JP2009006560A - Inkjet recording head and recording apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、インク等の液体を吐出して記録動作を行うインクジェット記録装置、および記録装置に用いられるインクジェット記録ヘッドに関する。特に、インクの吐出口を集積配列配置してなるマルチノズルインクジェット記録ヘッドを用いるプリント方法およびプリント装置に関する。本発明は、一般的なプリント装置のほか、複写機、通信システムを有するファクシミリ、プリント部を有するワードプロセッサ等の装置、あるいは、これらの装置を複合した多機能記録装置等に適用することができる。特に、高速かつ高画質な印字を行う記録装置に好適に適用される。 The present invention relates to an ink jet recording apparatus that performs a recording operation by discharging a liquid such as ink, and an ink jet recording head used in the recording apparatus. In particular, the present invention relates to a printing method and a printing apparatus using a multi-nozzle inkjet recording head in which ink discharge ports are arranged in an integrated arrangement. The present invention can be applied to a general printing apparatus, a copying machine, a facsimile having a communication system, an apparatus such as a word processor having a printing unit, or a multifunction recording apparatus combining these apparatuses. In particular, the present invention is suitably applied to a recording apparatus that performs high-speed and high-quality printing.
従来、インクジェット記録装置は、ランニングコストが安く、装置の小型化も可能であり、さらに、複数色のインクを用いてカラー画像記録に対応することも容易であることから、コンピュータ関係の出力機器等に幅広く利用され、商品化されている。 Conventionally, an inkjet recording apparatus is low in running cost, can be downsized, and can easily support color image recording using a plurality of colors of ink. Widely used and commercialized.
一方、記録ヘッドの吐出口からインクを吐出するためのエネルギーを発生するエネルギー発生素子としては、ピエゾ素子などの電気機械変換体を用いたもの、レーザーなどの電磁波を照射して発熱させ、この発熱による作用でインク滴を吐出させるもの、あるいは、発熱抵抗体を有する電気熱変換素子によって液体を加熱させるもの等がある。 On the other hand, as an energy generating element that generates energy for ejecting ink from the ejection port of the recording head, an element that uses an electromechanical transducer such as a piezo element, or an electromagnetic wave such as a laser emits heat to generate heat. There are those that discharge ink droplets by the action of, and those that heat a liquid by an electrothermal conversion element having a heating resistor.
その中でも熱エネルギーを利用してインク滴を吐出させる方式のインクジェット記録方式のヘッドは、吐出口を高密度に配列することができるため、高解像度の記録が可能である。電気熱変換素子をエネルギー発生素子として用いた記録ヘッドは、小型化も用意であり、かつ最近の半導体分野における技術の進歩と信頼性の向上が著しいIC技術やマイクロ加工技術の長所を十二分に活用でき、高密度実装化が容易で製造コストも安価なことから有利である。 Among them, an inkjet recording system head that uses thermal energy to eject ink droplets can arrange discharge ports at high density, and therefore can perform high-resolution recording. Recording heads that use electrothermal transducers as energy generating elements are also available in smaller sizes, and are sufficient for the advantages of IC technology and micromachining technology that have made significant progress in technology and improved reliability in the recent semiconductor field. This is advantageous because it can be used in high density, easy to mount with high density, and inexpensive to manufacture.
また、最近では、より高精細の印字を行うために、インクを吐出するためのノズルを、フォトリソ技術を用いて高精度に作成する方法等も利用され、記録ヘッドは高密度でさらに長尺なものの製作が可能になってきている。より高速に高精細な画像の記録を実現するため、1回の記録ヘッドと被記録媒体の相対的な走査で画像形成するシステムの技術開発が進められている。 In addition, recently, in order to perform higher-definition printing, a method of creating a nozzle for ejecting ink with high accuracy using photolithography technology has been used, and the recording head has a higher density and a longer length. Things can be made. In order to realize high-definition image recording at a higher speed, technological development of a system that forms an image by performing a relative scan of a recording head and a recording medium is being advanced.
インクジェットにおいては、製造時に混入したゴミや、長期間の使用によるノズル劣化、インクを吐出するための素子の劣化等により、検査時あるいは使用期間中偶発的に不吐出状況が発生する場合がある。 In an inkjet, a non-ejection situation may occur accidentally during inspection or during a use period due to dust mixed during manufacture, nozzle deterioration due to long-term use, deterioration of an element for ejecting ink, or the like.
このようは不吐出は、製造環境等の改善により、発生する頻度を抑えることができ、従来は大きな問題ではなかった。しかし、前述のように高速化のために記録ヘッドに配列するノズル数を多くした場合、無視できない問題となる。特に、不吐出状態のノズルを含まない記録ヘッドを製造するためには、製造上のコストアップを招き、高価になってしまう。 Thus, non-ejection can be reduced in frequency by improving the manufacturing environment and the like, and it has not been a big problem in the past. However, as described above, when the number of nozzles arranged in the recording head is increased in order to increase the speed, there is a problem that cannot be ignored. In particular, in order to manufacture a recording head that does not include a nozzle in a non-ejection state, the manufacturing cost increases and the manufacturing cost increases.
不吐出の発生により画像上に白スジ等の欠陥が発生する。このような白スジを補完する為、記録ヘッドを複数回走査して記録を行う分割印字方式を利用し、白スジとなる部分を他の正常なノズルで補完して記録する等の技術が提案されている。
しかしながら、上記高密度で長尺な記録ヘッドを用いるプリントシステムの場合、一回の走査で印字を完成させるワンパス印字を行うことが好ましいが、この1パス印字においては、不吐出で記録されない部分を補完したり、目立たなくすることが非常に困難である。 However, in the case of the printing system using the above-described high-density and long recording head, it is preferable to perform one-pass printing that completes printing by one scan. However, in this one-pass printing, a portion that is not ejected and is not recorded is preferable. It is very difficult to supplement or make it inconspicuous.
本発明は不吐によりドットが記録されないことで記録画像に発生する白スジ等の画像のむらを低減し、不吐が発生した場合でも、白スジや画像のむらを軽減し、さらには、プリント速度の高速化を可能とするインクジェット記録装置を提供することを目的とする。 The present invention reduces non-uniformity of images such as white streaks that occur in a recorded image because dots are not recorded due to non-discharge, and even when non-discharge occurs, non-uniformity of white streaks and images is reduced. An object of the present invention is to provide an ink jet recording apparatus capable of increasing the speed.
上記目的を達成するため本発明のインクジェット記録ヘッドは、
液体を吐出するための複数のノズルと吐出エネルギーを発生する記録素子を複数配列した記録素子基板において、解像度の半ピッチずらして配置され、配列のノズル密度を記録密度の半分にしたノズル列を補完用としてもうけた。
In order to achieve the above object, the inkjet recording head of the present invention comprises:
In a printing element substrate where multiple nozzles for discharging liquid and multiple printing elements that generate discharge energy are arranged, they are arranged with a half-pitch of resolution and are complemented by nozzle arrays with the array nozzle density half the recording density. I made it for use.
以上説明したように本発明によれば、フルマルチヘッドにおいては特に顕著となる不吐によるヘッド歩留まり低下を解消でき、ヘッドコストに対して極めて有効である。また、使用中に生じる不吐に対してもその検知手段を装置に備えることで、対応する補完ノズルを使用し画像の劣化を極力抑えた補完が可能となり、ヘッドの交換頻度を少なくすることができる。 As described above, according to the present invention, the decrease in head yield due to undischarge, which is particularly noticeable in a full multi-head, can be eliminated, and it is extremely effective for the head cost. Further, by providing the apparatus with a detection means for non-discharge occurring during use, it is possible to perform complementation using a corresponding complementary nozzle while minimizing image deterioration, and to reduce the frequency of head replacement. it can.
高画質プリントがより持続的に可能な記録装置を提供することが可能になる。 It is possible to provide a recording apparatus capable of more continuous high-quality printing.
次に、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。 Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
(第1の実施形態)
図1から図6は、本発明が実施もしくは適用される好適な記録ヘッド、駆動回路、インクジェット記録装置のそれぞれ及びそれぞれの関係を説明するための説明図である。以下、これらの図面を参照して各部構成の説明しながら、全体を説明することにする。
(First embodiment)
FIG. 1 to FIG. 6 are explanatory diagrams for explaining each of the preferred recording head, driving circuit, and ink jet recording apparatus to which the present invention is applied or applied, and their respective relationships. Hereinafter, the entire configuration will be described with reference to these drawings while describing the configuration of each part.
(1)記録ヘッドの説明
図1に示すように記録ヘッドH1000は、電気信号に応じて膜沸騰をインクに対して生じせしめるための熱エネルギーを生じせしめるための熱エネルギーを生成する電気熱変換体を用いて記録を行うバブルジェット(登録商標)方式のサイドシュータ型とされる記録ヘッドである。
(1) Description of Recording Head As shown in FIG. 1, the recording head H1000 is an electrothermal transducer that generates thermal energy for generating thermal energy for causing film boiling to the ink in accordance with an electrical signal. The recording head is a bubble shooter (registered trademark) side shooter type that performs recording using the.
そして、記録ヘッドH1000は、図2の分解斜視図に示すように、記録素子ユニットH1001とインク供給ユニットH1002のインク供給部材H1500から構成される。さらに、図3の分解斜視図に示すように、記録素子ユニットH1001は、記録素子基板H1100、第1のプレートH1200、電気配線基板H1300、第2のプレートH1400、フィルター部材H1600で構成されている。 As shown in the exploded perspective view of FIG. 2, the recording head H1000 includes a recording element unit H1001 and an ink supply member H1500 of an ink supply unit H1002. Further, as shown in the exploded perspective view of FIG. 3, the recording element unit H1001 includes a recording element substrate H1100, a first plate H1200, an electric wiring substrate H1300, a second plate H1400, and a filter member H1600.
(1−1)記録素子ユニット
図4(a)は、記録素子基板H1100の構成を説明する図であり、図4(b)は図4(a)に示すA−A断面図である。記録素子基板H1100は、例えば、厚さ0.5〜1mmのSi基板H1108で薄膜が形成されている。また、インク流路として長溝状の貫通口からなるインク供給口H1101が形成され、インク供給口H1101の両側に電気熱変換素子H1102がそれぞれ1列ずつ千鳥状に配列されており、前記電気熱変換素子H1102、及び、Al等の電気配線が成膜技術により形成されている。また、該電気配線に電力を供給するために電極H1103が設けられている。前記インク供給口H1101は、前記Si基板H1108の結晶方位を利用して、異方性エッチングを行う。ウエハー面に<100>、厚さ方向に<111>の結晶方位を持つ場合、アルカリ系(KOH、TMAH、ヒトラジン等)の異方性エッチングにより、約54.7度の角度でエッチングが進行する。この方法を用いて、所望の深さにエッチングする。また、前記Si基板H1108上には、ノズルプレートH1110が具備され、電気熱変換素子H1102に対応したインク流路H1104、ノズルH1105、発泡室H1107がフォトリソ技術により形成されている。また、前記ノズルH1105は前記電気熱変換素子H1102に対向するように設けられており、インク供給口H1101から供給されたインクを電気熱変換素子H1102により気泡を発生させてインクを吐出させるものである。
(1-1) Recording Element Unit FIG. 4A is a diagram illustrating the configuration of the recording element substrate H1100, and FIG. 4B is a cross-sectional view taken along line AA shown in FIG. The recording element substrate H1100 has a thin film formed of, for example, a Si substrate H1108 having a thickness of 0.5 to 1 mm. Further, an ink supply port H1101 consisting of a long groove-like through-hole is formed as an ink flow path, and electrothermal conversion elements H1102 are arranged in a staggered pattern on each side of the ink supply port H1101, respectively. The electric wiring such as the element H1102 and Al is formed by a film forming technique. An electrode H1103 is provided to supply power to the electrical wiring. The ink supply port H1101 performs anisotropic etching using the crystal orientation of the Si substrate H1108. When the wafer surface has a crystal orientation of <100> and a thickness direction of <111>, the etching proceeds at an angle of about 54.7 degrees by anisotropic etching (KOH, TMAH, humanradine, etc.) . Using this method, etching is performed to a desired depth. A nozzle plate H1110 is provided on the Si substrate H1108, and an ink flow path H1104, a nozzle H1105, and a foaming chamber H1107 corresponding to the electrothermal conversion element H1102 are formed by a photolithography technique. The nozzle H1105 is provided so as to face the electrothermal conversion element H1102, and causes the ink supplied from the ink supply port H1101 to generate bubbles by the electrothermal conversion element H1102 to discharge the ink. .
第1のプレートH1200は、例えば、厚さ0.5〜10mmのアルミナ(Al2O3)材料で形成されている。なお、第1のプレートの素材は、アルミナに限られることなく、記録素子基板H1100の材料の線膨張率と同等の線膨張率を有し、かつ、記録素子基板H1100材料の熱伝導率と同等もしくは同等以上の熱伝導率を有する材料で作られてもよい。第1のプレートH1200の素材は、例えば、シリコン(Si)、窒化アルミニウム(AlN)、ジルコニア、窒化珪素(Si3N4)、炭化珪素(SiC)、モリブデン(Mo)、タングステン(W)のうちいずれであってもよい。第1のプレートH1200には、記録素子基板H1100にインクを供給するためのインク供給口H1201が形成されており、記録素子基板H1100のインク供給口H1101が第1のプレートH1200のインク供給口H1201に対応し、かつ、記録素子基板H1100は第1のプレートH1200に対して位置精度良く接着固定される。その接着剤は、例えば、粘度が低く、接触面に形成される接着層が薄く、かつ、硬化後、比較的高い硬度を有し、かつ、耐インク性のあるものが望ましい。例えば、エポキシ樹脂を主成分とした熱硬化接着剤、もしくは紫外線硬化併用型の熱硬化接着剤であり、接着層の厚みは50μm以下が望ましい。また、第1のプレートH1200は、位置決め基準となるX方向基準H1204、Y方向基準H1205、Z方向基準H1206を有している。 The first plate H1200 is made of, for example, an alumina (Al2O3) material having a thickness of 0.5 to 10 mm. The material of the first plate is not limited to alumina, and has a linear expansion coefficient equivalent to that of the material of the recording element substrate H1100 and is equivalent to the thermal conductivity of the material of the recording element substrate H1100. Alternatively, it may be made of a material having an equivalent or higher thermal conductivity. The material of the first plate H1200 is, for example, any of silicon (Si), aluminum nitride (AlN), zirconia, silicon nitride (Si3N4), silicon carbide (SiC), molybdenum (Mo), and tungsten (W). May be. An ink supply port H1201 for supplying ink to the recording element substrate H1100 is formed in the first plate H1200, and the ink supply port H1101 of the recording element substrate H1100 is connected to the ink supply port H1201 of the first plate H1200. Correspondingly, the recording element substrate H1100 is bonded and fixed to the first plate H1200 with high positional accuracy. The adhesive is desirably, for example, a material having a low viscosity, a thin adhesive layer formed on the contact surface, a relatively high hardness after curing, and ink resistance. For example, it is a thermosetting adhesive mainly composed of an epoxy resin, or an ultraviolet curing combined thermosetting adhesive, and the thickness of the adhesive layer is desirably 50 μm or less. The first plate H1200 has an X-direction reference H1204, a Y-direction reference H1205, and a Z-direction reference H1206, which are positioning references.
記録素子基板H1100は、図1に示すように第1のプレート上H1200に千鳥状に配置され、同一色による幅広の記録を可能としている。例えば、ノズル群の長さが1インチ+αの4つの記録素子基板H1100a、H1100b、H1100c、H1100dを千鳥状に配置し、4インチ幅の記録を可能にしている。 The recording element substrates H1100 are arranged in a staggered manner on the first plate H1200 as shown in FIG. 1, and wide recording with the same color is possible. For example, four recording element substrates H1100a, H1100b, H1100c, and H1100d each having a nozzle group length of 1 inch + α are arranged in a staggered manner to enable recording of a width of 4 inches.
また、各記録素子基板の吐出口群の端部は、千鳥状に隣接する記録素子基板のノズル群の端部と、記録方向に対して、重複する領域(L)を設け、各記録素子基板による印刷に隙間が生じることを防止している。例えば、ノズル群H1106aとノズル群H1106bに重複領域H1109a、H1109bを設けている。 In addition, the end of each ejection element group of each recording element substrate is provided with a region (L) overlapping with the end of the nozzle group of the recording element board adjacent to the staggered pattern in the recording direction. Prevents gaps from being generated by printing. For example, overlapping regions H1109a and H1109b are provided in the nozzle group H1106a and the nozzle group H1106b.
電気配線基板H1300は、記録素子基板H1100に対してインクを吐出するための電気信号を印加するものであり、記録素子基板H1100を組み込むための開口部を有しており、裏面には第2のプレートH1400が接着固定される。また、電気配線基板H1300は、記録素子基板H1100の電極H1103に対応する電極端子H1302と、この配線端部に位置し記録装置本体からの電気信号を受け取るための外部信号入力端子H1301を有している。電気配線基板H1300と記録素子基板H1100は、電気的に接続されており、接続方法は、例えば、記録素子基板H1100の電極H1103と電気配線基板H1300の電極端子H1302を金ワイヤーH1303(不図示)を用いたワイヤーボンディング技術によりにより電気的に接続される。電気配線基板H1300の素材としては、例えば、配線が二層構造のフレキシブル配線基板が使用され、表層はポリイミドフィルムで覆われている。 The electrical wiring substrate H1300 applies an electrical signal for ejecting ink to the recording element substrate H1100, has an opening for incorporating the recording element substrate H1100, and has a second surface on the back surface. The plate H1400 is bonded and fixed. The electric wiring board H1300 has an electrode terminal H1302 corresponding to the electrode H1103 of the recording element board H1100, and an external signal input terminal H1301 for receiving an electric signal from the recording apparatus main body located at the end of the wiring. Yes. The electrical wiring substrate H1300 and the recording element substrate H1100 are electrically connected. For example, the electrode H1103 of the recording element substrate H1100 and the electrode terminal H1302 of the electrical wiring substrate H1300 are connected to a gold wire H1303 (not shown). It is electrically connected by the wire bonding technique used. As a material of the electrical wiring board H1300, for example, a flexible wiring board having a two-layer structure is used, and a surface layer is covered with a polyimide film.
第2のプレートH1400は、例えば、厚さ0.5〜1mmのSUS板で形成されている。なお、第2のプレートの素材は、SUSに限られることなく、耐インク性を有し、良好な平面性を有する材料で作られてもよい。そして、第2のプレートH1400は、第1のプレートH1200に接着固定された記録素子基板H1100および該記録素子基板を取り込む開口部を有し、第1のプレートに接着固定される。 The second plate H1400 is formed of a SUS plate having a thickness of 0.5 to 1 mm, for example. Note that the material of the second plate is not limited to SUS, and may be made of a material having ink resistance and good flatness. The second plate H1400 has a recording element substrate H1100 bonded and fixed to the first plate H1200 and an opening for taking in the recording element substrate, and is bonded and fixed to the first plate.
第2のプレートの開口部H1402と記録素子基板H1100の側面によって形成される溝部には、第1の封止剤H1304が充填され、前記電気配線基板H1300の電気実装部を封止している。また、記録素子基板の電極H1103は、第2の封止剤H1305で封止し、電気接続部分をインクによる腐食や外的衝撃から保護している。 A groove formed by the opening H1402 of the second plate and the side surface of the recording element substrate H1100 is filled with the first sealant H1304, and the electrical mounting portion of the electrical wiring substrate H1300 is sealed. Further, the electrode H1103 of the recording element substrate is sealed with a second sealant H1305 to protect the electrical connection portion from corrosion by ink and external impact.
また、第1のプレートH1100の裏面側インク供給口H1201には、インク中に混入された異物を取り除くためのフィルター部材H1600が接着固定される。 Further, a filter member H1600 for removing foreign matters mixed in the ink is bonded and fixed to the back surface side ink supply port H1201 of the first plate H1100.
(1−2)インク供給ユニット
インク供給部材H1500は、例えば、樹脂成形により形成され、共通液室H1501と、Z方向基準面H1502を具備している。そして、Z基準面H1502は、記録素子ユニットを位置決め固定するとともに、記録ヘッドH1000のZ基準となっている。
(1-2) Ink Supply Unit The ink supply member H1500 is formed by resin molding, for example, and includes a common liquid chamber H1501 and a Z-direction reference surface H1502. The Z reference plane H1502 positions and fixes the recording element unit and serves as the Z reference for the recording head H1000.
(1−3)記録素子ユニットとインク供給ユニットの結合
先述の図2に示した通り、記録ヘッドH1000は、記録素子ユニットH1001をインク供給部材H1500に結合することにより完成する。
(1-3) Coupling of Recording Element Unit and Ink Supply Unit As shown in FIG. 2 described above, the recording head H1000 is completed by coupling the recording element unit H1001 to the ink supply member H1500.
結合は以下のように行われる。 The coupling is performed as follows.
インク供給部材H1500の開口部と記録素子ユニットH1001を第3の封止剤H1503により封止し、共通液室H1501を密閉する。そして、インク供給部材のZ基準H1502に記録素子ユニットH1001のZ基準H1502を、例えば、ビスH1900等により位置決め固定する。第3の封止剤H1503は、耐インク性があり、かつ、常温で硬化し、かつ、異種材料間の線膨張差に耐えられる柔軟性のある封止剤が望ましい。 The opening of the ink supply member H1500 and the recording element unit H1001 are sealed with a third sealant H1503, and the common liquid chamber H1501 is sealed. Then, the Z reference H1502 of the recording element unit H1001 is positioned and fixed to the Z reference H1502 of the ink supply member by, for example, a screw H1900. The third sealant H1503 is desirably a sealant that has ink resistance, is cured at room temperature, and can withstand the linear expansion difference between different materials.
また、記録素子ユニットH1001の外部信号入力端子H1301部分は、例えば、インク供給部材H1501の裏面に、位置決め固定される。 Further, the external signal input terminal H1301 portion of the recording element unit H1001 is positioned and fixed on the back surface of the ink supply member H1501, for example.
(2)インクジェット記録装置の説明
本発明のインクジェット記録装置M4000は、図5に示すように、例えば、写真画質の記録に対応して6色分の記録ヘッドが具備されている。記録ヘッドH1000Bkは、ブラックインク用の記録ヘッドであり、記録ヘッドH1000Cはシアンインク用、記録ヘッドH1000Mマゼンタインク用、記録ヘッドH1000Yはイエローインク用、記録ヘッドH1000LCはライトシアンインク用、記録ヘッドH1000LMはライトマゼンタインク用である。これらの記録ヘッドH1000を、記録装置本体M4000に載置されているキャリッジM4001の位置決め手段及び電気的接点M4002によって固定支持する。
(2) Description of Inkjet Recording Apparatus As shown in FIG. 5, the inkjet recording apparatus M4000 of the present invention includes, for example, recording heads for six colors corresponding to photographic image quality recording. The recording head H1000Bk is a recording head for black ink, the recording head H1000C is for cyan ink, the recording head H1000M is for magenta ink, the recording head H1000Y is for yellow ink, the recording head H1000LC is for light cyan ink, and the recording head H1000LM is light. For magenta ink. These recording heads H1000 are fixedly supported by positioning means and electrical contacts M4002 of a carriage M4001 mounted on the recording apparatus main body M4000.
そして、これらの記録ヘッドを、先述の駆動回路によって制御し、記録媒体に対して記録を行うものである。なお、図5の記録装置では、記録ヘッドが記録媒体幅分のノズルを有するフルラインタイプであり、記録ヘッドは固定で、記録媒体が矢印の方向に走査することで記録を行う方式である。 These recording heads are controlled by the drive circuit described above to perform recording on a recording medium. 5 is a full-line type in which the recording head has nozzles corresponding to the width of the recording medium, the recording head is fixed, and recording is performed by scanning the recording medium in the direction of the arrow.
次に、図6〜図9を用いて、本発明の特徴的部分であるノズルの配置および記録ヘッドの配置についてと実際の印字について説明する。 Next, with reference to FIGS. 6 to 9, the arrangement of nozzles and the arrangement of recording heads, which are characteristic parts of the present invention, and actual printing will be described.
図6に前に述べた記録素子基板のノズル配置を模式的に示した。紙送り方向に対して垂直に配置されたノズル群が4つあり、2つのノズル群で画素密度を形成する配置となっている。つまり、一つのノズル群は画素ピッチの倍ピッチで配置され、2つのノズル群は互いに1画素ずらした配置を取る。この組み合わせが2セット設けられている。この構成は、1チップ内で2パス相当の効果が可能となるノズル配列である。また、隣接ドットを形成するためのノズル、たとえばA1とB1において隣接ドットの着弾時間差を設ける為に所望の長さLnの距離をおいて配置されている。ドット間を10kHzで印字すると、Ln=2mmの場合約10msの時間差が生じる。インク、記録媒体によるが、隣接ドットが媒体に浸透した後に他の一方が着弾する時間差を取ることができ、ドットのつながりによる画像劣化を回避できる。また、紙搬送方向に置いては、A1とD1を交互に使用し印字する。本発明では通常使用ノズルとは別に不吐補完用ノズル群を配置している。この不吐補完ノズル群はヘッド解像度に対して倍のピッチでノズルが配置され、かつ、通常使用ノズルに対して半ピッチ分ずらして配置してある。 FIG. 6 schematically shows the nozzle arrangement of the recording element substrate described above. There are four nozzle groups arranged perpendicular to the paper feed direction, and the two nozzle groups are arranged to form the pixel density. That is, one nozzle group is arranged at a double pitch of the pixel pitch, and the two nozzle groups are arranged by shifting one pixel from each other. Two sets of this combination are provided. This configuration is a nozzle arrangement that enables an effect equivalent to two passes within one chip. Further, nozzles for forming adjacent dots, for example, A1 and B1, are arranged at a distance of a desired length Ln in order to provide a landing time difference between adjacent dots. When printing between dots at 10 kHz, a time difference of about 10 ms occurs when Ln = 2 mm. Although depending on the ink and the recording medium, it is possible to take a time difference in which the other dot lands after the adjacent dot penetrates into the medium, and it is possible to avoid image deterioration due to the connection of dots. Further, when placed in the paper transport direction, printing is performed by alternately using A1 and D1. In the present invention, a non-discharge complementing nozzle group is arranged separately from the normally used nozzles. In the discharge failure complement nozzle group, the nozzles are arranged at a pitch twice that of the head resolution, and are shifted by a half pitch with respect to the normally used nozzles.
図7(a)には本実施例で記録した場合の不吐ノズルのある記録状態を、(b)には補完した場合のドット記録状態の模式的概略図を示す。×印が付けてあるノズルが不吐ノズルである。このノズルに対して半ドットずれた保管用ノズルでドットを形成する。半ドットずれている為、完全に不吐ドットに対して本来あるべきドット位置に重ね合わせることはできないが、ほぼ埋め合わせることが可能になる。 FIG. 7A shows a schematic diagram of a recording state with an ejection failure nozzle when recording is performed in this embodiment, and FIG. 7B is a schematic schematic diagram of a dot recording state when complemented. Nozzles marked with x are undischargeable nozzles. Dots are formed by a storage nozzle shifted by half a dot with respect to this nozzle. Since it is shifted by half a dot, it cannot be completely superimposed on the original dot position with respect to the undischarged dot, but it can be almost made up.
特に本実施例のように2パス相当のノズル構成では、紙送り方向のラインでは1ラインにおいて2ノズルを用いて1ラインを記録するため、片方のノズルが不吐出になっても完全には白スジとはならず、本発明補完ノズルにて充分目立たなく記録することが可能となる。 In particular, in the case of a nozzle configuration corresponding to two passes as in the present embodiment, one line is recorded using two nozzles in one line in the paper feed direction. Therefore, even if one of the nozzles fails to discharge, it is completely white. It does not become a streak, and it becomes possible to record without conspicuous enough with the complementary nozzle of the present invention.
図8には1つのノズル群を設け、補完用ノズルも前記同様の配置関係で設けた場合の実施例を示す。 FIG. 8 shows an embodiment in which one nozzle group is provided and complementary nozzles are provided in the same arrangement relationship as described above.
このノズル配列において発生した不吐出の状況を図9(a)に、補完ノズルにより補完した場合を(b)に示す。この場合先ほどのように2パス相当の場合と異なり、完全に半ドットずれたライン状に不吐のラインを埋めることになる。 FIG. 9A shows a non-ejection situation occurring in this nozzle arrangement, and FIG. In this case, unlike the case corresponding to two passes as described above, the undischarged line is filled in a line that is completely shifted by half a dot.
補完のドット径は通常記録のドット径と同じでもよりが、やや大きめに設定することで白スジに対しては効果的である。 Although the complementary dot diameter is the same as the dot diameter of normal recording, setting it slightly larger is effective for white stripes.
また、不吐補完に関して、画像補正と合わせて補完ドット打ち込み方を実施する方法もとりえる。 In addition, regarding discharge failure complementation, a method of performing complementary dot placement in combination with image correction can be used.
このように、本発明においては通常記録ドット位置に対して半ピッチずらしたドットで補完するため、ノズル並び方向の2画素分を一つの補完用のノズルで対応することができ、補完用ノズルを大幅に削減することが可能である。 In this way, in the present invention, since the dots are shifted by half a pitch with respect to the normal recording dot position, two pixels in the nozzle arrangement direction can be handled by one complementary nozzle, and the complementary nozzle is It can be significantly reduced.
以上のようなノズル群を比較的簡易にかつ低コストで実現できるインクジェット記録方式としては以下があげられるがこれに限った物ではない。 Examples of the ink jet recording method that can realize the nozzle group as described above relatively easily and at a low cost include, but are not limited to, the following.
本発明は、特にインクジェット記録方式の中でも熱エネルギーを利用して飛翔的液滴を形成し、記録を行うインクジェット方式の記録ヘッドを用いた記録装置において優れた効果をもたらすものである。 The present invention provides an excellent effect particularly in a recording apparatus using an ink jet recording head that performs recording by forming flying droplets using thermal energy among ink jet recording methods.
その代表的な構成や原理については、例えば、米国特許第4723129号明細書、同第4740796号明細書に開示されている基本的な原理を用いて行うものが好ましい。この方式は所謂オンデマンド型、コンティニュアス型のいずれにも適用可能であるが、特に、オンデマンド型の場合には、液体(インク)が保持されているシートや液路に対応して配置されている電気熱変換体に、記録情報に対応していて核沸騰を越える急速な温度上昇を与える少なくとも一つの駆動信号を印加することによって、電気熱変換体に熱エネルギを発生せしめ、記録ヘッドの熱作用面に膜沸騰を生じさせて、結果的にこの駆動信号に一体一で対応した液体(インク)内の気泡を形成出来るので有効である。この気泡の成長、収縮により吐出用開口を介して液体(インク)を吐出させて、少なくとも一つの滴を形成する。この駆動信号をパルス形状とすると、即時適切に気泡の成長収縮が行われるので、特に応答性に優れた液体(インク)の吐出が達成でき、より好ましい。このパルス形状の駆動信号としては、米国特許第4463359号明細書、同第4345262号明細書に記載されているようなものが適している。なお、上記熱作用面の温度上昇率に関する発明の米国特許第4313124号明細書に記載されている条件を採用すると、更に優れた記録を行うことが出来る。 As its typical configuration and principle, for example, those performed using the basic principle disclosed in US Pat. Nos. 4,723,129 and 4,740,796 are preferable. This method can be applied to both the so-called on-demand type and continuous type. In particular, in the case of the on-demand type, it is arranged corresponding to the sheet or liquid path holding the liquid (ink). By applying at least one drive signal corresponding to the recording information and giving a rapid temperature rise exceeding nucleate boiling to the electrothermal transducer, the thermal energy is generated in the electrothermal transducer, and the recording head This is effective because film boiling occurs on the heat acting surface, and as a result, bubbles in the liquid (ink) corresponding to the drive signal can be formed. By the growth and contraction of the bubbles, liquid (ink) is ejected through the ejection opening to form at least one droplet. It is more preferable that the drive signal has a pulse shape, since the bubble growth and contraction is performed immediately and appropriately, and thus it is possible to achieve discharge of a liquid (ink) having particularly excellent responsiveness. As this pulse-shaped drive signal, those described in US Pat. Nos. 4,463,359 and 4,345,262 are suitable. Further excellent recording can be performed by employing the conditions described in US Pat. No. 4,313,124 of the invention relating to the temperature rise rate of the heat acting surface.
記録ヘッドの構成としては、上述の各明細書に開示されているような吐出口、液路、電気熱変換体の組合わせ構成(直線状液流路又は直角液流路)の他に熱作用部が屈曲する領域に配置されている構成を開示する米国特許第4558333号明細書、米国特許第4459600号明細書を用いた構成も本発明に含まれるものである。 As the configuration of the recording head, in addition to the combination configuration (straight liquid channel or right-angle liquid channel) of the discharge port, the liquid channel, and the electrothermal transducer as disclosed in each of the above-mentioned specifications, the thermal action A configuration using US Pat. No. 4,558,333 and US Pat. No. 4,459,600, which disclose a configuration in which the portion is arranged in a bent region, is also included in the present invention.
加えて、複数の電気熱変換体に対して、共通するスリットを電気熱変換体の吐出部とする構成を開示する特開昭59−123670号公報や熱エネルギの圧力波を吸収する開孔を吐出部に対応させる構成を開示する特開昭59−138461号公報に基いた構成としても本発明の効果は有効である。すなわち、記録ヘッドの形態がどのようなものであっても、本発明によれば記録を確実に効率よく行うことができるようになるからである。 In addition, for a plurality of electrothermal transducers, Japanese Patent Application Laid-Open No. Sho 59-123670 that discloses a configuration in which a common slit is used as a discharge portion of the electrothermal transducer or an aperture that absorbs pressure waves of thermal energy is provided. The effect of the present invention is also effective as a configuration based on Japanese Patent Application Laid-Open No. 59-138461 which discloses a configuration corresponding to the discharge unit. That is, whatever the form of the recording head is, according to the present invention, recording can be performed reliably and efficiently.
さらに、記録装置が記録できるプリント材の最大幅に対応した長さを有するフルラインタイプの記録ヘッドに対しても本発明は有効に適用できる。そのような記録ヘッドとしては、複数記録ヘッドの組合せによってその長さを満たす構成や、一体的に形成された1個の記録ヘッドとしての構成のいずれでもよい。 Furthermore, the present invention can be effectively applied to a full-line type recording head having a length corresponding to the maximum width of the printing material that can be recorded by the recording apparatus. As such a recording head, either a configuration satisfying the length by a combination of a plurality of recording heads or a configuration as a single recording head formed integrally may be used.
加えて、上例のようなシリアルタイプのものでも、装置本体に固定された記録ヘッド、あるいは装置本体に装着されることで装置本体との電気的な接続や装置本体からのインクの供給が可能になる交換自在のチップタイプの記録ヘッド、あるいは記録ヘッド自体に一体的にインクタンクが設けられたカートリッジタイプの記録ヘッドを用いた場合にも本発明は有効である。 In addition, even the serial type as shown in the above example can be connected to the main body of the recording head or attached to the main body of the device so that electrical connection with the main body of the device and ink supply from the main body are possible. The present invention is also effective when a replaceable chip type recording head or a cartridge type recording head in which an ink tank is integrally provided in the recording head itself is used.
また、本発明の記録装置の構成として、記録ヘッドの吐出回復手段、予備的な補助手段等を付加することは本発明の効果を一層安定できるので、好ましいものである。これらを具体的に挙げれば、記録ヘッドに対してのキャッピング手段、クリーニング手段、加圧或は吸引手段、電気熱変換体或はこれとは別の加熱素子或はこれらの組み合わせを用いて加熱を行う予備加熱手段、記録とは別の吐出を行なう予備吐出手段を挙げることができる。 In addition, it is preferable to add a recording head ejection recovery means, a preliminary auxiliary means, and the like as the configuration of the recording apparatus of the present invention, since the effects of the present invention can be further stabilized. Specifically, heating is performed using a capping unit, a cleaning unit, a pressurizing or suction unit, an electrothermal transducer, a heating element different from this, or a combination thereof. Examples thereof include a preliminary heating unit for performing the discharge and a preliminary discharge unit for performing discharge different from the recording.
4−1 記録ヘッド
4−2 ノズル群
4−3 記録マトリックス
8−1乃至8−3 連結ドット形状
H1000 記録ヘッド
H1001 記録素子ユニット
H1002 インク供給ユニット
H1100 記録素子基板
H1101 インク供給口
H1102 電気熱変換素子
H1103 電極
H1104 インク流路
H1105 ノズル
H1106 ノズル群
H1107 発泡室
H1108 Si基板
H1110 ノズルプレート
H1200 第1のプレート
H1201 インク供給口
H1204 X方向基準
H1205 Y方向基準
H1206 Z方向基準
H1300 電気配線基板
H1301 外部信号入力端子
H1302 電極端子
H1303 金ワイヤー(不図示)
H1304 第1の封止剤
H1305 第2の封止剤
H1400 第2のプレート
H1500 インク供給部材
H1501 液室(不図示)
H1502 Z基準面
H1503 第3の封止剤(不図示)
H1504 インク供給口(不図示)
H1800 インクタンク
H1802 チューブ
H1900 ビス
M4000 インクジェット記録装置
M4001 キャリッジ
M4002 電気的接点
K1000 記録媒体
4-1 Recording Head 4-2 Nozzle Group 4-3 Recording Matrix 8-1 to 8-3 Concatenated Dot Shape H1000 Recording Head H1001 Recording Element Unit H1002 Ink Supply Unit H1100 Recording Element Substrate H1101 Ink Supply Port H1102 Electrothermal Conversion Element H1103 Electrode H1104 Ink flow path H1105 Nozzle H1106 Nozzle group H1107 Foaming chamber H1108 Si substrate H1110 Nozzle plate H1200 First plate H1201 Ink supply port H1204 X direction reference H1205 Y direction reference H1206 Z direction reference H1300 Electrical wiring board H1301 External signal input terminal H1302 Electrode terminal H1303 Gold wire (not shown)
H1304 First sealant H1305 Second sealant H1400 Second plate H1500 Ink supply member H1501 Liquid chamber (not shown)
H1502 Z reference plane H1503 Third sealant (not shown)
H1504 Ink supply port (not shown)
H1800 Ink tank H1802 Tube H1900 Screw M4000 Inkjet recording device M4001 Carriage M4002 Electrical contact K1000 Recording medium
Claims (4)
記録密度に対し半ピッチずらし、記録密度の倍ピッチでノズルが配置された補完用ノズルを設けることを特徴とするインクジェット記録ヘッド。 In an inkjet recording head having a recording element substrate in which a plurality of nozzles for discharging a liquid and a plurality of recording elements for generating discharge energy are arranged,
An ink jet recording head, comprising: a complementary nozzle in which nozzles are arranged at a half pitch with respect to the recording density and nozzles are arranged at a pitch twice the recording density.
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