色あたりに使用できる吐出口列数が1列だったのに対し、本適用例においては、1色あたりに使用できる吐出口列数は20列となっている。このため、記録データを複数の吐出口列に適宜振り分けて記録を行うことで、非常に高速な記録が可能となる。更に、不吐出になる吐出口があったとしても、その吐出口に対して記録媒体の搬送方向に対応する位置にある、他列の吐出口から補完的に吐出を行うことで信頼性が向上し、商業記録などに好適である。第1の適用例と同様に、各液体吐出ヘッド2003に対して、記録装置2000の供給系、バッファタンク1003(図2、図3参照)およびメインタンク1006(図2、図3参照)が流体的に接続されている。また、それぞれの液体吐出ヘッド2003には、液体吐出ヘッド2003へ電力およ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ている。
(Description of Liquid Ejection Recording Apparatus)
FIG. 21 is a diagram showing a liquid ejection recording apparatus 2000 that performs recording by ejecting liquid, to which this application example can be applied. The recording apparatus 2000 of this application example is different from the first application example in that full-color recording is performed on a recording medium by arranging four single-color liquid ejection heads 2003 corresponding to each ink of cyan C, magenta M, yellow Y, and black K in parallel. In the first application example, the number of ejection port rows that can be used per color is one row, whereas in this application example, the number of ejection port rows that can be used per color is 20 rows. Therefore, by appropriately allocating the recording data to a plurality of ejection port rows and performing recording, very high-speed recording is possible. Furthermore, even if there is an ejection port that does not eject, reliability is improved by performing complementary ejection from ejection ports in other rows that are located at positions corresponding to the ejection port in the conveying direction of the recording medium, which is suitable for commercial recording, etc. As in the first application example, the supply system, buffer tank 1003 (see FIGS. 2 and 3), and main tank 1006 (see FIGS. 2 and 3) of the recording apparatus 2000 are fluidly connected to each liquid ejection head 2003. In addition, each liquid ejection head 2003 is electrically connected to an electric control unit that transmits power and ejection control signals to the liquid ejection head 2003.
(循環経路の説明)
第1の適用例と同様に、記録装置2000および液体吐出ヘッド2003間の液体の循環形態としては、図2または図3に示した第1および第2循環形態を用いることができる。
(Explanation of the circulation route)
As in the first application example, the first and second circulation modes shown in FIG. 2 or FIG. 3 can be used as the circulation mode of the liquid between the recording apparatus 2000 and the liquid ejection head 2003.
(液体吐出ヘッド構造の説明)
図14(a)、(b)は、本適用例に係る液体吐出ヘッド2003を示した斜視図である。ここで、本適用例に係る液体吐出ヘッド2003の構造について説明する。液体吐出ヘッド2003は、液体吐出ヘッド2003の長手方向に直線上に配列される16個の記録素子基板2010を備え、1種類の液体で記録が可能な液体吐出式のライン型液体吐出ヘッドである。液体吐出ヘッド2003は、第1の適用例と同様、液体接続部111、信号入力端子91および電力供給端子92を備える。しかしながら本適用例の液体吐出ヘッド2003は、第1の適用例に比べて吐出口列が多いため、液体吐出ヘッド2003の両側に信号出力端子91および電力供給端子92が配置されている。これは記録素子基板2010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するためである。
(Description of Liquid Ejection Head Structure)
14A and 14B are perspective views showing a liquid ejection head 2003 according to this application example. Here, the structure of the liquid ejection head 2003 according to this application example will be described. The liquid ejection head 2003 is a line-type liquid ejection head that includes 16 recording element substrates 2010 arranged in a straight line in the longitudinal direction of the liquid ejection head 2003 and is capable of printing with one type of liquid. The liquid ejection head 2003 includes a liquid connection portion 111, a signal input terminal 91, and a power supply terminal 92, as in the first application example. However, the liquid ejection head 2003 of this application example has more ejection port rows than the first application example, so that the signal output terminal 91 and the power supply terminal 92 are arranged on both sides of the liquid ejection head 2003. This is to reduce voltage drops and signal transmission delays that occur in the wiring portions provided on the recording element substrate 2010.
図15は、液体吐出ヘッド2003を示した斜視分解図であり、液体吐出ヘッド2003を構成する各部品またはユニットをその機能毎に分割して示している。各ユニットおよび部材の役割や液体吐出ヘッド内の液体流通の順は、基本的に第1の適用例と同様であるが、液体吐出ヘッドの剛性を担保する機能が異なる。第1の適用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の適用例の液体吐出ヘッド2003では、液体吐出ユニット2300に含まれる第2流路部材2060によって液体吐出ヘッドの剛性を担保している。本適用例における液体吐出ユニット支持部81は、第2流路部材2060の両端部に接続されており、この液体吐出ユニット2300は記録装置2000のキャリッジと機械的に結合されて、液体吐出ヘッド2003の位置決めを行う。負圧制御ユニット2230を備える液体供給ユニット2220と、電気配線基板90は、液体吐出ユニット支持部81に結合される。2つの液体供給ユニット2220内にはそれぞれフィルタ(不図示)が内蔵されている。 Figure 15 is an exploded perspective view showing the liquid ejection head 2003, and shows each part or unit constituting the liquid ejection head 2003 divided by its function. The role of each unit and member and the order of liquid flow in the liquid ejection head are basically the same as in the first application example, but the function of ensuring the rigidity of the liquid ejection head is different. In the first application example, the rigidity of the liquid ejection head is mainly ensured by the liquid ejection unit support part 81, but in the liquid ejection head 2003 of the second application example, the rigidity of the liquid ejection head is ensured by the second flow path member 2060 included in the liquid ejection unit 2300. The liquid ejection unit support part 81 in this application example is connected to both ends of the second flow path member 2060, and this liquid ejection unit 2300 is mechanically connected to the carriage of the recording device 2000 to position the liquid ejection head 2003. The liquid supply unit 2220 equipped with the negative pressure control unit 2230 and the electric wiring board 90 are connected to the liquid ejection unit support part 81. Each of the two liquid supply units 2220 has a built-in filter (not shown).
2つの負圧制御ユニット2230は、それぞれ異なる、相対的に高低の負圧で圧力を制御するように設定されている。また、図14および図15のように、液体吐出ヘッド2003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2230を設置した場合、液体吐出ヘッド2003の長手方向に延在する共通供給流路と共通回収流路における液体の流れが互いに対向する。このような構成では、共通供給流路と共通回収流路の間で熱交換が促進されて、2つの共通流路内における温度差が低減される。これによって、共通流路に沿って複数設けられる各記録素子基板2010における温度差が少なくなり、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。 The two negative pressure control units 2230 are set to control pressure at different, relatively high and low negative pressures. Also, as shown in Figures 14 and 15, when the high-pressure and low-pressure negative pressure control units 2230 are installed at both ends of the liquid ejection head 2003, the liquid flows in the common supply flow path and the common recovery flow path extending in the longitudinal direction of the liquid ejection head 2003 face each other. In this configuration, heat exchange is promoted between the common supply flow path and the common recovery flow path, reducing the temperature difference in the two common flow paths. This has the advantage of reducing the temperature difference in each of the multiple recording element substrates 2010 provided along the common flow path, making it less likely that recording unevenness due to temperature differences will occur.
次に、液体吐出ユニット2300の流路部材2210の詳細について説明する。図15に示すように流路部材2210は、第1流路部材2050と第2流路部材2060とを積層したものであり、液体供給ユニット2220から供給された液体を各吐出モジュール2200へと分配する。また流路部材2210は、吐出モジュール2200から環流する液体を液体供給ユニット2220へと戻すための流路部材として機能する。流路部材2210の第2流路部材2060は、内部に共通供給流路および共通回収流路が形成された流路部材であるとともに、液体吐出ヘッド2003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2060の材質としては、液体に対する十分な耐食性と高い機械強度を有するものが好ましい。具体的にはSUSやTi、アルミナなど用いることができる。 Next, the flow path member 2210 of the liquid ejection unit 2300 will be described in detail. As shown in FIG. 15, the flow path member 2210 is a laminate of a first flow path member 2050 and a second flow path member 2060, and distributes the liquid supplied from the liquid supply unit 2220 to each ejection module 2200. The flow path member 2210 also functions as a flow path member for returning the liquid circulating from the ejection module 2200 to the liquid supply unit 2220. The second flow path member 2060 of the flow path member 2210 is a flow path member in which a common supply flow path and a common recovery flow path are formed, and also has the function of mainly providing the rigidity of the liquid ejection head 2003. For this reason, the material of the second flow path member 2060 is preferably one that has sufficient corrosion resistance against liquid and high mechanical strength. Specifically, SUS, Ti, alumina, etc. can be used.
図16(a)は、第1流路部材2050の、吐出モジュール2200がマウントされる面を示した図であり、図16(b)は、その裏面を示しており、第2流路部材2060と当接される面を示した図である。第1の適用例とは異なり、本適用例における第1流路部材2050は、各吐出モジュール2200毎に対応した複数の部材を隣接して配列したものである。このように分割した構造を採ることで、複数のモジュールを配列させて、液体吐出ヘッド2003の長さに対応することができるので、例えばB2サイズおよびそれ以上の長さに対応した比較的ロングスケールの液体吐出ヘッドに特に好適に適用することができる。図16(a)に示すように、第1流路部材2050の連通口51は、吐出モジュール2200と流体的に連通し、図16(b)に示すように、第1流路部材2050の個別連通口53は、第2流路部材2060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2050と当接される面を示し、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2060の、液体供給ユニット2220と当接する面を示す図である。第2流路部材2060の流路や連通口の機能は、第1の適用例の1色分と同様である。第2流路部材2060の共通流路溝71は、その一方が後述する図17に示す共通供給流路2211であり、他方が共通回収流路2212であり、夫々、液体吐出ヘッド2003の長手方向に沿って設けられており、その一端側から他端側に液体が供給される。本適用例は第1の適用例と異なり、共通供給流路2211と共通回収流路2212の液体の流れは互いに反対方向となっている。 16(a) is a diagram showing the surface of the first flow path member 2050 on which the ejection module 2200 is mounted, and FIG. 16(b) is a diagram showing the back surface thereof, which is a surface that abuts against the second flow path member 2060. Unlike the first application example, the first flow path member 2050 in this application example is an arrangement of multiple members corresponding to each ejection module 2200 adjacent to each other. By adopting such a divided structure, multiple modules can be arranged to correspond to the length of the liquid ejection head 2003, so that it can be particularly suitably applied to a relatively long-scale liquid ejection head corresponding to, for example, B2 size or longer. As shown in FIG. 16(a), the communication port 51 of the first flow path member 2050 is fluidically connected to the ejection module 2200, and as shown in FIG. 16(b), the individual communication port 53 of the first flow path member 2050 is fluidically connected to the communication port 61 of the second flow path member 2060. FIG. 16C shows the surface of the second flow path member 60 that comes into contact with the first flow path member 2050, FIG. 16D shows a cross section of the center of the thickness direction of the second flow path member 60, and FIG. 16E shows the surface of the second flow path member 2060 that comes into contact with the liquid supply unit 2220. The functions of the flow paths and communication ports of the second flow path member 2060 are the same as those of one color in the first application example. The common flow path groove 71 of the second flow path member 2060 is a common supply flow path 2211 shown in FIG. 17 described later on one side, and a common recovery flow path 2212 on the other side, each of which is provided along the longitudinal direction of the liquid ejection head 2003, and liquid is supplied from one end side to the other end side. This application example is different from the first application example, and the liquid flows in the common supply flow path 2211 and the common recovery flow path 2212 in opposite directions.
図17は、記録素子基板2010と流路部材2210との液体の接続関係を示した透視図である。流路部材2210内には、液体吐出ヘッド2003の長手方向に延びる一組の共通供給流路2211および共通回収流路2212が設けられている。第2流路部材2060の連通口61は第1流路部材2050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2060の共通供給流路2211から連通口61を介して第1流路部材2050の連通口51へと連通する液体供給流路が形成されている。同様に、第2流路部材2060の連通口72から共通回収流路2212を介して第1流路部材2050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。 Figure 17 is a perspective view showing the liquid connection relationship between the recording element substrate 2010 and the flow path member 2210. A set of common supply flow path 2211 and common recovery flow path 2212 extending in the longitudinal direction of the liquid ejection head 2003 is provided in the flow path member 2210. The communication port 61 of the second flow path member 2060 is aligned and connected to the individual communication port 53 of the first flow path member 2050, and a liquid supply flow path is formed that communicates from the common supply flow path 2211 of the second flow path member 2060 to the communication port 51 of the first flow path member 2050 via the communication port 61. Similarly, a liquid supply path is also formed that communicates from the communication port 72 of the second flow path member 2060 to the communication port 51 of the first flow path member 2050 via the common recovery flow path 2212.
図18は、図17のXVIII-XVIIIにおける断面を示した図である。共通供給流路2211は、連通口61、個別連通口53、連通口51を介して、吐出モジュール2200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2212が同様の経路で吐出モジュール2200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の適用例と同様に、各吐出モジュール2200および記録素子基板2010には、各吐出口に連通する流路が形成されており、供給した液体の一部または全部が、吐出動作を休止している吐出口を通過して、環流できるようになっている。また第1の適用例と同様に、共通供給流路2211は、負圧制御ユニット2230(高圧側)と、共通回収流路2212は負圧制御ユニット2230(低圧側)と液体供給ユニット2220を介して接続されている。従ってその差圧によって、共通供給流路2211から記録素子基板2010の圧力室を通過して共通回収流路2212へと流れる流れが発生する。 Figure 18 is a diagram showing a cross section at XVIII-XVIII in Figure 17. The common supply flow path 2211 is connected to the ejection module 2200 via the communication port 61, the individual communication port 53, and the communication port 51. Although not shown in Figure 18, it is clear from Figure 17 that the common recovery flow path 2212 is connected to the ejection module 2200 by a similar route in another cross section. As in the first application example, each ejection module 2200 and the recording element substrate 2010 are formed with a flow path communicating with each ejection port, so that a part or all of the supplied liquid can be circulated through the ejection port that is not ejecting. Also, as in the first application example, the common supply flow path 2211 is connected to the negative pressure control unit 2230 (high pressure side), and the common recovery flow path 2212 is connected to the negative pressure control unit 2230 (low pressure side) via the liquid supply unit 2220. Therefore, this pressure difference generates a flow that passes from the common supply flow path 2211 through the pressure chamber of the recording element substrate 2010 and into the common recovery flow path 2212.
(吐出モジュールの説明)
図19(a)は、1つの吐出モジュール2200を示した斜視図であり、図19(b)は、その分解図である。第1の適用例との差異は、記録素子基板2010の複数の吐出口列方向に沿った両辺部(記録素子基板2010の各長辺部)に複数の端子16がそれぞれ配置されている点である。これに伴い記録素子基板2010と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2010に対して2枚配置されている。これは記録素子基板2010に設けられる吐出口列数が20列あり、第1の適用例の8列よりも大幅に増加しているためであり、端子16から記録素子までの最大距離を短くして記録素子基板2010内の配線部で生じる電圧低下や信号遅れを低減するためである。また支持部材2030の液体連通口31は、記録素子基板2010に設けられ全吐出口列を跨るように開口している。その他の点は、第1の適用例と同様である。
(Description of the Discharge Module)
FIG. 19A is a perspective view showing one ejection module 2200, and FIG. 19B is an exploded view thereof. The difference from the first application example is that a plurality of terminals 16 are arranged on both sides (each long side of the recording element substrate 2010) along the direction of the plurality of ejection port arrays of the recording element substrate 2010. Accordingly, two flexible wiring substrates 40 electrically connected to the recording element substrate 2010 are also arranged for one recording element substrate 2010. This is because the number of ejection port arrays provided on the recording element substrate 2010 is 20, which is significantly increased from the eight arrays in the first application example, and this is to reduce the maximum distance from the terminals 16 to the recording elements and reduce the voltage drop and signal delay that occur in the wiring portion in the recording element substrate 2010. In addition, the liquid communication port 31 of the support member 2030 is provided on the recording element substrate 2010 and opens so as to straddle all the ejection port arrays. Other points are the same as those of the first application example.
(記録素子基板の構造の説明)
図20(a)は、記録素子基板2010の吐出口13が配される面の模式図であり、図20(c)は、図20(a)の面の裏面を示す模式図である。図20(b)は図20(c)において、記録素子基板2010の裏面側に設けられている蓋部材2020を除去した場合の記録素子基板2010の面を示す模式図である。図20(b)に示すように、記録素子基板2010の裏面には吐出口列方向に沿って、液体供給路18と液体回収路19とが交互に設けられている。吐出口列数は、第1の適用例よりも大幅に増加しているものの、第1の適用例との本質的な差異は、前述のように端子16が記録素子基板の吐出口列方向に沿った両辺部に配置されていることである。各吐出口列毎に一組の液体供給路18と液体回収路19が設けられていること、蓋部材2020に、支持部材2030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の適用例と同様である。
(Description of the structure of the recording element substrate)
Fig. 20(a) is a schematic diagram of the surface of the recording element substrate 2010 on which the ejection ports 13 are arranged, and Fig. 20(c) is a schematic diagram showing the back surface of the surface of Fig. 20(a). Fig. 20(b) is a schematic diagram showing the surface of the recording element substrate 2010 when the cover member 2020 provided on the back surface side of the recording element substrate 2010 in Fig. 20(c) is removed. As shown in Fig. 20(b), the liquid supply path 18 and the liquid recovery path 19 are alternately provided along the ejection port array direction on the back surface of the recording element substrate 2010. Although the number of ejection port arrays is significantly increased compared to the first application example, the essential difference from the first application example is that the terminals 16 are arranged on both sides of the recording element substrate along the ejection port array direction as described above. The basic configuration is the same as in the first application example, in that a set of liquid supply path 18 and liquid recovery path 19 is provided for each row of ejection ports, and an opening 21 is provided in the cover member 2020 that communicates with the liquid communication port 31 of the support member 2030.
なお、上記適用例の記載は本発明の範囲を限定するものではない。1例として、本適用例では発熱素子により気泡を発生させて液体を吐出するサーマル方式について説明したが、ピエゾ方式およびその他の各種液体吐出方式が採用された液体吐出ヘッドにも本発明を適用することができる。 The above description of the application example does not limit the scope of the present invention. As an example, the application example describes a thermal method in which a heating element generates bubbles to eject liquid, but the present invention can also be applied to liquid ejection heads that use a piezo method or various other liquid ejection methods.
本適用例は、インク等の液体をタンクと液体吐出ヘッドとの間で循環させる形態の液体吐出記録装置(記録装置)について説明したが、その他の形態であってもよい。その他の形態は、例えばインクを循環せずに、液体吐出ヘッド上流側と下流側に2つのタンクを設け、一方のタンクから他方のタンクへインクを流すことで、圧力室内のインクを流動させる形態であってもよい。 This application example has been described as a liquid ejection recording device (recording device) in a form in which liquid such as ink is circulated between a tank and a liquid ejection head, but other forms are also possible. Other forms may be used, for example, in which, instead of circulating ink, two tanks are provided on the upstream and downstream sides of the liquid ejection head, and ink is caused to flow from one tank to the other tank, thereby causing the ink in the pressure chamber to flow.
また本適用例は、記録媒体の幅に対応した長さを有する、所謂ライン型ヘッドを用いる例を説明したが、記録媒体に対してスキャンを行いながら記録を行う、所謂シリアル型の液体吐出ヘッドにも本発明を適用することができる。シリアル型の液体吐出ヘッドとしては、例えばブラックインクを吐出する記録素子基板およびカラーインクを吐出する記録素子基板を各1つずつ搭載する構成が挙げられるが、これに限るのもではない。つまり、複数個の記録素子基板を吐出口列方向に吐出口がオーバーラップするよう配置した、記録媒体の幅よりも短い短尺の液体吐出ヘッドを作成し、それを記録媒体に対してスキャンさせる形態であってもよい。 In addition, this application example has been described as using a so-called line-type head having a length corresponding to the width of the recording medium, but the present invention can also be applied to so-called serial-type liquid ejection heads that perform printing while scanning the recording medium. An example of a serial-type liquid ejection head is a configuration that has one recording element board that ejects black ink and one recording element board that ejects color ink, but is not limited to this. In other words, a short liquid ejection head shorter than the width of the recording medium may be created by arranging multiple recording element boards so that the ejections overlap in the ejection port row direction, and the recording medium may be scanned with this.
(第1の実施形態)
以下、図面を参照して本発明の第1の実施形態を説明する。なお、本実施形態の基本的な構成は前述した適用例と同様であるため、以下では特徴的な構成についてのみ説明する。
First Embodiment
A first embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. Note that since the basic configuration of this embodiment is similar to that of the above-mentioned application example, only the characteristic configuration will be described below.
以下、図面を参照して、本発明の実施形態に係る液体吐出ヘッド及び液体吐出装置について説明する。以下の各実施形態では、液体(以下、インクともいう)を吐出する液体吐出ヘッド、液体吐出装置および製造方法について具体的な構成で説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。本発明の液体吐出ヘッド、液体吐出装置および製造方法は、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、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記録などの用途としても用いることができる。 The liquid ejection head and liquid ejection device according to the embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. In each of the following embodiments, a liquid ejection head that ejects liquid (hereinafter also referred to as ink), a liquid ejection device, and a manufacturing method will be described in a specific configuration, but the present invention is not limited thereto. The liquid ejection head, liquid ejection device, and manufacturing method of the present invention are applicable to devices such as printers, copiers, facsimiles with communication systems, and word processors with printer units, as well as industrial recording devices that are combined in a complex with various processing devices. For example, they can also be used in applications such as biochip production and electronic circuit recording.
また、以下に述べる実施形態は、本発明の適切な具体例であるから、技術的に好ましい様々の限定が付けられている。しかし、本発明の思想に沿うものであれば、本実施形態は本明細書の実施形態やその他の具体的方法に限定されるものではない。 The embodiments described below are suitable specific examples of the present invention, and therefore include various technically preferable limitations. However, as long as they are in line with the concept of the present invention, the present embodiments are not limited to the embodiments described in this specification or other specific methods.
(記録素子基板と蓋部材)
図22は、本実施形態における記録素子基板10と蓋部材20とを示した図である。蓋部材20は、記録素子基板10の裏面(吐出口形成部材12を備える面とは反対の面)に形成された流路に蓋をする部材であり、後述する第3流路層が形成されている。本発明では、記録素子基板10と蓋部材20とは、共にウエハ工程にてウエハ形態で加工された後、分割されて形成される。
(Printing element substrate and cover member)
22 is a diagram showing the recording element substrate 10 and the cover member 20 in this embodiment. The cover member 20 is a member that covers the flow path formed on the back surface (the surface opposite to the surface having the ejection port forming member 12) of the recording element substrate 10, and a third flow path layer, which will be described later, is formed on the back surface. In the present invention, the recording element substrate 10 and the cover member 20 are both processed in a wafer form in a wafer process, and then divided and formed.
(液体吐出ヘッドの構成例)
図23(a)から(e)は、液体吐出ヘッドを示した斜視図である。図23(a)の液体吐出ヘッドは、1つの記録素子基板10を備えており、第1流路部材50上に、支持部材30と記録素子基板10と、が配置されている。この液体吐出ヘッドは、いわゆるシリアルスキャン方式の液体吐出記録装置に用いられる。この液体吐出記録装置は、矢印X方向の主走査方向に液体吐出ヘッドを移動させつつ吐出口からインクを吐出する記録走査と、主走査方向と交差する矢印Y方向の副走査方向に記録媒体を搬送する搬送動作とを繰り返すことで記録媒体上に画像を記録する。主走査方向は、吐出口列14が延在する第1の方向と交差(本例の場合は、直交)する方向である。
(Example of the configuration of a liquid ejection head)
23(a) to (e) are perspective views showing a liquid ejection head. The liquid ejection head in FIG. 23(a) includes one recording element substrate 10, and the support member 30 and the recording element substrate 10 are disposed on a first flow path member 50. This liquid ejection head is used in a so-called serial scan type liquid ejection recording device. This liquid ejection recording device records an image on a recording medium by repeating a recording scan in which ink is ejected from the ejection port while moving the liquid ejection head in the main scanning direction of the arrow X direction, and a transport operation in which the recording medium is transported in the sub-scanning direction of the arrow Y direction intersecting with the main scanning direction. The main scanning direction is a direction intersecting (in this example, perpendicular to) the first direction in which the ejection port array 14 extends.
図23(b)および(c)の液体吐出ヘッドは、それぞれ複数の記録素子基板10を千鳥状に配置した長尺のラインヘッドである。図23(b)の構成においては、第1流路部材50が複数の記録素子基板10に対して共通に配置されており、図23(c)の構成においては、第1流路部材50が記録素子基板10毎に個別に配置されている。このような液体吐出ヘッドは、いわゆるフルライン方式の液体吐出記録装置に用いられる。その液体吐出記録装置は、吐出口列14が延在する第1の方向と交差(本例の場合は、直交)する矢印Y方向に記録媒体を連続的に搬送しつつ、定位置の液体吐出ヘッドからインクを吐出することによって、記録媒体に画像を連続的に記録する。 The liquid ejection heads in Figs. 23(b) and (c) are long line heads in which multiple recording element substrates 10 are arranged in a staggered pattern. In the configuration in Fig. 23(b), the first flow path member 50 is arranged in common for multiple recording element substrates 10, while in the configuration in Fig. 23(c), the first flow path member 50 is arranged individually for each recording element substrate 10. Such liquid ejection heads are used in so-called full-line type liquid ejection recording devices. The liquid ejection recording device continuously records images on a recording medium by ejecting ink from a fixed-position liquid ejection head while continuously transporting the recording medium in the direction of arrow Y that intersects (in this example, perpendicularly) the first direction in which the ejection port array 14 extends.
図23(d)および(e)の液体吐出ヘッドは、記録素子基板10を一列に配置した長尺のラインヘッドであり、いわゆるフルライン方式の液体吐出記録装置に用いられる。図23(d)の構成においては、第1流路部材50が複数の記録素子基板10に対して共通に配置されており、図23(e)の構成においては、第1流路部材50が記録素子基板10毎に個別に配置されている。このような液体吐出ヘッドにおける記録素子基板10は、後述する第4の実施形態のような形状とすることが望ましい。 The liquid ejection heads of Figures 23(d) and (e) are long line heads in which the recording element substrates 10 are arranged in a row, and are used in so-called full-line type liquid ejection recording devices. In the configuration of Figure 23(d), the first flow path member 50 is arranged in common to multiple recording element substrates 10, while in the configuration of Figure 23(e), the first flow path member 50 is arranged individually for each recording element substrate 10. It is desirable for the recording element substrate 10 in such a liquid ejection head to have a shape similar to that of the fourth embodiment described below.
(記録装置)
図24は、本発明の液体吐出ヘッドを適用可能な液体吐出記録装置(液体吐出装置)の概要と流路構成を示した図である。図24(a)の記録装置は、液体吐出ヘッド3として、前述した図23(a)のような構成の液体吐出ヘッドを用いるシリアルスキャン方式の記録装置である。シャーシ1010は、所定の剛性を有する複数の板状金属部材により構成されていて、この記録装置の骨格を成す。シャーシ1010には、給送部4と、搬送部1と、液体吐出ヘッド3を搭載して矢印Xの主走査方向に往復移動可能なキャリッジ5と、が組み付けられている。主走査方向は、液体吐出ヘッド3における吐出口列の延在方と交差(本例の場合は、直交)する方向である。給送部4は、シート状の不図示の記録媒体を記録装置の内部へ自動的に給送し、搬送部1は、給送部4から1枚ずつ給送される記録媒体を矢印Y方向の副走査方向に搬送する。副走査方向は、主走査方向と交差(本例の場合は、直交)する方向である。このような記録装置は、キャリッジ5と共に液体吐出ヘッド3を主走査方向に移動させつつ液体吐出ヘッド3の吐出口からインクを吐出する記録走査と、記録媒体を副走査方向に搬送する搬送動作、とを繰り返すことによって、記録媒体上に画像を記録する。液体吐出ヘッド3に対しては、不図示のインクタンクからインクが供給される。
(Recording device)
FIG. 24 is a diagram showing an outline of a liquid ejection recording apparatus (liquid ejection apparatus) to which the liquid ejection head of the present invention can be applied, and a flow path configuration. The recording apparatus of FIG. 24(a) is a serial scan type recording apparatus using a liquid ejection head having the configuration as shown in FIG. 23(a) as the liquid ejection head 3. The chassis 1010 is composed of a plurality of plate-shaped metal members having a predetermined rigidity, and forms the framework of the recording apparatus. The chassis 1010 is assembled with a feed unit 4, a transport unit 1, and a carriage 5 that is mounted with the liquid ejection head 3 and can move back and forth in the main scanning direction of the arrow X. The main scanning direction is a direction that intersects (in this example, perpendicular to) the direction in which the ejection port row in the liquid ejection head 3 extends. The feed unit 4 automatically feeds a sheet-shaped recording medium (not shown) into the inside of the recording apparatus, and the transport unit 1 transports the recording medium fed one by one from the feed unit 4 in the sub-scanning direction of the arrow Y. The sub-scanning direction is a direction that intersects (in this example, perpendicular to) the main scanning direction. Such a recording device records an image on a recording medium by repeating a recording scan in which ink is discharged from the discharge ports of the liquid discharge head 3 while moving the liquid discharge head 3 in the main scanning direction together with the carriage 5, and a transport operation in which the recording medium is transported in the sub-scanning direction. Ink is supplied to the liquid discharge head 3 from an ink tank (not shown).
図24(b)の記録装置は、前述した図23(b)、(c)、(d)、(e)のような長尺な液体吐出ヘッド3を用いるフルライン方式の液体吐出ヘッドであり、シート(記録媒体)2を矢印Y方向に連続的に搬送する搬送部1を備えている。搬送部1としては、本例のように搬送ベルトを用いる構成の他、搬送ローラなどを用いる構成であってもよい。本例においては、液体吐出ヘッド3として、イエロ(Y)、マゼンタ(M)、シアン(C)、およびブラック(Bk)のインクを吐出するための4つの液体吐出ヘッド3Y、3M、3C、3Bが備えられている。それらの液体吐出ヘッド3(3Y,3M,3C,3B)に対しては、それらに対応するインクが供給される。矢印Y方向にシート2を連続的に搬送しつつ、定位置の液体吐出ヘッド3からインクを吐出することによって、シート2にカラー画像を連続的に記録する。 The recording device in FIG. 24(b) is a full-line type liquid ejection head using a long liquid ejection head 3 as shown in FIG. 23(b), (c), (d), and (e) described above, and is equipped with a conveying unit 1 that continuously conveys a sheet (recording medium) 2 in the direction of the arrow Y. The conveying unit 1 may be configured to use a conveying belt as in this example, or a conveying roller or the like. In this example, the liquid ejection head 3 is equipped with four liquid ejection heads 3Y, 3M, 3C, and 3B for ejecting yellow (Y), magenta (M), cyan (C), and black (Bk) inks. The corresponding inks are supplied to the liquid ejection heads 3 (3Y, 3M, 3C, and 3B). While continuously conveying the sheet 2 in the direction of the arrow Y, ink is ejected from the liquid ejection heads 3 at fixed positions, thereby continuously recording color images on the sheet 2.
図24(c)は、液体吐出ヘッド3に対するインクの供給系の説明図である。第1インクタンク1011内のインクは、液体吐出ヘッド3における共通供給流路211(図2、3参照)に供給されてから、圧力室23を通った後、共通回収流路212(図2、3参照)から第2インクタンク1012に回収される。液体吐出ヘッド3内に後述するインク循環流を生じさせる方法としては、例えば、第1インクタンク1011と第2インクタンク1012との間の水頭差を用いる方法がある。あるいは、第1インクタンク1011と第2インクタンク1012の内部の圧力を制御して、第1インクタンク1011と第2インクタンク1012との間に圧力差を生じさせる方法もある。さらに、ポンプ等を用いて、インク循環流を生じさせることもできる。インクの供給系の構成、およびインク循環流を生じさせる方法は、本例のみに限定されず任意である。つまり、圧力室内を通してのインクの循環に必要な圧力差を発生する差圧発生部が構成できればよい。 Figure 24 (c) is an explanatory diagram of an ink supply system for the liquid ejection head 3. The ink in the first ink tank 1011 is supplied to the common supply flow path 211 (see Figures 2 and 3) in the liquid ejection head 3, passes through the pressure chamber 23, and is then recovered from the common recovery flow path 212 (see Figures 2 and 3) to the second ink tank 1012. As a method for generating an ink circulation flow in the liquid ejection head 3, which will be described later, there is, for example, a method using a water head difference between the first ink tank 1011 and the second ink tank 1012. Alternatively, there is a method of controlling the pressure inside the first ink tank 1011 and the second ink tank 1012 to generate a pressure difference between the first ink tank 1011 and the second ink tank 1012. Furthermore, an ink circulation flow can also be generated using a pump or the like. The configuration of the ink supply system and the method for generating an ink circulation flow are not limited to this example and are arbitrary. In other words, all that is required is to configure a differential pressure generating section that generates the pressure difference necessary for the ink to circulate through the pressure chamber.
なお、ここで述べた方法は一例であり、本発明の範囲を限定するものではない。例えば第2液体タンク1012に回収されたインクは再度第1の液体タンク1011を経由して液体吐出ヘッド3に供給される循環経路を形成してもよい。さらには液体タンク1011のみを備える構成で、液体タンク1011から液体吐出ヘッドを経由して再度液体タンク1011にインクが戻り、その後液体吐出ヘッド3に供給される循環経路を備える液体吐出ヘッドでもよい。 The method described here is merely an example and does not limit the scope of the present invention. For example, a circulation path may be formed in which the ink collected in the second liquid tank 1012 is supplied to the liquid ejection head 3 again via the first liquid tank 1011. Furthermore, the liquid ejection head may be configured with only the liquid tank 1011, and have a circulation path in which ink returns from the liquid tank 1011 to the liquid tank 1011 again via the liquid ejection head, and is then supplied to the liquid ejection head 3.
(液体吐出ユニット)
図25、図26は、液体吐出ユニット300を示した分解斜視図である。本実施形態の液体吐出ユニット300は、図25および図26のように、吐出口形成部材12、第1流路層221、第2流路層222、第3流路層223、第4流路層224、第5流路層225および第6流路層226からなる6つの積層流路構成となっている。記録素子基板10は、後述する記録素子15と吐出口形成部材12と流路構成(第1流路層221と第2流路層222)とを備える。記録素子基板10は、記録素子15を備える基板と吐出口を備える吐出口形成部材12とを含む。ここで記録素子15を備える基板はSi基板で構成され、記録素子15に供給するための流路が形成される。この流路は、吐出口13の配列方向に沿って延在する液体供給路18および液体回収路19を含む。さらにこの流路は、液体供給路18に連通し、液体供給路18に沿って配列される複数の供給口17aと、液体回収路19に連通し、液体回収路19に沿って配列される複数の回収口17bとを含む。
(Liquid ejection unit)
25 and 26 are exploded perspective views showing the liquid ejection unit 300. As shown in FIG. 25 and FIG. 26, the liquid ejection unit 300 of this embodiment has six laminated flow paths including an ejection port forming member 12, a first flow path layer 221, a second flow path layer 222, a third flow path layer 223, a fourth flow path layer 224, a fifth flow path layer 225, and a sixth flow path layer 226. The recording element substrate 10 includes the recording element 15, the ejection port forming member 12, and a flow path configuration (first flow path layer 221 and second flow path layer 222) described later. The recording element substrate 10 includes a substrate including the recording element 15 and an ejection port forming member 12 including the ejection port. Here, the substrate including the recording element 15 is made of a Si substrate, and a flow path for supplying liquid to the recording element 15 is formed. This flow path includes a liquid supply path 18 and a liquid recovery path 19 extending along the arrangement direction of the ejection port 13. Furthermore, this flow path includes a plurality of supply ports 17a that communicate with the liquid supply path 18 and are arranged along the liquid supply path 18, and a plurality of recovery ports 17b that communicate with the liquid recovery path 19 and are arranged along the liquid recovery path 19.
本発明において記録素子15を備える基板は単層でも多層でも良い。図12に示すような単層の場合は、1枚のSi基板11に液体供給路18、液体回収路19、複数の供給口17aおよび複数の回収口17bを夫々形成する。図28に示すような第1および第2のSi基板が積層された2層の場合は、第1のSi基板11に複数の供給口17aおよび複数の回収口17bを形成し、第2のSi基板115には、液体供給路18および液体回収路19を形成する。Si基板が単層、多層にかかわらずSi基板の裏面側に、複数の開口21を備える蓋部材20が設けられる。この開口20は液体供給路18に液体をするための供給開口20と、液体回収路19から液体を回収するための回収開口20とを含む。夫々の複数の開口20は、液体供給路18および液体回収路19に沿って複数配列される。本発明においては、このような例に限られず、例えば第1流路層221を第1のSi基板で形成し、第2流路層222を第2のSi基板で形成してもよい。また開口20は液体供給路18および液体回収路19に対して少なくとも1つあれば良い。 In the present invention, the substrate having the recording element 15 may be single-layered or multi-layered. In the case of a single layer as shown in FIG. 12, a liquid supply path 18, a liquid recovery path 19, a plurality of supply ports 17a, and a plurality of recovery ports 17b are formed in one Si substrate 11. In the case of a two-layered substrate having a first and second Si substrate stacked as shown in FIG. 28, a plurality of supply ports 17a and a plurality of recovery ports 17b are formed in the first Si substrate 11, and a liquid supply path 18 and a liquid recovery path 19 are formed in the second Si substrate 115. Regardless of whether the Si substrate is single-layered or multi-layered, a cover member 20 having a plurality of openings 21 is provided on the back side of the Si substrate. The openings 20 include a supply opening 20 for supplying liquid to the liquid supply path 18 and a recovery opening 20 for recovering liquid from the liquid recovery path 19. A plurality of openings 20 are arranged along the liquid supply path 18 and the liquid recovery path 19. The present invention is not limited to this example, and for example, the first flow path layer 221 may be formed from a first Si substrate, and the second flow path layer 222 may be formed from a second Si substrate. Also, there may be at least one opening 20 for the liquid supply path 18 and the liquid recovery path 19.
記録素子15としては、電気熱変換素子(ヒータ)や圧電素子などを用いることができる。ヒータを用いた場合には、その発熱によって圧力室23内のインクを発泡させ、その発泡エネルギを利用して、吐出口13からインクを吐出する。 The recording element 15 may be an electrothermal conversion element (heater) or a piezoelectric element. When a heater is used, the heat generated by the heater causes the ink in the pressure chamber 23 to bubble, and the resulting bubble-forming energy is used to eject ink from the ejection port 13.
図27は、第1流路層221の一部を拡大した図に吐出口形成部材12の吐出口13を重ねて示した図である。吐出口13は、図27のように、吐出口列14を形成するように高密度に複数配置されている。本例においては、1つの液体吐出ユニット300に4つの吐出口列14が形成されている。 Figure 27 shows an enlarged view of a portion of the first flow path layer 221, with the ejection ports 13 of the ejection port forming member 12 superimposed on it. As shown in Figure 27, the ejection ports 13 are arranged at high density to form an ejection port array 14. In this example, four ejection port arrays 14 are formed in one liquid ejection unit 300.
図28は、第2流路層222の液体供給路18と液体回収路19とを示した断面図であり図29はその斜視図である。第2流路層222の液体供給路18は、図28のように、圧力室23毎に対応する個別の供給口17aを介して、それぞれの圧力室23の一方側(図28中左側)に連通されている。同様に、第2流路層222の液体回収路19は、圧力室23から個別の回収口17bを介して、それぞれの圧力室23の他方側(図28中右側)に連通されている。液体供給路18は、蓋部材である第3流路層223に形成される液体供給開口2133に連通しており、その液体供給開口2133からインクが供給される。同様に、液体回収路19は、第3流路層223に形成される液体回収開口2143と連通している。液体回収口2143は、吐出口列14における吐出口の配列方向(第1の方向)に複数配列され、液体供給開口2133列を形成している。同様に、液体回収開口2143は、液体供給開口2133列と同じ第1の方向に沿って複数配列され、液体回収開口2143列を形成している。第3流路層223には、液体供給開口2133列と液体回収開口2143列とが交互に配置されている。 28 is a cross-sectional view showing the liquid supply path 18 and the liquid recovery path 19 of the second flow path layer 222, and FIG. 29 is a perspective view thereof. As shown in FIG. 28, the liquid supply path 18 of the second flow path layer 222 is connected to one side (left side in FIG. 28) of each pressure chamber 23 through an individual supply port 17a corresponding to each pressure chamber 23. Similarly, the liquid recovery path 19 of the second flow path layer 222 is connected to the other side (right side in FIG. 28) of each pressure chamber 23 through an individual recovery port 17b from the pressure chamber 23. The liquid supply path 18 is connected to a liquid supply opening 2133 formed in the third flow path layer 223, which is a cover member, and ink is supplied from the liquid supply opening 2133. Similarly, the liquid recovery path 19 is connected to a liquid recovery opening 2143 formed in the third flow path layer 223. A plurality of liquid recovery ports 2143 are arranged in the arrangement direction (first direction) of the ejection ports in the ejection port array 14, forming a row of liquid supply openings 2133. Similarly, a plurality of liquid recovery openings 2143 are arranged along the same first direction as the row of liquid supply openings 2133, forming a row of liquid recovery openings 2143. In the third flow path layer 223, the row of liquid supply openings 2133 and the row of liquid recovery openings 2143 are alternately arranged.
第4流路層224には、共通供給路2134と共通回収路2144とが形成されており、第5流路層225には、個別供給口2135と個別回収口2145とが形成されている。第6流路層226には、共通供給流路211と共通回収流路212とが形成されている。 The fourth flow path layer 224 has a common supply path 2134 and a common recovery path 2144, and the fifth flow path layer 225 has an individual supply port 2135 and an individual recovery port 2145. The sixth flow path layer 226 has a common supply flow path 211 and a common recovery flow path 212.
液体供給路18は、第2流路層222の厚み方向の一方側(第1流路層221側)が複数の供給口17aと連通し、その他方側(第3流路層223側)が複数の液体供給開口2133と連通している。同様に、液体回収路19は、第2流路層222の厚み方向の一方側が複数の回収口17bと連通し、その他方側が複数の液体回収開口2143と連通している。共通供給路2134は、第4流路層224の厚み方向の一方側が複数の液体供給開口2133と連通し、その他方側が複数の第2供給口2135と連通している。同様に、共通回収路2144は、第4流路層224の厚み方向の一方側が液体回収開口2143と連通し、その他方側が個別回収口2145と連通している。また、第6流路層226の共通供給流路211は、複数の個別供給口2135と連通し、共通回収流路212は複数の個別回収口2145と連通している。 The liquid supply path 18 communicates with a plurality of supply ports 17a on one side (first flow path layer 221 side) in the thickness direction of the second flow path layer 222, and communicates with a plurality of liquid supply openings 2133 on the other side (third flow path layer 223 side). Similarly, the liquid recovery path 19 communicates with a plurality of recovery ports 17b on one side in the thickness direction of the second flow path layer 222, and communicates with a plurality of liquid recovery openings 2143 on the other side. The common supply path 2134 communicates with a plurality of liquid supply openings 2133 on one side in the thickness direction of the fourth flow path layer 224, and communicates with a plurality of second supply ports 2135 on the other side. Similarly, the common recovery path 2144 communicates with a liquid recovery opening 2143 on one side in the thickness direction of the fourth flow path layer 224, and communicates with an individual recovery port 2145 on the other side. In addition, the common supply flow path 211 of the sixth flow path layer 226 communicates with a plurality of individual supply ports 2135, and the common recovery flow path 212 communicates with a plurality of individual recovery ports 2145.
複数の個別供給口2135の配列密度および複数の個別回収口2145の配列密度は、複数の液体供給開口2133の配列密度および複数の液体回収開口2143の配列密度よりも低い。また、複数の液体供給開口2133の配列密度および複数の液体回収開口2143の配列密度は、複数の供給口17aの配列密度および複数の回収口17bの配列密度よりも低い。液体供給路18と液体回収路19とは、それぞれ第1の方向に沿うように並列に形成され、共通供給路2134と共通回収路2144とは、それぞれ第2の方向に沿うように並列に形成されている。共通供給流路211と共通回収流路212は、それぞれ第1の方向に沿うように並列に形成されている。 The arrangement density of the multiple individual supply ports 2135 and the arrangement density of the multiple individual recovery ports 2145 are lower than the arrangement density of the multiple liquid supply openings 2133 and the arrangement density of the multiple liquid recovery openings 2143. The arrangement density of the multiple liquid supply openings 2133 and the arrangement density of the multiple liquid recovery openings 2143 are also lower than the arrangement density of the multiple supply ports 17a and the arrangement density of the multiple recovery ports 17b. The liquid supply path 18 and the liquid recovery path 19 are each formed in parallel along the first direction, and the common supply path 2134 and the common recovery path 2144 are each formed in parallel along the second direction. The common supply flow path 211 and the common recovery flow path 212 are each formed in parallel along the first direction.
本例の液体吐出ユニット300は、流路層を複数有しており、複数の流路層を積層して構成される。それらの流路層における流路の形成密度は、第6流路層226、第5流路層225、第5流路層225、第4流路層224、第3流路層223、第2流路層222、第1流路層221の順に高くなる。これにより、記録素子基板10および各流路部材の大型化を抑制しつつ、複数の吐出口列14を高密度に備える液体吐出ユニット300を構成することが可能となる。なお、これら6層の流路層はそれぞれ別の部材に形成されていてもよい。 The liquid ejection unit 300 of this example has multiple flow path layers and is configured by stacking multiple flow path layers. The flow path formation density in these flow path layers increases in the order of the sixth flow path layer 226, the fifth flow path layer 225, the fifth flow path layer 225, the fourth flow path layer 224, the third flow path layer 223, the second flow path layer 222, and the first flow path layer 221. This makes it possible to configure a liquid ejection unit 300 that has multiple ejection port rows 14 at high density while suppressing the increase in size of the recording element substrate 10 and each flow path member. Note that each of these six flow path layers may be formed in a different member.
また、第1流路層221と第2流路層222との双方を基板11に形成して記録素子基板10とし、第3流路層223を蓋部材20に形成し、第4流路層224の一部を支持部材30に形成する。そして、第4流路層224の他の一部を第1流路部材50(図23参照)に形成し、第5流路層225と第6流路層226の一部を第2流路部材60(図23参照)に形成し、第6流路層226の他の一部を第3流路部材に形成する構成も取り得る。 Also, both the first flow path layer 221 and the second flow path layer 222 are formed on the substrate 11 to form the recording element substrate 10, the third flow path layer 223 is formed on the cover member 20, and a part of the fourth flow path layer 224 is formed on the support member 30. It is also possible to form another part of the fourth flow path layer 224 on the first flow path member 50 (see FIG. 23), the fifth flow path layer 225 and a part of the sixth flow path layer 226 on the second flow path member 60 (see FIG. 23), and another part of the sixth flow path layer 226 on the third flow path member.
また、第1流路層221と第2流路層222との双方を基板11に形成して記録素子基板10とし、第3流路層223を蓋部材20に形成する。そして、第4流路層224の一部を支持部材30に形成、第4流路層224の他の一部と第5流路層225を第1流路部材50に形成し、第6流路層226を第2流路部材60に形成する構成も取り得る。このように流路層と部材の関係は本発明を制限するものではない。また、個別供給路214a、個別回収路214b、個別供給口215a、個別回収口215bの箇所の構成も本構成を制限するものではない。 In addition, both the first flow path layer 221 and the second flow path layer 222 are formed on the substrate 11 to form the recording element substrate 10, and the third flow path layer 223 is formed on the cover member 20. A configuration is also possible in which a part of the fourth flow path layer 224 is formed on the support member 30, another part of the fourth flow path layer 224 and the fifth flow path layer 225 are formed on the first flow path member 50, and the sixth flow path layer 226 is formed on the second flow path member 60. In this way, the relationship between the flow path layers and the members does not limit the present invention. Furthermore, the configuration of the individual supply paths 214a, individual recovery paths 214b, individual supply ports 215a, and individual recovery ports 215b does not limit this configuration.
外部から供給されるインクは、インクの流入開口に連通する共通供給流路211から、個別供給口2135、共通供給路2134、液体供給開口2133、液体供給路18、および供給口17aを順次経て、圧力室23に導かれる。圧力室23内のインクは、回収口17b、液体回収路19、液体回収開口2143、共通回収路2144、個別回収口2145、共通回収流路212を順次経て、共通回収流路212に連通する流出開口から外部へ流出される。このように圧力室23内のインクをその外部と循環させることにより、圧力室23内に滞留しやすい増粘インクや気泡を流出させて、吐出口13からのインクの吐出速度の低下、およびインク中の色材濃度の変化を抑制することができる。以下、このようなインクの強制的な流れを「インク循環流」という。 Ink supplied from the outside is led from the common supply flow path 211, which is connected to the ink inlet opening, through the individual supply port 2135, the common supply path 2134, the liquid supply opening 2133, the liquid supply path 18, and the supply port 17a in sequence to the pressure chamber 23. The ink in the pressure chamber 23 passes through the recovery port 17b, the liquid recovery path 19, the liquid recovery opening 2143, the common recovery path 2144, the individual recovery port 2145, and the common recovery flow path 212 in sequence, and flows out from the outflow opening connected to the common recovery flow path 212 to the outside. By circulating the ink in the pressure chamber 23 with the outside in this way, the thickened ink and air bubbles that tend to remain in the pressure chamber 23 can be discharged, thereby suppressing a decrease in the ink ejection speed from the ejection port 13 and a change in the colorant concentration in the ink. Hereinafter, such a forced flow of ink is referred to as an "ink circulation flow."
本例において、供給口17aと回収口17bとは、図27、図28、図29のように、吐出口13を挟んで対向するように配置されている。このように供給口17aと回収口17bとで圧力室23を挟む構成とすることにより、圧力室23内を通るインク循環流を効率良く生じさせて、インクの吐出速度の低下、およびインクの色材濃度の変化をより効率よく抑制することができる。また、供給口17aと回収口17bとは、複数の圧力室23のそれぞれに対応するように、吐出口列14が延在する第1の方向において複数に分けて形成されている。このように、供給口17aと回収口17bとを複数に分けて形成することにより、隣接する供給口17a同士の間、および隣接する回収口17b同士の間に、記録素子15を駆動するための電気配線を配備することが可能となる。そのため、供給口17aと吐出口13との間、および回収口17bと吐出口13との間に、第1の方向に延在する配線を配備する必要が無く、それらの間をより小さく形成することが可能となる。供給口17aと吐出口13との数の関係は、1対1、1対2、または1対5などとしてもよく、供給口17aが連通する圧力室23の数は、本例のような供給口17aと吐出口13との数と1対1の関係に限定されない。 In this example, the supply port 17a and the recovery port 17b are arranged to face each other across the ejection port 13, as shown in Figures 27, 28, and 29. By configuring the pressure chamber 23 to be sandwiched between the supply port 17a and the recovery port 17b in this manner, it is possible to efficiently generate an ink circulation flow passing through the pressure chamber 23, and more efficiently suppress a decrease in the ink ejection speed and a change in the color material concentration of the ink. In addition, the supply port 17a and the recovery port 17b are formed in a plurality of parts in the first direction in which the ejection port row 14 extends so as to correspond to each of the plurality of pressure chambers 23. In this way, by forming the supply port 17a and the recovery port 17b in a plurality of parts, it is possible to arrange electrical wiring for driving the recording element 15 between adjacent supply ports 17a and between adjacent recovery ports 17b. Therefore, there is no need to provide wiring extending in the first direction between the supply port 17a and the discharge port 13, and between the recovery port 17b and the discharge port 13, and it is possible to form the gap between them smaller. The relationship between the number of supply ports 17a and the number of discharge ports 13 may be 1:1, 1:2, or 1:5, and the number of pressure chambers 23 to which the supply port 17a communicates is not limited to the 1:1 relationship between the number of supply ports 17a and the number of discharge ports 13 as in this example.
本例においては、圧力室23内および吐出口13内を経由してインク循環流を生じさせるために、次のように流路が形成されている。液体供給路18は、第1の方向に延在して複数の供給口17aと連通し、さらに、それぞれの供給口17aを介して圧力室23と連通する。同様に、液体回収路19は、第1の方向に延在して複数の回収口17bと連通し、さらに、それぞれの回収口17bを介して圧力室23と連通する。 In this example, in order to generate an ink circulation flow through the pressure chamber 23 and the ejection port 13, the flow paths are formed as follows. The liquid supply path 18 extends in the first direction and communicates with a plurality of supply ports 17a, and further communicates with the pressure chamber 23 via each of the supply ports 17a. Similarly, the liquid recovery path 19 extends in the first direction and communicates with a plurality of recovery ports 17b, and further communicates with the pressure chamber 23 via each of the recovery ports 17b.
これらの液体供給路18および液体回収路19が形成される第2流路層222と第1流路層221とは、同一材料からなる部材であることが好ましい。本例においては、シリコン(Si)基板によって作製された基板11に第1流路層221と第2流路層222とが形成されている。またシリコン基板によって作製された第1流路層221が形成された基板11と、同じくシリコン基板からなる第2流路層222が形成された第2基板115と、が積層及び接合され、その第2流路層222に、液体供給路18と液体回収路19とが形成されている。基板11と第2基板115は、接着剤を用いない方法によって結合されることがより望ましく、例えば、表面活性化接合またはフュージョン接合によって接合される。その理由は、高密度に形成された吐出口と、高密度に形成されたインク流路と、を対応させるように基板11と第2基板115を接合する場合、接着剤のはみ出しの影響が軽減されるためである。このような表面活性化接合またはフュージョン接合によって、シリコン製の基板11と第2基板115とが一体化され、その一体物の内部に、供給口17a、回収口17b、液体供給路18、および液体回収路19が形成される。 The second flow path layer 222 and the first flow path layer 221 in which the liquid supply path 18 and the liquid recovery path 19 are formed are preferably made of the same material. In this example, the first flow path layer 221 and the second flow path layer 222 are formed on the substrate 11 made of a silicon (Si) substrate. The substrate 11 on which the first flow path layer 221 made of a silicon substrate is formed and the second substrate 115 on which the second flow path layer 222 made of a silicon substrate is formed are laminated and bonded, and the liquid supply path 18 and the liquid recovery path 19 are formed on the second flow path layer 222. It is more preferable that the substrate 11 and the second substrate 115 are bonded by a method that does not use adhesive, for example, by surface activated bonding or fusion bonding. The reason for this is that when the substrate 11 and the second substrate 115 are bonded so that the ejection ports formed at high density correspond to the ink flow paths formed at high density, the effect of the adhesive overflowing is reduced. By this type of surface activation bonding or fusion bonding, the silicon substrate 11 and the second substrate 115 are integrated, and the supply port 17a, recovery port 17b, liquid supply path 18, and liquid recovery path 19 are formed inside the integrated body.
このように、第1流路層221と第2流路層222には、供給口17a、回収口17b、液体供給路18および液体回収路19からなる一連のインク流路が吐出口列14に対応付けて形成される。このようなインク流路を通して、第1流路層221の圧力室23内および吐出口形成部材12の吐出口13内にインク循環流を生じさせることができる。 In this way, a series of ink flow paths consisting of the supply port 17a, the recovery port 17b, the liquid supply path 18, and the liquid recovery path 19 are formed in the first flow path layer 221 and the second flow path layer 222 in correspondence with the ejection port array 14. Through such ink flow paths, an ink circulation flow can be generated in the pressure chamber 23 of the first flow path layer 221 and in the ejection port 13 of the ejection port forming member 12.
また、図28、図29のように、供給口17a、回収口17b、液体供給路18および液体回収路19を形成する側壁は、それぞれ第1流路層221の表裏面(同図中の上下面)に対して実質的に直交している。ここで、実質的に直交とは、第1流路層221と第2流路層222の加工時に生じるテーパ形状等の傾斜を含む。供給口17a、回収口17b、液体供給路18および液体回収路19は、例えば、ドライエッチング加工により形成される。また、それらをレーザ加工によって形成してもよく、あるいはドライエッチング加工とレーザ加工とを組み合わせてもよい。供給口17a、回収口17b、液体供給路18および液体回収路19の深さ方向(図28の上下方向)は、第1流路層221の表面に対して実質的に垂直となる。これにより、これらのインク流路を効率よく高密度に形成して、第1流路層221に高密度に形成された圧力室23および吐出口13内に、より効率よくインク循環流を生じさせることができる。 28 and 29, the side walls forming the supply port 17a, the recovery port 17b, the liquid supply path 18, and the liquid recovery path 19 are substantially perpendicular to the front and back surfaces (top and bottom surfaces in the figure) of the first flow path layer 221. Here, "substantially perpendicular" includes the inclination of the tapered shape and the like that occurs when the first flow path layer 221 and the second flow path layer 222 are processed. The supply port 17a, the recovery port 17b, the liquid supply path 18, and the liquid recovery path 19 are formed, for example, by dry etching. They may also be formed by laser processing, or dry etching processing and laser processing may be combined. The depth direction (the vertical direction in FIG. 28) of the supply port 17a, the recovery port 17b, the liquid supply path 18, and the liquid recovery path 19 is substantially perpendicular to the surface of the first flow path layer 221. This allows these ink paths to be efficiently formed at high density, and ink circulation flow can be more efficiently generated in the pressure chambers 23 and the ejection ports 13 that are densely formed in the first flow path layer 221.
(蓋部材の製法と形状)
図30は、本実施形態の液体吐出ヘッドの作製工程の一例を示したフローチャートである。吐出口形成工程2000では、記録素子15や必要な回路等が形成された記録素子基板10上に吐出口を形成する。裏面供給路形成工程2001は、記録素子基板10の裏面に液体供給路18と液体回収路19を形成する。また、蓋部材形成工程2002は、記録素子基板10の裏面に、裏面供給路を覆うように蓋部材(第3流路層223)を形成する。本発明においてはウエハ状態におけるSiの基板の裏面側に液体供給路18と液体回収路19を形成した後に、ウエハ状態でSi基板の裏面に蓋部材20(223)を設ける。その状態で液体供給路18および液体回収路19よりも小さい複数の開口21(2133、2143)をパターニングにより形成する。その後に切断工程2003で、記録素子基板10をウエハ状態からチップ形態へと外形の加工をする。さらに接合工程2004は、記録素子基板10を支持部材30や第1流路部材50に接合する。配置工程2005は、接合した部材を所定位置に配置することで液体吐出ヘッドが作製される。尚、上記においては圧力室に液体を供給する供給路を有する液体吐出ヘッドの製造方法について説明したが、図29等の圧力室から液体を回収する液体回収路19を備える液体吐出ヘッドも同様に適用可能である。記録素子基板の裏面に、液体供給路18と液体回収路19とを備える記録素子基板を用意し、記録素子基板の裏面に形成される、液体供給路18と液体回収路19とを覆うように、記録素子基板の裏面にフィルム状の蓋部材を設ける。その後に蓋部材に、液体供給路18と連通し液体供給路よりも小さい複数の液体供給開口2133と、液体回収路19と連通し液体回収路よりも小さい複数の液体回収開口2143を形成する。その後に、蓋部材を備える複数の記録素子基板をウエハから切断し、個々の記録素子基板を支持部材に接合することで複数の記録素子基板が配列された液体吐出ヘッドが作製される。
(Manufacturing method and shape of the cover member)
FIG. 30 is a flow chart showing an example of the manufacturing process of the liquid ejection head of this embodiment. In the ejection port forming process 2000, ejection ports are formed on the recording element substrate 10 on which the recording elements 15 and necessary circuits are formed. In the back surface supply path forming process 2001, the liquid supply path 18 and the liquid recovery path 19 are formed on the back surface of the recording element substrate 10. In addition, in the lid member forming process 2002, a lid member (third flow path layer 223) is formed on the back surface of the recording element substrate 10 so as to cover the back surface supply path. In the present invention, after the liquid supply path 18 and the liquid recovery path 19 are formed on the back surface of the Si substrate in the wafer state, the lid member 20 (223) is provided on the back surface of the Si substrate in the wafer state. In this state, a plurality of openings 21 (2133, 2143) smaller than the liquid supply path 18 and the liquid recovery path 19 are formed by patterning. After that, in the cutting process 2003, the recording element substrate 10 is processed from the wafer state to a chip form. Furthermore, in a bonding process 2004, the recording element substrate 10 is bonded to the support member 30 and the first flow path member 50. In a placement process 2005, the bonded members are placed in a predetermined position to fabricate a liquid ejection head. Although the above describes a method for manufacturing a liquid ejection head having a supply path for supplying liquid to a pressure chamber, a liquid ejection head having a liquid recovery path 19 for recovering liquid from a pressure chamber such as that shown in FIG. 29 can be similarly applied. A recording element substrate having a liquid supply path 18 and a liquid recovery path 19 is prepared on the back surface of the recording element substrate, and a film-like lid member is provided on the back surface of the recording element substrate so as to cover the liquid supply path 18 and the liquid recovery path 19 formed on the back surface of the recording element substrate. After that, a plurality of liquid supply openings 2133 communicating with the liquid supply path 18 and smaller than the liquid supply path, and a plurality of liquid recovery openings 2143 communicating with the liquid recovery path 19 and smaller than the liquid recovery path are formed in the lid member. Thereafter, a plurality of recording element substrates each having a lid member are cut from the wafer, and each recording element substrate is bonded to a support member to produce a liquid ejection head in which a plurality of recording element substrates are arranged.
このように本発明では、ウエハ状態で、まず液体供給路18と液体回収路19を形成し、その液体供給路18と液体回収路19の蓋をするように蓋部材20を設ける。その後に、液体供給路18に連通する液体供給開口2133と、液体回収路19に連通する液体回収開口2143とを形成する。これにより液体供給路18や液体回収路19よりも密度が高く、開口寸法が小さい開口(液体供給開口2133、液体回収開口2143)を精度良く形成することが可能となる。以下、記録素子基板の製造方法を詳細に説明する。 In this way, in the present invention, first, the liquid supply path 18 and the liquid recovery path 19 are formed in the wafer state, and then the cover member 20 is provided to cover the liquid supply path 18 and the liquid recovery path 19. After that, the liquid supply opening 2133 that communicates with the liquid supply path 18 and the liquid recovery opening 2143 that communicates with the liquid recovery path 19 are formed. This makes it possible to form openings (liquid supply opening 2133, liquid recovery opening 2143) that are denser and have smaller opening dimensions than the liquid supply path 18 and the liquid recovery path 19 with high precision. The manufacturing method of the recording element substrate will be described in detail below.
図31は、蓋部材517を設けた状態における記録素子基板を示した図であり、図32、図33は、図31のXXXII-XXXIIにおける断面図である。なお、以下で記録素子基板の製造過程を説明するが、製造過程では完成品の各部材と区別するために、完成品の部材の符号と製造過程における部材の符号とを変えて説明する。図32では部分的な記録素子基板を示しているが、ウエハ上で複数の記録素子基板を一括製造し、それを最後に切断し、小片化することで個々の記録素子基板を製造している。 Figure 31 shows the recording element substrate with the cover member 517 provided, and Figures 32 and 33 are cross-sectional views taken along the line XXXII-XXXII in Figure 31. Note that the manufacturing process for the recording element substrate is explained below, but in order to distinguish each component of the manufacturing process from the components of the finished product, the reference numerals for the components in the manufacturing process are changed to distinguish them from those of the finished product. Figure 32 shows a partial recording element substrate, but multiple recording element substrates are manufactured together on a wafer, which are then cut into small pieces to produce individual recording element substrates.
まず、記録素子や必要な回路等が形成されたシリコンの基板511の表面側にポジ型の感光性樹脂を用いて流路の型となるパターン521を設ける。まず、スピンコート法、スプレーコート法、フィルム化したものをラミネートする方法等により基板511上に感光性樹脂を設け、その後フォトリソグラフィ法等でインク流路の形状にパターン化することで、流路となる部材を形成できる。ポジ型感光性樹脂としては、例えば、ポリメチルイソプロペニルケトンやメタクリル酸エステルを主成分とする高分子の主鎖分解型の感光性樹脂が用いられる。ポジ型感光性樹脂層は、材料に対して最適な露光波長によって露光することで、所望のパターンに形成できる。次いで、ネガ型の感光性樹脂層を用いて吐出口形成部材522を基板511の表面側に形成する(図32(a))。ネガ型の感光性樹脂としては、ラジカル重合反応を利用したネガ型感光性樹脂や、カチオン重合反応を利用したネガ型感光性樹脂が例示される。また、ネガ型感光性樹脂は、一種を単独で用いてもよいし、二種以上を混合して用いてもよい。さらに、必要に応じて添加剤等を適宜添加することができる。また、ネガ型感光性樹脂として、市販されている日本化薬社製「SU-8シリーズ」、「KMPR-1000」(商品名)、東京応化工業製「TMMR S2000」、「TMMF S2000」(商品名)等を用いることができる。 First, a pattern 521 that will be the mold of the flow path is provided on the surface side of a silicon substrate 511 on which a recording element and necessary circuits are formed, using a positive photosensitive resin. First, a photosensitive resin is provided on the substrate 511 by a spin coating method, a spray coating method, a method of laminating a film, or the like, and then a member that will be the flow path can be formed by patterning the shape of the ink flow path by a photolithography method or the like. As the positive photosensitive resin, for example, a main chain decomposition type photosensitive resin of a polymer mainly composed of polymethyl isopropenyl ketone or methacrylic acid ester is used. The positive photosensitive resin layer can be formed into a desired pattern by exposing it to an exposure wavelength that is optimal for the material. Next, a discharge port forming member 522 is formed on the surface side of the substrate 511 using a negative photosensitive resin layer (FIG. 32(a)). Examples of negative photosensitive resins include negative photosensitive resins that utilize a radical polymerization reaction and negative photosensitive resins that utilize a cationic polymerization reaction. The negative photosensitive resin may be used alone or in combination of two or more. Furthermore, additives and the like may be added as necessary. As the negative photosensitive resin, commercially available products such as "SU-8 series" and "KMPR-1000" (product names) manufactured by Nippon Kayaku Co., Ltd., and "TMMR S2000" and "TMMF S2000" (product names) manufactured by Tokyo Ohka Kogyo Co., Ltd. may be used.
また、ネガ型感光性樹脂組成物を流路の型パターンの上に被覆させる方法は、特に限定されるものではなく、例えば、スピンコート法、ラミネート法、スプレーコート法等を適宜選択することができ、その後フォトリソグラフィ法等で吐出口を形成する。 The method for coating the negative photosensitive resin composition onto the flow path pattern is not particularly limited, and can be selected from, for example, spin coating, lamination, spray coating, etc., as appropriate, and then the ejection orifice is formed by photolithography, etc.
なお、ポジ型の感光性樹脂を用いて吐出口形成工程の他にも、複数層のネガ型感光性樹樹脂を積層しフォトリソグラフィ法を用いて吐出口形成部材522を形成してもよい。 In addition to the ejection port forming process using a positive photosensitive resin, the ejection port forming member 522 may be formed by stacking multiple layers of a negative photosensitive resin and using a photolithography method.
次いで、フォトリソ技術、Si深堀エッチング技術を用いて、インク供給するための共通液室513(液体供給路18液体回収路19に対応)、インク供給口516を裏面側より形成する(図32(b))。その後、基板511の共通液室513が形成された側の面上に蓋部材となる樹脂フィルムを設ける。蓋部材517を接着剤で接合した場合、共通液室513に接着剤のはみ出し等が発生し、実質的な流路形状に悪影響を与えるため、接着剤レスで接合することが好ましい。 Next, using photolithography and Si deep etching techniques, a common liquid chamber 513 (corresponding to the liquid supply channel 18 and liquid recovery channel 19) for supplying ink and an ink supply port 516 are formed from the back side (Figure 32 (b)). After that, a resin film that serves as a lid member is provided on the surface of the substrate 511 on which the common liquid chamber 513 is formed. If the lid member 517 is bonded with an adhesive, the adhesive may overflow into the common liquid chamber 513, adversely affecting the actual flow path shape, so it is preferable to bond it without adhesive.
蓋部材517の形成は、非感光性の熱硬化樹脂を使用する場合には、基材となるベースフィルム518上に塗布された非感光性樹脂をラミネートし(図32(c))、次いでベースフィルム518を剥離する(図32(d))。その後、キュアリングした後、流路の型521を除去後(図32(e))、レーザ加工により開口部(供給開口2133、回収開口2143に対応)を形成する(図32(f))。 When a non-photosensitive thermosetting resin is used to form the lid member 517, the non-photosensitive resin is laminated onto the base film 518 that serves as the substrate (Fig. 32(c)), and then the base film 518 is peeled off (Fig. 32(d)). After curing, the flow path mold 521 is removed (Fig. 32(e)), and the openings (corresponding to the supply opening 2133 and the recovery opening 2143) are formed by laser processing (Fig. 32(f)).
次に図33を用いてフォトリソグラフィ法を用いた蓋部材の形成方法について説明する。蓋部材517の形成については、フォトリソグラフィ法等による形成も可能であり、レーザ加工時のアブレーションによる基板側ダメージを回避や、より高い位置精度を達成できる。共通液室513、インク供給口516を裏面側へ形成するまでは図32(b)と同様であり、次いで、ベースフィルム518と感光性樹脂層との積層体を、ラミネータ装置を用いて、共通液室513が形成された基板511の面上に転写(図33(a))する。感光性樹脂層の材料としては、ラジカル重合反応を利用したネガ型感光性樹脂や、カチオン重合反応を利用したネガ型感光性樹脂が例示される。ラジカル重合反応を利用したネガ型感光性樹脂は、その感光性樹脂組成物中に含まれる光重合開始剤から発生するラジカルにより、感光性樹脂組成物中に含まれるラジカル重合可能なモノマやプレポリマの分子間での重合や架橋が進むことで硬化する。光重合開始剤としては、例えば、ベンゾイン類、ベンゾフェノン類、チオキサントン類、アントラキノン類、アシルフォスフィンオキサイド類、チタノセン類、アクリジン類等が挙げられる。ラジカル重合可能なモノマとしては、アクリロイル基、メタクリロイル基、アクリルアミド基、マレイン酸ジエステル、アリル基を有するモノマやプレポリマ等が適しているが、これらに限定されるものではない。カチオン重合反応を利用したネガ型感光性樹脂は、その感光性樹脂中に含まれる光カチオン開始剤から発生するカチオンにより、感光性樹脂中に含まれるカチオン重合可能なモノマやプレポリマの分子間での重合や架橋が進むことで硬化する。光カチオン開始剤としては、例えば、芳香族ヨードニウム塩、芳香族スルホニウム塩等が挙げられる。カチオン重合可能なモノマやプレポリマとしては、エポキシ基やビニルエーテル基やオキセタン基を有するモノマやプレポリマ等が適しているが、これに限られるものではない。また、ネガ型感光性樹脂は、一種を単独で用いてもよいし、二種以上を混合して用いてもよい。さらに、必要に応じて添加剤等を適宜添加することができる。 Next, a method for forming the lid member using a photolithography method will be described with reference to FIG. 33. The lid member 517 can also be formed by a photolithography method, which can avoid damage to the substrate side due to ablation during laser processing and achieve higher positional accuracy. The process is the same as that shown in FIG. 32(b) until the common liquid chamber 513 and the ink supply port 516 are formed on the back side, and then the laminate of the base film 518 and the photosensitive resin layer is transferred (FIG. 33(a)) onto the surface of the substrate 511 on which the common liquid chamber 513 is formed using a laminator device. Examples of materials for the photosensitive resin layer include negative photosensitive resins that utilize radical polymerization reactions and negative photosensitive resins that utilize cationic polymerization reactions. Negative photosensitive resins that utilize radical polymerization reactions are cured by polymerization and crosslinking between the molecules of radically polymerizable monomers and prepolymers contained in the photosensitive resin composition due to radicals generated from a photopolymerization initiator contained in the photosensitive resin composition. Examples of photopolymerization initiators include benzoins, benzophenones, thioxanthones, anthraquinones, acylphosphine oxides, titanocenes, and acridines. Examples of radically polymerizable monomers include, but are not limited to, monomers and prepolymers having an acryloyl group, a methacryloyl group, an acrylamide group, a maleic acid diester, and an allyl group. A negative photosensitive resin using a cationic polymerization reaction is cured by polymerization or crosslinking between the molecules of the cationic polymerizable monomers and prepolymers contained in the photosensitive resin due to cations generated from a photocation initiator contained in the photosensitive resin. Examples of photocation initiators include aromatic iodonium salts and aromatic sulfonium salts. Examples of cationic polymerizable monomers and prepolymers include, but are not limited to, monomers and prepolymers having an epoxy group, a vinyl ether group, or an oxetane group. The negative photosensitive resin may be used alone or in combination of two or more. Furthermore, additives may be added as necessary.
また、ネガ型感光性樹脂として、市販されている日本化薬社製「SU-8シリーズ」、「KMPR-1000」(商品名)、東京応化工業製「TMMR S2000」、「TMMF S2000」(商品名)等も用いることができる。また、ネガ型感光性樹脂をベースフィルム518上に形成する方法は、特に限定されるものではなく、スピンコート法、スリットダイコート法、スプレーコート法等を適宜選択することができる。また、蓋部材517の膜厚としては、開口部の寸法、供給されるインクの流量、粘度にもよるが、2~50μmであることが望ましい。蓋部材517の膜厚が2μmより小さい場合には、共通液室513を充分に被覆できず、インク供給時にインクの漏洩が生じやすい。さらに、インク供給圧力により蓋部材517の破損が生じやすくなる。 As the negative photosensitive resin, commercially available products such as "SU-8 series" and "KMPR-1000" (product names) manufactured by Nippon Kayaku Co., Ltd., and "TMMR S2000" and "TMMF S2000" (product names) manufactured by Tokyo Ohka Kogyo Co., Ltd. can also be used. The method for forming the negative photosensitive resin on the base film 518 is not particularly limited, and a spin coating method, a slit die coating method, a spray coating method, or the like can be appropriately selected. The thickness of the lid member 517 is preferably 2 to 50 μm, depending on the dimensions of the opening, the flow rate of the ink to be supplied, and the viscosity. If the thickness of the lid member 517 is less than 2 μm, the common liquid chamber 513 cannot be sufficiently covered, and ink leakage is likely to occur when ink is supplied. Furthermore, the lid member 517 is likely to be damaged by the ink supply pressure.
ベースフィルム518としては、例えばPET、ポリイミド、フッ素系フィルム、炭化水素系フィルムが使用される。次いで、ベースフィルム518を剥離し(図33(b))、マスク532を介して露光を照射する(図33(c))。次いで、ポストベーク、現像することで蓋部材が形成される(図33(d))。また、蓋部材517の凹凸を維持するために、ベースフィルム518でネガ型感光性樹脂が支持された状態で露光、ポストベークし硬化した後にベースフィルム518を剥離し現像するプロセスでもよい。次いで、流路の型521を除去後、キュアリングする工程が行われる。これにより、ウエハ上に記録素子基板が製造される(図33(e))。また、流路の型521の除去工程が蓋部材517を形成する前に行ってもよい。 For example, PET, polyimide, fluorine-based film, and hydrocarbon-based film are used as the base film 518. Next, the base film 518 is peeled off (FIG. 33(b)), and exposed to light through a mask 532 (FIG. 33(c)). Next, post-baking and development are performed to form the lid member (FIG. 33(d)). In addition, in order to maintain the unevenness of the lid member 517, a process may be used in which the negative photosensitive resin is exposed and post-baked while supported by the base film 518, and then the base film 518 is peeled off and developed. Next, the flow path mold 521 is removed, and a curing process is performed. This produces a recording element substrate on the wafer (FIG. 33(e)). In addition, the process of removing the flow path mold 521 may be performed before forming the lid member 517.
また、リソグラフィ加工により蓋部材517に液体供給開口2133および液体回収開口2143を加工することができるため、それぞれの形状精度、および液体供給路18と液体回収路19との配置精度を高めることができる。膜厚50μm以下の樹脂フィルムを用いることで、形状精度は±5μm以下、配置精度も±5μm以下にすることができた。
さらには膜厚25μm未満の場合はさらに形状精度を良くすることができる。
また図32、図33では明記していないが、蓋部材517に形成する開口は、図11(c)に示すように液体供給路18、液体回収路19に対して夫々複数形成している。
Furthermore, because liquid supply opening 2133 and liquid recovery opening 2143 can be processed in cover member 517 by lithography, it is possible to improve the shape accuracy of each opening and the positioning accuracy of liquid supply path 18 and liquid recovery path 19. By using a resin film with a film thickness of 50 μm or less, it is possible to achieve a shape accuracy of ±5 μm or less and a positioning accuracy of ±5 μm or less.
Furthermore, when the film thickness is less than 25 μm, the shape precision can be further improved.
Although not shown in Figures 32 and 33, a plurality of openings are formed in cover member 517 for each of liquid supply path 18 and liquid recovery path 19, as shown in Figure 11(c).
ウエハ工程で蓋部材517を加工することにより、機械加工や成形加工よりも形状精度が良くなるため、より微細な穴をより高密度に形成することが可能とり、更に蓋部材517をより薄くすることが可能となる。また、基板の面に液体供給路18と液体回収路19を形成した後に、それらが形成された基板の面上に蓋部材を設け、その後に蓋部材に複数の開口21(2133、2143)を設ける。これにより微細な開口21(2133、2143)を液体供給路18と液体回収路19とに対して精度良く形成することが可能となる。このような加工をSi基板のウエハ状態で蓋部材である感光性のフィルムを付与し、フォトリソグラフィの技術で蓋部材に開口を形成すると、精度の面でより好ましい。 By processing the lid member 517 in the wafer process, the shape precision is better than with mechanical processing or molding processing, so it is possible to form finer holes at a higher density, and furthermore, the lid member 517 can be made thinner. In addition, after forming the liquid supply path 18 and the liquid recovery path 19 on the surface of the substrate, a lid member is provided on the surface of the substrate on which they are formed, and then multiple openings 21 (2133, 2143) are provided in the lid member. This makes it possible to form the fine openings 21 (2133, 2143) with high precision for the liquid supply path 18 and the liquid recovery path 19. It is more preferable in terms of precision to perform this processing on the Si substrate wafer by applying a photosensitive film, which is the lid member, and forming openings in the lid member using photolithography technology.
このように、ウエハ状態の素子基板に蓋部材517を作製して、液体供給開口2133と液体回収開口2143との形状精度を高くすることで、液体供給開口2133と液体回収開口2143とにおける流路抵抗のばらつきを低減することができる。また、形状精度と配置精度を高くすることで、液体供給開口2133と液体回収開口2143をより小さく、より正確に配置することができるため、より高密度に配置された液体供給路18や液体回収路19に対して流路を配置することが可能となる。つまり、より高密度に配置された吐出口列14に対して、流路を形成することが可能となる。特に本実施形態のように、インク循環流を発生させるような液体吐出ヘッド3においては、各吐出口列14に対して、液体供給路18と液体回収路19とを配置する必要があるためより高密度となり本発明を用いる効果が大きい。さらに吐出口列に沿って形成される液体供給路18と液体回収路19に対して、液体供給路18や液体回収路19よりも密度が高く、開口寸法が小さい複数の開口を精度よく形成することが可能となる。 In this way, by fabricating the cover member 517 on the element substrate in a wafer state and increasing the shape accuracy of the liquid supply opening 2133 and the liquid recovery opening 2143, it is possible to reduce the variation in flow path resistance in the liquid supply opening 2133 and the liquid recovery opening 2143. In addition, by increasing the shape accuracy and arrangement accuracy, the liquid supply opening 2133 and the liquid recovery opening 2143 can be arranged smaller and more accurately, so it is possible to arrange a flow path for the liquid supply path 18 and the liquid recovery path 19 arranged at a higher density. In other words, it is possible to form a flow path for the ejection port array 14 arranged at a higher density. In particular, as in this embodiment, in a liquid ejection head 3 that generates an ink circulation flow, it is necessary to arrange the liquid supply path 18 and the liquid recovery path 19 for each ejection port array 14, so the density becomes higher and the effect of using the present invention is large. Furthermore, it is possible to accurately form multiple openings that are denser and have smaller opening dimensions than the liquid supply path 18 and the liquid recovery path 19 for the liquid supply path 18 and the liquid recovery path 19 formed along the ejection port array.
図34は、記録素子基板10に蓋部材20を付与した状態の液体吐出ヘッドを、蓋部材20側から見た模式図であり、蓋部材20に形成された液体供給開口2133と、記録素子基板10に形成された液体供給路18との配置関係を示した図である。図34(a)は、液体供給路18の幅よりも液体供給開口2133の幅の方が大きい例である。形状精度は±5μm以下、配置精度も±5μm以下の場合、液体供給路18の幅よりも液体供給開
口2133の幅を10μmずつ両側に大きくすることで、それぞれの精度がばらついたときでも図34(a)に示す位置関係が変わることはない。その他の精度ばらつきの要因も含めて考えると、液体供給路18の幅よりも液体供給開口2133の幅を15μmずつ両側に大きくしておくとよい。このように位置関係が変わらないことにより、液体供給開口2133から液体供給路18までの流路抵抗のばらつきを低減することが可能となる。同様に図34(b)に示すように、液体供給路18の幅よりも液体供給開口2133の幅を15μmずつ両側で小さくしておいてもよい。また図34(c)に示すように片側では15μm大きくし、反対側では15μm小さくしておいてもよい。このように、液体供給路18と液体供給開口2133の幅を30μm以内の差にしても流路抵抗ばらつきを低減することが可能となる。このような場合例えば図34(a)のような関係の時は、蓋部材20と記録素子基板10との接合面の幅を少なくとも50μm確保する必要があっても、液体供給流路18と液体回収流路19との間の梁幅を65μmまで小さくしても配置関係は変わらない。また、図34(b)のような関係の時は、液体供給開口の幅を150μm確保する必要があっても、液体供給流路18の幅を180μmまで小さくしても配置関係が変わらない。
FIG. 34 is a schematic diagram of a liquid ejection head with the lid member 20 applied to the recording element substrate 10, seen from the lid member 20 side, and shows the positional relationship between the liquid supply opening 2133 formed in the lid member 20 and the liquid supply path 18 formed in the recording element substrate 10. FIG. 34(a) shows an example in which the width of the liquid supply opening 2133 is larger than the width of the liquid supply path 18. When the shape accuracy is ±5 μm or less and the positional accuracy is also ±5 μm or less, the positional relationship shown in FIG. 34(a) does not change even when the accuracy of each varies by making the width of the liquid supply opening 2133 larger than the width of the liquid supply path 18 by 10 μm on both sides. Considering other factors of accuracy variation, it is preferable to make the width of the liquid supply opening 2133 larger than the width of the liquid supply path 18 by 15 μm on both sides. Since the positional relationship does not change in this way, it is possible to reduce the variation in the flow path resistance from the liquid supply opening 2133 to the liquid supply path 18. Similarly, as shown in FIG. 34(b), the width of the liquid supply opening 2133 may be made smaller than the width of the liquid supply path 18 by 15 μm on both sides. Also, as shown in FIG. 34(c), the width may be made larger by 15 μm on one side and smaller by 15 μm on the other side. In this way, even if the difference in width between the liquid supply path 18 and the liquid supply opening 2133 is within 30 μm, it is possible to reduce the flow path resistance variation. In such a case, for example, in the case of the relationship shown in FIG. 34(a), even if it is necessary to secure at least 50 μm for the width of the joint surface between the cover member 20 and the recording element substrate 10, the arrangement relationship does not change even if the beam width between the liquid supply path 18 and the liquid recovery path 19 is reduced to 65 μm. Also, in the case of the relationship shown in FIG. 34(b), even if it is necessary to secure 150 μm for the width of the liquid supply opening, the arrangement relationship does not change even if the width of the liquid supply path 18 is reduced to 180 μm.
図35(a)は、液体供給開口2133の幅と供給流路18における圧力損失との関係を示したグラフである。以下、本発明の効果について説明する。図35(a)のように、液体供給開口の幅が小さくなると、幅がばらついた際の圧力損失への影響が大きくなる。特に幅が200μm以下の際に圧力損失が大きくなる。つまり、吐出口列を高密度化して液体供給開口2133を小さくした際には、流路抵抗ばらつきに対する液体供給開口の形状精度の影響が大きくなる。このように、本発明は吐出口が高密度に配置された液体吐出ヘッドにおいて特に有効であり、流路抵抗ばらつき、つまりは吐出時に供給流路で生じる圧力損失のばらつきを低減することが可能であり、吐出口メニスカス界面の圧力ばらつきを低減することができる。その結果、より均一な大きさの液滴を吐出することができ、より高精細で高品位な画像形成が可能となる。 Figure 35 (a) is a graph showing the relationship between the width of the liquid supply opening 2133 and the pressure loss in the supply flow path 18. The effects of the present invention will be described below. As shown in Figure 35 (a), when the width of the liquid supply opening becomes smaller, the impact on the pressure loss when the width varies becomes greater. In particular, when the width is 200 μm or less, the pressure loss becomes greater. In other words, when the liquid supply opening 2133 is made smaller by increasing the density of the ejection port row, the effect of the shape accuracy of the liquid supply opening on the flow path resistance variation becomes greater. In this way, the present invention is particularly effective in liquid ejection heads in which ejection ports are arranged at a high density, and it is possible to reduce the flow path resistance variation, that is, the variation in the pressure loss that occurs in the supply flow path during ejection, and the pressure variation at the ejection port meniscus interface can be reduced. As a result, it is possible to eject droplets of a more uniform size, and it is possible to form images with higher resolution and higher quality.
また、本実施形態のようなインク循環流を発生させる液体吐出ヘッド3においては、流路抵抗ばらつきを低減することで、さらにインク循環流を発生させる差圧を安定化することが可能となり、インク循環量のばらつきも低減することができる。 In addition, in the liquid ejection head 3 that generates an ink circulation flow as in this embodiment, by reducing the variation in flow path resistance, it is possible to further stabilize the pressure difference that generates the ink circulation flow, and the variation in the amount of ink circulation can also be reduced.
図35(b)は、インク循環量のばらつき影響の一例を示すグラフであり、各吐出口の下部(圧力室)を流れるインク循環流量と各インク循環流量での一定時間休止後1発目の液滴の吐出速度の関係の1例を示している。循環流量が7000pl/s程度以上では、定常時の吐出速度の9割以上の吐出速度で1発目から吐出することができるのに対して、それ以下の流量では1発目の吐出速度が9割未満となってしまうことが分かる。このように吐出速度が減少すると着弾時のずれとなり画質の悪化が生じる。また、循環流量を大きくするためには図24(c)における第1液体タンク1011と第2液体タンク1012の圧力差を大きくする、もしくはポンプ等で大きな流量を流す必要があり、大がかりなインク供給系が必要となり、吐出口部の圧力制御が困難になる。よって、循環流量は吐出速度が低下しすぎない程度になるべく小さくするとよく、循環流量のばらつきが小さい液体吐出ヘッド3では吐出速度が低下しない程度に循環流量を小さくし易くなる。 Figure 35 (b) is a graph showing an example of the effect of variation in the amount of circulating ink, showing an example of the relationship between the ink circulation flow rate flowing through the lower part (pressure chamber) of each ejection port and the ejection speed of the first droplet after a certain period of rest at each ink circulation flow rate. It can be seen that when the circulation flow rate is about 7000 pl/s or more, the first droplet can be ejected at an ejection speed of more than 90% of the steady-state ejection speed, whereas at a flow rate below that, the ejection speed of the first droplet becomes less than 90%. When the ejection speed decreases in this way, the landing time is shifted, resulting in deterioration of image quality. In addition, in order to increase the circulation flow rate, it is necessary to increase the pressure difference between the first liquid tank 1011 and the second liquid tank 1012 in Figure 24 (c) or to flow a large flow rate using a pump or the like, which requires a large ink supply system and makes it difficult to control the pressure of the ejection port. Therefore, it is better to make the circulation flow rate as small as possible so that the ejection speed does not decrease too much, and in a liquid ejection head 3 with small variations in the circulation flow rate, it is easier to reduce the circulation flow rate to a level where the ejection speed does not decrease.
このように、本発明は吐出口が高密度に配置された液体吐出ヘッドにおいても流路抵抗ばらつきを低減できるため、インク循環流を発生させる差圧を安定化することが可能となり、循環流量のばらつきを低減することが可能となる。その結果、各吐出口の休止の有無、長短に関わらず吐出特性を均一にすることができ、より高精細で高品位な画像形成が可能となる。 In this way, the present invention can reduce the variation in flow path resistance even in liquid ejection heads with high density ejection ports, making it possible to stabilize the pressure difference that generates the ink circulation flow and reduce the variation in the circulation flow rate. As a result, ejection characteristics can be made uniform regardless of whether or not each ejection port is paused, and regardless of how long it is paused, making it possible to form images with higher resolution and quality.
(素子基板外形と蓋部材外形の関係)
図36は、素子基板2010と蓋部材517(20)の外形の関係を示した図であり、図36(a)は、ウエハ状態で素子基板2010上に蓋部材517を形成した状態を示す。液体供給開口2133と液体回収開口2143は省略している。最終的に1つの記録素子基板10になる単位で蓋部材517が分割される。図36(b)は、図36(a)の一部を拡大して示した図である。ウエハ状態の素子基板2010を分割する際には、蓋部材517の無い領域で分割するとよい。蓋部材517の無い領域で分割することで、記録素子基板2010を分割する際に蓋部材517の形状悪化、および剥がれを抑制することができる。つまり、切断して分割する記録素子基板の外形サイズよりも蓋部材の外形サイズを小さくすることで、ウエハ状態の素子基板上に蓋部材を作製することを可能にし、切断時の蓋部材517の形状悪化、および剥がれを抑制することができる。
(Relationship between Outer Shape of Element Substrate and Outer Shape of Lid Member)
FIG. 36 is a diagram showing the relationship between the outer shapes of the element substrate 2010 and the lid member 517 (20), and FIG. 36(a) shows the state in which the lid member 517 is formed on the element substrate 2010 in a wafer state. The liquid supply opening 2133 and the liquid recovery opening 2143 are omitted. The lid member 517 is divided into units that will eventually become one recording element substrate 10. FIG. 36(b) is a diagram showing an enlarged portion of FIG. 36(a). When dividing the element substrate 2010 in a wafer state, it is preferable to divide it in an area where the lid member 517 is not present. By dividing it in an area where the lid member 517 is not present, it is possible to suppress the shape deterioration and peeling of the lid member 517 when dividing the recording element substrate 2010. In other words, by making the outer size of the lid member smaller than the outer size of the recording element substrate to be divided by cutting, it is possible to form the lid member on the element substrate in a wafer state, and it is possible to suppress the shape deterioration and peeling of the lid member 517 during cutting.
素子基板2010の分割には、例えば各種エッチングやダイシングが用いられる。エッチングで分割する際は蓋部材517の無い領域を分割する必要がある。またブレードダイシングで分割する際に、分割する領域に蓋部材517があると、蓋部材517の形状悪化や剥がれ、およびブレードの劣化を引き起こすことがある。また、レーザダイシングで分割する際は、エッチングの時と同様に蓋部材517の無い領域を分割する必要がある。 For example, various etching and dicing methods are used to divide the element substrate 2010. When dividing by etching, it is necessary to divide the area where there is no lid member 517. When dividing by blade dicing, if there is a lid member 517 in the area to be divided, this may cause the shape of the lid member 517 to deteriorate or peel off, and may cause deterioration of the blade. When dividing by laser dicing, it is necessary to divide the area where there is no lid member 517, just as in the case of etching.
図36(c)は、分割後の1つの記録素子基板10と蓋部材20とを示している。図36(a)、(b)のように蓋部材20の無い領域で記録素子基板2010を分割するには図36(c)のように記録素子基板10の外形と蓋部材20の外形の関係は、記録素子基板10の外形の内側に蓋部材20が収まっているとよい。 Figure 36(c) shows one recording element substrate 10 and lid member 20 after division. To divide the recording element substrate 2010 in an area without the lid member 20 as in Figures 36(a) and (b), the relationship between the outer shape of the recording element substrate 10 and the outer shape of the lid member 20 should be such that the lid member 20 fits inside the outer shape of the recording element substrate 10 as in Figure 36(c).
このように、本実施形態では記録素子基板の外形よりも蓋部材の外形が内側にあることで、ウエハ状の記録素子基板に蓋部材を形成した後の切断を可能にし、蓋部材の形状悪化や剥がれを抑制することができる。つまり、ウエハ状の記録素子基板に蓋部材を形成する場合には、記録素子基板の外形よりも蓋部材の外形を小さく作ることが必須となる。なお、外形からはみ出すことなく、少なくとも部分的に内側にあることでも抑制することができる。 In this way, in this embodiment, the outer shape of the lid member is on the inside of the outer shape of the recording element substrate, which makes it possible to cut the lid member after it has been formed on the wafer-shaped recording element substrate, and prevents the lid member from deforming or peeling off. In other words, when forming a lid member on a wafer-shaped recording element substrate, it is essential to make the outer shape of the lid member smaller than the outer shape of the recording element substrate. This can also be prevented by having the lid member be at least partially on the inside without protruding from the outer shape.
(インク循環流量および圧力のばらつきの抑制構造(1))
さらに本実施形態においては、各圧力室23におけるインク循環流量および圧力のばらつきを抑制するために、以下のような構造を備えている。すなわち、図25および図26のように、1つの液体供給路18に対して複数の液体供給開口2133が連通し、同様に、1つの液体回収路19に対して複数の液体回収開口2143が連通している。これらの液体供給開口2133と液体回収開口2143は、各圧力室23におけるインク循環流量、および圧力のばらつきが、インクの吐出特性に大きな影響を与えない範囲に収まるように、配備されている。具体的には、吐出口列14において吐出口13が配列される第1の方向において、液体供給開口2133と液体回収開口2143とが交互に位置するように配備されている。これにより、第1の方向における液体供給開口2133と液体回収開口2143との間隔をより狭くすることができる。したがって、液体供給路18と液体回収路19の流路幅が比較的狭い場合でも、各圧力室23におけるインク循環流量および圧力のばらつきを抑制することが可能となる。
(Structure for suppressing variations in ink circulation flow rate and pressure (1))
Furthermore, in this embodiment, in order to suppress variations in the ink circulation flow rate and pressure in each pressure chamber 23, the following structure is provided. That is, as shown in Figs. 25 and 26, a plurality of liquid supply openings 2133 communicate with one liquid supply path 18, and similarly, a plurality of liquid recovery openings 2143 communicate with one liquid recovery path 19. These liquid supply openings 2133 and liquid recovery openings 2143 are arranged so that the variations in the ink circulation flow rate and pressure in each pressure chamber 23 do not significantly affect the ink ejection characteristics. Specifically, the liquid supply openings 2133 and the liquid recovery openings 2143 are arranged so as to be alternately positioned in the first direction in which the ejection ports 13 are arranged in the ejection port array 14. This makes it possible to further narrow the distance between the liquid supply openings 2133 and the liquid recovery openings 2143 in the first direction. Therefore, even if the flow path width of the liquid supply path 18 and the liquid recovery path 19 is relatively narrow, it is possible to suppress variations in the ink circulation flow rate and pressure in each pressure chamber 23.
(インク循環流量および圧力のばらつきの抑制構造(2))
さらに本実施形態においては、各圧力室23におけるインク循環流量、および圧力のばらつきを抑制するために、以下のような構造を備えている。すなわち図25および図26のように、共通供給路2134は、吐出口13の配列方向と交差する第2の方向に延在していて、第2の方向に配列される複数の液体供給開口2133と連通している。同様に、共通回収路2144は、第2の方向に延在していて、第2の方向に配列される複数の液体回収開口2143と連通している。さらに、複数の共通供給路2134は、個別供給口2135を介して、1つの共通供給流路211にまとめて連通されている。同様に、複数の共通回収路2144は、個別回収口2145を介して、1つの共通回収流路212にまとめて連通されている。
(Structure for suppressing variations in ink circulation flow rate and pressure (2))
Furthermore, in this embodiment, in order to suppress variations in the ink circulation flow rate and pressure in each pressure chamber 23, the following structure is provided. That is, as shown in Fig. 25 and Fig. 26, the common supply path 2134 extends in a second direction intersecting the arrangement direction of the ejection ports 13, and communicates with a plurality of liquid supply openings 2133 arranged in the second direction. Similarly, the common recovery path 2144 extends in the second direction, and communicates with a plurality of liquid recovery openings 2143 arranged in the second direction. Furthermore, the plurality of common supply paths 2134 are collectively connected to one common supply flow path 211 via the individual supply ports 2135. Similarly, the plurality of common recovery paths 2144 are collectively connected to one common recovery flow path 212 via the individual recovery ports 2145.
このように、6層構造によってインク流路を形成することにより、高密度に配列された複数の吐出口列14に合わせて狭いピッチで形成された複数の液体供給路18は、複数の液体供給開口2133を介して、最終的に1つの共通供給流路211にまとめられる。同様に、高密度に配列された複数の吐出口列14に合わせて狭いピッチで形成された複数の液体回収路19は、複数の液体回収開口2143を介して、最終的に1つの共通回収流路212にまとめられる。したがって、液体供給路18および液体回収路19の流路幅を広げることなく、複数の吐出口列14を高密度に配列することができる。また、このように高密度に配列された複数の吐出口列14の各吐出口13に対応する各圧力室23において、インク循環流量および圧力のばらつきを抑制することができる。また、高密度に配置された吐出口13に対して、圧力室23におけるインク循環流量および圧力のばらつきを抑制しつつ、不図示のインクタンクからのインクの供給、およびインクタンクへのインクの流出を簡便に実現することができる。これにより、液体吐出ヘッド、および、それを備えた記録装置のみにならず、種々の液体吐出ヘッド、および、それを備えた液体吐出装置のシステム全体をコンパクトに構成することができる。 In this way, by forming the ink flow path with a six-layer structure, the multiple liquid supply paths 18 formed at a narrow pitch to match the multiple nozzle rows 14 arranged at high density are finally combined into one common supply flow path 211 through the multiple liquid supply openings 2133. Similarly, the multiple liquid recovery paths 19 formed at a narrow pitch to match the multiple nozzle rows 14 arranged at high density are finally combined into one common recovery flow path 212 through the multiple liquid recovery openings 2143. Therefore, the multiple nozzle rows 14 can be arranged at high density without widening the flow path width of the liquid supply path 18 and the liquid recovery path 19. In addition, in each pressure chamber 23 corresponding to each nozzle 13 of the multiple nozzle rows 14 arranged at high density in this way, the ink circulation flow rate and pressure variations can be suppressed. In addition, for the nozzles 13 arranged at high density, the supply of ink from an ink tank (not shown) and the outflow of ink to the ink tank can be easily realized while suppressing the ink circulation flow rate and pressure variations in the pressure chamber 23. This makes it possible to compactly configure not only the liquid ejection head and the recording device equipped with it, but also various liquid ejection heads and the entire system of the liquid ejection device equipped with them.
(インク循環流量および圧力のばらつきの抑制構造(3))
また、各圧力室23におけるインク循環流量、および圧力のばらつきを抑制するために、以下のような構造を備えることが望ましい。すなわち、吐出口列14の両端部に位置する液体供給開口2133および/または液体回収開口2143は、その両端部以外に位置する液体供給開口2133および/または液体回収開口2143よりも形状を小さくする。つまり、吐出口列14の両端部に位置する液体供給開口2133および/または液体回収開口2143の開口は、吐出口列14の両端以外の液体供給開口2133/または液体回収開口2143の開口よりも小さく形成する。吐出口列14の両端部に位置する液体供給開口2133に対しては、その片側だけに吐出口列14の吐出口13が位置する。そのため、吐出口列14の両端部に位置する液体供給開口2133におけるインク流量は、その他の液体供給開口2133におけるインク流量よりも少なくなる。同様に、吐出口列14の両端部に位置する液体回収開口2143に対しては、その片側だけに吐出口列14の吐出口13が位置する。そのため、吐出口列14の両端部に位置する液体回収開口2143におけるインク流量は、その他の液体回収開口2143におけるインク流量よりも少なくなる。
(Structure for suppressing variations in ink circulation flow rate and pressure (3))
In order to suppress the variation in the ink circulation flow rate and pressure in each pressure chamber 23, it is desirable to provide the following structure. That is, the liquid supply openings 2133 and/or liquid recovery openings 2143 located at both ends of the ejection port array 14 are made smaller in shape than the liquid supply openings 2133 and/or liquid recovery openings 2143 located at other ends. That is, the openings of the liquid supply openings 2133 and/or liquid recovery openings 2143 located at both ends of the ejection port array 14 are formed smaller than the openings of the liquid supply openings 2133/or liquid recovery openings 2143 other than at both ends of the ejection port array 14. The ejection ports 13 of the ejection port array 14 are located on only one side of the liquid supply openings 2133 located at both ends of the ejection port array 14. Therefore, the ink flow rate at the liquid supply openings 2133 located at both ends of the ejection port array 14 is smaller than the ink flow rate at the other liquid supply openings 2133. Similarly, the ejection ports 13 of the ejection port array 14 are located on only one side of the liquid recovery openings 2143 located at both ends of the ejection port array 14. Therefore, the ink flow rate at the liquid recovery openings 2143 located at both ends of the ejection port array 14 is smaller than the ink flow rate at the other liquid recovery openings 2143.
このように、吐出口列14の両端部に位置する液体供給開口2133および/または液体回収開口2143に関しては、それらの形状を小さくして、流路抵抗を大きくする。これにより、それらの液体供給開口2133および/または液体回収開口2143において生じる圧力損失を、他の液体供給開口2133および/または液体回収開口2143において生じる圧力損失に近付けることができる。よって、両端部の液体供給開口2133および/または液体回収開口2143を通して圧力室23に流れるインク流量と、他の液体供給開口2133および/または液体回収開口2143を通して圧力室23に流れるインク流量と、の差を小さくすることができる。この結果、各圧力室23内におけるインク循環流量のばらつきをさらに抑制することができる。 In this way, the shape of the liquid supply openings 2133 and/or liquid recovery openings 2143 located at both ends of the ejection port array 14 is made small to increase the flow path resistance. This makes it possible to make the pressure loss occurring in those liquid supply openings 2133 and/or liquid recovery openings 2143 closer to the pressure loss occurring in the other liquid supply openings 2133 and/or liquid recovery openings 2143. This makes it possible to reduce the difference between the ink flow rate flowing into the pressure chamber 23 through the liquid supply openings 2133 and/or liquid recovery openings 2143 at both ends and the ink flow rate flowing into the pressure chamber 23 through the other liquid supply openings 2133 and/or liquid recovery openings 2143. As a result, the variation in the ink circulation flow rate in each pressure chamber 23 can be further suppressed.
(インク循環流量および圧力のばらつきの抑制構造(4))
図37は、記録素子基板10と、記録素子基板10における液体供給開口と液体回収開口との位置を示した図である。記録素子基板10は、各圧力室23におけるインク循環流量および圧力のばらつきを抑制するために、以下のような構造を備えることが望ましい。すなわち図37(a)のように、吐出口列14の端部と、記録素子基板10端部と、の間の領域aを大きく設定する。領域aは、例えば、記録素子基板10に対して電気信号を送受信するためのパット端子16、および記録素子15の駆動回路などの配置スペースとして利用することができる。また、このような領域aを利用して、図37(b)、(c)の透視図のように、液体回収口2133を配備することが望ましい。すなわち、吐出口列14が延在する第1の方向において、吐出口列14の端部に位置する吐出口13と重なるように液体回収口2133を配備する。これらの図37(b)、(c)においては、液体回収路19の左端部と、液体回収開口2143の左端部と、が同じ位置にある。また、図37(c)において、それらの液体回収路19および液体回収開口2143の左端部は、左端に位置する回収口17bよりも左方向に大きく膨出している。
(Structure for suppressing variations in ink circulation flow rate and pressure (4))
FIG. 37 is a diagram showing the recording element substrate 10 and the positions of the liquid supply opening and the liquid recovery opening in the recording element substrate 10. In order to suppress the variation in the ink circulation flow rate and pressure in each pressure chamber 23, it is desirable for the recording element substrate 10 to have the following structure. That is, as shown in FIG. 37(a), the area a between the end of the ejection port array 14 and the end of the recording element substrate 10 is set large. The area a can be used, for example, as an arrangement space for the pad terminal 16 for transmitting and receiving an electric signal to the recording element substrate 10, and the drive circuit of the recording element 15. It is also desirable to use such area a to provide a liquid recovery port 2133 as shown in the perspective views of FIG. 37(b) and (c). That is, the liquid recovery port 2133 is provided so as to overlap the ejection port 13 located at the end of the ejection port array 14 in the first direction in which the ejection port array 14 extends. 37(b) and (c), the left end of liquid recovery path 19 is in the same position as the left end of liquid recovery opening 2143. Also, in Fig. 37(c), the left ends of liquid recovery path 19 and liquid recovery opening 2143 bulge out more to the left than recovery port 17b located at the left end.
図37(b)、(c)において、吐出口列14の端部に位置する圧力室23を通るインクは、まず矢印A1のように、液体供給開口2133から液体供給路18および供給口17aに入る。その後、矢印A2のように、吐出口列14の端部に位置する圧力室23、回収口17b、および液体回収路19を通った後、液体回収開口2143から流出する。図37(d)は、第1の方向において、吐出口列14の端部に位置する吐出口13と重ならないように、液体回収開口2143を配備した場合の比較例である。図37(d)において、吐出口列14の端部に位置する圧力室23を通るインクは、まず、矢印A1のように、液体供給開口2133から液体供給路18および供給口17aに入る。その後、矢印A2のように、吐出口列14の端部に位置する圧力室23および回収口17bを通ってから、矢印A3のように液体回収路19を通って液体回収開口2143から流出する。 37(b) and (c), ink passing through the pressure chamber 23 located at the end of the ejection port array 14 first enters the liquid supply path 18 and the supply port 17a from the liquid supply opening 2133 as indicated by the arrow A1. Then, as indicated by the arrow A2, the ink passes through the pressure chamber 23 located at the end of the ejection port array 14, the recovery port 17b, and the liquid recovery path 19, and then flows out of the liquid recovery opening 2143. FIG. 37(d) is a comparative example in which the liquid recovery opening 2143 is arranged so as not to overlap with the ejection port 13 located at the end of the ejection port array 14 in the first direction. In FIG. 37(d), ink passing through the pressure chamber 23 located at the end of the ejection port array 14 first enters the liquid supply path 18 and the supply port 17a from the liquid supply opening 2133 as indicated by the arrow A1. Then, as indicated by arrow A2, the liquid passes through the pressure chamber 23 and recovery port 17b located at the end of the ejection port row 14, and then flows out of the liquid recovery opening 2143 through the liquid recovery path 19 as indicated by arrow A3.
図37(b)、(c)においては、図37(d)の構成と比較して、第1の方向の端部に位置する液体供給開口2133から、圧力室23を通って液体回収開口2143から流出するまでのインク流路の長さを短くすることができる。つまり、吐出口列14の端部近傍の液体供給路18および液体回収路19内において生じる最大圧力損失を小さくして、各圧力室23内におけるインク循環流量のばらつきを抑制することができる。なお、第1の方向の端部に、液体回収開口2143ではなく液体供給開口2133が位置する場合には、同様に、第1の方向において、吐出口列14の端部に位置する吐出口13と重なるように液体供給開口2133を配備すればよい。 37(b) and (c), the length of the ink flow path from the liquid supply opening 2133 located at the end in the first direction through the pressure chamber 23 to the liquid recovery opening 2143 can be shortened compared to the configuration of FIG. 37(d). In other words, the maximum pressure loss occurring in the liquid supply path 18 and the liquid recovery path 19 near the end of the ejection port array 14 can be reduced, suppressing the variation in the ink circulation flow rate in each pressure chamber 23. Note that when the liquid supply opening 2133 is located at the end in the first direction instead of the liquid recovery opening 2143, the liquid supply opening 2133 can be arranged so as to overlap with the ejection port 13 located at the end of the ejection port array 14 in the first direction.
(温度分布の抑制構造)
本実施形態においては、液体吐出ヘッド3内の温度分布を抑制するために、以下のような構造を備えている。すなわち、図25および図26のように、吐出口列14の両端部のいずれにも液体回収開口2143が位置している。本例のように、各圧力室23を通してインクを強制的に循環させた場合、通常は、記録素子15等から発せられた熱がインクによって回収されるため、各圧力室23よりもインク流出側の流路内におけるインクの温度が高くなる。また、吐出口13からのインク中の水分の蒸発による影響を抑制するために充分なインク循環流量を確保したとしても、そのインク循環流量よりも、多数の吐出口13からインクを同時に吐出した際の吐出量の方が多くなる場合がある。このような場合には、共通回収流路212からも圧力室23内にインクが供給される。すなわち、共通回収流路212から、個別回収口2145、共通回収路2144、液体回収開口2143、液体回収路19、および回収口17bを通って、圧力室23内にインクが供給される。そのため、多数の吐出口13からインクを同時に吐出する際に、液体回収開口2143内の高温のインクが圧力室23内に供給されることがある。このような場合には、液体供給開口2133近辺よりも液体回収開口2143近辺のインクの温度が高くなり、液体供給開口2133近辺の吐出口13と、液体回収開口2143近辺の吐出口13と、の間において、インクの吐出速度の差が生じるおそれがある。また、吐出口列14の両端部の一端側に液体供給開口2133が位置し、その他端側に液体回収開口2143が位置した場合には、吐出口列14全体では、その配列方向において熱分布の傾きが生じて、液体吐出ヘッド全体としての熱分布幅が大きる。その結果、各吐出口13におけるインクの吐出特性にばらつきが生じるおそれがある。
(Temperature distribution suppression structure)
In this embodiment, the following structure is provided in order to suppress the temperature distribution in the liquid ejection head 3. That is, as shown in FIG. 25 and FIG. 26, the liquid recovery openings 2143 are located at both ends of the ejection port array 14. When ink is forcibly circulated through each pressure chamber 23 as in this example, the heat generated from the recording element 15 and the like is usually recovered by the ink, so that the temperature of the ink in the flow path on the ink outflow side becomes higher than that of each pressure chamber 23. Even if a sufficient ink circulation flow rate is secured to suppress the influence of the evaporation of moisture in the ink from the ejection port 13, the ejection amount when ink is ejected simultaneously from a large number of ejection ports 13 may be greater than the ink circulation flow rate. In such a case, ink is also supplied into the pressure chamber 23 from the common recovery flow path 212. That is, ink is supplied into the pressure chamber 23 from the common recovery flow path 212 through the individual recovery port 2145, the common recovery path 2144, the liquid recovery opening 2143, the liquid recovery path 19, and the recovery port 17b. Therefore, when ink is ejected simultaneously from a large number of ejection ports 13, high-temperature ink in the liquid recovery opening 2143 may be supplied to the pressure chamber 23. In such a case, the temperature of the ink in the vicinity of the liquid recovery opening 2143 becomes higher than that in the vicinity of the liquid supply opening 2133, and there is a risk of a difference in the ink ejection speed between the ejection ports 13 in the vicinity of the liquid supply opening 2133 and the ejection ports 13 in the vicinity of the liquid recovery opening 2143. In addition, when the liquid supply opening 2133 is located on one end side of both ends of the ejection port array 14 and the liquid recovery opening 2143 is located on the other end side, a gradient in the heat distribution occurs in the arrangement direction of the ejection port array 14 as a whole, and the heat distribution width of the entire liquid ejection head becomes large. As a result, there is a risk of variation in the ink ejection characteristics of each ejection port 13.
本実施形態においては、吐出口列14の両端部のそれぞれに液体回収開口2143が配備するため、このような熱分布の傾きを抑制して、インクの吐出特性のばらつきを抑えることができる。なお、吐出口列14の両端部のそれぞれに液体供給開口2133を配備した場合も同様の効果がある。しかし、本実施形態のように、吐出口列14の両端部のそれぞれに液体回収開口2143を配備することが望ましい。 In this embodiment, a liquid recovery opening 2143 is provided at each end of the ejection port array 14, which suppresses the inclination of the heat distribution and reduces the variation in the ink ejection characteristics. The same effect can be achieved by providing a liquid supply opening 2133 at each end of the ejection port array 14. However, it is preferable to provide a liquid recovery opening 2143 at each end of the ejection port array 14, as in this embodiment.
すなわち記録素子基板10においては、前述したように、吐出口列14の両端部と記録素子基板10の端部との間に、吐出口13が配備されない領域aが大きく設定されており、この領域aから、インク吐出時に発生する熱が放熱される。そのため、多数の吐出口13がインクを吐出した場合には、吐出口列14の両端部の温度は、他の部分よりも温度が低くなる傾向となる。吐出口列14の両端部のそれぞれに液体回収開口2143を配備することにより、このような場合において温度の高いインクを吐出口列14の両端部に供給することができる。したがって、吐出口列14の両端部の温度をより高くして、他の部分との温度差を小さくすることができる。この結果、液体吐出ヘッド全体としての熱分布幅を小さくして、インクの吐出特性のばらつきを抑えることができる。 That is, as described above, in the recording element substrate 10, between both ends of the ejection port array 14 and the ends of the recording element substrate 10, a large area a where the ejection ports 13 are not arranged is set, and heat generated during ink ejection is dissipated from this area a. Therefore, when a large number of ejection ports 13 eject ink, the temperature at both ends of the ejection port array 14 tends to be lower than the temperature in other parts. By providing liquid recovery openings 2143 at both ends of the ejection port array 14, high-temperature ink can be supplied to both ends of the ejection port array 14 in such a case. Therefore, the temperature at both ends of the ejection port array 14 can be made higher, and the temperature difference with other parts can be reduced. As a result, the heat distribution width of the entire liquid ejection head can be reduced, and the variation in the ejection characteristics of the ink can be suppressed.
このように、ウエハ状態の素子基板上に蓋部材を作製して、その後、素子基板を切断することでチップ化した記録素子基板を作製する。これによって、圧力室における圧力ばらつきが生じるのを抑制することができる液体吐出ヘッドおよび液体吐出装置を実現することができた。 In this way, a lid member is fabricated on the element substrate in a wafer state, and then the element substrate is cut to fabricate chipped recording element substrates. This makes it possible to realize a liquid ejection head and liquid ejection device that can suppress pressure variations in the pressure chambers.
(第2の実施形態)
以下、図面を参照して本発明の第2の実施形態を説明する。なお、本実施形態の基本的な構成は第1の実施形態と同様であるため、以下では特徴的な構成についてのみ説明する。
Second Embodiment
A second embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. Note that since the basic configuration of this embodiment is similar to that of the first embodiment, only the characteristic configuration will be described below.
図38および図39は、本実施形態における液体吐出ユニット300を示した図であり、前述した実施形態と同様の部分については同一符号を付して説明を省略する。図38は、液体吐出ユニット300の分解斜視図であり、図39は、液体吐出ユニット300の分解平面図である。本実施形態では、吐出口列14の一端側の位置において、液体供給路18と液体供給開口2133が連通し、かつ液体回収路19と液体回収開口2143とが連通している。同様、吐出口列14の他端側に位置においても、液体供給路18と液体供給開口2133とが連通し、かつ液体回収路19と液体回収開口2143とが連通している。吐出口列14の両端部に液体供給開口2133と液体回収開口2143とを配置することにより、第1の適用例よりも、吐出口列14が延在する第1の方向におけるインク循環流量のばらつき、および各圧力室23内の圧力のばらつきを抑制することができる。さらに、共通供給路2134と共通回収路2144とは、それぞれ2つずつ配備するだけでよい。 Figures 38 and 39 show a liquid ejection unit 300 in this embodiment, and parts similar to those in the previously described embodiment are given the same reference numerals and will not be described. Figure 38 is an exploded perspective view of the liquid ejection unit 300, and Figure 39 is an exploded plan view of the liquid ejection unit 300. In this embodiment, at one end of the ejection port array 14, the liquid supply path 18 communicates with the liquid supply opening 2133, and the liquid recovery path 19 communicates with the liquid recovery opening 2143. Similarly, at the other end of the ejection port array 14, the liquid supply path 18 communicates with the liquid supply opening 2133, and the liquid recovery path 19 communicates with the liquid recovery opening 2143. By arranging the liquid supply opening 2133 and the liquid recovery opening 2143 at both ends of the ejection port array 14, it is possible to suppress the variation in the ink circulation flow rate in the first direction in which the ejection port array 14 extends, and the variation in the pressure in each pressure chamber 23, more than in the first application example. Furthermore, it is only necessary to provide two each of the common supply paths 2134 and common recovery paths 2144.
このように本実施形態では、液体供給開口と液体回収開口の配備数を低減して、インク流路の構造を簡略化することができる。 In this way, in this embodiment, the number of liquid supply openings and liquid recovery openings can be reduced, simplifying the structure of the ink flow path.
(第3の実施形態)
以下、図面を参照して本発明の第3の実施形態を説明する。なお、本実施形態の基本的な構成は第1の実施形態と同様であるため、以下では特徴的な構成についてのみ説明する。
Third Embodiment
Hereinafter, a third embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. Note that since the basic configuration of this embodiment is similar to that of the first embodiment, only the characteristic configuration will be described below.
図40から図42は、本実施形態における液体吐出ユニット600を示した図であり、前述した実施形態と同様の部分については、同一符号を付して説明を省略する。図40は、液体吐出ユニット600の分解斜視図であり、図41は、液体吐出ユニット600の分解平面図である。図42(a)は、本実施形態における記録素子基板610の平面図であり、図42(b)は、吐出口列14の端部の構造を説明するための透視図である。 Figures 40 to 42 show the liquid ejection unit 600 in this embodiment, and parts similar to those in the previously described embodiments are given the same reference numerals and will not be described. Figure 40 is an exploded perspective view of the liquid ejection unit 600, and Figure 41 is an exploded plan view of the liquid ejection unit 600. Figure 42(a) is a plan view of the recording element substrate 610 in this embodiment, and Figure 42(b) is a perspective view for explaining the structure of the end of the ejection port array 14.
本実施形態における記録素子基板610は、その外形が平行四辺形となっており、第1の適用例における図37(a)の記録素子基板10と比べて、吐出口列14の端部と素子基板端部との間の領域aが小さい(図42(a)参照)。本実施形態においては、記録素子基板610と外部との間の電気信号の送受信を行うため接続パッド16および記録素子15などの駆動回路は、図42(a)のように記録素子基板610の長辺側に配置される。なお、外形は平行四辺形に限らず長方形であってもよい。このような記録素子基板610を組み合わせて長尺の液体吐出ヘッド(ラインヘッド)を構成する場合には、それらの記録素子基板10を千鳥状ではなく、図23(d)と図23(e)や図42(a)のように実質的に1列状に配置する。つまり、隣接する素子基板同士が液体吐出ヘッドの長尺方向と短手方向のいずれも部分的に重なり合うように配置する。このような配置により、互いに隣接する記録素子基板10における吐出口列14の端部同士を、図42(a)中の上下方向であるの第2の方向において、容易にオーバーラップさせることができる。 The recording element substrate 610 in this embodiment has a parallelogram shape, and the area a between the end of the ejection port array 14 and the end of the element substrate is smaller than that of the recording element substrate 10 in FIG. 37(a) in the first application example (see FIG. 42(a)). In this embodiment, the connection pads 16 and the driving circuits such as the recording elements 15 for transmitting and receiving electrical signals between the recording element substrate 610 and the outside are arranged on the long side of the recording element substrate 610 as shown in FIG. 42(a). The outer shape is not limited to a parallelogram, but may be rectangular. When such recording element substrates 610 are combined to form a long liquid ejection head (line head), the recording element substrates 10 are arranged substantially in a line as shown in FIG. 23(d), FIG. 23(e) and FIG. 42(a) rather than in a staggered manner. In other words, the adjacent element substrates are arranged so that they partially overlap each other in both the long and short directions of the liquid ejection head. This arrangement makes it easy to make the ends of the ejection port arrays 14 on adjacent recording element substrates 10 overlap in the second direction, which is the up-down direction in FIG. 42(a).
ここで、「実質的に1列状に配置」とは、図42(a)のように吐出口列14において吐出口13が延在する第1の方向と、第1の方向と交差する方向の第2の方向との双方で、互いに隣接する記録素子基板610が部分的に重なり合って配置されることである。 Here, "arranged substantially in a row" means that adjacent recording element substrates 610 are arranged to partially overlap each other in both a first direction in which the ejection ports 13 extend in the ejection port array 14, and in a second direction that intersects with the first direction, as shown in Figure 42(a).
このように、本実施形態においては、記録素子基板610の端部近傍にまで吐出口13が配される。このような形態においては、第1の適用例における図37(b)、(c)のように、記録素子基板610の吐出口列14の端部と重なる位置に液体供給開口2133または液体回収開口2143を配置することは困難である。よって、本実施形態においては、図42(b)のように、吐出口列14の端部よりも中央側にずれた位置に液体供給開口2133または液体回収開口2143が配置される。 In this manner, in this embodiment, the ejection ports 13 are arranged up to the vicinity of the end of the recording element substrate 610. In this form, it is difficult to arrange the liquid supply opening 2133 or the liquid recovery opening 2143 at a position overlapping with the end of the ejection port array 14 of the recording element substrate 610, as in Figures 37(b) and (c) in the first application example. Therefore, in this embodiment, the liquid supply opening 2133 or the liquid recovery opening 2143 is arranged at a position shifted toward the center from the end of the ejection port array 14, as in Figure 42(b).
本実施形態においては、各圧力室23におけるインク循環流量および圧力のばらつきの抑制、さらに記録素子基板610内の温度分布を抑制するために、図40および図41のように、吐出口列14の両端部近傍のそれぞれに液体供給開口2133が配備されている。 In this embodiment, in order to suppress variations in the ink circulation flow rate and pressure in each pressure chamber 23, and further suppress temperature distribution within the recording element substrate 610, liquid supply openings 2133 are provided near both ends of the ejection port array 14, as shown in Figures 40 and 41.
本実施形態のように、吐出口列14の端部近傍に液体供給開口2133が配置される場合、吐出口列14の端部に位置する液体供給路18と液体回収路19との間の差圧は、インク吐出時の方が、初期差圧よるインク循環時よりも大きくなる。一方、第1の適用例のように、吐出口列14の端部に液体回収口2133が配置されている場合、吐出口列14の端部における液体供給路18と液体回収路19との間の差圧は、インク吐出時の方が、初期差圧よるインク循環時よりも小さくなる。液体供給路18と液体回収路19との間の差圧が小さくなるとインク循環流量が少なくなり、吐出口13からのインク中の水分蒸発による影響、つまりインクの吐出速度の低下、およびインクの色材濃度の変化を抑制する効果が小さくなる。そのため、その差圧は大きい方がよい。本実施形態のように、吐出口列14の両端部近傍に液体供給開口2133を配備することにより、インク循環流量のばらつきの影響を低減することができる。 When the liquid supply opening 2133 is disposed near the end of the ejection port array 14 as in this embodiment, the pressure difference between the liquid supply path 18 and the liquid recovery path 19 located at the end of the ejection port array 14 is greater during ink ejection than during ink circulation due to the initial pressure difference. On the other hand, when the liquid recovery port 2133 is disposed at the end of the ejection port array 14 as in the first application example, the pressure difference between the liquid supply path 18 and the liquid recovery path 19 at the end of the ejection port array 14 is smaller during ink ejection than during ink circulation due to the initial pressure difference. When the pressure difference between the liquid supply path 18 and the liquid recovery path 19 becomes smaller, the ink circulation flow rate decreases, and the effect of suppressing the effect of the evaporation of water in the ink from the ejection port 13, that is, the decrease in the ejection speed of the ink, and the change in the colorant concentration of the ink becomes smaller. Therefore, it is better that the pressure difference is larger. By disposing the liquid supply opening 2133 near both ends of the ejection port array 14 as in this embodiment, the effect of the variation in the ink circulation flow rate can be reduced.
液体供給開口2133内の圧力は、インク循環流を生じさせるために液体回収開口2143内の圧力よりも高く設定されており、インクの吐出時には、液体供給開口2133を通して圧力室23内にインクが供給しやすくなる。このようにインクを供給しやすくする液体供給開口2133を吐出口列14の端部近傍に配置することにより、多数の吐出口13からインクを同時に吐出した際に、液体供給路18および液体回収路19において生じる圧力損失を小さくすることができる。 The pressure inside the liquid supply opening 2133 is set higher than the pressure inside the liquid recovery opening 2143 to generate an ink circulation flow, and when ink is ejected, ink is easily supplied into the pressure chamber 23 through the liquid supply opening 2133. By arranging the liquid supply opening 2133, which makes it easier to supply ink, near the end of the ejection port row 14 in this way, it is possible to reduce pressure loss that occurs in the liquid supply path 18 and liquid recovery path 19 when ink is ejected simultaneously from multiple ejection ports 13.
また本実施形態においては、前述したように、吐出口列14の端部と素子基板端部との間の領域aが小さいため、インクの吐出時に発生する熱が領域aから放熱される程度は小さい。領域aが小さいことにより、図42(b)のように、液体供給開口2133から吐出口列14の端部までの間における液体供給路18の部分が長くなり、同様に、液体回収開口2143から吐出口列14の端部までの間における液体回収路19の部分が長くなる。したがって、それらの液体供給路18および液体回収路19の部分を通るインクは、記録素子基板610から熱を受け取りやすくなる。そのため、多数の吐出口13からインクを同時に吐出した際には、吐出口列14の端部の温度は、他の部分よりも高くなる傾向となる。また、インク吐出時に、それぞれのインク流路に生じる圧力損失も大きくなり、吐出口列14の端部では圧力のばらつきが大きくなる。 In addition, in this embodiment, as described above, the area a between the end of the ejection port array 14 and the end of the element substrate is small, so the degree to which heat generated during ink ejection is dissipated from the area a is small. Because the area a is small, as shown in FIG. 42(b), the portion of the liquid supply path 18 between the liquid supply opening 2133 and the end of the ejection port array 14 becomes long, and similarly, the portion of the liquid recovery path 19 between the liquid recovery opening 2143 and the end of the ejection port array 14 becomes long. Therefore, the ink passing through those portions of the liquid supply path 18 and the liquid recovery path 19 is more likely to receive heat from the recording element substrate 610. Therefore, when ink is ejected simultaneously from a large number of ejection ports 13, the temperature at the end of the ejection port array 14 tends to be higher than the other portions. In addition, the pressure loss occurring in each ink flow path during ink ejection also becomes large, and the pressure variation at the end of the ejection port array 14 becomes large.
また、本実施形態においては、前述したように、吐出口列14の両端部のそれぞれに液体供給開口2133を配置している。そのため、吐出口列14の端部近傍の吐出口13に対しては、その近傍に配置されている液体供給開口2133から多くのインクが供給されることとなる。この結果、多数の吐出口13からインクを同時に吐出する際に、液体供給開口2133から供給される高温のインクの量が少なくなり、吐出口列14の端部の昇温を低減することができる。 In addition, in this embodiment, as described above, a liquid supply opening 2133 is arranged at each end of the ejection port array 14. Therefore, a large amount of ink is supplied to the ejection ports 13 near the ends of the ejection port array 14 from the liquid supply openings 2133 arranged in the vicinity. As a result, when ink is ejected simultaneously from a large number of ejection ports 13, the amount of high-temperature ink supplied from the liquid supply openings 2133 is reduced, and the temperature rise at the ends of the ejection port array 14 can be reduced.
具体的に、液体供給開口2133から供給されるインクは、まず、図42(b)中の矢印B1のように、液体供給路18から供給口17aに入る。その後、そのインクは、矢印B2のように、吐出口列14の端部に位置する圧力室23および回収口17bを通ってから、矢印A3のように液体回収路19を通って液体回収開口2143から流出する。 Specifically, ink supplied from the liquid supply opening 2133 first enters the supply port 17a from the liquid supply path 18 as indicated by arrow B1 in FIG. 42(b). The ink then passes through the pressure chamber 23 and recovery port 17b located at the end of the ejection port row 14 as indicated by arrow B2, and then flows through the liquid recovery path 19 as indicated by arrow A3 before flowing out of the liquid recovery opening 2143.
このように本実施形態においては、吐出口列14の両端部のそれぞれに液体供給開口2133を配置することにより、インクの循環流量およびの圧力のばらつきを抑制すると共に、液体吐出ヘッド内の温度分布を小さく抑えることができる。よって、吐出口13からのインク中の水分蒸発によるインクの吐出速度低下、およびインクの色材濃度の変化を抑制し、かつインクの吐出特性のばらつきを抑制して、より高精細で高品位な画像を記録することが可能となる。 In this embodiment, by arranging the liquid supply openings 2133 at both ends of the nozzle row 14, it is possible to suppress variations in the ink circulation flow rate and pressure, and to keep the temperature distribution inside the liquid ejection head small. This suppresses the decrease in ink ejection speed due to evaporation of water in the ink from the nozzles 13, and the change in the ink colorant concentration, and also suppresses variations in the ink ejection characteristics, making it possible to record images with higher resolution and quality.
(液体供給開口と液体回収開口の配置構成)
図43は、全吐出口から吐出した際の記録素子基板610の温度分布を示したグラフである。次に、本実施形態における記録素子基板610全体の温度分布について説明する。記録素子基板610は、50度で温調制御されている状態である。インク循環流の流量よりも吐出による流量の方が大きいため、液体回収開口2143におけるインクの流れの向きは吐出口に向けた流れとなっている。また、液体供給開口2133と液体回収開口2143の流量は液体供給開口2133の方が多い傾向となっている。図43(a)は、比較例として、1つの吐出口列14に対して液体供給開口2133と液体回収開口2143がそれぞれ1つ配置されている場合の温度分布である。液体供給路18や液体回収路19を流れるインクが記録素子基板610から熱を受け取り中央部の温度が高くなっている。また、液体供給開口2133と液体回収開口2143の温度を比較すると、液体供給開口2133の方が流量が大きいため、液体供給開口2133の温度が低くなっている。なお、液体回収開口2143が逆流しない場合においても、一度記録素子基板610を流れて熱を受け取ったインクが液体回収開口2143を流れるため、液体供給開口2133の温度が低くなる傾向である。図43(b)は、本実施形態における1つの吐出口列に対して液体供給開口2133と液体回収開口2143とがそれぞれ複数個交互に配置されている場合の温度分布である。液体供給開口2133と液体回収開口2143との距離が短いため、液体供給路18と液体回収路19を流れる長さが短くなるため、その間での昇温が小さくなり、特に液体回収開口2143と同じような温度となっている。さらに、液体供給開口2133と液体回収開口2143とが交互に並んでいるため、液体供給路18と液体回収路19を流れる最大長さが短くなるため、昇温が小さくなっている。
(Arrangement of Liquid Supply Opening and Liquid Recovery Opening)
FIG. 43 is a graph showing the temperature distribution of the recording element substrate 610 when ejection is performed from all ejection ports. Next, the temperature distribution of the entire recording element substrate 610 in this embodiment will be described. The recording element substrate 610 is in a state where the temperature is controlled at 50 degrees. Since the flow rate due to ejection is greater than the flow rate of the ink circulation flow, the direction of the ink flow at the liquid recovery opening 2143 is toward the ejection port. In addition, the flow rate of the liquid supply opening 2133 and the liquid recovery opening 2143 tends to be greater for the liquid supply opening 2133. FIG. 43(a) shows a temperature distribution in a comparative example in which one liquid supply opening 2133 and one liquid recovery opening 2143 are arranged for one ejection port row 14. The ink flowing through the liquid supply path 18 and the liquid recovery path 19 receives heat from the recording element substrate 610, and the temperature of the central portion is high. In addition, when the temperatures of the liquid supply opening 2133 and the liquid recovery opening 2143 are compared, the liquid supply opening 2133 has a larger flow rate, and therefore the temperature of the liquid supply opening 2133 is lower. Even when the liquid recovery opening 2143 does not flow backward, the ink that has once flowed through the recording element substrate 610 and received heat flows through the liquid recovery opening 2143, so the temperature of the liquid supply opening 2133 tends to be lower. Fig. 43B shows the temperature distribution when a plurality of liquid supply openings 2133 and liquid recovery openings 2143 are alternately arranged for one ejection port row in this embodiment. Since the distance between the liquid supply opening 2133 and the liquid recovery opening 2143 is short, the length of flow through the liquid supply path 18 and the liquid recovery path 19 is short, so the temperature rise between them is small, and in particular the temperature is similar to that of the liquid recovery opening 2143. Furthermore, since the liquid supply opening 2133 and the liquid recovery opening 2143 are alternately arranged, the maximum length of flow through the liquid supply path 18 and the liquid recovery path 19 is short, so the temperature rise is small.
このように、本実施形態においては、1つの吐出口列に対して液体供給開口2133と液体回収開口2143とがそれぞれ複数個交互に配置されていることにより、比較例である図43(a)と比べて記録素子基板610内での温度差を小さくすることができる。よって、吐出特性のばらつきを抑制することができるため、より高精細で高品位な画像形成が可能となる。尚、本実施形の効果は、液体供給開口2133と液体回収開口2143のいずれか一方が少なくとも2つ以上あれば効果を得られる。 In this manner, in this embodiment, by arranging multiple liquid supply openings 2133 and multiple liquid recovery openings 2143 alternately for one ejection port row, the temperature difference within the recording element substrate 610 can be reduced compared to the comparative example shown in FIG. 43(a). This makes it possible to suppress variations in ejection characteristics, enabling the formation of images with higher resolution and quality. The effect of this embodiment can be obtained if there are at least two of either the liquid supply openings 2133 or the liquid recovery openings 2143.
図44(a)は、記録素子基板610の平行四辺形に合わせて複数の吐出口列14に対する液体供給開口2133と液体回収開口2143とが互いにずれて配置されている場合のそれぞれの吐出口列14での温度分布を示したグラフである。吐出口列の位置による各吐出口列自体の温度絶対値の違いはあるが、液体供給開口2133と液体回収開口2143のずれに合わせて温度が高い位置と低い位置がずれていることが分かる。図44(b)は、図44(a)の温度分布を吐出口列14の列方向に平均したグラフである。各吐出口列における温度が高い位置と低い位置がずれているため、平均化すると記録素子基板610内の温度差は、図44(a)の全ての吐出口列を考えた際の温度差よりも小さくなっている。よって、記録物の走査方向(液体吐出ヘッドと記録物の相対的な走査方向)が吐出口列14の列方向の向きと垂直方向だとすると、記録物に対する温度差による吐出特性のばらつきの影響を平均化することができる。 Figure 44(a) is a graph showing the temperature distribution in each ejection port array 14 when the liquid supply opening 2133 and the liquid recovery opening 2143 for the multiple ejection port arrays 14 are arranged in a shifted manner to match the parallelogram of the recording element substrate 610. Although the absolute temperature value of each ejection port array itself differs depending on the position of the ejection port array, it can be seen that the high temperature position and the low temperature position are shifted according to the shift of the liquid supply opening 2133 and the liquid recovery opening 2143. Figure 44(b) is a graph averaging the temperature distribution in Figure 44(a) in the row direction of the ejection port array 14. Since the high temperature position and the low temperature position in each ejection port array are shifted, when averaged, the temperature difference in the recording element substrate 610 is smaller than the temperature difference when all the ejection port arrays in Figure 44(a) are considered. Therefore, if the scanning direction of the recorded material (the relative scanning direction between the liquid ejection head and the recorded material) is perpendicular to the row direction of the ejection port array 14, the effect of the variation in the ejection characteristics due to the temperature difference on the recorded material can be averaged.
このように、液体供給開口2133と液体回収開口2143とが互いにずれて配置されていることにより、液体供給開口2133と液体回収開口2143の配置起因の温度差を平均化することができる。よって、吐出特性のばらつきを抑制することができるため、より高精細で高品位な画像形成が可能となる。 In this way, by arranging the liquid supply opening 2133 and the liquid recovery opening 2143 in an offset manner, the temperature difference caused by the arrangement of the liquid supply opening 2133 and the liquid recovery opening 2143 can be averaged. This makes it possible to suppress the variation in the ejection characteristics, thereby enabling the formation of images with higher resolution and quality.
(液体供給開口と液体回収開口の形状の変形例)
図45は、液体供給開口2133または液体供給開口2143の形状に関する変形例を示した図である。図45(a)は蓋部材620および記録素子基板610を吐出口とは反対の面から見た図である。図45(b)は、図45(a)の液体供給開口2133の詳細を示す図であり、記録素子基板10上の液体供給路18も合わせて示している。図45(c)は、蓋部材620に第4流路層224を備える支持部材30または第1流路部材50を接合した様子を示す。図45(b)に示すように、液体供給開口2133は、記録素子基板610の外形に合わせて平行四辺形の形状をしている。このように平行四辺形することで、図45(c)の蓋部材620と第4流路層224との接合面の幅W5や、液体供給開口2133の液体が流れる方向に直行した断面積をより大きくとることができる。つまり、蓋部材620と第4流路層224を接合する際の接着剤等のはみ出しを考慮すると液体供給開口2133と共通供給路2134との外形の最小間隔W6を大きくとることが望ましい。液体供給開口2133を平行四辺形とすることで、液体供給開口2133の断面積および幅W5および間隔W6をより大きくすることができる。リソグラフィ加工をすることで、本形状のような微細かつ複雑な形状も加工可能であり、液体供給開口2133や液体回収開口2143の断面積と、蓋部材620と支持部材30や第1流路部材50との接合面を大きくしやすくなる。
(Modifications of the Shapes of the Liquid Supply Opening and the Liquid Recovery Opening)
FIG. 45 is a diagram showing a modified example of the shape of the liquid supply opening 2133 or the liquid supply opening 2143. FIG. 45(a) is a diagram showing the cover member 620 and the recording element substrate 610 from the side opposite to the ejection port. FIG. 45(b) is a diagram showing the details of the liquid supply opening 2133 in FIG. 45(a), and also shows the liquid supply path 18 on the recording element substrate 10. FIG. 45(c) shows a state in which the support member 30 or the first flow path member 50 having the fourth flow path layer 224 is joined to the cover member 620. As shown in FIG. 45(b), the liquid supply opening 2133 has a parallelogram shape in accordance with the outer shape of the recording element substrate 610. By forming it into a parallelogram shape in this way, the width W5 of the joining surface between the cover member 620 and the fourth flow path layer 224 in FIG. 45(c) and the cross-sectional area perpendicular to the liquid flow direction of the liquid supply opening 2133 can be made larger. In other words, in consideration of the overflow of adhesive or the like when bonding the cover member 620 and the fourth flow path layer 224, it is desirable to increase the minimum distance W6 between the outer shape of the liquid supply opening 2133 and the common supply path 2134. By forming the liquid supply opening 2133 into a parallelogram, the cross-sectional area, width W5, and distance W6 of the liquid supply opening 2133 can be increased. By using lithography processing, it is possible to process fine and complex shapes such as this shape, and it is easy to increase the cross-sectional areas of the liquid supply opening 2133 and the liquid recovery opening 2143, and the bonding surfaces between the cover member 620 and the support member 30 or the first flow path member 50.
(蓋部材の線膨張係数)
複数の記録素子基板が配列される液体吐出ヘッドでは、記録素子基板毎に蓋部材620が分かれていることにより、素記録子基板配置精度の悪化を抑制することができる。つまり、図23(d)や図24(e)に示すような液体吐出ヘッドにおいて、特許文献1のように、複数の記録素子基板に対して、長尺方向に一体化した蓋部材を用いた場合は、温度変化に対して蓋部材の線膨張係数が影響して記録素子基板の配置精度が悪化することがある。これに対して本実施形態のように記録素子基板毎に蓋部材620が分かれていることで、液体吐出ヘッドの長尺方向の温度変化による記録素子基板の配置精度の悪化は、蓋部材の線膨張係数ではなく、記録素子基板を支持する部材の線膨張係数に依るところが大きい。蓋部材620に樹脂フィルムを用いる際は一般に線膨張係数が30ppm程度である。これに対して、例えば複数の記録素子基板610を支持する部材にアルミナを用いた際は7ppm程度、線膨張係数を低減するフィラーを充填した樹脂材を用いる際は20ppm程度にすることができる。つまり、記録素子基板毎に蓋部材620を分け、複数の記録素子基板610を一体的に支持する部材の線膨張係数を小さくすることで、記録素子基板配置精度を向上させることができる。
(Linear expansion coefficient of cover member)
In a liquid ejection head in which a plurality of recording element substrates are arranged, the cover member 620 is separated for each recording element substrate, so that the deterioration of the arrangement accuracy of the recording element substrate can be suppressed. That is, in a liquid ejection head as shown in FIG. 23(d) or FIG. 24(e), when a cover member integrated in the longitudinal direction is used for a plurality of recording element substrates as in Patent Document 1, the linear expansion coefficient of the cover member may affect the arrangement accuracy of the recording element substrate due to temperature changes, and the arrangement accuracy of the recording element substrate may deteriorate. In contrast, since the cover member 620 is separated for each recording element substrate as in this embodiment, the deterioration of the arrangement accuracy of the recording element substrate due to temperature changes in the longitudinal direction of the liquid ejection head is largely due to the linear expansion coefficient of the member supporting the recording element substrate, not the linear expansion coefficient of the cover member. When a resin film is used for the cover member 620, the linear expansion coefficient is generally about 30 ppm. In contrast, for example, when alumina is used for the member supporting the plurality of recording element substrates 610, the linear expansion coefficient can be about 7 ppm, and when a resin material filled with a filler that reduces the linear expansion coefficient is used, the linear expansion coefficient can be about 20 ppm. That is, by dividing the cover member 620 into separate ones for each recording element substrate and reducing the linear expansion coefficient of the member that integrally supports the plurality of recording element substrates 610, the accuracy of arrangement of the recording element substrates can be improved.
(隣接基板の隙間部)
本実施形態では、記録素子基板毎に個別の蓋部材620を設ける構成とすることで、記録素子基板610同士のつなぎ目での吐出口列のずれ幅を低減することができる。つまり、互いに隣接する記録素子基板に跨って蓋部材を形成する場合は、記録素子基板を蓋部材に接合する際に接着剤が必要になる場合があり、その様な場合は、接着剤の拡がりや這い上がりを考慮して隣接する記録素子基板間を広げる必要がある。これに対して、本実施形態では、後述する第4の実施形態における隣接基板の隙間部の構成(1)と(2)をとることで、接着剤の拡がりや這い上がりを考慮せずに隣接する記録素子基板同士を近づけることが可能となる。その結果、記録素子基板のつなぎ目での記録物への走査方向への記録素子基板同士のずれ幅を低減し、吐出口列のずれ幅を低減することができる。よって、つなぎ目の画像におけるムラ等の不具合を低減し、高品位な画像形成が可能となる。
(Gap between adjacent boards)
In this embodiment, by providing an individual lid member 620 for each recording element substrate, the misalignment width of the ejection port array at the joint between the recording element substrates 610 can be reduced. In other words, when forming a lid member across adjacent recording element substrates, adhesive may be required when bonding the recording element substrate to the lid member, and in such a case, it is necessary to widen the gap between the adjacent recording element substrates in consideration of the spread and creeping of the adhesive. In contrast, in this embodiment, by adopting the configurations (1) and (2) of the gap portion between the adjacent substrates in the fourth embodiment described later, it is possible to bring the adjacent recording element substrates closer to each other without considering the spread and creeping of the adhesive. As a result, the misalignment width between the recording element substrates in the scanning direction to the recorded material at the joint between the recording element substrates can be reduced, and the misalignment width of the ejection port array can be reduced. Therefore, defects such as unevenness in the image at the joint can be reduced, and high-quality image formation can be achieved.
(第4の実施形態)
以下、図面を参照して本発明の第4の実施形態を説明する。なお、本実施形態の基本的な構成は第1の実施形態と同様であるため、以下では特徴的な構成についてのみ説明する。
(Fourth embodiment)
A fourth embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. Note that since the basic configuration of this embodiment is similar to that of the first embodiment, only the characteristic configuration will be described below.
(隣接基板の隙間部の構成(1))
図46、図47は、本実施形態における隣接する記録素子基板の隙間部の構成の1例を示した図である。図46は、本実施形態の液体吐出ヘッドの概略図であり、図46(a)は、斜視図、図46(b)は、分解した状態の斜視図である。図47は、本実施形態における隣接素子基板間の概略図であり、図47(a)は、上面図であり、図47(b)は、図47(a)のXLVIIb-XLVIIbにおける断面図である。
(Configuration of Gap Between Adjacent Substrates (1))
Fig. 46 and Fig. 47 are diagrams showing an example of the configuration of the gap between adjacent recording element substrates in this embodiment. Fig. 46 is a schematic diagram of the liquid ejection head of this embodiment, Fig. 46(a) is a perspective view, and Fig. 46(b) is a perspective view in an exploded state. Fig. 47 is a schematic diagram of the gap between adjacent element substrates in this embodiment, Fig. 47(a) is a top view, and Fig. 47(b) is a cross-sectional view taken along XLVIIb-XLVIIb in Fig. 47(a).
本実施形態では、記録素子基板10の裏面に蓋部材20が配置されており、吐出口13に液体を供給するための液体供給路18が記録素子基板10の裏面にあり、蓋部材20は液体供給路18の蓋となっている。さらに、液体供給路18に液体を供給するための液体供給開口2133が蓋部材20に設けられており、支持部材50内に設けられた供給路と連通している。 In this embodiment, a lid member 20 is disposed on the rear surface of the recording element substrate 10, and a liquid supply path 18 for supplying liquid to the ejection port 13 is located on the rear surface of the recording element substrate 10, with the lid member 20 acting as a lid for the liquid supply path 18. Furthermore, a liquid supply opening 2133 for supplying liquid to the liquid supply path 18 is provided in the lid member 20, and is connected to a supply path provided in the support member 50.
本実施形態では、支持部材である第1流路部材50の溝55の上に突き出した記録素子基板50の領域にも吐出口13を配置することで、記録素子基板のつなぎ目での吐出口列のずれ幅を低減するように構成されている。図47(b)に示すように、記録素子基板10が互いに隣接する隙間部では、第1流路部材50の溝の上に突き出している箇所の記録素子基板10にも液体供給路18が配置されていて、蓋部材20が液体供給路18の蓋となっている。そして、隣接する隙間部では蓋部材20と支持部材50との接合部が、記録素子基板の外縁端部から内側に入り込んでいる。このように、溝55の上に突き出した箇所の液体供給路18を蓋部材20で蓋をすることにより、記録素子基板50の裏面に配置された液体供給路18を介して、第1流路部材50の端部よりも外側に突き出した箇所の吐出口13にも液体を供給することが可能となる。つまり、まずは第1流路部材上に設けられた溝55の幅(第1流路部材50の長手方向の長さ)を記録素子基板同士の隙間の幅よりも大きくすることにより、隣接する記録素子基板同士の間隔を小さくすることができる。さらに、第1流路部材50の溝55の上に突き出した箇所の液体供給路18を蓋部材20で蓋をすることで、記録素子基板10の端部まで吐出口13を配置することができ、記録素子基板のつなぎ目での吐出口列のずれ幅をさらに低減することができる。例えば、本実施形態を用いることで記録素子基板同士の間隔が0.2mmから0.03mmに低減した場合を比較する。記録素子端部から0.05mmの位置に吐出口列端部の吐出口を配置可能でチップの斜辺の角度が45度の場合は、吐出口列のずれ幅が約0.42mmから約0.18mmとなり、本発明により大幅に吐出口列のずれ幅を低減することができた。 In this embodiment, the ejection port 13 is also arranged in the area of the recording element substrate 50 protruding above the groove 55 of the first flow path member 50, which is a support member, to reduce the misalignment width of the ejection port array at the joint of the recording element substrate. As shown in FIG. 47B, in the gap portion where the recording element substrates 10 are adjacent to each other, the liquid supply path 18 is also arranged in the recording element substrate 10 protruding above the groove of the first flow path member 50, and the cover member 20 serves as a cover for the liquid supply path 18. In addition, in the adjacent gap portion, the joint between the cover member 20 and the support member 50 extends inward from the outer edge of the recording element substrate. In this way, by covering the liquid supply path 18 protruding above the groove 55 with the cover member 20, it is possible to supply liquid to the ejection port 13 protruding outward from the end of the first flow path member 50 through the liquid supply path 18 arranged on the back surface of the recording element substrate 50. That is, first, the width of the groove 55 provided on the first flow path member (the length in the longitudinal direction of the first flow path member 50) is made larger than the width of the gap between the recording element substrates, thereby making it possible to reduce the gap between adjacent recording element substrates. Furthermore, by covering the liquid supply path 18 at the portion protruding above the groove 55 of the first flow path member 50 with the cover member 20, the ejection port 13 can be arranged up to the end of the recording element substrate 10, and the deviation width of the ejection port array at the joint of the recording element substrate can be further reduced. For example, a comparison is made for a case in which the distance between the recording element substrates is reduced from 0.2 mm to 0.03 mm by using this embodiment. When the ejection port at the end of the ejection port array can be arranged at a position 0.05 mm from the end of the recording element and the angle of the hypotenuse of the chip is 45 degrees, the deviation width of the ejection port array is about 0.42 mm to about 0.18 mm, and the present invention has been able to significantly reduce the deviation width of the ejection port array.
このように、記録素子基板10と第1流路部材50の接合に接着剤を用いた場合にも、記録素子基板のつなぎ目での記録物への走査方向への記録素子基板同士のずれ幅を低減し、吐出口列のずれ幅を低減することができる。その結果、つなぎ目の画像におけるムラ等の不具合を低減し、高品位な画像形成が可能となる。 In this way, even when adhesive is used to bond the recording element substrate 10 and the first flow path member 50, it is possible to reduce the misalignment between the recording element substrates at the joints of the recording element substrates in the scanning direction of the recorded material, and to reduce the misalignment of the ejection port arrays. As a result, defects such as unevenness in the image at the joints are reduced, making it possible to form high-quality images.
また、本実施形態では、記録素子基板10の外形よりも蓋部材20の外形が小さくなっているとよい。つまり、つなぎ目において蓋部材20の加工精度に依らず、隣接する記録素子基板同士を近づけることが可能となり、記録素子基板のつなぎ目での記録物への走査方向への記録素子基板同士のずれ幅を低減し、吐出口列のずれ幅を低減することができる。その結果、つなぎ目の画像におけるムラ等の不具合を低減し、高品位な画像形成が可能となる。 In addition, in this embodiment, it is preferable that the outer shape of the lid member 20 is smaller than the outer shape of the recording element substrate 10. In other words, it is possible to bring adjacent recording element substrates closer to each other at the seams regardless of the processing accuracy of the lid member 20, and it is possible to reduce the misalignment between the recording element substrates at the seams in the scanning direction of the recorded material and to reduce the misalignment of the ejection port arrays. As a result, defects such as unevenness in the image at the seams are reduced, making it possible to form high-quality images.
(隣接基板の隙間部の構成(2))
図48から図49は、本実施形態における隣接基板の隙間部の構成の1例を示した図である。図48は、本構成例の液体吐出ヘッドの概略図であり、図48(a)は斜視図であり、図48(b)は分解した状態の斜視図である。図49は、本実施形態の隣接素子基板間の概略図であり、図49(a)は上面図、図49(b)は、図49(a)のXLIXb-XLIXbにおける断面図である。
(Configuration of Gap Between Adjacent Substrates (2))
Fig. 48 and Fig. 49 are diagrams showing an example of the configuration of the gap between adjacent substrates in this embodiment. Fig. 48 is a schematic diagram of a liquid ejection head of this configuration example, Fig. 48(a) is a perspective view, and Fig. 48(b) is a perspective view in an exploded state. Fig. 49 is a schematic diagram of the gap between adjacent element substrates in this embodiment, Fig. 49(a) is a top view, and Fig. 49(b) is a cross-sectional view taken along the line XLIXb-XLIXb in Fig. 49(a).
ここで、隣接する記録素子基板同士の間隔が0.2mmから0.02mmに低減した場合を比較する。記録素子端部から0.05mmの位置に吐出口列端部の吐出口を配置可能でチップの斜辺の角度が45度の場合は、吐出口列のずれ幅が約0.42mmから約0.17mmとなり、本発明により大幅に吐出口列のずれ幅を低減することができた。
このように、本発明は記録素子基板10のつなぎ目での記録物への走査方向への素子同士のずれ幅を低減し、吐出口列のずれ幅を低減することができる。その結果、つなぎ目の画像におけるムラ等の不具合を低減し、高品位な画像形成が可能となる。
Here, a comparison is made when the distance between adjacent recording element substrates is reduced from 0.2 mm to 0.02 mm. When the ejection ports at the end of the ejection port array can be located 0.05 mm from the end of the recording element and the angle of the hypotenuse of the chip is 45 degrees, the deviation width of the ejection port array is reduced from approximately 0.42 mm to approximately 0.17 mm, and the present invention has been able to significantly reduce the deviation width of the ejection port array.
In this way, the present invention can reduce the misalignment between elements in the scanning direction of the printed material at the seams of the printing element substrate 10, and can reduce the misalignment of the ejection port arrays. As a result, defects such as unevenness in the image at the seams can be reduced, making it possible to form high-quality images.
また、前述した構成例と同様に、記録素子基板の隣接部における吐出口面への接着剤の這い上がりを抑制することができる。蓋部材20と第1流路部材50の接合に接着剤を用いた場合、本実施形態のように第1流路部材50の端部より蓋部材20と記録素子基板10の端部が外側に突き出していることで、はみ出た接着剤は突き出した蓋部材20の裏面に溜まる。よって、外側に突き出していない構成と比較して、隣接部における吐出口面への接着剤の這い上がりを抑制することができる。 Furthermore, as in the configuration example described above, it is possible to suppress the adhesive from creeping up onto the ejection port surface in the adjacent portion of the recording element substrate. When adhesive is used to join the cover member 20 and the first flow path member 50, as in this embodiment, the ends of the cover member 20 and the recording element substrate 10 protrude outward beyond the end of the first flow path member 50, and the protruding adhesive accumulates on the back surface of the protruding cover member 20. Therefore, compared to a configuration that does not protrude outward, it is possible to suppress the adhesive from creeping up onto the ejection port surface in the adjacent portion.
なお、隣接基板の隙間部の構成について、本実施形態のような平行四辺形の記録素子基板10を用いて説明したが、平行四辺形に限るものではない。例えば長方形の記録素子基板10を複数並べた液体吐出ヘッドにも適用される。 The configuration of the gap between adjacent substrates has been described using a parallelogram-shaped recording element substrate 10 as in this embodiment, but it is not limited to a parallelogram. For example, it can also be applied to a liquid ejection head in which multiple rectangular recording element substrates 10 are arranged.
(第5の実施形態)
以下、図面を参照して本発明の第5の実施形態を説明する。なお、本実施形態の基本的な構成は第1の実施形態と同様であるため、以下では特徴的な構成についてのみ説明する。本実施形態においても上述した各実施形態と同様に、蓋部材として第3流路流路層223を備える。
Fifth Embodiment
Hereinafter, a fifth embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. Since the basic configuration of this embodiment is the same as that of the first embodiment, only the characteristic configuration will be described below. In this embodiment, as in each of the above-mentioned embodiments, a third flow path layer 223 is provided as a cover member.
図50および図51は、本実施形態における液体吐出ユニット700を示した図であり、前述した実施形態と同様の部分については、同一符号を付して説明を省略する。図50は、液体吐出ユニット700の分解斜視図であり、図51は液体吐出ユニット700の分解平面図である。 Figures 50 and 51 show the liquid ejection unit 700 in this embodiment, and parts similar to those in the previously described embodiment are given the same reference numerals and will not be described. Figure 50 is an exploded perspective view of the liquid ejection unit 700, and Figure 51 is an exploded plan view of the liquid ejection unit 700.
本実施形態では、図50のように、4つの吐出口列14(14A、14B、14C、14D)に対して、3つの液体供給路18(18A、18B、18C)と2つの液体回収路19(19A、19B)が配置されている。図51のように、吐出口列14A、14Bの間には、それらに共通の回収口17bが配置されており、その回収口17bは液体回収路19Aに連通されている。また、吐出口列14B、14Cの間には、それらに共通の供給口17aが配置されており、その供給口17aは液体供給路18Bに連通されている。また、吐出口列14C、14Dの間には、それらに共通の回収口17bが配置されており、その回収口17bは液体回収路19Bに連通されている。吐出口列14Aの供給口17aは液体供給路18Aに連通され、吐出口列14Dの供給口17aは液体供給路18Cに連通されている。 In this embodiment, as shown in FIG. 50, three liquid supply paths 18 (18A, 18B, 18C) and two liquid recovery paths 19 (19A, 19B) are arranged for four ejection port rows 14 (14A, 14B, 14C, 14D). As shown in FIG. 51, a common recovery port 17b is arranged between ejection port rows 14A and 14B, and the recovery port 17b is connected to liquid recovery path 19A. A common supply port 17a is arranged between ejection port rows 14B and 14C, and the supply port 17a is connected to liquid supply path 18B. A common recovery port 17b is arranged between ejection port rows 14C and 14D, and the recovery port 17b is connected to liquid recovery path 19B. The supply ports 17a of the ejection port array 14A are connected to the liquid supply path 18A, and the supply ports 17a of the ejection port array 14D are connected to the liquid supply path 18C.
このように、1つの液体供給路18Bは、2つの吐出口列14B、14Cに対して共通の供給口17aを介して、それらの吐出口列14B、14Cの圧力室23に連通している。また、1つの液体回収路19Aは、2つの吐出口列14A、14Bに対して共通の回収口17bを介して、それらの吐出口列14A、14Bの圧力室23に連通している。同様に、1つの液体回収路19Bは、2つの吐出口列14C、14Dに対して共通の回収口17bを介して、それらの吐出口列14C、14Dの圧力室23に連通している。 In this way, the single liquid supply path 18B communicates with the pressure chambers 23 of the two ejection port arrays 14B, 14C via a common supply port 17a for the two ejection port arrays 14B, 14C. In addition, the single liquid recovery path 19A communicates with the pressure chambers 23 of the two ejection port arrays 14A, 14B via a common recovery port 17b for the two ejection port arrays 14A, 14B. Similarly, the single liquid recovery path 19B communicates with the pressure chambers 23 of the two ejection port arrays 14C, 14D via a common recovery port 17b for the two ejection port arrays 14C, 14D.
本実施形態によれば、上述した実施形態の効果に加えて、以下の効果を奏することができる。すなわち、互いに隣接する2つの吐出口列が液体供給路18および液体回収路19を共有化することにより、インク流路間の隔壁およびインク流路の数を減らすことができる。よって、吐出口列14同士の間隔を狭めること、およびインク流路の幅を大きくすることが可能となる。この結果、各圧力室23におけるインク循環流量および圧力のばらつきをさらに抑制した上、上述した実施形態に比べて吐出口列14をさらに高密度に配置して、液体吐出ユニット700ひいては液体吐出ヘッドのサイズを小さくすることができる。また、吐出口列14の配置密度が同じ場合には、各圧力室23におけるインク循環流量および圧力のばらつきを更に抑制した上、液体供給開口2133および液体回収開口2143の配備数を低減することができる。このため、液体吐出ユニット700におけるインクの流路構造の簡素化が可能となる。 According to this embodiment, in addition to the effects of the above-mentioned embodiment, the following effects can be achieved. That is, by sharing the liquid supply path 18 and the liquid recovery path 19 between two adjacent ejection port rows, the number of partitions between the ink flow paths and the number of ink flow paths can be reduced. Therefore, it is possible to narrow the interval between the ejection port rows 14 and increase the width of the ink flow path. As a result, the ink circulation flow rate and pressure variations in each pressure chamber 23 are further suppressed, and the ejection port rows 14 can be arranged at a higher density than in the above-mentioned embodiment, thereby reducing the size of the liquid ejection unit 700 and the liquid ejection head. In addition, when the arrangement density of the ejection port rows 14 is the same, the ink circulation flow rate and pressure variations in each pressure chamber 23 are further suppressed, and the number of liquid supply openings 2133 and liquid recovery openings 2143 can be reduced. This makes it possible to simplify the ink flow path structure in the liquid ejection unit 700.
(第6の実施形態)
以下、図面を参照して本発明の第6の実施形態を説明する。なお、本実施形態の基本的な構成は第1の実施形態と同様であるため、以下では特徴的な構成についてのみ説明する。本実施形態においても上述した各実施形態と同様に、蓋部材として第3流路流路層223を備える。
Sixth Embodiment
Hereinafter, a sixth embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. Since the basic configuration of this embodiment is the same as that of the first embodiment, only the characteristic configuration will be described below. In this embodiment, as in each of the above-mentioned embodiments, a third flow path layer 223 is provided as a cover member.
図52および図53は、本実施形態における液体吐出ユニット800を示した図であり、前述した実施形態と同様の部分については、同一符号を付して説明を省略する。図52は液体吐出ユニット800の分解斜視図であり、図53は液体吐出ユニット800の分解平面図である。 Figures 52 and 53 show the liquid ejection unit 800 in this embodiment, and parts similar to those in the previously described embodiment are given the same reference numerals and will not be described. Figure 52 is an exploded perspective view of the liquid ejection unit 800, and Figure 53 is an exploded plan view of the liquid ejection unit 800.
本実施形態では、1つの液体吐出ユニット800内に、異なる色または異なる種類のインクを吐出するために、第1インク用の吐出口13Mを配列した吐出口列と、第2インク用の吐出口13Yを配列した吐出口列と、が形成されている。第2流路層222には、第1インク用の液体供給路18M、第2インク用の液体供給路18Y、第1インク用の液体回収路19M、および第2インク用の液体回収路19Yが形成されている。第3流路層223には、第1インク用の液体供給開口2133M、第2インク用の液体供給開口2133Y、第1インク用の液体回収開口2143M、および第2インク用の液体回収開口2143Yが形成されている。第4流路層224には、第1インク用の共通供給路2134M、第2インク用の共通供給路2134Y、第1インク用の共通回収路2144M、および第2インク用の共通回収路2144Yが形成されている。第5流路層225には、第1インク用の個別供給口2135M、第2インク用の個別供給口2135Y、第1インク用の個別回収口2145M、および第2インク用の個別回収口2145Yが形成されている。第6流路層226には、第1インク用の共通供給流路211M、第2インク用の共通供給流路211Y、第1インク用の共通回収流路212M、および第2インク用の共通回収流路212Yが形成されている。 In this embodiment, in order to eject inks of different colors or different types, a nozzle row in which nozzles 13M for the first ink are arranged and a nozzle row in which nozzles 13Y for the second ink are arranged are formed in one liquid ejection unit 800. In the second flow path layer 222, a liquid supply path 18M for the first ink, a liquid supply path 18Y for the second ink, a liquid recovery path 19M for the first ink, and a liquid recovery path 19Y for the second ink are formed. In the third flow path layer 223, a liquid supply opening 2133M for the first ink, a liquid supply opening 2133Y for the second ink, a liquid recovery opening 2143M for the first ink, and a liquid recovery opening 2143Y for the second ink are formed. In the fourth flow path layer 224, a common supply path 2134M for the first ink, a common supply path 2134Y for the second ink, a common recovery path 2144M for the first ink, and a common recovery path 2144Y for the second ink are formed. The fifth flow path layer 225 is formed with an individual supply port 2135M for the first ink, an individual supply port 2135Y for the second ink, an individual recovery port 2145M for the first ink, and an individual recovery port 2145Y for the second ink. The sixth flow path layer 226 is formed with a common supply flow path 211M for the first ink, a common supply flow path 211Y for the second ink, a common recovery flow path 212M for the first ink, and a common recovery flow path 212Y for the second ink.
第1および第2インクのそれぞれは、第1の適用例と同様に、共通供給流路211Mおよび211Yから供給され、対応する圧力室23を通った後、共通回収流路212Mおよび212Yから流出される。 As in the first application example, the first and second inks are supplied from the common supply flow paths 211M and 211Y, respectively, pass through the corresponding pressure chambers 23, and then flow out of the common recovery flow paths 212M and 212Y.
なお、第5の実施形態と同様に、2つの吐出口列の圧力室に対して、1つの液体供給路を共通に連通させるように構成してもよく、同様に、2つの吐出口列の圧力室に対して、1つの液体回収路を共通に連通させるように構成してもよい。また、第2の方向における第6流路層226の幅は、第2の方向における記録素子基板10の幅よりも大きく設定してもよい。 As in the fifth embodiment, one liquid supply path may be configured to be commonly connected to the pressure chambers of the two ejection port arrays, and similarly, one liquid recovery path may be configured to be commonly connected to the pressure chambers of the two ejection port arrays. In addition, the width of the sixth flow path layer 226 in the second direction may be set to be larger than the width of the recording element substrate 10 in the second direction.
このように、多色インク用または多種類インク用の液体吐出ヘッドにおいても、液体供給路および液体回収路の幅を広げることなく、各圧力室におけるインク循環量および圧力ばらつきを抑制することができる。よって、吐出口からのインク中の水分蒸発によるインクの吐出速度の低下、およびインクの色材濃度の変化を抑制して、より高精細で高品位な画像を記録することができる。 In this way, even in liquid ejection heads for multiple colors or types of ink, it is possible to suppress the amount of ink circulating and the pressure variations in each pressure chamber without widening the width of the liquid supply path and the liquid recovery path. This suppresses the decrease in ink ejection speed caused by the evaporation of water in the ink from the ejection port, and the change in the ink colorant concentration, making it possible to record images with higher resolution and quality.
(流路18M、流路19M、および流路18Y、流路19Yの配置関係)
さらに第1インク用の液体供給路18Mと液体回収路19M、および第2インク用の液体供給路18Yと液体回収路19Yの配置関係は、以下のように設定するとよい。すなわち、図54のように、第1インクの吐出口列と第2インクの吐出口列間の共通流出流路19Mと共通供給流路18Yの梁幅を梁幅W4とし、梁幅W1よりも梁幅W4を大きく設定する。梁幅W4を大きくすることで、共通流出流路19Mと共通供給流路18Yとの間でインクリークによる混色の発生を抑制することができる。ここで、梁幅W3と梁幅W4との関係は、同じ幅でもよいし、異なる幅でもよい。特に梁幅W3の方が大きい場合はインクの流れに対する流路圧力損失を低減可能であり、吐出特性を良くすることに繋がる。このように、インク循環流の逆流を抑制し、液体供給路内の圧力を負圧に保ちながら、インクの混色の発生を抑制することが可能となる。
(Arrangement Relationship Between Flow Channels 18M, 19M, 18Y, and 19Y)
Furthermore, the positional relationship between the liquid supply path 18M and the liquid recovery path 19M for the first ink, and the liquid supply path 18Y and the liquid recovery path 19Y for the second ink may be set as follows. That is, as shown in FIG. 54, the beam width of the common outflow flow path 19M and the common supply flow path 18Y between the first ink ejection port row and the second ink ejection port row is set to beam width W4, and the beam width W4 is set to be larger than the beam width W1. By increasing the beam width W4, it is possible to suppress the occurrence of color mixing due to ink leakage between the common outflow flow path 19M and the common supply flow path 18Y. Here, the relationship between the beam width W3 and the beam width W4 may be the same width or different widths. In particular, when the beam width W3 is larger, it is possible to reduce the flow path pressure loss with respect to the ink flow, which leads to improved ejection characteristics. In this way, it is possible to suppress the occurrence of color mixing of ink while suppressing the backflow of the ink circulation flow and maintaining the pressure in the liquid supply path at a negative pressure.
(第7の実施形態)
以下、本発明の第7の実施形態を説明する。なお、本実施形態の基本的な構成は第1の実施形態と同様であるため、以下では特徴的な構成についてのみ説明する。
Seventh Embodiment
A seventh embodiment of the present invention will be described below. Note that since the basic configuration of this embodiment is similar to that of the first embodiment, only the characteristic configuration will be described below.
本実施形態では、前述した実施形態とは異なり、インク循環流を発生させない液体吐出ヘッドである。各吐出口列に対して、供給口と液体供給路と液体供給開口と個別供給流路と連通口と共通供給口が連通している。 In this embodiment, unlike the previously described embodiment, the liquid ejection head does not generate an ink circulation flow. Each ejection port row is connected to a supply port, a liquid supply path, a liquid supply opening, an individual supply flow path, a communication port, and a common supply port.
インク循環流を発生させない液体吐出ヘッドでも、液体供給口の形状精度は配置精度を高くすることで、吐出口が高密度に配置された液体吐出ヘッドにおいても流路抵抗ばらつき、つまりは吐出時に供給流路で生じる圧力損失のばらつきを低減可能である。よって、吐出口メニスカス界面の圧力ばらつきを低減でき、均一な大きさの液滴を吐出することができるため、より高精細で高品位な画像形成が可能となる。 Even in liquid ejection heads that do not generate ink circulation flow, by increasing the shape precision and arrangement precision of the liquid supply port, it is possible to reduce the variation in flow path resistance, in other words the variation in pressure loss that occurs in the supply flow path during ejection, even in liquid ejection heads with ejection ports arranged at high density. This reduces the pressure variation at the ejection port meniscus interface and allows droplets of uniform size to be ejected, making it possible to form images with higher resolution and quality.
10 記録素子基板
13 吐出口
15 記録素子
18 液体供給路
19 液体回収路
20 蓋部材
23 圧力室
300 液体吐出ユニット
517 蓋部材
REFERENCE SIGNS LIST 10 recording element substrate 13 ejection port 15 recording element 18 liquid supply path 19 liquid recovery path 20 cover member 23 pressure chamber 300 liquid ejection unit 517 cover member
Claims (18)
各々の前記吐出口に対応して設けられ、かつ、前記吐出口から液体を吐出するためのエネルギを発生する、複数の素子と、
各々の前記素子を内部に備える、複数の圧力室と、
を備えた素子基板と、
前記素子基板の前記吐出口が形成される側の裏面に設けられる裏面部材と、を備えた液体吐出ユニットであって、
前記素子基板の前記裏面と前記裏面部材によって、液体を前記複数の圧力室に供給するための供給路が形成されており、
前記裏面部材には、前記供給路に液体を供給するための供給開口を備え、
前記液体吐出ユニットを前記素子基板に対して垂直な方向からみたときに、前記裏面部材の外形が、前記配列方向における端部側において、前記素子基板の外形よりも内側に位置しており、
1つの前記供給路に対して連通する複数の前記供給開口が設けられており、
複数の前記素子基板の隣接する素子基板同士が液体吐出ヘッドの長尺方向に部分的に重なり合って配置されていることを特徴とする液体吐出ユニット。 an ejection port array in which a plurality of ejection ports are arranged in an arrangement direction for ejecting liquid;
a plurality of elements provided corresponding to each of the ejection ports and generating energy for ejecting liquid from the ejection ports;
a plurality of pressure chambers each having the element therein;
An element substrate comprising:
a back surface member provided on a back surface of the element substrate on a side on which the ejection ports are formed,
a supply path for supplying liquid to the pressure chambers is formed by the rear surface of the element substrate and the rear surface member,
the back surface member is provided with a supply opening for supplying liquid to the supply path,
when the liquid ejection unit is viewed in a direction perpendicular to the element substrate, an outer shape of the rear surface member is located inside an outer shape of the element substrate at an end side in the arrangement direction ,
A plurality of the supply openings are provided in communication with one of the supply paths,
A liquid ejection unit, comprising : a plurality of element substrates, each of which is disposed so that adjacent element substrates partially overlap each other in a longitudinal direction of the liquid ejection head .
前記素子基板の前記裏面には、前記素子基板の前記圧力室から回収された液体を前記回収開口に回収するための回収路が更に設けられており、
前記回収路の一部が前記裏面部材で形成されていることを特徴とする請求項1に記載の液体吐出ユニット。 the back surface member further includes a recovery opening for recovering liquid from the pressure chamber,
a recovery path for recovering the liquid recovered from the pressure chamber of the element substrate to the recovery opening is further provided on the rear surface of the element substrate,
The liquid ejection unit according to claim 1 , wherein a part of the recovery path is formed by the rear surface member.
前記支持部材における前記素子基板が隣接する隣接部に溝を備え、前記溝の幅は前記素子基板の隙間の幅よりも大きく、前記隣接部では前記裏面部材と前記支持部材との接合部が、前記素子基板の外縁端部から内側に入り込んでいることを特徴とする請求項11に記載の液体吐出ユニット。 the support member supports a plurality of the element substrates,
The liquid ejection unit according to claim 11, characterized in that the support member has a groove in an adjacent portion where the element substrate is adjacent, the width of the groove is larger than the width of the gap in the element substrate, and in the adjacent portion, the joint between the rear surface member and the support member extends inward from the outer edge of the element substrate.
前記素子基板が互いに隣接する隣接部では、前記支持部材と前記裏面部材との接合部が前記素子基板の外縁端部から内側に入り込んでいることを特徴とする請求項11に記載の液体吐出ユニット。 a plurality of the support members each supporting the element substrate;
The liquid ejection unit according to claim 11 , wherein in an adjacent portion where the element substrates are adjacent to each other, a joint between the support member and the rear surface member extends inward from an outer edge of the element substrate.
Applications Claiming Priority (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2016003077 | 2016-01-08 | ||
| JP2016003077 | 2016-01-08 | ||
| JP2016239697A JP7013124B2 (en) | 2016-01-08 | 2016-12-09 | Manufacturing method of liquid discharge head |
| JP2022006141A JP7379549B2 (en) | 2016-01-08 | 2022-01-19 | Liquid ejection head and liquid ejection device |
Related Parent Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2022006141A Division JP7379549B2 (en) | 2016-01-08 | 2022-01-19 | Liquid ejection head and liquid ejection device |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2023181472A JP2023181472A (en) | 2023-12-21 |
| JP7707260B2 true JP7707260B2 (en) | 2025-07-14 |
Family
ID=59364688
Family Applications (3)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2016239697A Active JP7013124B2 (en) | 2016-01-08 | 2016-12-09 | Manufacturing method of liquid discharge head |
| JP2022006141A Active JP7379549B2 (en) | 2016-01-08 | 2022-01-19 | Liquid ejection head and liquid ejection device |
| JP2023188169A Active JP7707260B2 (en) | 2016-01-08 | 2023-11-02 | LIQUID DISCHARGE UNIT AND LIQUID DISCHARGE APPARATUS |
Family Applications Before (2)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2016239697A Active JP7013124B2 (en) | 2016-01-08 | 2016-12-09 | Manufacturing method of liquid discharge head |
| JP2022006141A Active JP7379549B2 (en) | 2016-01-08 | 2022-01-19 | Liquid ejection head and liquid ejection device |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (3) | JP7013124B2 (en) |
| CN (1) | CN107031189B (en) |
Families Citing this family (15)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP6971377B2 (en) | 2017-07-31 | 2021-11-24 | ヒューレット−パッカード デベロップメント カンパニー エル.ピー.Hewlett‐Packard Development Company, L.P. | Fluid discharge device with built-in cross-passage |
| EP3609711B1 (en) * | 2017-07-31 | 2024-06-12 | Hewlett-Packard Development Company, L.P. | Fluidic ejection dies with enclosed cross-channels |
| US11225074B2 (en) | 2017-09-11 | 2022-01-18 | Hewlett-Packard Development Company, L.P. | Fluidic dies with inlet and outlet channels |
| JP6979118B2 (en) * | 2017-09-20 | 2021-12-08 | ヒューレット−パッカード デベロップメント カンパニー エル.ピー.Hewlett‐Packard Development Company, L.P. | Fluid die |
| JP6945058B2 (en) * | 2017-10-19 | 2021-10-06 | ヒューレット−パッカード デベロップメント カンパニー エル.ピー.Hewlett‐Packard Development Company, L.P. | Fluid die |
| WO2019103752A1 (en) | 2017-11-27 | 2019-05-31 | Hewlett-Packard Development Company, L.P. | Cross-die recirculation channels and chamber recirculation channels |
| WO2019177581A1 (en) | 2018-03-12 | 2019-09-19 | Hewlett-Packard Development Company, L.P. | Fluid ejection dies |
| JP7118700B2 (en) | 2018-03-30 | 2022-08-16 | キヤノン株式会社 | IMAGE FORMING APPARATUS AND IMAGE FORMING APPARATUS CONTROL METHOD |
| JP7237480B2 (en) * | 2018-06-29 | 2023-03-13 | キヤノン株式会社 | Liquid ejection head and manufacturing method thereof |
| JP7176282B2 (en) * | 2018-08-06 | 2022-11-22 | ブラザー工業株式会社 | liquid ejection head |
| JP7286403B2 (en) * | 2019-04-26 | 2023-06-05 | キヤノン株式会社 | LIQUID EJECTION HEAD, LIQUID EJECTION DEVICE, AND RECORDING DEVICE |
| JP7413864B2 (en) * | 2020-03-19 | 2024-01-16 | セイコーエプソン株式会社 | Method for manufacturing liquid jet head and method for manufacturing channel parts |
| JP7547096B2 (en) * | 2020-06-26 | 2024-09-09 | キヤノン株式会社 | Liquid ejection head and liquid ejection device |
| JP7558693B2 (en) * | 2020-06-26 | 2024-10-01 | キヤノン株式会社 | LIQUID EJECTION HEAD AND LIQUID EJECTION APPARATUS |
| JP2023048840A (en) * | 2021-09-28 | 2023-04-07 | キヤノン株式会社 | Substrate joining body and liquid discharge head |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001010080A (en) | 1999-06-30 | 2001-01-16 | Canon Inc | Ink jet recording head, method of manufacturing the ink jet recording head, and ink jet recording apparatus |
| US20020118256A1 (en) | 1998-12-24 | 2002-08-29 | Dixon Michael J. | Droplet deposition apparatus |
| JP2015157444A (en) | 2014-02-25 | 2015-09-03 | キヤノン株式会社 | Liquid ejection head, recording apparatus, and heat dissipation method for liquid ejection head |
Family Cites Families (14)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CA2174182C (en) * | 1995-04-14 | 2000-08-08 | Aya Yoshihira | Method for producing liquid ejecting head and liquid ejecting head obtained by the same method |
| JP3422364B2 (en) * | 1998-08-21 | 2003-06-30 | セイコーエプソン株式会社 | Ink jet recording head and ink jet recording apparatus |
| US6869165B2 (en) * | 2002-10-30 | 2005-03-22 | Hewlett-Packard Development Company, L.P. | Fluid interconnect for printhead assembly |
| JP4455287B2 (en) * | 2003-12-26 | 2010-04-21 | キヤノン株式会社 | Method for manufacturing ink jet recording head |
| JP4455943B2 (en) * | 2004-06-23 | 2010-04-21 | 株式会社リコー | Droplet discharge head, liquid cartridge, droplet discharge device, recording device |
| JP2006281777A (en) * | 2005-03-08 | 2006-10-19 | Fuji Xerox Co Ltd | Liquid droplet ejection head and liquid droplet ejection device |
| JP5541656B2 (en) * | 2008-06-17 | 2014-07-09 | キヤノン株式会社 | Recording head |
| JP2010023486A (en) * | 2008-06-17 | 2010-02-04 | Canon Inc | Liquid ejection head and recording device using the same |
| JP2012532772A (en) * | 2009-07-10 | 2012-12-20 | フジフィルム ディマティックス, インコーポレイテッド | MEMS jet injection structure for high-density packaging |
| JP2012250503A (en) * | 2011-06-06 | 2012-12-20 | Fujifilm Corp | Liquid droplet ejection head |
| JP5859070B2 (en) * | 2012-04-18 | 2016-02-10 | キヤノン株式会社 | Ink jet recording head and manufacturing method thereof |
| JP2014198386A (en) * | 2013-03-29 | 2014-10-23 | ブラザー工業株式会社 | Method of manufacturing ink discharge head |
| JP6327836B2 (en) * | 2013-11-13 | 2018-05-23 | キヤノン株式会社 | Method for manufacturing liquid discharge head |
| US10259218B2 (en) * | 2014-02-25 | 2019-04-16 | Funai Electric Co., Ltd. | Ejection device for inkjet printers |
-
2016
- 2016-12-09 JP JP2016239697A patent/JP7013124B2/en active Active
-
2017
- 2017-01-06 CN CN201710014595.XA patent/CN107031189B/en active Active
-
2022
- 2022-01-19 JP JP2022006141A patent/JP7379549B2/en active Active
-
2023
- 2023-11-02 JP JP2023188169A patent/JP7707260B2/en active Active
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20020118256A1 (en) | 1998-12-24 | 2002-08-29 | Dixon Michael J. | Droplet deposition apparatus |
| JP2001010080A (en) | 1999-06-30 | 2001-01-16 | Canon Inc | Ink jet recording head, method of manufacturing the ink jet recording head, and ink jet recording apparatus |
| JP2015157444A (en) | 2014-02-25 | 2015-09-03 | キヤノン株式会社 | Liquid ejection head, recording apparatus, and heat dissipation method for liquid ejection head |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP7013124B2 (en) | 2022-01-31 |
| JP2022046802A (en) | 2022-03-23 |
| JP7379549B2 (en) | 2023-11-14 |
| JP2017124615A (en) | 2017-07-20 |
| CN107031189B (en) | 2019-08-27 |
| CN107031189A (en) | 2017-08-11 |
| JP2023181472A (en) | 2023-12-21 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP7707260B2 (en) | LIQUID DISCHARGE UNIT AND LIQUID DISCHARGE APPARATUS | |
| JP7401508B2 (en) | Liquid ejection substrate, liquid ejection head, and liquid ejection device | |
| US10022979B2 (en) | Liquid ejection head, liquid ejection apparatus, and manufacturing method | |
| JP7764414B2 (en) | Liquid discharge method | |
| CN106985543B (en) | Liquid ejection head and liquid ejection device | |
| US10040292B2 (en) | Liquid ejection substrate, liquid ejection head, and liquid ejection apparatus | |
| CN107009748B (en) | printing equipment | |
| JP7019328B2 (en) | Liquid discharge head | |
| US10029473B2 (en) | Liquid discharge head and recording apparatus | |
| US11981142B2 (en) | Liquid storing container and liquid ejection device | |
| JP7258585B2 (en) | Liquid ejection head and liquid ejection device | |
| JP6708414B2 (en) | Liquid ejection head, liquid ejection device, and method for manufacturing liquid ejection head | |
| JP7764439B2 (en) | Liquid ejection head and manufacturing method thereof | |
| JP7547096B2 (en) | Liquid ejection head and liquid ejection device | |
| JP7558693B2 (en) | LIQUID EJECTION HEAD AND LIQUID EJECTION APPARATUS |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20231201 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20240718 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20240813 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20250107 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20250306 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20250603 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20250702 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 7707260 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |