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JP2006111000A - Liquid ejection head and image forming apparatus having it - Google Patents

Liquid ejection head and image forming apparatus having it Download PDF

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JP2006111000A
JP2006111000A JP2005253659A JP2005253659A JP2006111000A JP 2006111000 A JP2006111000 A JP 2006111000A JP 2005253659 A JP2005253659 A JP 2005253659A JP 2005253659 A JP2005253659 A JP 2005253659A JP 2006111000 A JP2006111000 A JP 2006111000A
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JP
Japan
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ink
nozzle
liquid
wiring
pressure chamber
Prior art date
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Pending
Application number
JP2005253659A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Kenichi Kodama
憲一 児玉
Toshiya Kojima
俊也 小島
Kazuo Sanada
和男 眞田
Takeshi Mita
剛 三田
Seiichiro Oku
誠一郎 奥
Kanji Nagashima
完司 永島
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fujifilm Holdings Corp
Original Assignee
Fuji Photo Film Co Ltd
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Publication date
Application filed by Fuji Photo Film Co Ltd filed Critical Fuji Photo Film Co Ltd
Priority to JP2005253659A priority Critical patent/JP2006111000A/en
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  • Particle Formation And Scattering Control In Inkjet Printers (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To achieve a further increase in density so that high-frequency driving, particularly, ejection of high-viscous ink can be performed even when the density of nozzles is increased. <P>SOLUTION: The above described problem is solved by providing a liquid ejection head. The liquid ejection head has a plurality of ejection outlets for ejecting the liquid, a plurality of pressure chambers respectively communicating with the plurality of ejection outlets, a plurality of liquid supplying channels for respectively supplying the liquid to the plurality of pressure chambers, a common liquid chamber for supplying the liquid to the plurality of liquid supplying channels, piezoelectric elements for respectively deforming the plurality of pressure chambers, and piezoelectric element wiring for supplying drive signals to the pizoelectric elements. The piezoelectric element wiring is provided to penetrate through the common liquid chamber. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、液体吐出ヘッド及びこれを備えた画像形成装置に係り、特に、液体を吐出する吐出口の配置を高密度化するとともに高粘度液体の吐出を可能とした液体吐出ヘッド及びこれを備えた画像形成装置に関する。   The present invention relates to a liquid discharge head and an image forming apparatus including the liquid discharge head, and more particularly to a liquid discharge head capable of increasing the density of discharge ports for discharging a liquid and discharging a high-viscosity liquid. The present invention relates to an image forming apparatus.

従来より、画像形成装置として、多数のノズル(吐出口)を配列させたインクジェットヘッド(液体吐出ヘッド)を有し 、このインクジェットヘッドと被記録媒体を相対的に移動させながら、ノズルから被記録媒体に向けてインクを吐出することにより、被記録媒体上に画像を記録するインクジェットプリンタ(インクジェット記録装置)が知られている。   2. Description of the Related Art Conventionally, an image forming apparatus has an inkjet head (liquid ejection head) in which a large number of nozzles (ejection ports) are arranged, and the inkjet head and the recording medium are moved relative to each other while the inkjet head and the recording medium are moved relative to each other. Inkjet printers (inkjet recording apparatuses) are known that record an image on a recording medium by ejecting ink toward the recording medium.

このようなインクジェットプリンタは、インクタンクからインク供給路を介して圧力室にインクを供給し、画像データに応じた電気信号を圧電素子に付与して圧電素子を駆動することにより、圧力室の一部を構成する振動板を変形させて、圧力室の容積を減少させ、圧力室内のインクをノズルから液滴として吐出するようになっている。   Such an ink jet printer supplies ink to a pressure chamber from an ink tank via an ink supply path, applies an electrical signal corresponding to image data to the piezoelectric element, and drives the piezoelectric element, thereby The diaphragm constituting the portion is deformed to reduce the volume of the pressure chamber, and the ink in the pressure chamber is ejected as droplets from the nozzle.

このようにインクジェットプリンタにおいては、ノズルから吐出されたインクによって形成されるドットを組み合わせることによって被記録媒体上に1つの画像が形成される。近年、インクジェットプリンタにおいても写真プリント並みの高画質な画像を形成することが望まれている。これに対して、ノズル径を小さくしてノズルから吐出されるインク液滴を小さくするとともに、ノズルを高密度に配列して1画像あたりの画素数を多くすることによって高画質を実現することが考えられている。このようなノズル配列を高密度化する方法として、従来、ノズルを2次元マトリクス状に配置することが提案されている。   Thus, in an inkjet printer, one image is formed on a recording medium by combining dots formed by ink ejected from nozzles. In recent years, it has been desired to form high-quality images that are comparable to photographic prints in inkjet printers. On the other hand, it is possible to achieve high image quality by reducing the nozzle diameter to reduce the ink droplets ejected from the nozzle and increasing the number of pixels per image by arranging the nozzles at high density. It is considered. As a method for increasing the density of such a nozzle arrangement, it has been conventionally proposed to arrange the nozzles in a two-dimensional matrix.

例えば、ヘッド主走査方向に対して一定角度傾いた複数の行と、ヘッド主走査方向と直交する複数の列とにより構成された格子状に複数のノズルを配列し、各ノズルに対応して設けられた圧力室の一面を形成する振動板の平面形状を概略正方形あるいは菱形とすることにより、圧力室の吐出効率を向上させるとともに、ノズルを高密度に配置するようにしたものが知られている(例えば、特許文献1等参照)。   For example, a plurality of nozzles are arranged in a grid formed by a plurality of rows inclined at a certain angle with respect to the head main scanning direction and a plurality of columns orthogonal to the head main scanning direction, and provided corresponding to each nozzle. It is known that the planar shape of the vibration plate forming one surface of the pressure chamber is approximately square or rhombus, thereby improving the discharge efficiency of the pressure chamber and arranging the nozzles at high density. (For example, refer patent document 1 etc.).

また、キャビティープレートに設けられる圧力室を略菱形に形成し、その圧力室の一方の鋭角部にインクの供給口を形成し、他方の鋭角部にインク噴射ノズルを形成するようにして、キャビティープレートの寸法を大型化することなく、多ノズルに対応した多数のインク圧力室を配列するようにしてノズルの高密度化を図るようにしたものが知られている(例えば、特許文献2等参照)。
特開2001−334661号公報 特開2002−166543号公報
In addition, a pressure chamber provided in the cavity plate is formed in a substantially rhombus shape, an ink supply port is formed in one acute angle portion of the pressure chamber, and an ink ejection nozzle is formed in the other acute angle portion. It is known that a large number of ink pressure chambers corresponding to multiple nozzles are arranged without increasing the size of the tee plate so as to increase the density of the nozzles (for example, Patent Document 2). reference).
JP 2001-334661 A JP 2002-166543 A

しかしながら、上記特許文献等に記載されているインクジェットヘッドのような構成でノズルの高密度化を進めて行くと、以下説明するような問題が発生するため、実際にこのような構成でノズルを高密度化し、インク吐出を効率化することは困難である。   However, if the nozzle density is increased with the configuration of the ink jet head described in the above-mentioned patent documents, the problem described below occurs. It is difficult to increase the density and increase the efficiency of ink ejection.

すなわち、上記特許文献等に開示されているインクジェットヘッドの1つのノズルからインクを吐出するための構成においては、圧力室の一つの壁面を形成する振動板を境とし
て、インクの共通流路、供給路、圧力室及びノズルが同一の側に配置され、これらとは反対側に圧電アクチュエータが配置されている。
That is, in the configuration for ejecting ink from one nozzle of the ink jet head disclosed in the above-mentioned patent document, the common flow path and supply of ink with a diaphragm forming one wall surface of the pressure chamber as a boundary. The passage, the pressure chamber, and the nozzle are arranged on the same side, and the piezoelectric actuator is arranged on the opposite side.

例えば、このような構成において高密度化を進めて行くと、高密度化するに伴い共通流路のサイズが小さくなって行くため、多ノズルを高周波で駆動してインクを吐出しようとすると圧力室へのインク供給が追いつかない。そこでインク供給を円滑にするために共通流路サイズを大きくした場合には、圧力室からノズルまでの距離が遠くなるため吐出そのものが困難になる。結局、このような共通流路サイズの配置上の制約から、吐出周波数を上げることができないという問題がある。   For example, as the density increases in such a configuration, the size of the common flow path decreases as the density increases. The ink supply cannot be caught up. Therefore, when the common flow path size is increased in order to make the ink supply smooth, the distance from the pressure chamber to the nozzle becomes longer, so that the discharge itself becomes difficult. After all, there is a problem that the discharge frequency cannot be increased due to the restriction on the arrangement of the common flow path size.

また、粘度の低いインクの場合には、被記録媒体上に着弾したインクがすぐに被記録媒体中に浸透して滲みが発生し、画質劣化を引き起こすため、このような滲み防止等の観点から高粘度インクの利用が望まれている。しかし、上述したようにノズルが高密度化されたヘッドに高粘度インクを利用しようとする場合には、上述したようなことから、圧力室へのインク供給がより一層遅くなり吐出周波数がより一層低下するという問題がある。   In addition, in the case of an ink having a low viscosity, the ink that has landed on the recording medium immediately penetrates into the recording medium and causes bleeding, thereby causing deterioration of the image quality. Use of high viscosity ink is desired. However, when the high-viscosity ink is to be used for the head having a high-density nozzle as described above, the ink supply to the pressure chamber is further delayed and the discharge frequency is further increased. There is a problem of lowering.

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、液体吐出口を高密度化しても、高周波駆動、特に高粘度液体の吐出が可能なようにして更なる電極配線及び液体吐出口の高密度化を達成した液体吐出ヘッド及びこれを備えた画像形成装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of such circumstances. Even when the density of the liquid discharge ports is increased, the high-frequency drive, in particular, the discharge of a highly viscous liquid can be performed, and further electrode wiring and liquid discharge ports can be provided. It is an object of the present invention to provide a liquid discharge head that achieves high density and an image forming apparatus including the same.

前記目的を達成するために、請求項1に記載の発明は、液体を吐出する複数の吐出口と、前記複数の吐出口のそれぞれと連通する複数の圧力室と、前記複数の圧力室のそれぞれに液体を供給する複数の液体供給流路と、前記複数の液体供給流路に液体を供給する共通液室と、前記複数の圧力室のそれぞれを変形する圧力発生手段と、前記圧力発生手段に駆動信号を供給する電気配線とを有し、前記電気配線が前記共通液室を貫通するように配設されたことを特徴とする液体吐出ヘッドを提供する。   In order to achieve the object, the invention according to claim 1 includes a plurality of discharge ports for discharging a liquid, a plurality of pressure chambers communicating with each of the plurality of discharge ports, and each of the plurality of pressure chambers. A plurality of liquid supply channels for supplying liquid to the liquid, a common liquid chamber for supplying liquid to the plurality of liquid supply channels, a pressure generating means for deforming each of the plurality of pressure chambers, and the pressure generating means. There is provided a liquid discharge head including an electric wiring for supplying a driving signal, and the electric wiring is disposed so as to penetrate the common liquid chamber.

これにより、前記圧力発生手段の配線が(略垂直に立ち上がり)前記共通液室を貫通するように配設されているので、共通液室内の配線が保有するスペースを最小限にすることが可能なので、吐出口の高密度化及び共通液室の流路抵抗も低減化が可能となる。   Thereby, since the wiring of the pressure generating means is arranged so as to penetrate the common liquid chamber (rises substantially vertically), the space held by the wiring in the common liquid chamber can be minimized. In addition, it is possible to increase the density of the discharge ports and reduce the flow resistance of the common liquid chamber.

また、請求項2に示すように、前記圧力発生手段が圧電素子であることを特徴とする。   According to a second aspect of the present invention, the pressure generating means is a piezoelectric element.

また、請求項3に示すように、前記圧力発生手段は前記圧力室の前記吐出口とは反対側に設けられ、前記共通液室は前記圧力発生手段に関し前記圧力室とは反対側に配設されたことを特徴とする。   According to a third aspect of the present invention, the pressure generating means is provided on the opposite side of the pressure chamber from the discharge port, and the common liquid chamber is disposed on the opposite side of the pressure chamber with respect to the pressure generating means. It is characterized by that.

これにより、共通液室から圧力室へ液体を導く流路の設計自由度が高くなり、圧力室より吐出口側のスペースが確保でき、その分圧力室から吐出口側への流路を短縮することができるため、液体吐出効率を増加させることができ、高粘度液体の吐出も可能となる。   As a result, the degree of freedom in designing the flow path for guiding the liquid from the common liquid chamber to the pressure chamber is increased, a space on the discharge port side from the pressure chamber can be secured, and the flow path from the pressure chamber to the discharge port side is shortened accordingly. Therefore, the liquid discharge efficiency can be increased, and high viscosity liquid can be discharged.

また、請求項4に示すように、前記液体供給流路は、前記圧力発生手段を含む面に略垂直に形成されたことを特徴とする。   According to a fourth aspect of the present invention, the liquid supply channel is formed substantially perpendicular to a surface including the pressure generating means.

これにより、共通液室と圧力室を流体的に直接繋ぐことができ、高粘度液体であっても迅速なリフィルが可能となり、さらに高周波駆動が可能となる。   As a result, the common liquid chamber and the pressure chamber can be directly connected to each other fluidly, and even a high-viscosity liquid can be refilled quickly, and further, high-frequency driving can be performed.

また、請求項5に示すように、前記電気配線は、前記圧力発生手段を含む面に略垂直に
形成されたことを特徴とする。
According to a fifth aspect of the present invention, the electrical wiring is formed substantially perpendicular to a surface including the pressure generating means.

これにより、2次元電極取り出しが可能となり、配線を高密度化することが可能となる。   As a result, the two-dimensional electrode can be taken out and the wiring density can be increased.

また、請求項6に示すように、前記複数の圧力室は、2次元マトリクス状に配置されたことを特徴とする。   According to a sixth aspect of the present invention, the plurality of pressure chambers are arranged in a two-dimensional matrix.

これにより、更なる吐出口の高密度化が可能となる。   Thereby, the density of the discharge ports can be further increased.

また、請求項7に示すように、前記共通液室の前記圧力発生手段とは反対側に、前記電気配線と接続される配線層を設けたことを特徴とする。   According to a seventh aspect of the present invention, a wiring layer connected to the electric wiring is provided on the opposite side of the common liquid chamber from the pressure generating means.

これにより、配線層の自由度を向上させることができ、配線を高密度化することが可能となる。   Thereby, the freedom degree of a wiring layer can be improved and it becomes possible to make a wiring high-density.

また、同様に前記目的を達成するために、請求項8に記載の発明は、請求項1〜7のいずれか1項に記載の液体吐出ヘッドを備えたことを特徴とする画像形成装置を提供する。   Similarly, in order to achieve the object, an invention according to an eighth aspect provides an image forming apparatus comprising the liquid ejection head according to any one of the first to seventh aspects. To do.

これにより、高密度化された液体吐出ヘッドにより高画質な画像形成を行うことが可能となる。   As a result, high-quality image formation can be performed by the liquid discharge head having a high density.

以上説明したように、本発明に係る液体吐出ヘッド及びこれを備えた画像形成装置によれば、圧力発生手段に駆動信号を供給するための配線のスペースを確保することができ、吐出口を高密度化することが可能となる。   As described above, according to the liquid ejection head and the image forming apparatus including the liquid ejection head according to the present invention, it is possible to secure a wiring space for supplying a drive signal to the pressure generating unit, and to increase the ejection port. Densification can be achieved.

また、共通液室を圧力発生手段に関して圧力室とは反対側に配置した場合には、供給流路のサイズを大きくすることができ、吐出口を高密度化するとともに高周波駆動が可能となる。さらに、電気配線を用いて配線層を共通液室の上側に配置するようにした場合には、ドライバーチップとの一体化が可能となり、さらなる高密度化が可能となる。   Further, when the common liquid chamber is arranged on the side opposite to the pressure chamber with respect to the pressure generating means, the size of the supply flow path can be increased, and the discharge ports can be densified and driven at high frequency. Further, when the wiring layer is arranged on the upper side of the common liquid chamber using the electric wiring, it can be integrated with the driver chip, and further high density can be achieved.

また、共通液室を圧力発生手段に関して圧力室とは反対側に配置することにより、液体供給部と圧力室を流体的に直接繋ぐことができ、高粘度の液体であっても、迅速なリフィルが可能であり、高粘度液体の吐出も容易となる。   In addition, by disposing the common liquid chamber on the opposite side of the pressure chamber with respect to the pressure generating means, the liquid supply section and the pressure chamber can be directly connected fluidly. And high-viscosity liquid can be easily discharged.

以下、添付した図面を参照して、本発明に係る液体吐出ヘッド及びこれを備えた画像形成装置について詳細に説明する。   Hereinafter, a liquid discharge head and an image forming apparatus including the same according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

図1は、本発明に係る液体吐出ヘッドを有する画像形成装置としてのインクジェット記録装置の第1実施形態の概略を示す全体構成図である。   FIG. 1 is an overall configuration diagram showing an outline of a first embodiment of an ink jet recording apparatus as an image forming apparatus having a liquid ejection head according to the present invention.

図1に示すように、このインクジェット記録装置10は、インクの色毎に設けられた複数の印字ヘッド(液体吐出ヘッド)12K、12C、12M、12Yを有する印字部12と、各印字ヘッド12K、12C、12M、12Yに供給するインクを貯蔵しておくインク貯蔵/装填部14と、記録紙16を供給する給紙部18と、記録紙16のカールを除去するデカール処理部20と、前記印字部12のノズル面(インク吐出面)に対向して配置され、記録紙16の平面性を保持しながら記録紙16を搬送する吸着ベルト搬送部22と、印字部12による印字結果を読み取る印字検出部24と、印画済みの記録紙(プリント
物)を外部に排紙する排紙部26とを備えている。
As shown in FIG. 1, the inkjet recording apparatus 10 includes a printing unit 12 having a plurality of printing heads (liquid ejection heads) 12K, 12C, 12M, and 12Y provided for each ink color, and each printing head 12K, 12C, 12M, and 12Y, an ink storage / loading unit 14 that stores ink to be supplied, a paper feeding unit 18 that supplies recording paper 16, a decurling unit 20 that removes curling of the recording paper 16, and the printing The suction belt conveyance unit 22 that is arranged to face the nozzle surface (ink ejection surface) of the unit 12 and conveys the recording paper 16 while maintaining the flatness of the recording paper 16, and the print detection that reads the printing result by the printing unit 12 And a paper discharge unit 26 for discharging the printed recording paper (printed matter) to the outside.

図1では、給紙部18の一例としてロール紙(連続用紙)のマガジンが示されているが、紙幅や紙質等が異なる複数のマガジンを併設してもよい。また、ロール紙のマガジンに代えて、又はこれと併用して、カット紙が積層装填されたカセットによって用紙を供給してもよい。   In FIG. 1, a magazine for rolled paper (continuous paper) is shown as an example of the paper supply unit 18, but a plurality of magazines having different paper widths, paper quality, and the like may be provided side by side. Further, instead of the roll paper magazine or in combination therewith, the paper may be supplied by a cassette in which cut papers are stacked and loaded.

ロール紙を使用する装置構成の場合、図1のように、裁断用のカッター28が設けられており、該カッター28によってロール紙は所望のサイズにカットされる。カッター28は、記録紙16の搬送路幅以上の長さを有する固定刃28Aと、該固定刃28Aに沿って移動する丸刃28Bとから構成されており、印字裏面側に固定刃28Aが設けられ、搬送路を挟んで印字面側に丸刃28Bが配置されている。なお、カット紙を使用する場合には、カッター28は不要である。   In the case of an apparatus configuration using roll paper, a cutter 28 is provided as shown in FIG. 1, and the roll paper is cut into a desired size by the cutter 28. The cutter 28 includes a fixed blade 28A having a length equal to or greater than the conveyance path width of the recording paper 16, and a round blade 28B that moves along the fixed blade 28A. The fixed blade 28A is provided on the back side of the print. The round blade 28B is arranged on the print surface side with the conveyance path interposed therebetween. Note that the cutter 28 is not necessary when cut paper is used.

複数種類の記録紙を利用可能な構成にした場合、紙の種類情報を記録したバーコードあるいは無線タグ等の情報記録体をマガジンに取り付け、その情報記録体の情報を所定の読取装置によって読み取ることで、使用される用紙の種類を自動的に判別し、用紙の種類に応じて適切なインク吐出を実現するようにインク吐出制御を行うことが好ましい。   When multiple types of recording paper are used, an information recording body such as a barcode or wireless tag that records paper type information is attached to the magazine, and the information on the information recording body is read by a predetermined reader. Therefore, it is preferable to automatically determine the type of paper to be used and perform ink ejection control so as to realize appropriate ink ejection according to the type of paper.

給紙部18から送り出される記録紙16はマガジンに装填されていたことによる巻き癖が残り、カールする。このカールを除去するために、デカール処理部20においてマガジンの巻き癖方向と逆方向に加熱ドラム30で記録紙16に熱を与える。このとき、多少印字面が外側に弱いカールとなるように加熱温度を制御するとより好ましい。   The recording paper 16 delivered from the paper supply unit 18 retains curl due to having been loaded in the magazine. In order to remove this curl, heat is applied to the recording paper 16 by the heating drum 30 in the direction opposite to the curl direction of the magazine in the decurling unit 20. At this time, it is more preferable to control the heating temperature so that the printed surface is slightly curled outward.

デカール処理後、カットされた記録紙16は、吸着ベルト搬送部22へと送られる。吸着ベルト搬送部22は、ローラー31、32間に無端状のベルト33が巻き掛けられた構造を有し、少なくとも印字部12のノズル面及び印字検出部24のセンサ面に対向する部分が平面(フラット面)をなすように構成されている。   After the decurling process, the cut recording paper 16 is sent to the suction belt conveyance unit 22. The suction belt conveyance unit 22 has a structure in which an endless belt 33 is wound between rollers 31 and 32, and at least a portion facing the nozzle surface of the printing unit 12 and the sensor surface of the printing detection unit 24 is flat ( Flat surface).

ベルト33は、記録紙16幅よりも広い幅寸法を有しており、ベルト面には多数の吸引孔(図示省略)が形成されている。図1に示したとおり、ローラー31、32間に掛け渡されたベルト33の内側において印字部12のノズル面及び印字検出部24のセンサ面に対向する位置には吸着チャンバー34が設けられており、この吸着チャンバー34をファン35で吸引して負圧にすることによってベルト33上の記録紙16が吸着保持される。   The belt 33 has a width that is wider than the width of the recording paper 16, and a plurality of suction holes (not shown) are formed on the belt surface. As shown in FIG. 1, an adsorption chamber 34 is provided at a position facing the nozzle surface of the print unit 12 and the sensor surface of the print detection unit 24 inside the belt 33 spanned between the rollers 31 and 32. Then, the suction chamber 34 is sucked by the fan 35 to be a negative pressure, whereby the recording paper 16 on the belt 33 is sucked and held.

ベルト33が巻かれているローラー31、32の少なくとも一方にモータ(図示省略)の動力が伝達されることにより、ベルト33は図1において、時計回り方向に駆動され、ベルト33上に保持された記録紙16は、図1の左から右へと搬送される。   The power of a motor (not shown) is transmitted to at least one of the rollers 31 and 32 around which the belt 33 is wound, so that the belt 33 is driven in the clockwise direction in FIG. The recording paper 16 is conveyed from left to right in FIG.

縁無しプリント等を印字するとベルト33上にもインクが付着するので、ベルト33の外側の所定位置(印字領域以外の適当な位置)にベルト清掃部36が設けられている。ベルト清掃部36の構成について詳細は図示しないが、例えば、ブラシ・ロール、吸水ロール等をニップする方式、清浄エアーを吹き掛けるエアーブロー方式、あるいはこれらの組み合わせなどがある。清掃用ロールをニップする方式の場合、ベルト線速度とローラー線速度を変えると清掃効果が大きい。   Since ink adheres to the belt 33 when a borderless print or the like is printed, the belt cleaning unit 36 is provided at a predetermined position outside the belt 33 (an appropriate position other than the print area). Although details of the configuration of the belt cleaning unit 36 are not shown, for example, there are a method of niping a brush roll, a water absorbing roll, etc., an air blowing method of spraying clean air, or a combination thereof. In the case where the cleaning roll is nipped, the cleaning effect is great if the belt linear velocity and the roller linear velocity are changed.

なお、吸着ベルト搬送部22に代えて、ローラー・ニップ搬送機構を用いる態様も考えられるが、印字領域をローラー・ニップ搬送すると、印字直後に用紙の印字面にローラーが接触するので、画像が滲み易いという問題がある。したがって、本例のように、印字領域では画像面と接触させない吸着ベルト搬送が好ましい。   Although a mode using a roller / nip transport mechanism instead of the suction belt transport unit 22 is also conceivable, when the print area is transported by a roller / nip, the roller comes into contact with the print surface of the paper immediately after printing, so that the image blurs. There is a problem that it is easy. Therefore, as in this example, suction belt conveyance that does not contact the image surface in the printing region is preferable.

吸着ベルト搬送部22により形成される用紙搬送路上において印字部12の上流側には、加熱ファン40が設けられている。加熱ファン40は、印字前の記録紙16に加熱空気を吹きつけ、記録紙16を加熱する。印字直前に記録紙16を加熱しておくことにより、インクが着弾後乾き易くなる。   A heating fan 40 is provided on the upstream side of the printing unit 12 on the paper conveyance path formed by the suction belt conveyance unit 22. The heating fan 40 heats the recording paper 16 by blowing heated air onto the recording paper 16 before printing. Heating the recording paper 16 immediately before printing makes it easier for the ink to dry after landing.

印字部12は、最大紙幅に対応する長さを有するライン型ヘッドを紙搬送方向(副走査方向)と直交する方向(主走査方向)に配置した、いわゆるフルライン型のヘッドとなっている(図2参照)。   The printing unit 12 is a so-called full-line type head in which line-type heads having a length corresponding to the maximum paper width are arranged in a direction (main scanning direction) orthogonal to the paper transport direction (sub-scanning direction) ( (See FIG. 2).

図2に示すように、各印字ヘッド12K、12C、12M、12Yは、本インクジェット記録装置10が対象とする最大サイズの記録紙16の少なくとも一辺を超える長さにわたってインク吐出口(ノズル)が複数配列されたライン型ヘッドで構成されている。   As shown in FIG. 2, each of the print heads 12K, 12C, 12M, and 12Y has a plurality of ink discharge ports (nozzles) over a length that exceeds at least one side of the maximum size recording paper 16 targeted by the inkjet recording apparatus 10. It is composed of arranged line type heads.

記録紙16の搬送方向(紙搬送方向)に沿って上流側(図1の左側)から黒(K)、シアン(C)、マゼンタ(M)、イエロー(Y)の順に各色インクに対応した印字ヘッド12K、12C、12M、12Yが配置されている。記録紙16を搬送しつつ各印字ヘッド12K、12C、12M、12Yからそれぞれ色インクを吐出することにより記録紙16上にカラー画像を形成し得る。   Printing corresponding to each color ink in the order of black (K), cyan (C), magenta (M), and yellow (Y) from the upstream side (left side in FIG. 1) along the conveyance direction (paper conveyance direction) of the recording paper 16 Heads 12K, 12C, 12M, and 12Y are arranged. A color image can be formed on the recording paper 16 by discharging the color inks from the print heads 12K, 12C, 12M, and 12Y while the recording paper 16 is conveyed.

このように、紙幅の全域をカバーするフルラインヘッドがインク色毎に設けられてなる印字部12によれば、紙搬送方向(副走査方向)について記録紙16と印字部12を相対的に移動させる動作を一回行うだけで(すなわち、一回の副走査で)記録紙16の全面に画像を記録することができる。これにより、印字ヘッドが紙搬送方向と直交する方向(主走査方向)に往復動作するシャトル型ヘッドに比べて高速印字が可能であり、生産性を向上させることができる。   Thus, according to the printing unit 12 in which the full line head that covers the entire width of the paper is provided for each ink color, the recording paper 16 and the printing unit 12 are relatively moved in the paper transport direction (sub-scanning direction). It is possible to record an image on the entire surface of the recording paper 16 by performing this operation only once (that is, by one sub-scan). Accordingly, high-speed printing is possible as compared with a shuttle type head in which the print head reciprocates in a direction (main scanning direction) orthogonal to the paper transport direction, and productivity can be improved.

なお、ここで主走査方向及び副走査方向とは、次に言うような意味で用いている。すなわち、記録紙の全幅に対応したノズル列を有するフルラインヘッドで、ノズルを駆動する時、(1)全ノズルを同時に駆動するか、(2)ノズルを片方から他方に向かって順次駆動するか、(3)ノズルをブロックに分割して、ブロックごとに片方から他方に向かって順次駆動するか、等のいずれかのノズルの駆動が行われ、用紙の幅方向(記録紙の搬送方向と直交する方向)に1ライン(1列のドットによるライン又は複数列のドットから成るライン)の印字をするようなノズルの駆動を主走査と定義する。そして、この主走査によって記録される1ライン(帯状領域の長手方向)の示す方向を主走査方向という。   Here, the main scanning direction and the sub-scanning direction are used in the following meaning. That is, when driving the nozzles with a full line head having a nozzle row corresponding to the full width of the recording paper, (1) whether all the nozzles are driven simultaneously or (2) whether the nozzles are driven sequentially from one side to the other (3) The nozzles are divided into blocks, and each nozzle is driven sequentially from one side to the other for each block, and the width direction of the paper (perpendicular to the conveyance direction of the recording paper) Nozzle driving that prints one line (a line made up of a single row of dots or a line made up of a plurality of rows of dots) in the direction of scanning is defined as main scanning. A direction indicated by one line (longitudinal direction of the belt-like region) recorded by the main scanning is called a main scanning direction.

一方、上述したフルラインヘッドと記録紙とを相対移動することによって、上述した主走査で形成された1ライン(1列のドットによるライン又は複数列のドットから成るライン)の印字を繰り返し行うことを副走査と定義する。そして、副走査を行う方向を副走査方向という。結局、記録紙の搬送方向が副走査方向であり、それに直交する方向が主走査方向ということになる。   On the other hand, by relatively moving the above-described full line head and the recording paper, printing of one line (a line formed by one line of dots or a line composed of a plurality of lines) formed by the above-described main scanning is repeatedly performed. Is defined as sub-scanning. A direction in which sub-scanning is performed is referred to as a sub-scanning direction. After all, the conveyance direction of the recording paper is the sub-scanning direction, and the direction orthogonal to it is the main scanning direction.

また本例では、KCMYの標準色(4色)の構成を例示したが、インク色や色数の組み合わせについては本実施形態には限定されず、必要に応じて淡インク、濃インクを追加してもよい。例えば、ライトシアン、ライトマゼンタ等のライト系インクを吐出する印字ヘッドを追加する構成も可能である。   Further, in this example, the configuration of KCMY standard colors (four colors) is illustrated, but the combination of ink colors and the number of colors is not limited to this embodiment, and light ink and dark ink are added as necessary. May be. For example, it is possible to add a print head that discharges light ink such as light cyan and light magenta.

図1に示したように、インク貯蔵/装填部14は、各印字ヘッド12K、12C、12M、12Yに対応する色のインクを貯蔵するタンクを有し、各タンクは図示を省略した管路を介して各印字ヘッド12K、12C、12M、12Yと連通されている。また、イン
ク貯蔵/装填部14は、インク残量が少なくなるとその旨を報知する報知手段(表示手段、警告音発生手段等)を備えるとともに、色間の誤装填を防止するための機構を有している。
As shown in FIG. 1, the ink storage / loading unit 14 has tanks that store inks of colors corresponding to the print heads 12K, 12C, 12M, and 12Y, and each tank has a pipeline that is not shown. The print heads 12K, 12C, 12M, and 12Y communicate with each other. Further, the ink storage / loading unit 14 includes notifying means (display means, warning sound generating means, etc.) for notifying when the ink remaining amount is low, and has a mechanism for preventing erroneous loading between colors. is doing.

印字検出部24は、印字部12の打滴結果を撮像するためのイメージセンサ(ラインセンサ等)を含み、該イメージセンサによって読み取った打滴画像からノズルの目詰まりその他の吐出不良をチェックする手段として機能する。   The print detection unit 24 includes an image sensor (line sensor or the like) for imaging the droplet ejection result of the print unit 12, and means for checking nozzle clogging and other ejection defects from the droplet ejection image read by the image sensor. Function as.

本例の印字検出部24は、少なくとも各印字ヘッド12K、12C、12M、12Yによるインク吐出幅(画像記録幅)よりも幅の広い受光素子列を有するラインセンサで構成される。このラインセンサは、赤(R)の色フィルタが設けられた光電変換素子(画素)がライン状に配列されたRセンサ列と、緑(G)の色フィルタが設けられたGセンサ列と、青(B)の色フィルタが設けられたBセンサ列とからなる色分解ラインCCDセンサで構成されている。なお、ラインセンサに代えて、受光素子が二次元配列されて成るエリアセンサを用いることも可能である。   The print detection unit 24 of this example is composed of a line sensor having a light receiving element array that is wider than at least the ink ejection width (image recording width) by the print heads 12K, 12C, 12M, and 12Y. The line sensor includes an R sensor row in which photoelectric conversion elements (pixels) provided with red (R) color filters are arranged in a line, a G sensor row provided with green (G) color filters, The color separation line CCD sensor includes a B sensor array provided with a blue (B) color filter. Instead of the line sensor, an area sensor in which the light receiving elements are two-dimensionally arranged can be used.

印字検出部24は、各色の印字ヘッド12K、12C、12M、12Yにより印字されたテストパターンを読み取り、各ヘッドの吐出検出を行う。吐出判定は、吐出の有無、ドットサイズの測定、ドット着弾位置の測定等で構成される。   The print detection unit 24 reads the test pattern printed by the print heads 12K, 12C, 12M, and 12Y for each color, and detects the ejection of each head. The ejection determination includes the presence / absence of ejection, measurement of dot size, measurement of dot landing position, and the like.

印字検出部24の後段には、後乾燥部42が設けられている。後乾燥部42は、印字された画像面を乾燥させる手段であり、例えば、加熱ファンが用いられる。印字後のインクが乾燥するまでは印字面と接触することは避けたほうが好ましいので、熱風を吹きつける方式が好ましい。   A post-drying unit 42 is provided following the print detection unit 24. The post-drying unit 42 is means for drying the printed image surface, and for example, a heating fan is used. Since it is preferable to avoid contact with the printing surface until the ink after printing is dried, a method of blowing hot air is preferred.

多孔質のペーパに染料系インクで印字した場合などでは、加圧によりペーパの孔を塞ぐことでオゾンなど、染料分子を壊す原因となるものと接触することを防ぐことで画像の耐候性がアップする効果がある。   When printing on porous paper with dye-based ink, the weather resistance of the image is improved by preventing contact with ozone or other things that cause dye molecules to break by blocking the paper holes by pressurization. There is an effect to.

後乾燥部42の後段には、加熱・加圧部44が設けられている。加熱・加圧部44は、画像表面の光沢度を制御するための手段であり、画像面を加熱しながら所定の表面凹凸形状を有する加圧ローラー45で加圧し、画像面に凹凸形状を転写する。   A heating / pressurizing unit 44 is provided following the post-drying unit 42. The heating / pressurizing unit 44 is a means for controlling the glossiness of the image surface, and pressurizes with a pressure roller 45 having a predetermined uneven surface shape while heating the image surface to transfer the uneven shape to the image surface. To do.

このようにして生成されたプリント物は、排紙部26から排出される。本来プリントすべき本画像(目的の画像を印刷したもの)とテスト印字とは分けて排出することが好ましい。このインクジェット記録装置10では、本画像のプリント物と、テスト印字のプリント物とを選別してそれぞれの排出部26A、26Bへと送るために排紙経路を切り換える選別手段(図示省略)が設けられている。なお、大きめの用紙に本画像とテスト印字とを同時に並列に形成する場合は、カッター(第2のカッター)48によってテスト印字の部分を切り離す。カッター48は、排紙部26の直前に設けられており、画像余白部にテスト印字を行った場合に、本画像とテスト印字部を切断するためのものである。カッター48の構造は前述した第1のカッター28と同様であり、固定刃48Aと丸刃48Bとから構成されている。   The printed matter generated in this manner is outputted from the paper output unit 26. It is preferable that the original image to be printed (printed target image) and the test print are discharged separately. The ink jet recording apparatus 10 is provided with a selecting means (not shown) for switching the paper discharge path in order to select the printed matter of the main image and the printed matter of the test print and send them to the respective discharge portions 26A and 26B. ing. Note that when the main image and the test print are simultaneously formed in parallel on a large sheet, the test print portion is separated by a cutter (second cutter) 48. The cutter 48 is provided immediately before the paper discharge unit 26, and cuts the main image and the test print unit when the test print is performed on the image margin. The structure of the cutter 48 is the same as that of the first cutter 28 described above, and includes a fixed blade 48A and a round blade 48B.

また、図示を省略したが、本画像の排出部26Aには、オーダー別に画像を集積するソーターが設けられている。   Although not shown, the paper output unit 26A for the target prints is provided with a sorter for collecting prints according to print orders.

次に、印字ヘッド(液体吐出ヘッド)のノズル(液体吐出口)の配置について説明する。インク色毎に設けられている各印字ヘッド12K、12C、12M、12Yの構造は共通しているので、以下、これらを代表して符号50によって印字ヘッドを表すものとし、
図3に印字ヘッド50の平面透視図を示す。
Next, the arrangement of the nozzles (liquid ejection ports) of the print head (liquid ejection head) will be described. Since the structures of the print heads 12K, 12C, 12M, and 12Y provided for each ink color are common, the print head is represented by the reference numeral 50 in the following.
FIG. 3 shows a plan perspective view of the print head 50.

図3に示すように、本実施形態の印字ヘッド50は、インクを液滴として吐出するノズル51、インクを吐出する際インクに圧力を付与する圧力室52、図3では図示を省略した共通流路から圧力室52にインクを供給するインク供給口53を含んで構成される圧力室ユニット54が千鳥状の2次元マトリクス状に配列され、ノズル51の高密度化が図られている。   As shown in FIG. 3, the print head 50 of this embodiment includes a nozzle 51 that ejects ink as droplets, a pressure chamber 52 that applies pressure to ink when ejecting ink, and a common flow that is not shown in FIG. The pressure chamber units 54 each including an ink supply port 53 for supplying ink from the passage to the pressure chamber 52 are arranged in a staggered two-dimensional matrix so as to increase the density of the nozzles 51.

このような印字ヘッド50上のノズル配置のサイズは特に限定されるものではないが、一例として、ノズル51を横48行(21mm)、縦600列(305mm)に配列することにより2400npiを達成する。   The size of the nozzle arrangement on the print head 50 is not particularly limited. As an example, the nozzle 51 is arranged in 48 rows (21 mm) and 600 columns (305 mm) in length to achieve 2400 npi. .

図3に示す例においては、各圧力室52を上方から見た場合に、その平面形状は略正方形状をしているが、圧力室52の平面形状はこのような正方形に限定されるものではない。圧力室52には、図3に示すように、その対角線の一方の端にノズル51が形成され、他方の端にインク供給口53が設けられている。   In the example shown in FIG. 3, when each pressure chamber 52 is viewed from above, the planar shape thereof is substantially square, but the planar shape of the pressure chamber 52 is not limited to such a square. Absent. In the pressure chamber 52, as shown in FIG. 3, a nozzle 51 is formed at one end of the diagonal line, and an ink supply port 53 is provided at the other end.

また、図4は他の印字ヘッドの構造例を示す平面透視図である。図4に示すように、複数の短尺ヘッド50’を2次元の千鳥状に配列して繋ぎ合わせて、これらの複数の短尺ヘッド50’全体で印字媒体の全幅に対応する長さとなるようにして1つの長尺のフルラインヘッドを構成するようにしてもよい。   FIG. 4 is a perspective plan view showing another structural example of the print head. As shown in FIG. 4, a plurality of short heads 50 'are arranged and connected in a two-dimensional staggered pattern so that the entire length of the plurality of short heads 50' corresponds to the entire width of the print medium. One long full line head may be configured.

図5はインクジェット記録装置10におけるインク供給系の構成を示した概要図である。インクタンク60は印字ヘッド50にインクを供給するための基タンクであり、図1で説明したインク貯蔵/装填部14に設置される。インクタンク60の形態には、インク残量が少なくなった場合に、補充口(図示省略)からインクを補充する方式と、タンクごと交換するカートリッジ方式とがある。使用用途に応じてインク種類を替える場合には、カートリッジ方式が適している。この場合、インクの種類情報をバーコード等で識別して、インク種類に応じて吐出制御を行うことが好ましい。なお、図5のインクタンク60は、先に記載した図1のインク貯蔵/装填部14と等価のものである。   FIG. 5 is a schematic diagram showing the configuration of the ink supply system in the inkjet recording apparatus 10. The ink tank 60 is a base tank for supplying ink to the print head 50, and is installed in the ink storage / loading unit 14 described with reference to FIG. There are two types of the ink tank 60: a method of replenishing ink from a replenishing port (not shown) and a cartridge method of replacing the entire tank when the remaining amount of ink is low. When the ink type is changed according to the usage, the cartridge method is suitable. In this case, it is preferable that the ink type information is identified by a barcode or the like, and ejection control is performed according to the ink type. The ink tank 60 in FIG. 5 is equivalent to the ink storage / loading unit 14 in FIG. 1 described above.

図5に示したように、インクタンク60と印字ヘッド50を繋ぐ管路の中間には、異物や気泡を除去するためにフィルタ62が設けられている。フィルタ・メッシュサイズは印字ヘッド50のノズル径と同等若しくはノズル径以下(一般的には、20μm程度)とすることが好ましい。   As shown in FIG. 5, a filter 62 is provided in the middle of the conduit connecting the ink tank 60 and the print head 50 to remove foreign matter and bubbles. The filter mesh size is preferably equal to or smaller than the nozzle diameter of the print head 50 (generally, about 20 μm).

なお、図5には示さないが、印字ヘッド50の近傍又は印字ヘッド50と一体にサブタンクを設ける構成も好ましい。サブタンクは、ヘッドの内圧変動を防止するダンパー効果及びリフィルを改善する機能を有する。   Although not shown in FIG. 5, a configuration in which a sub tank is provided in the vicinity of the print head 50 or integrally with the print head 50 is also preferable. The sub-tank has a function of improving a damper effect and refill that prevents fluctuations in the internal pressure of the head.

また、インクジェット記録装置10には、ノズルの乾燥防止又はノズル近傍のインク粘度上昇を防止するための手段としてのキャップ64と、ノズル面50Aの清掃手段としてのクリーニングブレード66とが設けられている。   Further, the inkjet recording apparatus 10 is provided with a cap 64 as a means for preventing the nozzle from drying or preventing an increase in ink viscosity near the nozzle, and a cleaning blade 66 as a means for cleaning the nozzle surface 50A.

これらキャップ64及びクリーニングブレード66を含むメンテナンスユニットは、図示を省略した移動機構によって印字ヘッド50に対して相対移動可能であり、必要に応じて所定の退避位置から印字ヘッド50下方のメンテナンス位置に移動される。   The maintenance unit including the cap 64 and the cleaning blade 66 can be moved relative to the print head 50 by a moving mechanism (not shown), and moves from a predetermined retracted position to a maintenance position below the print head 50 as necessary. Is done.

キャップ64は、図示しない昇降機構によって印字ヘッド50に対して相対的に昇降変位される。昇降機構は、電源OFF時や印刷待機時にキャップ64を所定の上昇位置まで
上昇させ、印字ヘッド50に密着させることにより、ノズル面50Aのノズル領域をキャップ64で覆うようになっている。
The cap 64 is displaced up and down relatively with respect to the print head 50 by an elevator mechanism (not shown). The lifting mechanism is configured to cover the nozzle region of the nozzle surface 50 </ b> A with the cap 64 by raising the cap 64 to a predetermined raised position when the power is turned off or waiting for printing, and bringing the cap 64 into close contact with the print head 50.

クリーニングブレード66は、ゴムなどの弾性部材で構成されており、図示を省略したブレード移動機構により印字ヘッド50のインク吐出面(ノズル面50A)に摺動可能である。ノズル面50Aにインク液滴又は異物が付着した場合、クリーニングブレード66をノズル面50Aに摺動させることでノズル面50Aを拭き取り、ノズル面50Aを清浄するようになっている。   The cleaning blade 66 is made of an elastic member such as rubber, and can slide on the ink ejection surface (nozzle surface 50A) of the print head 50 by a blade moving mechanism (not shown). When ink droplets or foreign matters adhere to the nozzle surface 50A, the nozzle surface 50A is wiped by sliding the cleaning blade 66 on the nozzle surface 50A to clean the nozzle surface 50A.

印字中又は待機中において、特定のノズル51の使用頻度が低くなり、そのノズル51近傍のインク粘度が上昇した場合、粘度が上昇して劣化したインクを排出すべく、キャップ64に向かって予備吐出が行われる。   During printing or standby, when a specific nozzle 51 is used less frequently and the ink viscosity in the vicinity of the nozzle 51 is increased, preliminary ejection toward the cap 64 is performed to discharge the ink that has deteriorated due to the increased viscosity. Is done.

また、印字ヘッド50内のインク(圧力室52内のインク)に気泡が混入した場合、印字ヘッド50にキャップ64を当て、吸引ポンプ67で圧力室52内のインク(気泡が混入したインク)を吸引により除去し、吸引除去したインクを回収タンク68へ送液する。この吸引動作は、初期のインクのヘッドへの装填時、或いは長時間の停止後の使用開始時にも行われ、粘度が上昇して固化した劣化インクが吸い出され除去される。   In addition, when bubbles are mixed in the ink in the print head 50 (ink in the pressure chamber 52), the cap 64 is applied to the print head 50, and the ink in the pressure chamber 52 (ink in which bubbles are mixed) is applied by the suction pump 67. The ink removed by suction is sent to the collection tank 68. This suction operation is also performed when the initial ink is loaded into the head or when the ink is used after being stopped for a long time, and the deteriorated ink solidified by increasing the viscosity is sucked and removed.

すなわち、印字ヘッド50は、ある時間以上吐出しない状態が続くと、ノズル近傍のインク溶媒が蒸発してノズル近傍のインクの粘度が高くなってしまい、吐出駆動用の圧力発生手段(図示省略、後述)が動作してもノズル51からインクが吐出しなくなる。したがって、この様な状態になる手前で(圧力発生手段の動作によってインク吐出が可能な粘度の範囲内で)、インク受けに向かって圧力発生手段を動作させ、粘度が上昇したノズル近傍のインクを吐出させる「予備吐出」が行われる。また、ノズル面50Aの清掃手段として設けられているクリーニングブレード66等のワイパーによってノズル面50Aの汚れを清掃した後に、このワイパー摺擦動作によってノズル51内に異物が混入するのを防止するためにも予備吐出が行われる。なお、予備吐出は、「空吐出」、「パージ」、「唾吐き」などと呼ばれる場合もある。   That is, if the print head 50 is not ejected for a certain period of time, the ink solvent near the nozzles evaporates and the viscosity of the ink near the nozzles increases, resulting in pressure generation means for ejection driving (not shown, described later). ) Does not discharge ink from the nozzle 51. Therefore, before this state is reached (within the viscosity range in which ink can be ejected by the operation of the pressure generating means), the pressure generating means is operated toward the ink receiver, and the ink in the vicinity of the nozzle whose viscosity has increased is removed. “Preliminary discharge” is performed. Further, after the dirt on the nozzle surface 50A is cleaned by a wiper such as a cleaning blade 66 provided as a cleaning means for the nozzle surface 50A, the foreign matter is prevented from being mixed into the nozzle 51 by this wiper rubbing operation. Also, preliminary discharge is performed. Note that the preliminary discharge may be referred to as “empty discharge”, “purge”, “spitting”, or the like.

また、ノズル51や圧力室52内に気泡が混入したり、ノズル51内のインクの粘度上昇があるレベルを超えたりすると、上記予備吐出ではインクを吐出できなくなるため、上述したような吸引動作を行う。   In addition, if bubbles are mixed in the nozzle 51 or the pressure chamber 52 or if the viscosity of the ink in the nozzle 51 exceeds a certain level, ink cannot be ejected by the preliminary ejection. Do.

すなわち、ノズル51や圧力室52のインク内に気泡が混入した場合、或いはノズル51内のインク粘度があるレベル以上に上昇した場合には、圧力発生手段を動作させてもノズル51からインクを吐出できなくなる。このような場合、印字ヘッド50のノズル面50Aに、キャップ64を当てて圧力室52内の気泡が混入したインク又は増粘インクをポンプ67で吸引する動作が行われる。   That is, when bubbles are mixed in the ink in the nozzle 51 or the pressure chamber 52, or when the ink viscosity in the nozzle 51 rises to a certain level or more, the ink is ejected from the nozzle 51 even if the pressure generating means is operated. become unable. In such a case, an operation in which the cap 67 is applied to the nozzle surface 50 </ b> A of the print head 50 and the ink or the thickened ink in which bubbles in the pressure chamber 52 are mixed is sucked by the pump 67.

ただし、上記の吸引動作は、圧力室52内のインク全体に対して行われるためインク消費量が大きい。したがって、粘度上昇が少ない場合はなるべく予備吐出を行うことが好ましい。なお、図5で説明したキャップ64は、吸引手段として機能するとともに、予備吐出のインク受けとしても機能し得る。   However, since the above suction operation is performed on the entire ink in the pressure chamber 52, the ink consumption is large. Therefore, when the increase in viscosity is small, it is preferable to perform preliminary discharge as much as possible. The cap 64 described in FIG. 5 functions as a suction unit and can also function as a preliminary discharge ink receiver.

また、好ましくは、キャップ64の内側が仕切壁によってノズル列に対応した複数のエリアに分割されており、これら仕切られた各エリアをセレクタ等によって選択的に吸引できる構成とする。   Preferably, the inside of the cap 64 is divided into a plurality of areas corresponding to the nozzle rows by a partition wall, and each of the partitioned areas can be selectively sucked by a selector or the like.

図6はインクジェット記録装置10のシステム構成を示す要部ブロック図である。イン
クジェット記録装置10は、通信インターフェース70、システムコントローラ72、画像メモリ74、モータドライバ76、ヒータドライバ78、プリント制御部80、画像バッファメモリ82、ヘッドドライバ84等を備えている。
FIG. 6 is a principal block diagram showing the system configuration of the inkjet recording apparatus 10. The inkjet recording apparatus 10 includes a communication interface 70, a system controller 72, an image memory 74, a motor driver 76, a heater driver 78, a print control unit 80, an image buffer memory 82, a head driver 84, and the like.

通信インターフェース70は、ホストコンピュータ86から送られてくる画像データを受信するインターフェース部である。通信インターフェース70にはUSB、IEEE1394、イーサネット、無線ネットワークなどのシリアルインターフェースやセントロニクスなどのパラレルインターフェースを適用することができる。この部分には、通信を高速化するためのバッファメモリ(図示省略)を搭載してもよい。ホストコンピュータ86から送出された画像データは通信インターフェース70を介してインクジェット記録装置10に取り込まれ、一旦画像メモリ74に記憶される。画像メモリ74は、通信インターフェース70を介して入力された画像を一旦格納する記憶手段であり、システムコントローラ72を通じてデータの読み書きが行われる。画像メモリ74は、半導体素子からなるメモリに限らず、ハードディスクなどの磁気媒体を用いてもよい。   The communication interface 70 is an interface unit that receives image data sent from the host computer 86. As the communication interface 70, a serial interface such as USB, IEEE 1394, Ethernet, and wireless network, or a parallel interface such as Centronics can be applied. In this part, a buffer memory (not shown) for speeding up communication may be mounted. Image data sent from the host computer 86 is taken into the inkjet recording apparatus 10 via the communication interface 70 and temporarily stored in the image memory 74. The image memory 74 is a storage unit that temporarily stores an image input via the communication interface 70, and data is read and written through the system controller 72. The image memory 74 is not limited to a memory made of semiconductor elements, and a magnetic medium such as a hard disk may be used.

システムコントローラ72は、通信インターフェース70、画像メモリ74、モータドライバ76、ヒータドライバ78等の各部を制御する制御部である。システムコントローラ72は、中央演算処理装置(CPU)及びその周辺回路等から構成され、ホストコンピュータ86との間の通信制御、画像メモリ74の読み書き制御等を行うとともに、搬送系のモータ88やヒーター89を制御する制御信号を生成する。   The system controller 72 is a control unit that controls each unit such as the communication interface 70, the image memory 74, the motor driver 76, and the heater driver 78. The system controller 72 includes a central processing unit (CPU) and its peripheral circuits, and performs communication control with the host computer 86, read / write control of the image memory 74, and the like, as well as a transport system motor 88 and heater 89. A control signal for controlling is generated.

モータドライバ76は、システムコントローラ72からの指示に従ってモータ88を駆動するドライバ(駆動回路)である。ヒータドライバ78は、システムコントローラ72からの指示にしたがって後乾燥部42等のヒーター89を駆動するドライバである。   The motor driver 76 is a driver (drive circuit) that drives the motor 88 in accordance with an instruction from the system controller 72. The heater driver 78 is a driver that drives the heater 89 such as the post-drying unit 42 in accordance with an instruction from the system controller 72.

プリント制御部80は、システムコントローラ72の制御に従い、画像メモリ74内の画像データから印字制御用の信号を生成するための各種加工、補正などの処理を行う信号処理機能を有し、生成した印字制御信号(印字データ)をヘッドドライバ84に供給する制御部である。プリント制御部80において所要の信号処理が施され、該画像データに基づいてヘッドドライバ84を介して印字ヘッド50のインク液滴の吐出量や吐出タイミングの制御が行われる。これにより、所望のドットサイズやドット配置が実現される。   The print control unit 80 has a signal processing function for performing various processing and correction processing for generating a print control signal from the image data in the image memory 74 according to the control of the system controller 72, and the generated print A control unit that supplies a control signal (print data) to the head driver 84. Necessary signal processing is performed in the print controller 80, and the ejection amount and ejection timing of the ink droplets of the print head 50 are controlled via the head driver 84 based on the image data. Thereby, a desired dot size and dot arrangement are realized.

プリント制御部80には画像バッファメモリ82が備えられており、プリント制御部80における画像データ処理時に画像データやパラメータなどのデータが画像バッファメモリ82に一時的に格納される。なお、図6において画像バッファメモリ82はプリント制御部80に付随する態様で示されているが、画像メモリ74と兼用することも可能である。また、プリント制御部80とシステムコントローラ72とを統合して1つのプロセッサで構成する態様も可能である。   The print control unit 80 includes an image buffer memory 82, and image data, parameters, and other data are temporarily stored in the image buffer memory 82 when image data is processed in the print control unit 80. In FIG. 6, the image buffer memory 82 is shown in a form associated with the print control unit 80, but it can also be used as the image memory 74. Also possible is an aspect in which the print controller 80 and the system controller 72 are integrated and configured with one processor.

ヘッドドライバ84はプリント制御部80から与えられる印字データに基づいて各色の印字ヘッド50の圧力発生手段を駆動する。ヘッドドライバ84にはヘッドの駆動条件を一定に保つためのフィードバック制御系を含んでいてもよい。   The head driver 84 drives the pressure generating means of the print head 50 for each color based on the print data given from the print control unit 80. The head driver 84 may include a feedback control system for keeping the head driving conditions constant.

印字検出部24は、図1で説明したように、ラインセンサー(図示省略)を含むブロックであり、記録紙16に印字された画像を読み取り、所要の信号処理などを行って印字状況(吐出の有無、打滴のばらつきなど)を検出し、その検出結果をプリント制御部80に提供するものである。   As described with reference to FIG. 1, the print detection unit 24 is a block including a line sensor (not shown). The print detection unit 24 reads an image printed on the recording paper 16 and performs necessary signal processing and the like to perform a print status (discharge state). Presence / absence, variation in droplet ejection, etc.) and the detection result is provided to the print controller 80.

プリント制御部80は、必要に応じて印字検出部24から得られる情報に基づいて印字ヘッド50に対する各種補正を行うようになっている。   The print control unit 80 performs various corrections on the print head 50 based on information obtained from the print detection unit 24 as necessary.

次に、本発明の特徴であるノズル及びインク供給系、駆動信号を供給する配線を高密度化した場合にも高周波駆動、高粘度インク吐出を可能とした液体吐出ヘッド(印字ヘッド50)について詳しく説明する。   Next, the liquid ejection head (printing head 50) that is capable of high-frequency driving and high-viscosity ink ejection even when the nozzle and ink supply system and the wiring for supplying the driving signal are increased in density is a feature of the present invention. explain.

第1実施形態では、このような印字ヘッドの高密度化を実現するために、まず、例えば図3に示したように、圧力室52(ノズル51)を2次元マトリクス状に配置してノズル51の高密度化(例えば2400npi)を図っている。次に、詳しくは以下説明するが、本実施形態では圧力室52にインクを供給する共通液室を振動板の上側に配置し、インクのリフィル性を重視するためこの共通液室から直接圧力室52へインクを供給するようにして流路抵抗となるような配管をなくしてインク供給系を高集積化するようにした。さらに、本実施形態では、圧力室52を変形する圧力発生手段の電極(個別電極)に駆動信号を供給する電気配線を各個別電極から垂直に立ち上げて共通液室中を貫通するようにして上部のフレキシブルケーブル等の配線へと接続するようにしている。   In the first embodiment, in order to realize such a high density print head, first, as shown in FIG. 3, for example, the pressure chambers 52 (nozzles 51) are arranged in a two-dimensional matrix to form the nozzles 51. The density is increased (for example, 2400 npi). Next, as will be described in detail below, in the present embodiment, a common liquid chamber that supplies ink to the pressure chamber 52 is disposed on the upper side of the vibration plate, and the pressure chamber is directly connected to the common liquid chamber in order to emphasize the refilling property of the ink. The ink supply system is highly integrated by eliminating the piping that provides the flow path resistance by supplying the ink to 52. Further, in the present embodiment, an electric wiring for supplying a drive signal to the electrode (individual electrode) of the pressure generating means that deforms the pressure chamber 52 is set up vertically from each individual electrode so as to penetrate the common liquid chamber. It is connected to the wiring of the upper flexible cable.

図7に、このような高密度化された印字ヘッド50の一部を、簡単化して斜視透視図で示す。   FIG. 7 shows a simplified perspective view of a part of such a high-density print head 50.

図7に示すように、本実施形態の印字ヘッド50においては、ノズル51とインク供給口53を有する圧力室52の上側に、圧力室52の上面を形成する振動板56が配置され、振動板56上の各圧力室52に対応する部分に上下を電極で挟んだピエゾ等の圧電体で構成される圧力発生手段としての圧電素子58(圧電アクチュエータ)が配置され、圧電素子58はその上面に個別電極57を有している。   As shown in FIG. 7, in the print head 50 of the present embodiment, a diaphragm 56 that forms the upper surface of the pressure chamber 52 is disposed above the pressure chamber 52 having the nozzle 51 and the ink supply port 53, and the diaphragm A piezoelectric element 58 (piezoelectric actuator) as a pressure generating means composed of a piezoelectric body such as a piezo sandwiched between electrodes is disposed in a portion corresponding to each pressure chamber 52 on 56, and the piezoelectric element 58 is disposed on the upper surface thereof. Individual electrodes 57 are provided.

そして、この個別電極57の端面から外側へ電極接続部としての電極パッド59が引き出されて形成され、電極パッド59上に電気配線90が圧電素子58(圧力発生手段)を含む面に略垂直に立ち上がって形成されている。この圧電素子58を含む面に対して略垂直に立ち上がった電気配線90の上には多層のフレキシブルケーブル92が配置され、前述したヘッドドライバ84からこれらの配線を介して駆動信号が圧電素子58の個別電極57に供給されるようになっている。   An electrode pad 59 as an electrode connecting portion is formed to be extended from the end face of the individual electrode 57 to the outside, and the electric wiring 90 is substantially perpendicular to the surface including the piezoelectric element 58 (pressure generating means) on the electrode pad 59. Standing up and formed. A multilayer flexible cable 92 is disposed on the electrical wiring 90 that rises substantially perpendicular to the surface including the piezoelectric element 58, and a driving signal is transmitted from the head driver 84 to the piezoelectric element 58 via these wirings. It is supplied to the individual electrode 57.

また、振動板56とフレキシブルケーブル92との間の柱状の電気配線90が立ち並んだ空間は、ここから各インク供給口53を介して各圧力室52にインクを供給するための共通液室55となっている。   In addition, a space in which columnar electric wires 90 are arranged between the diaphragm 56 and the flexible cable 92 is connected to a common liquid chamber 55 for supplying ink to the pressure chambers 52 through the ink supply ports 53. It has become.

なお、ここに示した共通液室55は、図3に示した全ての圧力室52にインクを供給するように、圧力室52が形成された全領域に渡って形成される1つの大きな空間となっているが、共通液室55は、このように一つの空間として形成されるものには限定されず、いくつかの領域に分かれて複数に形成されていてもよい。   The common liquid chamber 55 shown here is one large space formed over the entire region where the pressure chambers 52 are formed so as to supply ink to all the pressure chambers 52 shown in FIG. However, the common liquid chamber 55 is not limited to the one formed as a single space as described above, and may be divided into several regions and formed in a plurality.

各圧力室52毎に個別電極57から引き出されて設けられた電極パッド59上に垂直に柱のように立ち上がった電気配線90は、フレキシブルケーブル92を下から支え、共通液室55となる空間を形成している。この柱のように立ち上がった電気配線90は、その形状からエレキ柱とも呼ぶこととする。逆に言うと、電気配線90(エレキ柱)は、共通液室55を貫通するように形成されている。   The electrical wiring 90 that rises like a pillar vertically on the electrode pad 59 provided by being drawn out from the individual electrode 57 for each pressure chamber 52 supports the flexible cable 92 from below, and creates a space for the common liquid chamber 55. Forming. The electrical wiring 90 that rises like this column is also called an electric column because of its shape. In other words, the electrical wiring 90 (electric column) is formed so as to penetrate the common liquid chamber 55.

なお、ここに示した電気配線90は、各圧電素子58(の個別電極57)に対して1つずつ形成され、一対一に対応しているが、配線数(エレキ柱の数)を削減するために、いくつかの圧電素子58に対する配線をまとめて1つの電気配線90とするように複数の圧電素子58に対して1つの電気配線90が対応するようにしてもよい。さらに、個別電極
57ばかりでなく、共通電極(振動板56)に対する配線もこの電気配線90として形成するようにしてもよい。
In addition, although the electrical wiring 90 shown here is formed one by one for each piezoelectric element 58 (the individual electrode 57), the number of wirings (the number of electric columns) is reduced. Therefore, one electrical wiring 90 may correspond to a plurality of piezoelectric elements 58 so that wirings for several piezoelectric elements 58 are combined into one electrical wiring 90. Further, not only the individual electrode 57 but also the wiring for the common electrode (diaphragm 56) may be formed as the electric wiring 90.

図7に示すようにノズル51が底面に形成され、ノズル51と対角をなす角部の上面側にインク供給口53が設けられている。インク供給口53は振動板56を貫いており、その上の共通液室55と圧力室52はインク供給口53を介して真っ直ぐに連通している。これにより、共通液室55と圧力室52を流体的に直接繋ぐことが出来る。   As shown in FIG. 7, the nozzle 51 is formed on the bottom surface, and the ink supply port 53 is provided on the upper surface side of the corner that forms a diagonal with the nozzle 51. The ink supply port 53 passes through the vibration plate 56, and the common liquid chamber 55 and the pressure chamber 52 thereabove communicate with each other through the ink supply port 53. Thereby, the common liquid chamber 55 and the pressure chamber 52 can be directly connected fluidically.

振動板56は、各圧力室52に共通のものとし1枚のプレートで形成されている。そして、振動板56の各圧力室52に対応する部分に、圧力室52を変形させるための圧電素子58が配置されている。圧電素子58に電圧を印加して駆動するための電極(共通電極と個別電極)が圧電素子58を挟むようにその上下面に形成されている。   The diaphragm 56 is common to the pressure chambers 52 and is formed of a single plate. In addition, piezoelectric elements 58 for deforming the pressure chambers 52 are arranged at portions corresponding to the pressure chambers 52 of the diaphragm 56. Electrodes (common electrode and individual electrode) for applying a voltage to the piezoelectric element 58 for driving are formed on the upper and lower surfaces so as to sandwich the piezoelectric element 58.

振動板56を例えばSUS等の導電性の薄膜で形成して、振動板56が共通電極を兼ねるようにしてもよい。このとき、圧電素子58の上面には個々の圧電素子58を個別に駆動するための個別電極57が形成される。   For example, the diaphragm 56 may be formed of a conductive thin film such as SUS, and the diaphragm 56 may also serve as a common electrode. At this time, individual electrodes 57 for individually driving the piezoelectric elements 58 are formed on the upper surface of the piezoelectric elements 58.

上述したように、この個別電極57から電極パッド59を引き出して形成し、電極パッド59の上に垂直に立ち上がり共通液室55を貫通する電気配線90(エレキ柱)が形成される。電気配線90(エレキ柱)の製造方法は後述するが、その製造工程において電気配線90は図7に示すようにテーパ状に形成される。   As described above, the electrode pad 59 is drawn out from the individual electrode 57, and the electric wiring 90 (electric column) that rises vertically on the electrode pad 59 and penetrates the common liquid chamber 55 is formed. A method for manufacturing the electrical wiring 90 (electric column) will be described later. In the manufacturing process, the electrical wiring 90 is formed in a tapered shape as shown in FIG.

柱状の電気配線90の上には多層のフレキシブルケーブル92が形成されており、電気配線90が柱となって多層フレキシブルケーブル92を支え、振動板56を床、多層フレキシブルケーブル92を天井として、共通液室55としての空間が確保されるようになっている。また、図示は省略したが、各電気配線90からそれぞれ個別の配線に接続されて個々の個別電極57に駆動信号が供給され、各圧電素子58が駆動されるようになっている。   A multilayer flexible cable 92 is formed on the columnar electrical wiring 90. The electrical wiring 90 serves as a column to support the multilayer flexible cable 92, with the diaphragm 56 as a floor and the multilayer flexible cable 92 as a ceiling. A space as the liquid chamber 55 is secured. Although not shown, each electric wiring 90 is connected to an individual wiring and a driving signal is supplied to each individual electrode 57 to drive each piezoelectric element 58.

また、図7では図示を省略したが、共通液室55はインクで満たされるため、共通電極としての振動板56、個別電極57、電気配線90及び多層フレキシブルケーブル92のインクと接触する面はそれぞれ絶縁性の保護膜で覆われている。   Although not shown in FIG. 7, since the common liquid chamber 55 is filled with ink, the surfaces of the diaphragm 56, the individual electrode 57, the electric wiring 90, and the multilayer flexible cable 92 that are in contact with the ink as the common electrode are respectively shown. It is covered with an insulating protective film.

なお、上述したような印字ヘッド50の各サイズは、特に限定されるものではないが、一例を示すと、圧力室52は平面形状が300μm×300μmの略正方形(インク流れのよどみ点を排除する目的で角は面取りされている。)で、高さが150μm、振動板56及び圧電素子58はそれぞれ厚さが10μm、電気配線90(エレキ柱)は電極パッド59との接続部の直径が100μm、高さは500μm等のように形成される。   Each size of the print head 50 as described above is not particularly limited, but as an example, the pressure chamber 52 has a substantially square shape with a plane shape of 300 μm × 300 μm (excludes the stagnation point of the ink flow). The corners are chamfered for the purpose.) The height is 150 μm, the diaphragm 56 and the piezoelectric element 58 are each 10 μm thick, and the electric wiring 90 (electric column) is 100 μm in diameter at the connection with the electrode pad 59. The height is 500 μm or the like.

図8に、このような圧力室52の一部を、拡大した平面透視図で示す。前述したように、各圧力室52は略正方形状であり、その対角線の両隅にノズル51及びインク供給口53が形成され、ノズル51側に電極パッド59を引き出して、その上に電気配線(エレキ柱)90が形成されている。   FIG. 8 shows a part of the pressure chamber 52 in an enlarged plan perspective view. As described above, each pressure chamber 52 has a substantially square shape, the nozzle 51 and the ink supply port 53 are formed at both corners of the diagonal line, the electrode pad 59 is drawn out to the nozzle 51 side, and electrical wiring ( An electric column 90 is formed.

図8中の一点鎖線、9−9線に沿った断面図を図9に示す。   FIG. 9 shows a cross-sectional view taken along one-dot chain line and line 9-9 in FIG.

図9に示すように、第1実施形態の印字ヘッド50は、複数の薄膜等が積層されて形成されている。まず、ノズル51が形成されたノズルプレート94の上に、圧力室52、インク供給口53及び圧力室52とノズル51を結ぶノズル流路51a等が形成された流路プレート96が積層される。図では流路プレート96は、1枚のプレートのように表され
ているが、実際は、流路プレート96はさらに複数のプレートが積層されて形成されるようにしてもよい。
As shown in FIG. 9, the print head 50 of the first embodiment is formed by laminating a plurality of thin films and the like. First, a flow path plate 96 in which a pressure chamber 52, an ink supply port 53, a nozzle flow path 51a connecting the pressure chamber 52 and the nozzle 51, and the like are formed is laminated on the nozzle plate 94 in which the nozzle 51 is formed. In the figure, the flow path plate 96 is represented as a single plate, but actually, the flow path plate 96 may be formed by stacking a plurality of plates.

流路プレート96の上には、圧力室52の天面を形成する振動板56が積層される。振動板56は個別電極57とともに後述する圧電素子58を駆動するための共通電極をも兼ねていることが好ましい。また、振動板56には圧力室52のインク供給口53に対応する開口部が設けられ、これにより圧力室52と振動板56の上側に形成される共通液室55とが直接連通する。   A diaphragm 56 that forms the top surface of the pressure chamber 52 is stacked on the flow path plate 96. It is preferable that the diaphragm 56 also serves as a common electrode for driving a piezoelectric element 58 described later together with the individual electrode 57. The diaphragm 56 is provided with an opening corresponding to the ink supply port 53 of the pressure chamber 52, whereby the pressure chamber 52 and the common liquid chamber 55 formed on the upper side of the diaphragm 56 communicate directly.

振動板56(共通電極)上の圧力室52上面の略全面に対応する部分に圧電体58aが形成され、圧電体58aの上面には個別電極57が形成される。このようにしてその上下を共通電極(振動板56)と個別電極57で挟まれた圧電体58aは、共通電極56と個別電極57によって電圧が印加されると変形して圧力室52の体積を減少させ、ノズル51からインクを吐出させる圧電素子58(圧電アクチュエータ)を構成する。   A piezoelectric body 58a is formed on a portion corresponding to substantially the entire upper surface of the pressure chamber 52 on the diaphragm 56 (common electrode), and an individual electrode 57 is formed on the upper surface of the piezoelectric body 58a. Thus, the piezoelectric body 58a sandwiched between the common electrode (the diaphragm 56) and the individual electrode 57 is deformed when a voltage is applied between the common electrode 56 and the individual electrode 57, and the volume of the pressure chamber 52 is increased. A piezoelectric element 58 (piezoelectric actuator) that discharges ink from the nozzle 51 is configured.

個別電極57のノズル51側端部は、外側へ引き出され電極接続部としての電極パッド59が形成される。そして、この電極パッド59の上に垂直に柱状の電気配線90(エレキ柱)が共通液室55を貫通するように形成される。   The end of the individual electrode 57 on the nozzle 51 side is drawn outward to form an electrode pad 59 as an electrode connection portion. A columnar electric wiring 90 (electric column) is vertically formed on the electrode pad 59 so as to penetrate the common liquid chamber 55.

電気配線90の上部には、多層フレキシブルケーブル92が形成され、多層フレキシブルケーブル92に形成される図示を省略した各配線が各電気配線90に電極パッド90aで接続し、各圧電素子58を駆動するための駆動信号がそれぞれの電気配線90を通じて供給されるようになっている。   A multilayer flexible cable 92 is formed above the electrical wiring 90, and each wiring (not shown) formed on the multilayer flexible cable 92 is connected to each electrical wiring 90 by an electrode pad 90a to drive each piezoelectric element 58. A driving signal for supplying the signal is supplied through each electric wiring 90.

また、振動板56と多層フレキシブルケーブル92との間の柱状の電気配線90(エレキ柱)が林立する空間は圧力室52に供給するためのインクをプールする共通液室55となっており、ここにはインクが充満するため、振動板56、個別電極57、圧電体58a及び電気配線90、さらに多層フレキシブルケーブル92のインクに接する表面部分には絶縁・保護膜98が形成される。   The space where the columnar electric wiring 90 (electric column) between the diaphragm 56 and the multilayer flexible cable 92 stands is a common liquid chamber 55 for pooling ink to be supplied to the pressure chamber 52. Ink is filled with ink, so that an insulating / protective film 98 is formed on the surface of the diaphragm 56, the individual electrode 57, the piezoelectric body 58 a and the electrical wiring 90, and the surface of the multilayer flexible cable 92 that contacts the ink.

このように、本実施形態においては、従来、振動板に関して圧力室と同じ側にあった共通液室を、振動板の上側に持って行き、圧力室とは反対側に配置するようにしたため、従来必要であった共通液室から圧力室にインクを導くための配管等が不要となり、また共通液室のサイズを大きくすることができるためインクをきちんと供給することができ、ノズルの高密度化を達成することができるとともに、高密度化した場合においても高周波での駆動が可能となる。   As described above, in the present embodiment, the common liquid chamber that has conventionally been on the same side as the pressure chamber with respect to the diaphragm is brought to the upper side of the diaphragm, and arranged on the side opposite to the pressure chamber. Piping for guiding ink from the common liquid chamber to the pressure chamber, which was necessary in the past, is no longer necessary, and the size of the common liquid chamber can be increased, so that the ink can be supplied properly and the nozzle density is increased. Can be achieved, and high-frequency driving is possible even when the density is increased.

また、各圧電素子の個別電極への配線を個別電極の電極パッドから垂直に立ち上げ共通液室を貫通するようにしたため、駆動信号を各圧電素子に供給するための配線を高密度化することが可能となった。   In addition, since the wiring to the individual electrode of each piezoelectric element is set up vertically from the electrode pad of the individual electrode so as to penetrate the common liquid chamber, the wiring for supplying the drive signal to each piezoelectric element must be densified. Became possible.

また、共通液室を振動板の上側に配置して、共通液室と圧力室とを真っ直ぐなインク供給口で繋ぐようにしたため、共通液室と圧力室とを流体的に直接繋ぐことができ、さらに共通液室を振動板の上側に配置したため、圧力室52からノズル51までのノズル流路51aの長さを従来よりも短くすることができ、高密度化した場合であっても、高粘度インク(例えば、20cp〜50cp程度)の吐出が可能であり、また吐出後の迅速なリフィルが可能な流路構造とすることができる。   In addition, since the common liquid chamber is arranged on the upper side of the diaphragm so that the common liquid chamber and the pressure chamber are connected by a straight ink supply port, the common liquid chamber and the pressure chamber can be directly connected fluidically. Furthermore, since the common liquid chamber is disposed on the upper side of the diaphragm, the length of the nozzle channel 51a from the pressure chamber 52 to the nozzle 51 can be made shorter than before, and even when the density is increased, Viscosity ink (for example, about 20 cp to 50 cp) can be discharged, and a flow path structure capable of quick refilling after discharge can be obtained.

次に、このような印字ヘッド50の製造方法について説明する。   Next, a method for manufacturing such a print head 50 will be described.

図10(a)〜(d)に、上述したような印字ヘッド50の製造工程を示す。   10A to 10D show a manufacturing process of the print head 50 as described above.

まず図10(a)に示すように、圧力室52を形成する。圧力室52の形成方法としては、特に限定はされないが、例えばSUSのプレートをエッチングして圧力室52となるべき空間を開口したSUSプレートを積層したり、あるいはSiをエッチングしたりして、圧力室52となる空間を有する流路プレート96を形成する方法が挙げられる。   First, as shown in FIG. 10A, the pressure chamber 52 is formed. The method for forming the pressure chamber 52 is not particularly limited. For example, the pressure chamber 52 may be formed by etching a SUS plate to form a SUS plate having a space to be the pressure chamber 52 or by etching Si. A method of forming the flow path plate 96 having a space to be the chamber 52 is mentioned.

次にこの圧力室52となる空間が形成された流路プレート96に対し、例えばポリイミドで形成された、ノズル51を有するノズルプレート94を貼り合せる。   Next, a nozzle plate 94 having nozzles 51 made of polyimide, for example, is bonded to the flow path plate 96 in which a space to be the pressure chamber 52 is formed.

次に図10(b)において、圧力室52となる空間が形成された流路プレート96の上に振動板56を貼り付ける。振動板56は共通電極を兼ねるものとする。振動板56には、圧力室52へのインク供給口53に対応する位置に開口が設けられている。また、振動板56の上側の圧力室52に対応する部分に、AD法(エアロゾル法)あるいはスパッタ法等によって薄膜状の圧電体58aを形成する。あるいは、バルクの圧電体を研磨して形成するようにしてもよい。振動板56及び圧電体58aの厚さは、例えば10μm程度に形成される。   Next, in FIG. 10B, the vibration plate 56 is pasted on the flow path plate 96 in which the space to be the pressure chamber 52 is formed. The diaphragm 56 also serves as a common electrode. The diaphragm 56 is provided with an opening at a position corresponding to the ink supply port 53 to the pressure chamber 52. Further, a thin film piezoelectric body 58a is formed in a portion corresponding to the pressure chamber 52 on the upper side of the diaphragm 56 by an AD method (aerosol method) or a sputtering method. Alternatively, it may be formed by polishing a bulk piezoelectric body. The thickness of the diaphragm 56 and the piezoelectric body 58a is, for example, about 10 μm.

次に図10(c)に示すように、共通液室55を形成する。   Next, as shown in FIG. 10C, a common liquid chamber 55 is formed.

すなわち、まず振動板56上に形成された圧電体58aの上に個別電極57を形成し、その一部、例えばノズル51側の端部を外側に引き出して配線接続用の電極パッド59を形成する。   That is, first, the individual electrode 57 is formed on the piezoelectric body 58a formed on the vibration plate 56, and a part thereof, for example, an end portion on the nozzle 51 side is drawn out to form an electrode pad 59 for wiring connection. .

これに対して、プレート上に略垂直に電気配線90(エレキ柱)が立設された配線プレート91を、電気配線90の先端が電極パッド59に接続するように貼り合せる。これにより、電気配線90(エレキ柱)を柱として、振動板56を床、配線プレート91を天井とする共通液室55が形成される。   On the other hand, the wiring plate 91 in which the electric wiring 90 (electric column) is erected substantially vertically on the plate is bonded so that the tip of the electric wiring 90 is connected to the electrode pad 59. Thus, the common liquid chamber 55 is formed with the electric wiring 90 (electric column) as a column, the diaphragm 56 as a floor, and the wiring plate 91 as a ceiling.

ここで、電気配線90の先端と電極パッド59との接続は、電気配線90の先端に設けられた半田90aによって行われる。また、電気配線90(エレキ柱)の作製方法については後述する。   Here, the tip of the electrical wiring 90 and the electrode pad 59 are connected by solder 90 a provided at the tip of the electrical wiring 90. A method for manufacturing the electrical wiring 90 (electric column) will be described later.

なお、圧力室52上に振動板56(共通電極)及び個別電極57に挟まれた圧電体58aによって構成される圧電素子58が形成されたプレートに対して、電気配線90(エレキ柱)が形成された配線プレート91を貼り付けて共通液室55を形成した後、図示は省略するが、共通液室55のインクに接する部分の表面に絶縁・保護膜を形成する。   An electrical wiring 90 (electric column) is formed on the plate on which the piezoelectric element 58 formed of the piezoelectric body 58 a sandwiched between the diaphragm 56 (common electrode) and the individual electrode 57 is formed on the pressure chamber 52. After forming the common liquid chamber 55 by pasting the wiring plate 91, an insulating / protective film is formed on the surface of the common liquid chamber 55 in contact with the ink, although illustration is omitted.

最後に図10(d)において、配線プレート91の上側に多層のフレキシブルケーブル92を貼り付けて印字ヘッド50が形成される。電気配線90と多層フレキシブルケーブル92との接続は、電気配線90の一方の端部に設けられた半田90aによって行われる。また、多層フレキシブルケーブル92は、少なくとも4層以上とする。   Finally, in FIG. 10D, a multilayer flexible cable 92 is attached to the upper side of the wiring plate 91 to form the print head 50. The electrical wiring 90 and the multilayer flexible cable 92 are connected by solder 90 a provided at one end of the electrical wiring 90. The multilayer flexible cable 92 has at least four layers.

次に、電気配線90(エレキ柱)の製造方法について説明する。   Next, a method for manufacturing the electrical wiring 90 (electric column) will be described.

図11(a)〜(e)に電気配線90の製造工程を示す。   11A to 11E show a manufacturing process of the electric wiring 90. FIG.

まず図11(a)に示すように、その上に電気配線90(エレキ柱)が形成される配線プレート91となる絶縁基板上に厚さ約500μmの銅の層93を形成する。次に図11(b)において、この厚さ約500μmの銅の層93をエッチング等によって削り、柱状
の電気配線90(エレキ柱)を形成する。
First, as shown in FIG. 11A, a copper layer 93 having a thickness of about 500 μm is formed on an insulating substrate to be a wiring plate 91 on which an electric wiring 90 (electric column) is formed. Next, in FIG. 11B, the copper layer 93 having a thickness of about 500 μm is shaved by etching or the like to form columnar electrical wiring 90 (electric column).

このとき、各電気配線90(エレキ柱)のサイズは、例えば、その先端部(後で電極パッド59と接続する部分)の直径d1は約100μm、高さd2は銅の層93の厚さに等しく約500μmとなるように形成される。   At this time, the size of each electric wiring 90 (electric column) is, for example, the diameter d1 of the tip portion (the portion to be connected to the electrode pad 59 later) is about 100 μm, and the height d2 is the thickness of the copper layer 93. It is formed to be equal to about 500 μm.

次に図11(c)に示すように、電気配線90の柱状の側面に絶縁・保護膜98をコートする。これは前述したように、電気配線90は共通液室55の中を貫通するため、常にインクと接触するため、それから電気配線90を保護するためである。   Next, as shown in FIG. 11C, an insulating / protective film 98 is coated on the columnar side surfaces of the electric wiring 90. As described above, this is because the electric wiring 90 penetrates through the common liquid chamber 55 and is always in contact with the ink, so that the electric wiring 90 is protected therefrom.

次に図11(d)において、配線プレート91を下側から加工して、電気配線90がある部分に対して、多層フレキシブルケーブル92との接続用の穴91aを開ける。これは配線プレート91上に銅の層93を形成する前に予め、配線プレート91に開けておくようにしてもよい。   Next, in FIG. 11D, the wiring plate 91 is processed from the lower side, and a hole 91a for connection with the multilayer flexible cable 92 is opened in a portion where the electrical wiring 90 is present. This may be previously opened on the wiring plate 91 before the copper layer 93 is formed on the wiring plate 91.

最後に、図11(e)に示すように、電気配線90の上下端部に対して半田90aを流し込んで配線プレート91上に電気配線90が形成される。これを、上下逆にして、圧力室52等が形成された流路プレート96に貼り合せることにより、図10に示したようにして印字ヘッド50が形成される。   Finally, as shown in FIG. 11 (e), the solder 90 a is poured into the upper and lower ends of the electric wiring 90 to form the electric wiring 90 on the wiring plate 91. The print head 50 is formed as shown in FIG. 10 by turning it upside down and attaching it to the flow path plate 96 in which the pressure chambers 52 and the like are formed.

なお、このように電気配線90が形成された配線プレート91をさかさまにして流路プレート96に貼り合せるのではなく、配線プレート91から一つ一つの電気配線90を切り離して、一つ一つ流路プレート96の電極パッド59に対して接合するようにしてもよい。電気配線90を一つずつ取り付ける場合には、手間はかかるが配線プレート91上に電気配線90を形成する際の位置精度を問題にする必要がない。   The wiring plate 91 on which the electrical wiring 90 is formed in this way is not turned upside down and bonded to the flow path plate 96, but the electrical wiring 90 is separated from the wiring plate 91 one by one. You may make it join with respect to the electrode pad 59 of the flow-path plate 96. FIG. When attaching the electric wiring 90 one by one, it takes time, but there is no need to consider the positional accuracy when the electric wiring 90 is formed on the wiring plate 91.

次に、本発明の第2実施形態について説明する。   Next, a second embodiment of the present invention will be described.

図12に、本発明の第2実施形態の印字ヘッドを断面図で示す。図12は、図9と同様の断面図である。本実施形態の印字ヘッドも、共通液室を振動板に関して圧力室とは反対側に形成したものである。   FIG. 12 is a sectional view showing a print head according to a second embodiment of the present invention. FIG. 12 is a cross-sectional view similar to FIG. The print head of this embodiment also has a common liquid chamber formed on the side opposite to the pressure chamber with respect to the diaphragm.

すなわち、図12に示すように、本実施形態の印字ヘッド150は、ノズル151が形成されたノズルプレート194上に圧力室152等が形成された流路プレート196が配置され、その上に振動板156が配置されている。   That is, as shown in FIG. 12, in the print head 150 of this embodiment, a flow path plate 196 in which a pressure chamber 152 and the like are formed is disposed on a nozzle plate 194 in which a nozzle 151 is formed, and a vibration plate is disposed thereon. 156 is arranged.

振動板156上には、共通電極としての振動板156、圧電体158a、個別電極157から構成される圧電素子158が形成され、個別電極157から引き出されて形成された電極パッド159から上に向かって略垂直に電気配線190(エレキ柱)が形成されている。   On the vibration plate 156, a piezoelectric element 158 including a vibration plate 156 as a common electrode, a piezoelectric body 158a, and an individual electrode 157 is formed, and upward from an electrode pad 159 formed by being drawn out from the individual electrode 157. Thus, the electrical wiring 190 (electric column) is formed substantially vertically.

そして、電気配線190の上には多層フレキシブルケーブル192が形成されており、振動板156と多層フレキシブルケーブル192との間の空間が共通液室155となっており、電気配線190が共通液室155の中を貫通する形となっている。   A multilayer flexible cable 192 is formed on the electrical wiring 190, and a space between the diaphragm 156 and the multilayer flexible cable 192 is a common liquid chamber 155, and the electrical wiring 190 is a common liquid chamber 155. It has a shape that penetrates the inside.

このように、本実施形態の印字ヘッド150は前述した第1実施形態の印字ヘッド50と略同様の構成を有している。本実施形態の印字ヘッド150が第1実施形態の印字ヘッド50と異なる点は、振動板156(共通電極)、圧電体158a及び個別電極157からなる圧電素子158(圧電アクチュエータ)の上部に、このアクチュエータの動作用の空隙158bを設けたことである。   As described above, the print head 150 of the present embodiment has substantially the same configuration as the print head 50 of the first embodiment described above. The difference between the print head 150 of the present embodiment and the print head 50 of the first embodiment is that an upper portion of the piezoelectric element 158 (piezoelectric actuator) including the vibration plate 156 (common electrode), the piezoelectric body 158a, and the individual electrode 157 A gap 158b for operating the actuator is provided.

この空隙158bは、圧電体158a及びその上に形成される個別電極157を完全に覆うように各圧電素子158毎に筐体158cを設けることによって形成される。また、この筐体158cの表面には、絶縁・保護膜198が形成される。なお、絶縁・保護膜198のみでこの筐体158cを形成するようにしてもよい。   The gap 158b is formed by providing a housing 158c for each piezoelectric element 158 so as to completely cover the piezoelectric body 158a and the individual electrode 157 formed thereon. In addition, an insulating / protective film 198 is formed on the surface of the housing 158c. Note that the casing 158c may be formed of only the insulating / protective film 198.

このように、圧電素子158上に空隙158bを設けたことにより、圧電素子158が駆動する際の抵抗が減少するため、圧電素子158が動作し易くなり、圧電素子158の駆動効率が向上する。   As described above, by providing the gap 158b on the piezoelectric element 158, the resistance when the piezoelectric element 158 is driven is reduced, so that the piezoelectric element 158 is easily operated and the driving efficiency of the piezoelectric element 158 is improved.

本実施形態における他の部分については、前述した第1実施形態と全く同じであるため、各符号の下二桁を同じにすることにより詳しい説明は省略する。   Other parts in the present embodiment are exactly the same as those in the first embodiment described above, and detailed description thereof is omitted by making the last two digits of the respective symbols the same.

次に、本発明の第3実施形態について説明する。   Next, a third embodiment of the present invention will be described.

図13に本発明の第3実施形態の印字ヘッドを図12と同様の断面図で示す。   FIG. 13 is a cross-sectional view similar to FIG. 12 showing a print head according to a third embodiment of the present invention.

図13に示すように、本実施形態の印字ヘッド250は、図12に示した本発明の第2実施形態の印字ヘッド150と略同様の構成を有している。   As shown in FIG. 13, the print head 250 of the present embodiment has a configuration substantially similar to the print head 150 of the second embodiment of the present invention shown in FIG.

すなわち、本実施形態の印字ヘッド250も、第2実施形態の印字ヘッド150と同様に、共通液室255を振動板256の上側に配置し、共通液室255を貫通するように垂直に立設された電気配線290を有し、さらに圧電体258が動作し易くするための空隙258bを有している。   That is, the print head 250 according to the present embodiment also has the common liquid chamber 255 arranged above the vibration plate 256 and is erected vertically so as to penetrate the common liquid chamber 255, similarly to the print head 150 according to the second embodiment. The electrical wiring 290 is provided, and a gap 258b for facilitating the operation of the piezoelectric body 258 is provided.

本実施形態の印字ヘッド250が第2実施形態の印字ヘッド150と異なる点は、共通液室255から圧力室252へインクを供給するインク供給口253の一部に、径を細くしたインク逆流防止用の絞り253aを設けたことである。   The print head 250 of the present embodiment is different from the print head 150 of the second embodiment in that the ink backflow is prevented by reducing the diameter of a part of the ink supply port 253 that supplies ink from the common liquid chamber 255 to the pressure chamber 252. This is to provide a diaphragm 253a for use.

絞り253aの形成方法は特に限定はないが、図に示すものでは、振動板256のインク供給口253に対応する開口部を細くして絞り253aとしている。   The method of forming the diaphragm 253a is not particularly limited, but in the example shown in the figure, the opening corresponding to the ink supply port 253 of the diaphragm 256 is narrowed to form the diaphragm 253a.

前述した第1実施形態あるいは第2実施形態のように、このような絞りを設けていない場合には、前述したように、特に高粘度インクを吐出した後のリフィル時間を短縮することが可能となる。一方、本実施形態のように絞り253aを設けた場合には、低粘度インクを用いた場合の吐出効率を改善して、圧電素子の消費電力を低減するとともに圧力室を小型化することが可能となる。   In the case where such an aperture is not provided as in the first embodiment or the second embodiment described above, it is possible to shorten the refill time after discharging particularly high viscosity ink as described above. Become. On the other hand, when the diaphragm 253a is provided as in the present embodiment, it is possible to improve the ejection efficiency when using low-viscosity ink, to reduce the power consumption of the piezoelectric element, and to reduce the size of the pressure chamber. It becomes.

以下、本実施形態における絞り253aを設けたことによる効果について説明する。   Hereinafter, an effect obtained by providing the diaphragm 253a in the present embodiment will be described.

図14に、粘度20cPのインクを2pl吐出した場合における、絞りなしの場合と絞りありの場合のリフィル特性をグラフで示す。なお、このリフィル特性の解析の具体的な方法については後述する。   FIG. 14 is a graph showing the refill characteristics when there is no aperture and when there is an aperture when 2 pl of ink having a viscosity of 20 cP is ejected. A specific method for analyzing the refill characteristics will be described later.

図14において、グラフAは絞りなしの場合であり、グラフBは絞りありの場合を表している。また、横軸は時間(μsec)であり、縦軸はメニスカス体積(pl)である。ここでメニスカス体積が0となったときがリフィルの完了であり、メニスカス体積が正(>0)の場合はメニスカス面が初期位置よりも出ていることを示している。   In FIG. 14, a graph A shows a case without an aperture and a graph B shows a case with an aperture. The horizontal axis represents time (μsec), and the vertical axis represents meniscus volume (pl). Here, when the meniscus volume becomes zero, the refill is completed. When the meniscus volume is positive (> 0), it indicates that the meniscus surface is out of the initial position.

図14のグラフBが示すように、絞りありの場合にはリフィル時間が60μsecである。これに対して、グラフAが示すように、絞りなしの場合にはリフィル時間が30μsecとなり、絞りありの場合に対し半減している。   As shown in the graph B of FIG. 14, the refill time is 60 μsec when there is a stop. On the other hand, as shown in graph A, the refill time is 30 μsec when there is no aperture, and is halved compared with the case where there is an aperture.

また、図15に、粘度20cPのインクを2pl吐出した場合における、絞りなしの場合と絞りありの場合の吐出特性をグラフで示す。なお、吐出特性の解析の具体的方法については後述する。   FIG. 15 is a graph showing the ejection characteristics when there is no aperture and when there is an aperture when 2 pl of ink having a viscosity of 20 cP is ejected. A specific method for analyzing the ejection characteristics will be described later.

図15において、グラフAは絞りなしの場合であり、グラフBは絞りありの場合を表している。また、横軸は時間(μsec)であり、縦軸はノズル粒子速度(m/sec)である。 吐出特性の重要なパラメータは吐出液滴速度、吐出液滴体積である。速度はノズル粒子速度、体積はグラフと(縦軸の値)=0で囲まれた範囲の面積に比例する。従って、図15からわかるように、グラフA及びグラフBはともに略同じ特性を示している。すなわち、インク粘度20cPにおいて吐出特性は、絞りのあるなしで大きく変わることはない。   In FIG. 15, graph A shows a case without an aperture and graph B shows a case with an aperture. The horizontal axis is time (μsec), and the vertical axis is nozzle particle velocity (m / sec). Important parameters for ejection characteristics are ejection droplet velocity and ejection droplet volume. The velocity is proportional to the nozzle particle velocity, and the volume is proportional to the area enclosed by the graph and (value on the vertical axis) = 0. Therefore, as can be seen from FIG. 15, both the graph A and the graph B show substantially the same characteristics. In other words, the ejection characteristics at the ink viscosity of 20 cP do not change greatly with or without the diaphragm.

これは次のように説明することができる。すなわち、吐出時にはインクはノズル側へは吐出方向の流れとなり、供給側へは逆流方向の流れとなる。このとき、ノズル側と供給側へのインク移動体積の比、(ノズル側)/(供給側+ノズル側)は、絞りありの場合には、(ノズル側)/(供給側+ノズル側)=0.54となり、絞りなしの場合には、(ノズル側)/(供給側+ノズル側)=0.28となる。従って、絞りなしの場合に比較して、絞りありの場合の方が2倍効率がよい。一方、減衰率は、絞りありの場合が1.32で、絞りなしの場合が1.79であり、減衰率は絞りありの方が1.4倍大きい。そのため両者がキャンセルして、絞りあり及び絞りなしで吐出特性に大きな差がなくなっていると考えられる。   This can be explained as follows. That is, at the time of ejection, the ink flows in the ejection direction toward the nozzle side and flows in the reverse direction toward the supply side. At this time, the ratio of the ink movement volume from the nozzle side to the supply side, (nozzle side) / (supply side + nozzle side) is (nozzle side) / (supply side + nozzle side) = In the case of no diaphragm, (nozzle side) / (supply side + nozzle side) = 0.28. Therefore, the efficiency with the aperture is twice as good as that without the aperture. On the other hand, the attenuation factor is 1.32 when there is a diaphragm, and 1.79 when there is no diaphragm, and the attenuation factor is 1.4 times greater when there is a diaphragm. For this reason, it is considered that the two cancel each other, and there is no large difference in the ejection characteristics with and without the restriction.

以上のことから、粘度が20cPの高粘度インクにおいては、絞りがない場合であっても、吐出特性にはあまり影響を及ぼさないでリフィル時間を短縮して高周波吐出が可能になる。   From the above, high-viscosity ink having a viscosity of 20 cP enables high-frequency ejection by shortening the refill time without significantly affecting the ejection characteristics even when there is no restriction.

また同様に、粘度2cPのインクを2pl吐出した場合における、絞りなしの場合と絞りありの場合の、リフィル特性を表すグラフを図16に示し、吐出特性を表すグラフを図17に示す。   Similarly, FIG. 16 shows a graph representing the refill characteristics when there is no aperture and when there is an aperture when 2 pl of ink having a viscosity of 2 cP is ejected, and FIG. 17 shows a graph representing the ejection characteristics.

図16が示すように、この場合、絞りのあるなしに関わらずメニスカス面が大きく振動している。従って、リフィル時間の短縮には、絞りのあるなしは関係なく、メニスカス面の振動の抑制が重要である。   As shown in FIG. 16, in this case, the meniscus surface vibrates greatly regardless of whether or not there is a diaphragm. Therefore, in order to shorten the refill time, it is important to suppress the vibration of the meniscus surface regardless of whether there is a diaphragm.

一方、図17に示すように、粘度2cPにおいて吐出特性は、絞りのあるなしで変わっている。これは、絞りのあるなしで減衰率がほとんど変化しないのに対して、ノズル側と供給側へのインク移動体積の比が、絞りありの場合には、(ノズル側)/(供給側+ノズル側)=0.53であるのに対して、絞りなしの場合には、(ノズル側)/(供給側+ノズル側)=0.31であり、絞りありの方が効率が1.7倍よいためである。   On the other hand, as shown in FIG. 17, the discharge characteristics change with and without the restriction at the viscosity of 2 cP. This is because the attenuation rate hardly changes without the diaphragm, but when the ratio of the ink movement volume between the nozzle side and the supply side is the nozzle, (nozzle side) / (supply side + nozzle). Side) = 0.53, but when there is no aperture, (nozzle side) / (supply side + nozzle side) = 0.31, the efficiency with the aperture is 1.7 times. Because it is good.

以上のことから、粘度2cPの低粘度インクにおいては、絞りがある場合には、絞りがリフィル時間を支配する要因にはならず、吐出特性を効率化することが可能となる。   From the above, in the low-viscosity ink having a viscosity of 2 cP, when there is a restriction, the restriction does not dominate the refill time, and the discharge characteristics can be made efficient.

次に上で結果のみを示したリフィル特性及び吐出特性の具体的解析方法について説明する。   Next, a specific analysis method of the refill characteristic and the discharge characteristic, which shows only the result above, will be described.

リフィル特性の解析には、図18に示すような等価回路モデルを適用した。なお、図18において、Rはノズルと供給絞りの合成抵抗、Mはノズルと供給絞りの合成イナータンス、Cはノズルメニスカスのコンプライアンスでメニスカス形状(リフィル状態)により変わる値であり、ノズル上面からメニスカス最下部までの距離をy、ノズル半径をr、インク表面張力をσとするとき、Cは次の式(1)で表される。 For the analysis of the refill characteristic, an equivalent circuit model as shown in FIG. 18 was applied. In FIG. 18, R is a combined resistance of the nozzle and the supply throttle, M is a combined inertance of the nozzle and the supply throttle, and C is a value that varies depending on the meniscus shape (refill state) according to the compliance of the nozzle meniscus. When the distance to the bottom is y, the nozzle radius is r n , and the ink surface tension is σ, C is expressed by the following equation (1).

Figure 2006111000
また、吐出特性の解析には、図19に示すような等価回路モデルを適用した。ここで図19において、Cはピエゾアクチュエータのコンプライアンス、Cは圧力室のコンプライアンス、Rはノズル抵抗、Rは供給絞り抵抗、Mはノズルイナータンス、Mは供給絞りイナータンス、Vはピエゾアクチュエータ発生圧力を表す。
Figure 2006111000
Further, an equivalent circuit model as shown in FIG. 19 was applied to the analysis of the discharge characteristics. Here, in FIG. 19, C p is the compliance of the piezo actuator, C c is the compliance of the pressure chamber, R n is the nozzle resistance, R s is the supply throttle resistance, M n is the nozzle inertance, M s is the supply throttle inertance, V Represents the pressure generated by the piezo actuator.

なお、リフィル特性及び吐出特性の解析を行う際の各要素の具体的な数値を図20に示す。図20において、ノズル側とはノズル+圧力室からノズルへの連通路を含み、供給側とは供給絞り+共通液室への連通路を含むものとする。   In addition, FIG. 20 shows specific numerical values of each element when analyzing refill characteristics and ejection characteristics. In FIG. 20, the nozzle side includes a nozzle + communication path from the pressure chamber to the nozzle, and the supply side includes a supply throttle + communication path to the common liquid chamber.

前述した図9や図12に示した実施例においては、共通液室55、155と圧力室52、152を連通するインク供給口53、153は径が一様となっており、特に絞りは設けられていない。これらの例においては、インク供給口53、153の共通液室55、155と圧力室52、152間の部分におけるインク自体の質量によって逆流を抑止するようにしている。これは、高周波駆動時あるいは高粘度インク使用時における確実なインク供給を重視したものである。これに対し、本実施例では、逆流防止効果をより確実にするために径の細い絞り253aを設置するようにしたものである。   In the embodiment shown in FIG. 9 and FIG. 12, the ink supply ports 53 and 153 communicating the common liquid chambers 55 and 155 and the pressure chambers 52 and 152 have a uniform diameter. It is not done. In these examples, the backflow is suppressed by the mass of the ink itself in the portion between the common liquid chambers 55 and 155 of the ink supply ports 53 and 153 and the pressure chambers 52 and 152. This emphasizes reliable ink supply when driving at high frequency or using high viscosity ink. On the other hand, in the present embodiment, a narrow-diameter restrictor 253a is installed in order to make the backflow prevention effect more reliable.

また、絞り253a以外の構成については、前述した第2実施形態の構成と同じであり、それらの各構成要素については下二桁の符号を同じにして詳しい説明は省略する。   Further, the configuration other than the diaphragm 253a is the same as the configuration of the second embodiment described above, and the lower two-digit symbols are the same for those components, and detailed description thereof is omitted.

次に、本発明の第4実施形態について説明する。   Next, a fourth embodiment of the present invention will be described.

第4実施形態は、今まで説明してきたものとは異なり、共通液室は従来と同様、振動板に関して圧力室と同じ側に配置されている。しかし本実施形態においても、圧電素子の個別電極へ駆動信号を供給する電気配線が、ノズル面に対して垂直に形成され共通液室中を貫通するようになっている。   In the fourth embodiment, unlike what has been described so far, the common liquid chamber is arranged on the same side as the pressure chamber with respect to the diaphragm, as in the prior art. However, also in the present embodiment, the electrical wiring for supplying a drive signal to the individual electrodes of the piezoelectric element is formed perpendicular to the nozzle surface and penetrates the common liquid chamber.

図21に、本発明の第4実施形態の印字ヘッドを断面図で示す。   FIG. 21 is a sectional view showing a print head according to a fourth embodiment of the present invention.

図21は、例えば図3に示すような一つの圧力室ユニット54に相当する部分を、ノズル面に垂直な平面でノズル、インク供給口及び電気配線(エレキ柱)を通るように切断した断面図である。   21 is a cross-sectional view in which a portion corresponding to one pressure chamber unit 54 as shown in FIG. 3, for example, is cut so as to pass through a nozzle, an ink supply port, and electric wiring (electric column) on a plane perpendicular to the nozzle surface. It is.

図21に示すように、本実施形態の印字ヘッド350においては、圧力室352の天面は共通電極を兼ねた振動板356で構成され、振動板356の上には圧電体358aが接合され、その上面には個別電極357が形成され、共通電極(振動板356)と圧電体358aと個別電極357によって圧電素子358が構成されている。また、圧力室352は、ノズル流路351aによってノズル351と連通するとともに、振動板356に関して圧力室352と同じ側(図では圧力室352の下側)に設けられた共通液室355とインク供給口353を介して連通している。   As shown in FIG. 21, in the print head 350 of the present embodiment, the top surface of the pressure chamber 352 is constituted by a diaphragm 356 that also serves as a common electrode, and a piezoelectric body 358a is joined on the diaphragm 356, An individual electrode 357 is formed on the upper surface, and a piezoelectric element 358 is configured by the common electrode (the diaphragm 356), the piezoelectric body 358a, and the individual electrode 357. The pressure chamber 352 communicates with the nozzle 351 through the nozzle flow path 351a and supplies ink to the common liquid chamber 355 provided on the same side as the pressure chamber 352 (lower side of the pressure chamber 352 in the drawing) with respect to the vibration plate 356. It communicates through the mouth 353.

また、図21に示すように、個別電極357から電極接続部である電極パッド359を横へ引き出して、電極パッド359から下方に向かってノズル面に略垂直に電気配線390(エレキ柱)を形成する。電気配線390は、圧力室352が形成されるプレートを貫き、そのまま共通液室355を貫通してノズル351が形成されるノズルプレート側へ向かって下へ延び、共通液室355の下に設けられた配線部395に接続している。共通液室355を貫通する電気配線390は、インクに接する部分が絶縁・保護膜398によって保護されている。   Further, as shown in FIG. 21, the electrode pad 359 as an electrode connecting portion is pulled out from the individual electrode 357 to the side, and the electric wiring 390 (electric column) is formed substantially perpendicular to the nozzle surface downward from the electrode pad 359. To do. The electrical wiring 390 passes through the plate in which the pressure chamber 352 is formed, passes through the common liquid chamber 355 as it is, and extends downward toward the nozzle plate side where the nozzle 351 is formed, and is provided below the common liquid chamber 355. Connected to the wiring portion 395. A portion of the electrical wiring 390 that penetrates the common liquid chamber 355 is in contact with the ink and is protected by an insulating / protective film 398.

配線部395は、ノズル面に沿って印字ヘッド350内をその端部まで延び、フレキシブルケーブル(図示省略)に接続し、駆動信号の供給を受けるようになっている。   The wiring part 395 extends along the nozzle surface to the end of the print head 350, is connected to a flexible cable (not shown), and receives a drive signal.

本実施形態における電気配線は全てこのように共通液室を貫通するように形成されているのではなく、従来と同様に個別電極357からそのまま振動板356の上部に形成されフレキシブルケーブルに接続される電気配線も存在する。   The electrical wirings in this embodiment are not all formed so as to penetrate the common liquid chamber in this way, but are formed directly on the upper portion of the diaphragm 356 from the individual electrodes 357 as in the prior art and connected to the flexible cable. There is also electrical wiring.

そして、図21に示すもののように共通液室355を貫通する電気配線390(エレキ柱)を形成して共通液室355の下を通すように配線するものと、従来のように振動板356の上部を配線するものとを交互に形成することによって、電極の配線スペースを確保することができ、配線をより高密度化することができる。また配線を高密度化することによって、ノズルの更なる高密度化も可能となる。   Then, as shown in FIG. 21, an electric wiring 390 (electric column) penetrating through the common liquid chamber 355 is formed and wiring is performed so as to pass under the common liquid chamber 355, and a diaphragm 356 of the related art is used. By alternately forming the upper wirings, it is possible to secure a wiring space for the electrodes and to increase the wiring density. Further, by increasing the wiring density, the nozzle density can be further increased.

次に、本発明の第5実施形態について説明する。   Next, a fifth embodiment of the present invention will be described.

今まで説明して来た実施形態においては、いずれも圧力発生手段として圧電素子(58等)を用いていたが、第5実施形態は今まで説明して来たものとは異なり、圧力発生手段として静電気作用により振動板を駆動制御する静電アクチュエータを用いたものである。   In the embodiments described so far, the piezoelectric element (58 or the like) is used as the pressure generating means. However, the fifth embodiment is different from those described so far, and the pressure generating means. As an example, an electrostatic actuator that drives and controls the diaphragm by electrostatic action is used.

静電アクチュエータは、電極にパルス電圧を印加することにより、電極面の正電荷または負電荷と対応の振動板面の負電荷または正電荷により振動板を吸引し、撓ませ、次いで電極をOFFにしたときの振動板面の復元作用により、圧力室の容積を減少し、圧力室内の圧力を瞬間的に上昇させてインクをノズルから吐出させるものである。   The electrostatic actuator applies a pulse voltage to the electrode, attracts and deflects the diaphragm by the positive or negative charge on the electrode surface and the negative or positive charge on the corresponding diaphragm surface, and then turns the electrode off. In this case, the volume of the pressure chamber is reduced by the restoring action of the diaphragm surface, and the pressure in the pressure chamber is instantaneously increased to eject ink from the nozzles.

図22に、第5実施形態の印字ヘッドを断面図で示す。   FIG. 22 is a sectional view of the print head according to the fifth embodiment.

図22は、例えば図9等と同様の断面図である。図22に示すように、本実施形態の印字ヘッド450は、圧力発生手段以外については、前述した図9に示す第1実施形態と同
様である。すなわち、印字ヘッド450は、共通液室455を振動板456の上側に配置し、共通液室455を貫通するように垂直に立設された電気配線490を有している。
FIG. 22 is a cross-sectional view similar to FIG. As shown in FIG. 22, the print head 450 of the present embodiment is the same as that of the first embodiment shown in FIG. 9 except for the pressure generating means. In other words, the print head 450 has the common liquid chamber 455 disposed above the vibration plate 456 and has the electrical wiring 490 that is erected vertically so as to penetrate the common liquid chamber 455.

また、本実施形態の圧力発生手段は、静電アクチュエータ型であり、振動板456の上に電極401が配置され、電極401は絶縁・保護膜498が形成され、さらに、電極401と振動板456との間には隙間402が設けられている。   The pressure generating means of the present embodiment is of an electrostatic actuator type, the electrode 401 is disposed on the vibration plate 456, the insulating film 498 is formed on the electrode 401, and the electrode 401 and the vibration plate 456 are further formed. A gap 402 is provided between the two.

また、電極401から電極パッド459が引き出され、この上に垂直に立ち上がる電気配線490と接続している。電気配線490は、上部において多層フレキシブルケーブル492と電極パッド490aで接続している。電極401には、電気配線490を通じてパルス電圧が印加されるようになっている。   An electrode pad 459 is drawn from the electrode 401 and is connected to an electric wiring 490 that rises vertically on the electrode pad 459. The electrical wiring 490 is connected to the multilayer flexible cable 492 at the upper portion by the electrode pad 490a. A pulse voltage is applied to the electrode 401 through the electric wiring 490.

なお、これ以外の構成については、前述した第1実施形態と同様であるので符号の下二桁を同一として詳しい説明は省略する。   Since the remaining configuration is the same as that of the first embodiment described above, the last two digits are the same, and detailed description thereof is omitted.

以下、本実施形態の作用を説明する。   Hereinafter, the operation of the present embodiment will be described.

電極401に電気配線490を通じて所定のパルス電圧を印加すると、電極401の表面が+電位に帯電すると、対応する振動板456の下面は−電位に帯電する。その結果、振動板456は、静電気の吸引力によって図の上方に撓む。振動板456が上方に撓むと圧力室452の容積が増加し、共通液室455からインク供給口453を介してインクが圧力室452内に充填される。   When a predetermined pulse voltage is applied to the electrode 401 through the electric wiring 490, when the surface of the electrode 401 is charged to a positive potential, the lower surface of the corresponding diaphragm 456 is charged to a negative potential. As a result, the diaphragm 456 bends upward in the figure by electrostatic attraction. When the vibration plate 456 is bent upward, the volume of the pressure chamber 452 increases, and ink is filled into the pressure chamber 452 from the common liquid chamber 455 through the ink supply port 453.

次に、電極401をOFFにすると、振動板456は復元するため、圧力室452の容積は減少する。その結果、圧力室452内の圧力は急激に上昇し、ノズル451からインクが吐出される。   Next, when the electrode 401 is turned OFF, the diaphragm 456 is restored, so that the volume of the pressure chamber 452 decreases. As a result, the pressure in the pressure chamber 452 rapidly increases and ink is ejected from the nozzles 451.

このように圧力発生手段は、圧電素子だけに限定されるものではなく、静電アクチュエータでもよい。   Thus, the pressure generating means is not limited to the piezoelectric element, but may be an electrostatic actuator.

以上、本発明の液体吐出ヘッド及びこれを備えた画像形成装置について詳細に説明したが、本発明は、以上の例には限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、各種の改良や変形を行ってもよいのはもちろんである。   The liquid ejection head of the present invention and the image forming apparatus including the liquid ejection head have been described in detail above. However, the present invention is not limited to the above examples, and various improvements and modifications can be made without departing from the spirit of the present invention. Of course, deformation may be performed.

本発明に係る画像形成装置としてのインクジェット記録装置の一実施形態の概略を示す全体構成図である。1 is an overall configuration diagram showing an outline of an embodiment of an ink jet recording apparatus as an image forming apparatus according to the present invention. 図1に示したインクジェット記録装置の印字部周辺の要部平面図である。FIG. 2 is a plan view of a main part around a printing unit of the inkjet recording apparatus shown in FIG. 1. 印字ヘッドの構造例を示す平面透視図である。FIG. 3 is a plan perspective view illustrating a structural example of a print head. 印字ヘッドの他の例を示す平面図である。It is a top view which shows the other example of a print head. 本実施形態のインクジェット記録装置におけるインク供給系の構成を示した概要図である。It is the schematic which showed the structure of the ink supply system in the inkjet recording device of this embodiment. 本実施形態のインクジェット記録装置のシステム構成を示す要部ブロック図である。It is a principal part block diagram which shows the system configuration | structure of the inkjet recording device of this embodiment. 本実施形態の印字ヘッドの一部を拡大して示す斜視透視図である。It is a perspective perspective view which expands and shows a part of print head of this embodiment. 圧力室の一部を拡大して示す平面透視図である。It is a plane perspective view which expands and shows a part of pressure chamber. 図8中の9−9線に沿った断面図である。FIG. 9 is a cross-sectional view taken along line 9-9 in FIG. (a)〜(d)は第1実施形態に係る印字ヘッドの製造工程を示す説明図である。(A)-(d) is explanatory drawing which shows the manufacturing process of the print head which concerns on 1st Embodiment. (a)〜(e)は電気配線(エレキ柱)の製造工程を示す説明図である。(A)-(e) is explanatory drawing which shows the manufacturing process of electrical wiring (electric column). 本発明の第2実施形態の印字ヘッドを示す断面図である。It is sectional drawing which shows the print head of 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第3実施形態の印字ヘッドを示す断面図である。It is sectional drawing which shows the print head of 3rd Embodiment of this invention. 粘度20cPのインクに対し絞りなしと絞りありの場合のリフィル特性を比較して示すグラフである。It is a graph which compares and shows the refill characteristic in the case of an ink with a viscosity of 20 cP when there is no aperture and with an aperture. 粘度20cPのインクに対し絞りなしと絞りありの場合の吐出特性を比較して示すグラフである。7 is a graph showing a comparison of ejection characteristics between ink having a viscosity of 20 cP and those without a diaphragm and with a diaphragm. 粘度2cPのインクに対し絞りなしと絞りありの場合のリフィル特性を比較して示すグラフである。It is a graph which compares and shows the refill characteristic in the case of without an aperture and with an aperture for the ink of viscosity 2cP. 粘度2cPのインクに対し絞りなしと絞りありの場合の吐出特性を比較して示すグラフである。6 is a graph showing a comparison of ejection characteristics between ink without a restriction and with a restriction for ink having a viscosity of 2 cP. リフィル特性の解析に適用した等価回路モデルを示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the equivalent circuit model applied to the analysis of a refill characteristic. 吐出特性の解析に適用した等価回路モデルを示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the equivalent circuit model applied to the analysis of a discharge characteristic. リフィル特性及び吐出特性の解析に用いた各要素の数値を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the numerical value of each element used for the analysis of a refill characteristic and discharge characteristic. 本発明の第4実施形態の印字ヘッドを示す断面図である。It is sectional drawing which shows the print head of 4th Embodiment of this invention. 本発明の第5実施形態の印字ヘッドを示す断面図である。It is sectional drawing which shows the print head of 5th Embodiment of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

10…インクジェット記録装置、12…印字部、14…インク貯蔵/装填部、16…記録紙、18…給紙部、20…デカール処理部、22…吸着ベルト搬送部、24…印字検出部、26…排紙部、28…カッター、30…加熱ドラム、31、32…ローラー、33…ベルト、34…吸着チャンバー、35…ファン、36…ベルト清掃部、40…加熱ファン、42…後乾燥部、44…加熱・加圧部、45…加圧ローラー、48…カッター、50…印字ヘッド、50A…ノズル面、51…ノズル、51a…ノズル流路、52…圧力室、53…インク供給口、54…圧力室ユニット、55…共通液室、56…振動板(共通電極)、57…個別電極、58a…圧電体、58…圧電素子、59…電極パッド、60…インクタンク、62…フィルタ、64…キャップ、66…ブレード、67…吸引ポンプ、68…回収タンク、70…通信インターフェース、72…システムコントローラ、74…画像メモリ、76…モータドライバ、78…ヒータドライバ、80…プリント制御部、82…画像バッファメモリ、84…ヘッドドライバ、86…ホストコンピュータ、88…モータ、89…ヒータ、90…電気配線(エレキ柱)、91…配線プレート、92…多層フレキシブルケーブル、94…ノズルプレート、96…流路プレート、98…絶縁・保護膜   DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Inkjet recording device, 12 ... Printing part, 14 ... Ink storage / loading part, 16 ... Recording paper, 18 ... Paper feeding part, 20 ... Decal processing part, 22 ... Adsorption belt conveyance part, 24 ... Print detection part, 26 DESCRIPTION OF REFERENCE SYMBOLS: Paper discharge part, 28 ... Cutter, 30 ... Heating drum, 31, 32 ... Roller, 33 ... Belt, 34 ... Adsorption chamber, 35 ... Fan, 36 ... Belt cleaning part, 40 ... Heating fan, 42 ... Post-drying part, 44 ... heating / pressurizing unit, 45 ... pressure roller, 48 ... cutter, 50 ... print head, 50A ... nozzle surface, 51 ... nozzle, 51a ... nozzle flow path, 52 ... pressure chamber, 53 ... ink supply port, 54 ... pressure chamber unit, 55 ... common liquid chamber, 56 ... diaphragm (common electrode), 57 ... individual electrode, 58a ... piezoelectric body, 58 ... piezoelectric element, 59 ... electrode pad, 60 ... ink tank, 62 ... filter, 64 Cap, 66 ... Blade, 67 ... Suction pump, 68 ... Collection tank, 70 ... Communication interface, 72 ... System controller, 74 ... Image memory, 76 ... Motor driver, 78 ... Heater driver, 80 ... Print controller, 82 ... Image Buffer memory, 84 ... head driver, 86 ... host computer, 88 ... motor, 89 ... heater, 90 ... electric wiring (electric column), 91 ... wiring plate, 92 ... multilayer flexible cable, 94 ... nozzle plate, 96 ... flow path Plate, 98 ... Insulation / protection film

Claims (8)

液体を吐出する複数の吐出口と、
前記複数の吐出口のそれぞれと連通する複数の圧力室と、
前記複数の圧力室のそれぞれに液体を供給する複数の液体供給流路と、
前記複数の液体供給流路に液体を供給する共通液室と、
前記複数の圧力室のそれぞれを変形する圧力発生手段と、
前記圧力発生手段に駆動信号を供給する電気配線とを有し、
前記電気配線が前記共通液室を貫通するように配設されたことを特徴とする液体吐出ヘッド。
A plurality of outlets for discharging liquid;
A plurality of pressure chambers communicating with each of the plurality of discharge ports;
A plurality of liquid supply passages for supplying a liquid to each of the plurality of pressure chambers;
A common liquid chamber for supplying a liquid to the plurality of liquid supply channels;
Pressure generating means for deforming each of the plurality of pressure chambers;
Electric wiring for supplying a driving signal to the pressure generating means,
A liquid discharge head, wherein the electric wiring is disposed so as to penetrate the common liquid chamber.
前記圧力発生手段が圧電素子であることを特徴とする請求項1に記載の液体吐出ヘッド。   The liquid discharge head according to claim 1, wherein the pressure generating means is a piezoelectric element. 前記圧力発生手段は前記圧力室の前記吐出口とは反対側に設けられ、前記共通液室は前記圧力発生手段に関し前記圧力室とは反対側に配設されたことを特徴とする請求項1または2に記載の液体吐出ヘッド。   2. The pressure generating means is provided on the opposite side of the pressure chamber to the discharge port, and the common liquid chamber is disposed on the opposite side of the pressure chamber with respect to the pressure generating means. Or the liquid discharge head of 2. 前記液体供給流路は、前記圧力発生手段を含む面に略垂直に形成されたことを特徴とする請求項3に記載の液体吐出ヘッド。   The liquid discharge head according to claim 3, wherein the liquid supply channel is formed substantially perpendicular to a surface including the pressure generating unit. 前記電気配線は、前記圧力発生手段を含む面に略垂直に形成されたことを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の液体吐出ヘッド。   5. The liquid discharge head according to claim 1, wherein the electrical wiring is formed substantially perpendicular to a surface including the pressure generating unit. 前記複数の圧力室は、2次元マトリクス状に配置されたことを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載の液体吐出ヘッド。   The liquid ejection head according to claim 1, wherein the plurality of pressure chambers are arranged in a two-dimensional matrix. 前記共通液室の前記圧力発生手段とは反対側に、前記電気配線と接続される配線層を設けたことを特徴とする請求項1〜6のいずれか1項に記載の液体吐出ヘッド。   The liquid ejection head according to claim 1, wherein a wiring layer connected to the electric wiring is provided on the opposite side of the common liquid chamber from the pressure generating unit. 請求項1〜7のいずれか1項に記載の液体吐出ヘッドを備えたことを特徴とする画像形成装置。   An image forming apparatus comprising the liquid discharge head according to claim 1.
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