以下、図面を用いて本発明を適用可能な各構成例、各実施形態および各実施例について説明する。ただし、以下の記載は本発明の範囲を限定するものではない。一例として、以下の説明では、液体を吐出するエネルギーを発生する記録素子として発熱素子を使用し、熱によって圧力室内の液体に気泡を発生させて吐出口から液体を吐出させるいわゆるサーマル方式の液体吐出ヘッドを例に挙げて説明する。しかしながら、本発明が適用可能な液体吐出ヘッドはサーマル方式のものに限られるものではなく、圧電素子を使用するピエゾ方式や、その他の各種の液体吐出方式を採用する液体吐出ヘッドにも本発明を適用することができる。なお、インク等の液体を吐出する本発明の液体吐出ヘッドおよび液体吐出ヘッドを搭載した液体吐出装置は、プリンタ、複写機、通信システムを有するファクシミリ、プリンタ部を有するワードプロセッサなどの装置に適用可能である。さらには各種処理装置と複合的に組み合わせた産業記録装置に適用可能である。例えば、バイオチップ作製や電子回路印刷や半導体基板作製などの用途としても用いることができる。
Hereinafter, each configuration example, each embodiment, and each embodiment to which the present invention can be applied will be described with reference to the drawings. However, the following description does not limit the scope of the present invention. As an example, in the following description, a heat generating element is used as a recording element that generates energy for discharging a liquid, and a so-called thermal type liquid discharge that generates bubbles in the liquid in the pressure chamber by heat and discharges the liquid from the discharge port. The head will be described as an example. However, the liquid discharge head to which the present invention is applicable is not limited to the thermal type, and the present invention is also applied to the piezo type using a piezoelectric element and the liquid discharge head adopting various other liquid discharge methods. Can be applied. The liquid ejection head of the present invention for ejecting a liquid such as ink and the liquid ejection device equipped with the liquid ejection head can be applied to devices such as printers, copiers, facsimiles having a communication system, and word processors having a printer unit. be. Furthermore, it can be applied to industrial recording equipment that is combined with various processing equipment. For example, it can also be used for biochip manufacturing, electronic circuit printing, semiconductor substrate manufacturing, and the like.
また以下の説明では、記録液（例えばインク）等の液体をタンクと液体吐出ヘッドの間で循環させる液体吐出装置において用いられる液体吐出ヘッドを説明するが、本発明に基づく液体吐出ヘッドが用いられる液体吐出装置はこれに限られるものではない。液体を循環させずに上流側と下流側とにそれぞれタンクを設け、一方のタンクから液体吐出ヘッドを介して他方のタンクへ液体を流すことで液体吐出ヘッドの圧力室内で液体を流動させる形態の液体吐出装置にも本発明を適用することができる。
Further, in the following description, a liquid discharge head used in a liquid discharge device for circulating a liquid such as a recording liquid (for example, ink) between a tank and a liquid discharge head will be described, but a liquid discharge head based on the present invention will be used. The liquid discharge device is not limited to this. In the form of providing tanks on the upstream side and the downstream side without circulating the liquid, and flowing the liquid from one tank to the other tank via the liquid discharge head, the liquid flows in the pressure chamber of the liquid discharge head. The present invention can also be applied to a liquid discharge device.
さらに、以下の説明では、液体吐出ヘッドが、被記録媒体の幅に対応した長さを有するいわゆるライン型（ページワイド型）のヘッドとして構成されているものとする。しかしながら、主走査方向及び副走査方向への走査によって被記録媒体における記録を完成させるいわゆるシリアル型の液体吐出ヘッドに対しても本発明を適用することができる。シリアル型の液体吐出ヘッドとしては、例えば、黒色の記録液用及びカラーの記録液用の記録素子基板を各１つずつ搭載する構成のものがあるが、これに限られるものではない。シリアル型の液体吐出ヘッドは、数個の記録素子基板を吐出口列方向に吐出口をオーバーラップさせるよう配置した、被記録媒体の幅よりも短い短尺のラインヘッドを作成し、それを被記録媒体に対してスキャンさせる形態のものであってもよい。
Further, in the following description, it is assumed that the liquid discharge head is configured as a so-called line type (page wide type) head having a length corresponding to the width of the recording medium. However, the present invention can also be applied to a so-called serial type liquid discharge head that completes recording on a recording medium by scanning in the main scanning direction and the sub-scanning direction. The serial type liquid discharge head includes, for example, one in which one recording element substrate for a black recording liquid and one recording element substrate for a color recording liquid are mounted, but the serial type is not limited to this. For the serial type liquid discharge head, a short line head shorter than the width of the recording medium is created by arranging several recording element boards so that the discharge ports overlap in the discharge port row direction, and the line head is recorded. It may be in the form of scanning the medium.
（第１の構成例の液体吐出装置の説明）
まず、本発明に基づく液体吐出装置の一例として、吐出口から液体として記録液を吐出して被記録媒体に記録を行うインクジェット記録装置１０００（以下、記録装置とも称する）について説明する。図１は第１の構成例の液体吐出装置である記録装置１０００の概略構成を示している。記録装置１０００は、被記録媒体２を搬送する搬送部１と、被記録媒体２の搬送方向と略直交して配置されるライン型の液体吐出ヘッド３とを備え、複数の被記録媒体２を連続もしくは間欠に搬送しながら１パスで連続記録を行うライン型記録装置である。被記録媒体２は例えばカット紙であるが、カット紙以外にも連続したロール紙などであってもよい。液体吐出ヘッド３は、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、イエロー（Ｙ）及びブラック（Ｋ）の各色（以下、これらの色をまとめてＣＭＹＫとも称する）の記録液によりフルカラーでの記録が可能なものである。後述するように、液体吐出ヘッド３には、液体を液体吐出ヘッド３へ供給する供給路である液体供給手段、メインタンク及びバッファータンク（図２参照）が流体的に接続される。液体吐出ヘッド３は、後述の図２に示すように、大別すると、液体供給ユニット２２０、負圧制御ユニット２３０及び液体吐出ユニット３００によって構成されている。液体吐出ユニット３００には、複数の記録素子基板１０と共通供給流路２１１と共通回収流路２１２とが設けられており、各記録素子基板１０にはそれぞれ複数の記録素子が設けられている。液体吐出ヘッド３００において、各記録素子基板１０に対して図示矢印で示すように共通供給流路２１１から記録液が供給され、この記録液は共通回収流路２１２を介して回収されるようになっている。また、液体吐出ヘッド３には、液体吐出ヘッド３へ電力及び吐出制御信号を伝送する電気制御部が電気的に接続される。液体吐出ヘッド３内における液体経路及び電気信号経路の詳細については後述する。
(Explanation of the liquid discharge device of the first configuration example)
First, as an example of a liquid discharge device based on the present invention, an inkjet recording device 1000 (hereinafter, also referred to as a recording device) that discharges a recording liquid as a liquid from a discharge port and records on a recording medium will be described. FIG. 1 shows a schematic configuration of a recording device 1000, which is a liquid discharge device of the first configuration example. The recording device 1000 includes a transport unit 1 for transporting the recorded medium 2 and a line-type liquid discharge head 3 arranged substantially orthogonal to the transport direction of the recorded medium 2, and can record a plurality of recorded media 2. It is a line-type recording device that continuously or intermittently conveys and continuously records in one pass. The recording medium 2 is, for example, cut paper, but may be continuous roll paper or the like in addition to the cut paper. The liquid discharge head 3 can record in full color by recording liquid of each color of cyan (C), magenta (M), yellow (Y) and black (K) (hereinafter, these colors are collectively referred to as CMYK). It is a thing. As will be described later, the liquid discharge head 3 is fluidly connected to a liquid supply means, a main tank, and a buffer tank (see FIG. 2), which are supply paths for supplying the liquid to the liquid discharge head 3. As shown in FIG. 2 to be described later, the liquid discharge head 3 is roughly classified into a liquid supply unit 220, a negative pressure control unit 230, and a liquid discharge unit 300. The liquid discharge unit 300 is provided with a plurality of recording element substrates 10, a common supply flow path 211, and a common recovery flow path 212, and each recording element substrate 10 is provided with a plurality of recording elements. In the liquid discharge head 300, the recording liquid is supplied to each recording element substrate 10 from the common supply flow path 211 as shown by the arrow in the drawing, and the recording liquid is collected via the common recovery flow path 212. ing. Further, an electric control unit for transmitting electric power and a discharge control signal to the liquid discharge head 3 is electrically connected to the liquid discharge head 3. The details of the liquid path and the electric signal path in the liquid discharge head 3 will be described later.
（第１の循環形態の説明）
図２は、本発明に基づく液体吐出装置に適用される循環経路構成の一形態である第１の循環形態を示している。第１の循環形態では、液体吐出ヘッド３が、高圧側の第１循環ポンプ１００１、低圧側の第１循環ポンプ１００２、及びバッファータンク１００３などに流体的に接続している。なお図２では、説明を簡略化するためにＣＭＹＫの各色の記録液のうちの一色の記録液が流動する経路のみを示しているが、実際には４色分の循環経路が液体吐出ヘッド３及び記録装置本体に設けられる。メインタンク１００６と接続される、サブタンクとしてのバッファータンク１００３は、記録液を貯留する貯留手段として機能し、タンク内部と外部とを連通する大気連通口（不図示）を有し、記録液中の気泡を外部に排出することが可能である。バッファータンク１００３は、補充ポンプ１００５とも接続されている。補充ポンプ１００５は、記録液を吐出しての記録や吸引回復等、液体吐出ヘッドの吐出口から記録液を吐出（排出）することによって液体吐出ヘッド３で液体が消費された際に、消費された記録液分をメインタンク１００６からバッファータンク１００３へ移送する。
(Explanation of the first circulation form)
FIG. 2 shows a first circulation form, which is one form of a circulation path configuration applied to the liquid discharge device based on the present invention. In the first circulation mode, the liquid discharge head 3 is fluidly connected to the first circulation pump 1001 on the high pressure side, the first circulation pump 1002 on the low pressure side, the buffer tank 1003, and the like. Note that FIG. 2 shows only the path through which the recording liquid of one color out of the recording liquids of each color of CMYK flows for the sake of simplification of the explanation, but in reality, the circulation path for four colors is the liquid discharge head 3. And is provided in the main body of the recording device. The buffer tank 1003 as a sub tank connected to the main tank 1006 functions as a storage means for storing the recording liquid, has an atmospheric communication port (not shown) that communicates the inside and the outside of the tank, and is contained in the recording liquid. It is possible to discharge air bubbles to the outside. The buffer tank 1003 is also connected to the replenishment pump 1005. The replenishment pump 1005 is consumed when the liquid is consumed by the liquid discharge head 3 by discharging (discharging) the recording liquid from the discharge port of the liquid discharge head, such as recording by discharging the recording liquid and recovery of suction. The recorded liquid content is transferred from the main tank 1006 to the buffer tank 1003.
液体移送手段としての２つの第１循環ポンプ１００１，１００２は、液体吐出ヘッド３の液体接続部１１１から液体を引き出してバッファータンク１００３へ流す役割を有する。第１循環ポンプ１００１，１００２としては、定量的な送液能力を有する容積型ポンプを用いることが好ましい。具体的にはチューブポンプ、ギアポンプ、ダイヤフラムポンプ、シリンジポンプ等が挙げられるが、例えば一般的な定流量弁やリリーフ弁をポンプ出口に配して一定流量を確保する形態のポンプであっても用いることができる。液体吐出ヘッド３００の駆動時には高圧側の第１循環ポンプ１００１及び低圧側の第１循環ポンプ１００２によって、それぞれ、共通供給流路２１１及び共通回収流路２１２内をある一定流量で記録液が流れる。この流量としては、液体吐出ヘッド３内の各記録素子基板１０間の温度差が、被記録媒体２上での記録品質に影響しない程度以上に設定することが好ましい。もっとも、過度に大きな流量を設定すると、液体吐出ユニット３００内の流路の圧損の影響により、各記録素子基板１０で負圧差が大きくなり過ぎて記録画像での濃度ムラが生じてしまう。このため、各記録素子基板１０間の温度差と負圧差を考慮しながら、流量を設定することが好ましい。記録液が循環する経路のうち、高圧側の第１循環ポンプ１００１を含む方の経路はこの液体吐出装置での第１の循環系を構成し、低圧側の第１循環ポンプ１００２を含む方の経路はこの液体吐出装置での第２の循環系を構成する。
The two first circulation pumps 1001 and 1002 as the liquid transfer means have a role of drawing out the liquid from the liquid connection portion 111 of the liquid discharge head 3 and flowing it to the buffer tank 1003. As the first circulation pumps 1001 and 1002, it is preferable to use a positive displacement pump having a quantitative liquid feeding capacity. Specific examples thereof include tube pumps, gear pumps, diaphragm pumps, syringe pumps, etc., but for example, a general constant flow rate valve or relief valve may be arranged at the pump outlet to secure a constant flow rate. be able to. When the liquid discharge head 300 is driven, the recording liquid flows in the common supply flow path 211 and the common recovery flow path 212 at a constant flow rate by the first circulation pump 1001 on the high pressure side and the first circulation pump 1002 on the low pressure side, respectively. It is preferable that the flow rate is set so that the temperature difference between the recording element substrates 10 in the liquid discharge head 3 does not affect the recording quality on the recording medium 2. However, if an excessively large flow rate is set, the negative pressure difference becomes too large in each recording element substrate 10 due to the influence of the pressure loss of the flow path in the liquid discharge unit 300, and the density unevenness in the recorded image occurs. Therefore, it is preferable to set the flow rate while considering the temperature difference and the negative pressure difference between the recording element substrates 10. Of the paths through which the recording liquid circulates, the path including the first circulation pump 1001 on the high pressure side constitutes the first circulation system in this liquid discharge device, and the path including the first circulation pump 1002 on the low pressure side. The path constitutes a second circulation system in this liquid discharge device.
バッファータンク１００３から液体吐出ヘッド３に向けて記録液を供給する経路には第２循環ポンプ１００４が設けられており、負圧制御ユニット２３０は、第２循環ポンプ１００４と液体吐出ユニット３００との間の経路に設けられている。負圧制御ユニット２３０は、記録を行う時にデューティの差によって循環系の流量が変動した場合でも、負圧制御ユニット２３０よりも下流側（すなわち液体吐出ユニット３００側）の圧力を予め設定した一定圧力に維持する機能を有する。負圧制御ユニット２３０は、それぞれ異なる制御圧が設定されている２つの圧力調整機構を備えている。これら２つの圧力調整機構としては、それ自身よりも下流の圧力を、所望の設定圧を中心として一定の範囲以下の変動で制御できるものであれば、どのような機構を用いてもよい。一例として、いわゆる減圧レギュレーターと同様の機構のものを採用することができる。圧力調整機構として減圧レギュレーターを用いる場合には、図２に示すように、液体供給ユニット２２０を介して負圧制御ユニット２３０の上流側を第２循環ポンプ１００４によって加圧するようにすることが好ましい。このようにするとバッファータンク１００３の液体吐出ヘッド３に対する水頭圧の影響を抑制できるので、記録装置１０００におけるバッファータンク１００３のレイアウトの自由度を広げることができる。第２循環ポンプ１００４としては、液体吐出ヘッド３の駆動時に使用する記録液の循環流量の範囲内において、一定圧以上の揚程圧を有するものであればよく、ターボ型ポンプや容積型ポンプなどを使用できる。具体的には、ダイヤフラムポンプ等が使用可能である。また第２循環ポンプ１００４の代わりに、例えば負圧制御ユニット２３０に対してある一定の水頭差をもって配置された水頭タンクを設けることもできる。
A second circulation pump 1004 is provided in a path for supplying the recording liquid from the buffer tank 1003 to the liquid discharge head 3, and the negative pressure control unit 230 is located between the second circulation pump 1004 and the liquid discharge unit 300. It is provided in the route of. The negative pressure control unit 230 has a constant pressure at which the pressure on the downstream side (that is, the liquid discharge unit 300 side) of the negative pressure control unit 230 is preset even when the flow rate of the circulation system fluctuates due to the difference in duty during recording. Has the function of maintaining. The negative pressure control unit 230 includes two pressure adjusting mechanisms in which different control pressures are set. As these two pressure adjusting mechanisms, any mechanism may be used as long as the pressure downstream of itself can be controlled with fluctuations within a certain range around a desired set pressure. As an example, one having a mechanism similar to that of a so-called decompression regulator can be adopted. When a pressure reducing regulator is used as the pressure adjusting mechanism, it is preferable that the upstream side of the negative pressure control unit 230 is pressurized by the second circulation pump 1004 via the liquid supply unit 220 as shown in FIG. By doing so, the influence of the head pressure on the liquid discharge head 3 of the buffer tank 1003 can be suppressed, so that the degree of freedom in the layout of the buffer tank 1003 in the recording device 1000 can be expanded. The second circulation pump 1004 may be a pump having a lift pressure equal to or higher than a certain pressure within the range of the circulation flow rate of the recording liquid used when driving the liquid discharge head 3, and may be a turbo type pump, a positive displacement pump, or the like. Can be used. Specifically, a diaphragm pump or the like can be used. Further, instead of the second circulation pump 1004, for example, a head tank arranged with a certain head difference with respect to the negative pressure control unit 230 may be provided.
負圧制御ユニット２３０内の２つ圧力調整機構のうち、相対的に高圧が設定されている圧力調整機構（図２においてＨで表示）は、液体供給ユニット２２０内を経由して液体吐出ユニット３００内の共通供給流路２１１に接続されている。同様に相対的に低圧が設定されている圧力調整機構（図２においてＬで表示）は、液体供給ユニット２２０内を経由して液体吐出ユニット３００内の共通回収流路２１２に接続されている。液体吐出ユニット３００には、共通供給流路２１１及び共通回収流路２１２のほかに、各記録素子基板１０とそれぞれ連通する個別供給流路２１３及び個別回収流路２１４が設けられている。記録素子基板ごとに設けられる個別供給流路２１３及び個別回収流路２１４を総称して個別流路と称する。個別流路は、共通供給流路２１１から分岐して共通回収流路２１２に合流するように設けられてこれらと連通している。したがって、記録液など液体の一部が共通供給流路２１１から記録素子基板１０の内部流路を通過して共通回収流路２１２へと流れる流れ（図２の白抜きの矢印）が発生する。これは、共通供給流路２１１には高圧側の圧力調整機構Ｈが、共通回収流路２１２には低圧側の圧力調整機構Ｌがそれぞれ接続されているため、共通供給流路２１１と共通回収流路２１３の間に差圧が生じるからである。
Of the two pressure adjusting mechanisms in the negative pressure control unit 230, the pressure adjusting mechanism (indicated by H in FIG. 2) in which a relatively high pressure is set is the liquid discharge unit 300 via the inside of the liquid supply unit 220. It is connected to the common supply flow path 211 inside. Similarly, the pressure adjusting mechanism (indicated by L in FIG. 2) in which the relatively low pressure is set is connected to the common recovery flow path 212 in the liquid discharge unit 300 via the inside of the liquid supply unit 220. In addition to the common supply flow path 211 and the common recovery flow path 212, the liquid discharge unit 300 is provided with an individual supply flow path 213 and an individual recovery flow path 214 that communicate with each recording element substrate 10, respectively. The individual supply flow paths 213 and the individual recovery flow paths 214 provided for each recording element substrate are collectively referred to as individual flow paths. The individual flow paths are provided so as to branch from the common supply flow path 211 and join the common recovery flow path 212, and communicate with them. Therefore, a flow (white arrow in FIG. 2) is generated in which a part of the liquid such as the recording liquid passes from the common supply flow path 211 through the internal flow path of the recording element substrate 10 to the common recovery flow path 212. This is because the high pressure side pressure adjusting mechanism H is connected to the common supply flow path 211 and the low pressure side pressure adjusting mechanism L is connected to the common recovery flow path 212, so that the common supply flow path 211 and the common recovery flow flow are connected. This is because a differential pressure is generated between the roads 213.
このようにして、液体吐出ユニット３００では、共通供給流路２１１及び共通回収流路２１２内をそれぞれ通過するように液体を流しつつ、一部の液体が各記録素子基板１０内を通過するような流れが発生する。このため、各記録素子基板１０で発生する熱を共通供給流路２１１および共通回収流路２１２の流れで記録素子基板１０の外部へ排出することができる。また、液体吐出ヘッド３による記録を行っている際に、記録を行っていない吐出口や圧力室においても記録液の流れを生じさせることができるので、その部位において記録液の溶媒成分の蒸発に起因して記録液の粘度が高まることを抑制することができる。また、増粘した記録液や記録液中の異物を共通回収流路２１２へと排出することができる。このため、上述した液体吐出ヘッド３を用いることにより、高速かつ高品位での記録を行うことが可能となる。
In this way, in the liquid discharge unit 300, a part of the liquid passes through each recording element substrate 10 while flowing the liquid so as to pass through the common supply flow path 211 and the common recovery flow path 212, respectively. A flow occurs. Therefore, the heat generated in each recording element substrate 10 can be discharged to the outside of the recording element substrate 10 by the flow of the common supply flow path 211 and the common recovery flow path 212. Further, when recording is performed by the liquid discharge head 3, the flow of the recording liquid can be generated even in the discharge port or the pressure chamber where the recording is not performed, so that the solvent component of the recording liquid evaporates at that site. As a result, it is possible to prevent the viscosity of the recording liquid from increasing. In addition, the thickened recording liquid and foreign matter in the recording liquid can be discharged to the common recovery flow path 212. Therefore, by using the liquid discharge head 3 described above, it is possible to perform high-speed and high-quality recording.
（第２の循環形態の説明）
図３は、本発明に基づく液体吐出装置に適用される循環経路構成のうち、上述した第１の循環形態とは異なる循環形態である第２の循環形態を示している。第２の循環形態の第１の循環形態との主な相違点は、負圧制御ユニット２３０を構成する２つの圧力調整機構が、いずれも、負圧制御ユニット２３０よりも上流側の圧力を、所望の設定圧を中心として一定範囲内の変動で制御する機構であることである。このような圧力調整機構は、いわゆる背圧レギュレーターと同じ作用の機構部品として構成することができる。また、第２循環ポンプ１００４が負圧制御ユニット２３０の下流側を減圧する負圧源として作用し、高圧側及び低圧側の第１循環ポンプ１００１，１００２が液体吐出ヘッド３の上流側に配置されている。これに伴って、負圧制御ユニット２３０は液体吐出ヘッド３の下流側に配置されている。
(Explanation of the second circulation form)
FIG. 3 shows a second circulation mode, which is a circulation mode different from the first circulation mode described above, among the circulation path configurations applied to the liquid discharge device based on the present invention. The main difference between the second circulation mode and the first circulation mode is that the two pressure adjusting mechanisms constituting the negative pressure control unit 230 both apply pressure on the upstream side of the negative pressure control unit 230. It is a mechanism that controls fluctuations within a certain range around a desired set pressure. Such a pressure adjusting mechanism can be configured as a mechanical component having the same function as a so-called back pressure regulator. Further, the second circulation pump 1004 acts as a negative pressure source for reducing the pressure on the downstream side of the negative pressure control unit 230, and the first circulation pumps 1001 and 1002 on the high pressure side and the low pressure side are arranged on the upstream side of the liquid discharge head 3. ing. Along with this, the negative pressure control unit 230 is arranged on the downstream side of the liquid discharge head 3.
第２の循環形態において負圧制御ユニット２３０は、液体吐出ヘッド３により記録を行う際に記録デューティの変化によって生じる流量の変動があっても、自身の上流側の圧力変動を、予め設定された圧力を中心として一定範囲内に安定にするように作動する。ここでは負圧制御ユニット２３０の上流側は、液体吐出ユニット３００側となる。図３に示すように、第２循環ポンプ１００４によって、液体供給ユニット２２０を介して負圧制御ユニット２３０の下流側を加圧することが好ましい。このようにすると液体吐出ヘッド３に対するバッファータンク１００３の水頭圧の影響を抑制できるので、記録装置１０００におけるバッファータンク１００３のレイアウトの選択幅を広げることができる。第２循環ポンプ１００４の代わりに、例えば負圧制御ユニット２３０に対して所定の水頭差をもって配置された水頭タンクを設けてもよい。
In the second circulation mode, the negative pressure control unit 230 presets its own upstream pressure fluctuation even if there is a fluctuation in the flow rate caused by a change in the recording duty when recording is performed by the liquid discharge head 3. It operates to stabilize within a certain range around the pressure. Here, the upstream side of the negative pressure control unit 230 is the liquid discharge unit 300 side. As shown in FIG. 3, it is preferable that the second circulation pump 1004 pressurizes the downstream side of the negative pressure control unit 230 via the liquid supply unit 220. By doing so, the influence of the head pressure of the buffer tank 1003 on the liquid discharge head 3 can be suppressed, so that the range of selection of the layout of the buffer tank 1003 in the recording device 1000 can be expanded. Instead of the second circulation pump 1004, for example, a head tank arranged with a predetermined head difference with respect to the negative pressure control unit 230 may be provided.
第１の循環形態での場合と同様に、図３に示したように負圧制御ユニット２３０は、それぞれが互いに異なる制御圧が設定された２つの圧力調整機構を備えている。高圧設定側（図３においてＨと記載）及び低圧設定側の圧力調整機構（図３においてＬと記載）は、それぞれ、液体供給ユニット２２０内を経由して液体吐出ユニット３００内の共通供給流路２１１及び共通回収流路２１２に接続されている。これら２つの圧力調整機構により共通供給流路２１１の圧力を共通回収流路２１２の圧力より相対的に高くすることで、共通供給流路２１１から個別流路及び各記録素子基板１０の内部流路を介して共通回収流路２１２へと流れる記録液の流れが発生する。記録液の流れは図３において白抜きの矢印で示されている。このように第２の循環形態では、液体吐出ユニット３００内では第１の循環形態と同様の記録液の流れ状態が得られるが、第１の循環経路の場合とは異なる２つの利点がある。
As in the case of the first circulation mode, as shown in FIG. 3, the negative pressure control unit 230 includes two pressure adjusting mechanisms in which control pressures different from each other are set. The high pressure setting side (denoted as H in FIG. 3) and the pressure adjusting mechanism on the low pressure setting side (denoted as L in FIG. 3) each pass through the liquid supply unit 220 and the common supply flow path in the liquid discharge unit 300. It is connected to 211 and the common recovery flow path 212. By making the pressure of the common supply flow path 211 relatively higher than the pressure of the common recovery flow path 212 by these two pressure adjusting mechanisms, the individual flow path from the common supply flow path 211 and the internal flow path of each recording element substrate 10 A flow of the recording liquid flowing to the common recovery flow path 212 is generated. The flow of the recording fluid is indicated by a white arrow in FIG. As described above, in the second circulation mode, the same flow state of the recording liquid as in the first circulation mode can be obtained in the liquid discharge unit 300, but there are two advantages different from the case of the first circulation path.
第１の利点は、第２の循環形態では負圧制御ユニット２３０が液体吐出ヘッド３の下流側に配置されているので、負圧制御ユニット２３０から発生するゴミや異物が液体吐出ヘッド３へ流入する懸念が少ないことである。
The first advantage is that in the second circulation mode, the negative pressure control unit 230 is arranged on the downstream side of the liquid discharge head 3, so that dust and foreign matter generated from the negative pressure control unit 230 flow into the liquid discharge head 3. There is little concern about it.
第２の利点は、第２の循環形態では、バッファータンク１００３から液体吐出ヘッド３へ供給する必要流量の最大値が、第１の循環形態の場合よりも少なくて済むことである。その理由は次の通りである。記録待機時に循環している場合の、共通供給流路２１１及び共通回収流路２１２内の流量の合計をＡとする。Ａの値は、記録待機中に液体吐出ヘッド３の温度調整を行う場合に液体吐出ユニット３００内の温度差を所望の範囲内にするために必要な最小限の流量として定義される。また液体吐出ユニット３００の全ての吐出口から記録液を吐出する場合（全吐時）の吐出流量をＦと定義する。そうすると、図２に示す第１の循環形態の場合（図２）では、第１循環ポンプ（高圧側）１００１及び第１循環ポンプ（低圧側）１００２の設定流量がＡとなるので、全吐時に必要な液体吐出ヘッド３への液体供給量の最大値はＡ＋Ｆとなる。一方で図３に示す第２の循環形態の場合、記録待機時に必要な液体吐出ヘッド３への液体供給量は流量Ａである。そして、全吐時に必要な液体吐出ヘッド３への供給量は流量Ｆとなる。そうすると、第２の循環形態の場合、高圧側及び低圧側の第１循環ポンプ１００１，１００２の設定流量の合計値、すなわち必要供給流量の最大値はＡまたはＦの大きい方の値となる。このため、同一構成の液体吐出ユニット３００を使用する限り、第２の循環形態における必要供給量の最大値（ＡまたはＦ）は、第１の循環形態における必要供給流量の最大値（Ａ＋Ｆ）よりも必ず小さくなる。そのため第２の循環形態の場合、適用可能な循環ポンプの自由度が高まり、例えば構成の簡便な低コストの循環ポンプを使用したり、本体側経路に設置される冷却器（不図示）の負荷を低減したりすることができ、記録装置本体のコストを低減できる。この利点は、ＡまたはＦの値が比較的大きくなるライン型ヘッドであるほど大きくなり、ライン型ヘッドの中でも長手方向に長いヘッドほど有益である。
The second advantage is that in the second circulation mode, the maximum value of the required flow rate supplied from the buffer tank 1003 to the liquid discharge head 3 is smaller than in the case of the first circulation mode. The reason is as follows. Let A be the total flow rate in the common supply flow path 211 and the common recovery flow path 212 when circulating during the recording standby. The value of A is defined as the minimum flow rate required to keep the temperature difference in the liquid discharge unit 300 within a desired range when the temperature of the liquid discharge head 3 is adjusted during recording standby. Further, the discharge flow rate when the recording liquid is discharged from all the discharge ports of the liquid discharge unit 300 (at the time of total discharge) is defined as F. Then, in the case of the first circulation mode shown in FIG. 2 (FIG. 2), the set flow rates of the first circulation pump (high pressure side) 1001 and the first circulation pump (low pressure side) 1002 become A, so that at the time of total discharge. The maximum value of the required liquid supply amount to the liquid discharge head 3 is A + F. On the other hand, in the case of the second circulation mode shown in FIG. 3, the amount of liquid supplied to the liquid discharge head 3 required during recording standby is the flow rate A. Then, the amount of supply to the liquid discharge head 3 required at the time of total discharge is the flow rate F. Then, in the case of the second circulation mode, the total value of the set flow rates of the first circulation pumps 1001 and 1002 on the high pressure side and the low pressure side, that is, the maximum value of the required supply flow rate is the larger value of A or F. Therefore, as long as the liquid discharge unit 300 having the same configuration is used, the maximum value (A or F) of the required supply amount in the second circulation mode is larger than the maximum value (A + F) of the required supply flow rate in the first circulation mode. Will always be smaller. Therefore, in the case of the second circulation mode, the degree of freedom of the applicable circulation pump is increased, for example, a low-cost circulation pump having a simple configuration can be used, or a load of a cooler (not shown) installed in the main body side path can be used. Can be reduced, and the cost of the recording device main body can be reduced. This advantage increases as the value of A or F becomes relatively large for the line type head, and is more advantageous for the head which is longer in the longitudinal direction among the line type heads.
しかしながら一方で、第１の循環形態の方が第２の循環形態に対して有利になる点もある。第２の循環形態では、記録待機時に液体吐出ユニット３００内を流れる流量が最大であるため、記録デューティの低い画像であるほど、各吐出口に高い負圧が印加された状態となる。このため、特に共通供給流路２１１及び共通回収流路２１２の流路幅を小さくしてヘッド幅を小さくした場合、ムラの見えやすい低デューティ画像において吐出口に高い負圧が印加されるためにサテライト滴の影響が大きくなるおそれがある。ここで共通供給流路２１１及び共通回収流路２１２の流路幅とは、液体の流れ方向と直交する方向の長さであり、ヘッド幅とは、液体吐出ヘッド３の短手方向の長さである。一方、第１の循環形態の場合、高い負圧が吐出口に印加されるのは高デューティ画像形成時であるため、仮にサテライト滴が発生しても記録された画像では視認されにくく、画像への影響は小さいという利点が生ずる。これら２つの循環形態の選択では、液体吐出ヘッド３及び記録装置本体の仕様（吐出流量Ｆ、最小循環流量Ａ、及び液体吐出ヘッド３内の流路抵抗）に照らして、好ましいものを選べばよい。
However, on the other hand, there is also a point that the first circulation form is more advantageous than the second circulation form. In the second circulation mode, since the flow rate flowing through the liquid discharge unit 300 during the recording standby is the maximum, the lower the recording duty of the image, the higher the negative pressure is applied to each discharge port. For this reason, especially when the flow path width of the common supply flow path 211 and the common recovery flow path 212 is reduced to reduce the head width, a high negative pressure is applied to the discharge port in a low-duty image in which unevenness is easily visible. The effect of satellite droplets may increase. Here, the flow path width of the common supply flow path 211 and the common recovery flow path 212 is the length in the direction orthogonal to the liquid flow direction, and the head width is the length in the lateral direction of the liquid discharge head 3. Is. On the other hand, in the case of the first circulation mode, a high negative pressure is applied to the discharge port at the time of forming a high-duty image, so even if satellite droplets are generated, they are difficult to see in the recorded image, and the image is displayed. Has the advantage that the effect of is small. In selecting these two circulation modes, a preferable one may be selected in light of the specifications of the liquid discharge head 3 and the recording device main body (discharge flow rate F, minimum circulation flow rate A, and flow path resistance in the liquid discharge head 3). ..
（液体吐出ヘッド構成の説明）
次に、液体吐出ヘッド３の構成について、図４を用いて説明する。図４の（ａ）は、液体吐出ヘッド３において吐出口が形成された面の側から見た斜視図であり、（ｂ）は（ａ）とは反対方向から見た斜視図である。液体吐出ヘッド３は、それぞれがシアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、イエロー（Ｙ）及びブラック（Ｋ）の４色の記録液を吐出可能な記録素子基板１０が直線上に１５個配列（インラインに配置）されたライン型の液体吐出ヘッドである。図４（ａ）に示すように、液体吐出ヘッド３は、１５個の記録素子基板１０とフレキシブル配線基板４０と電気配線基板９０とを備えている。電気配線基板９０には信号入力端子９１及び電力供給端子９２が設けられており、信号入力端子９１及び電力供給端子９２は、電気配線基板９０及びフレキシブル配線基板４０を介して各記録素子基板１０に電気的に接続されている。信号入力端子９１及び電力供給端子９２は、記録装置１０００の制御回路に対して電気的に接続されるものであり、それぞれ、吐出駆動信号及び吐出に必要な電力を記録素子基板１０に供給する。電気配線基板９０内の電気回路によって配線を集約することで、信号出力端子９１及び電力供給端子９２の数を記録素子基板１０の数に比べて少なくできる。これにより、記録装置１０００に対して液体吐出ヘッド３を組み付ける時または液体吐出ヘッドの交換時に取り外しが必要な電気接続部の数を少なくすることができる。図４（ｂ）に示すように、液体吐出ヘッド３の両端部に設けられた液体接続部１１１は、例えば図２あるいは図３に示したような記録装置１０００の液体供給系と接続される。これによりＣＭＹＫの各色の記録液が記録装置１０００の供給系から液体吐出ヘッド３に供給され、また液体吐出ヘッド３内を通った記録液が記録装置１０００の供給系へ回収されるようになっている。このように各色の記録液は、記録装置１０００の経路と液体吐出ヘッド３の経路を介して循環可能である。
(Explanation of liquid discharge head configuration)
Next, the configuration of the liquid discharge head 3 will be described with reference to FIG. FIG. 4A is a perspective view of the liquid discharge head 3 from the side of the surface on which the discharge port is formed, and FIG. 4B is a perspective view seen from the direction opposite to that of FIG. 4A. In the liquid discharge head 3, 15 recording element substrates 10 capable of discharging four colors of recording liquid, cyan (C), magenta (M), yellow (Y), and black (K), respectively, are arranged in a straight line (in-line). It is a line type liquid discharge head arranged in. As shown in FIG. 4A, the liquid discharge head 3 includes 15 recording element boards 10, a flexible wiring board 40, and an electrical wiring board 90. The electric wiring board 90 is provided with a signal input terminal 91 and a power supply terminal 92, and the signal input terminal 91 and the power supply terminal 92 are attached to each recording element board 10 via the electric wiring board 90 and the flexible wiring board 40. It is electrically connected. The signal input terminal 91 and the power supply terminal 92 are electrically connected to the control circuit of the recording device 1000, and supply the discharge drive signal and the power required for discharge to the recording element substrate 10, respectively. By consolidating the wiring by the electric circuit in the electric wiring board 90, the number of the signal output terminals 91 and the power supply terminals 92 can be reduced as compared with the number of the recording element boards 10. This makes it possible to reduce the number of electrical connections that need to be removed when assembling the liquid discharge head 3 to the recording device 1000 or when replacing the liquid discharge head. As shown in FIG. 4B, the liquid connecting portions 111 provided at both ends of the liquid discharging head 3 are connected to, for example, the liquid supply system of the recording device 1000 as shown in FIG. 2 or FIG. As a result, the recording liquid of each color of CMYK is supplied from the supply system of the recording device 1000 to the liquid discharge head 3, and the recording liquid that has passed through the liquid discharge head 3 is collected to the supply system of the recording device 1000. There is. In this way, the recording liquid of each color can be circulated through the path of the recording device 1000 and the path of the liquid discharge head 3.
図５は、液体吐出ヘッド３を構成する各部品またはユニットをその機能ごとに分割して示している。液体吐出ヘッド３は筺体８０を備えており、この筺体８０に対して液体吐出ユニット３００、液体供給ユニット２２０及び電気配線基板９０が取り付けられている。液体供給ユニット２２０には液体接続部１１１（図２〜４参照）が設けられている。液体供給ユニット２２０の内部には、供給される記録液中の異物を取り除くため、液体接続部１１１の各開口と連通する各色別のフィルタ２２１（図２、図３参照）が設けられている。図示したものでは１つの液体吐出ヘッドに対して２つの液体供給ユニット２２０と２つの負圧制御ユニット２３０が設けられている。２つの液体供給ユニット２２０には、それぞれに２色分ずつのフィルタ２２１が設けられている。フィルタ２２１を通過した記録液は、それぞれの色に対応して供給ユニット２２０上に配置された負圧制御ユニット２３０へ供給される。負圧制御ユニット２３０は圧力調整機構を有し、圧力調整機構の内部に設けられる弁やバネ部材などの作用により、液体の流量の変動に伴って生じる記録装置１０００の供給系内（液体吐出ヘッド３の上流側の供給系）の圧損変化を大幅に減衰させることができる。これにより負圧制御ユニット２３０は、その圧力制御ユニットよりも下流側（液体吐出ユニット３００側）の負圧変化をある一定範囲内で安定化させることが可能である。上述したように、負圧制御ユニット２３０では、各色ごとに２つの圧力調整機構が設けられており、色ごとの２つの圧力調整機構の制御圧力は異なる値に設定されている。高圧側の圧力調整機構は液体吐出ユニット３００内の共通供給流路２１１に連通し、低圧側の圧力調整機構は共通回収流路２１２に連通している。
FIG. 5 shows each component or unit constituting the liquid discharge head 3 divided according to its function. The liquid discharge head 3 includes a housing 80, and a liquid discharge unit 300, a liquid supply unit 220, and an electrical wiring board 90 are attached to the housing 80. The liquid supply unit 220 is provided with a liquid connection portion 111 (see FIGS. 2 to 4). Inside the liquid supply unit 220, filters 221 (see FIGS. 2 and 3) for each color that communicate with each opening of the liquid connection portion 111 are provided in order to remove foreign matter in the supplied recording liquid. In the illustrated one, two liquid supply units 220 and two negative pressure control units 230 are provided for one liquid discharge head. The two liquid supply units 220 are each provided with a filter 221 for two colors. The recording liquid that has passed through the filter 221 is supplied to the negative pressure control unit 230 arranged on the supply unit 220 corresponding to each color. The negative pressure control unit 230 has a pressure adjusting mechanism, and is generated in the supply system of the recording device 1000 (liquid discharge head) caused by fluctuations in the flow rate of the liquid due to the action of valves, spring members, etc. provided inside the pressure adjusting mechanism. The pressure loss change of the supply system on the upstream side of 3) can be significantly attenuated. As a result, the negative pressure control unit 230 can stabilize the negative pressure change on the downstream side (liquid discharge unit 300 side) of the pressure control unit within a certain range. As described above, the negative pressure control unit 230 is provided with two pressure adjusting mechanisms for each color, and the control pressures of the two pressure adjusting mechanisms for each color are set to different values. The pressure adjusting mechanism on the high pressure side communicates with the common supply flow path 211 in the liquid discharge unit 300, and the pressure adjusting mechanism on the low pressure side communicates with the common recovery flow path 212.
筐体８０は、液体吐出ユニット支持部８１及び電気配線基板支持部８２とから構成され、液体吐出ユニット３００及び電気配線基板９０を支持するとともに、液体吐出ヘッド３の剛性を確保している。電気配線基板支持部８２は、電気配線基板９０を支持するためのものであって、液体吐出ユニット支持部８１にネジ止めによって固定されている。液体吐出ユニット支持部８１は、液体吐出ユニット３００の反りや変形を矯正して複数の記録素子基板１０の相対位置精度を確保する役割を有し、それにより記録物におけるスジやムラを抑制する。そのため液体吐出ユニット支持部８１は、十分な剛性を有することが好ましく、その材質としては、ステンレス鋼（ＳＵＳ）やアルミニウムなどの金属材料、もしくはアルミナなどのセラミックが好適である。液体吐出ユニット支持部８１の長手方向の両端部には、ジョイントゴム１００が挿入される開口８３、８４が設けられている。液体供給ユニット２２０から供給される記録液などの液体は、ジョイントゴム１００を介して液体吐出ユニット３００を構成する後述する第３流路部材７０へと導かれる。
The housing 80 is composed of a liquid discharge unit support portion 81 and an electric wiring board support portion 82, supports the liquid discharge unit 300 and the electric wiring board 90, and secures the rigidity of the liquid discharge head 3. The electric wiring board support portion 82 is for supporting the electric wiring board 90, and is fixed to the liquid discharge unit support portion 81 by screwing. The liquid discharge unit support portion 81 has a role of correcting the warp and deformation of the liquid discharge unit 300 to ensure the relative position accuracy of the plurality of recording element substrates 10, thereby suppressing streaks and unevenness in the recorded material. Therefore, the liquid discharge unit support portion 81 preferably has sufficient rigidity, and as the material thereof, a metal material such as stainless steel (SUS) or aluminum, or a ceramic such as alumina is suitable. Openings 83 and 84 into which the joint rubber 100 is inserted are provided at both ends of the liquid discharge unit support portion 81 in the longitudinal direction. A liquid such as a recording liquid supplied from the liquid supply unit 220 is guided to a third flow path member 70, which will be described later, constituting the liquid discharge unit 300 via the joint rubber 100.
液体吐出ユニット３００は、複数個の吐出モジュール２００と流路構成部材２１０とからなり、液体吐出ユニット３００の被記録媒体側の面にはカバー部材１３０が取り付けられる。図５に示すようにカバー部材１３０は、長尺の開口１３１が設けられた額縁状の表面を持つ部材であり、開口１３１からは吐出モジュール２００に含まれる記録素子基板１０及び封止材１１０（図９参照）が露出している。開口１３１の周囲の枠部は、液体吐出ヘッド３の吐出口が形成されている面を記録待機時にキャップするキャップ部材の当接面としての機能を有する。このため、開口１３１の周囲に沿って接着剤、封止材、充填材等を塗布し、液体吐出ユニット３００の吐出口形成面上の凹凸や隙間を埋めることで、キャップ時に閉空間が形成されるようにすることが好ましい。
The liquid discharge unit 300 includes a plurality of discharge modules 200 and a flow path constituent member 210, and a cover member 130 is attached to the surface of the liquid discharge unit 300 on the recording medium side. As shown in FIG. 5, the cover member 130 is a member having a frame-shaped surface provided with a long opening 131, and the recording element substrate 10 and the sealing material 110 included in the discharge module 200 (from the opening 131). (See FIG. 9) is exposed. The frame portion around the opening 131 has a function as a contact surface of a cap member that caps the surface on which the discharge port of the liquid discharge head 3 is formed during recording standby. Therefore, by applying an adhesive, a sealing material, a filler, or the like along the periphery of the opening 131 to fill the unevenness and gaps on the discharge port forming surface of the liquid discharge unit 300, a closed space is formed at the time of capping. It is preferable to do so.
次に液体吐出ユニット３００に含まれる流路構成部材２１０の構成について説明する。流路構成部材２１０は、液体供給ユニット２２０から供給された記録液などの液体を各吐出モジュール２００へと分配し、また吐出モジュール２００から還流する液体を液体供給ユニット２２０へと戻すためのものである。図５に示すように、流路構成部材２１０は、第１流路部材５０、第２流路部材６０及び第３流路部材７０をこの順で積層したものであり、液体吐出ユニット支持部８１にネジ止めで固定されている。これにより流路構成部材２１０の反りや変形が抑制されている。
Next, the configuration of the flow path constituent member 210 included in the liquid discharge unit 300 will be described. The flow path component 210 is for distributing the liquid such as the recording liquid supplied from the liquid supply unit 220 to each discharge module 200, and returning the liquid flowing back from the discharge module 200 to the liquid supply unit 220. be. As shown in FIG. 5, the flow path constituent member 210 is a stack of a first flow path member 50, a second flow path member 60, and a third flow path member 70 in this order, and is a liquid discharge unit support portion 81. It is fixed with screws. As a result, warpage and deformation of the flow path constituent member 210 are suppressed.
図６（ａ）〜（ｆ）は、第１乃至第３流路部材５０，６０，７０の表面と裏面とを示している。図６（ａ）は、第１流路部材５０の、吐出モジュール２００が搭載される側の面を示し、これに対して図６（ｆ）は、第３流路部材７０の、液体吐出ユニット支持部８１と当接する側の面を示している。図６（ｂ）は、第１流路部材５０の、第２流路部材６０との当接面を示し、これに対応して図６（ｃ）は、第２流路部材６０の、第１流路部材５０との当接面を示している。同様に図６（ｄ）は、第２流路部材６０の、第３流路部材７０との当接面を示し、図６（ｅ）は、第３流路部材７０の、第２流路部材６０との当接面を示している。図６の（ｄ）と（ｅ）に示す面で第２流路部材６０と第３流路部材７０とを接合することにより、それぞれの流路部材６０，７０に形成される共通流路溝６２，７１によって、これら流路部材６０，７０の長手方向に延在する８本の共通流路が形成される。これによりＣＭＹＫの各色ごとの共通供給流路２１１と共通回収流路２１２の組が流路構成部材２１０内に形成される（図７参照）。第３流路部材７０の連通口７２は、ジョイントゴム１００の各穴と連通しており、液体供給ユニット２２０と流体的に流通している。第２流路部材６０の共通流路溝６２の底面には連通口６１が複数形成されており、第１流路部材５０の個別流路溝５２の一端部と連通している。第１流路部材５０の個別流路溝５２の他端部には連通口５１が形成されており、連通口５１を介して、複数の吐出モジュール２００と流体的に連通している。この個別流路溝５２により第１流路部材５０の短手方向の中央側へ流路を集約することが可能となる。なお以下の説明で、記録液の色ごとに分けて共通供給流路２１１を示すときは符号２１１の代わりに符号２１１ａ〜２１１ｄを使用し、色ごとに分けて共通回収流路２１２を示すときは符号２１２の代わりに符号２１２ａ〜２１２ｄを使用する。同様に、記録液の色ごとに分けて個別供給流路２１３を示すときは符号２１３の代わりに符号２１３ａ〜２１３ｄを使用し、色ごとに分けて個別回収流路２１４を示すときは符号２１４の代わりに符号２１４ａ〜２１４ｄを使用する。
6 (a) to 6 (f) show the front surface and the back surface of the first to third flow path members 50, 60, 70. FIG. 6A shows the surface of the first flow path member 50 on the side where the discharge module 200 is mounted, whereas FIG. 6F shows the liquid discharge unit of the third flow path member 70. The surface on the side that comes into contact with the support portion 81 is shown. FIG. 6 (b) shows the contact surface of the first flow path member 50 with the second flow path member 60, and FIG. 6 (c) corresponds to this, FIG. 6 (c) shows the second flow path member 60 of the second flow path member 60. 1 The contact surface with the flow path member 50 is shown. Similarly, FIG. 6 (d) shows the contact surface of the second flow path member 60 with the third flow path member 70, and FIG. 6 (e) shows the second flow path of the third flow path member 70. The contact surface with the member 60 is shown. Common flow path grooves formed in the respective flow path members 60 and 70 by joining the second flow path member 60 and the third flow path member 70 on the surfaces shown in FIGS. 6 (d) and 6 (e). By 62 and 71, eight common flow paths extending in the longitudinal direction of these flow path members 60 and 70 are formed. As a result, a set of the common supply flow path 211 and the common recovery flow path 212 for each color of CMYK is formed in the flow path constituent member 210 (see FIG. 7). The communication port 72 of the third flow path member 70 communicates with each hole of the joint rubber 100 and fluidly circulates with the liquid supply unit 220. A plurality of communication ports 61 are formed on the bottom surface of the common flow path groove 62 of the second flow path member 60, and communicate with one end of the individual flow path groove 52 of the first flow path member 50. A communication port 51 is formed at the other end of the individual flow path groove 52 of the first flow path member 50, and is fluidly communicated with the plurality of discharge modules 200 via the communication port 51. The individual flow path groove 52 makes it possible to consolidate the flow paths toward the center side of the first flow path member 50 in the lateral direction. In the following description, when the common supply flow path 211 is shown separately for each color of the recording liquid, the reference numerals 211a to 211d are used instead of the reference numeral 211, and when the common recovery flow path 212 is shown separately for each color. The reference numerals 212a to 212d are used instead of the reference numeral 212. Similarly, when the individual supply flow paths 213 are shown separately for each color of the recording liquid, the reference numerals 213a to 213d are used instead of the reference numerals 213, and when the individual recovery flow paths 214 are shown separately for each color, the reference numerals 214 are used. The codes 214a to 214d are used instead.
流路構成部材２１０を構成する第１乃至第３流路部材５０，６０，７０は、記録液などの液体に対して耐腐食性を有するとともに、線膨張率の低い材質からなることが好ましい。その材質としては例えば、アルミナや、ＬＣＰ（液晶ポリマー）、ＰＰＳ（ポリフェニルサルファイド）やＰＳＦ（ポリサルフォン）を母材としてシリカ微粒子やファイバーなどの無機フィラーを添加した複合材料（樹脂材料）を好適に用いることができる。流路構成部材２１０の形成方法としては、３つの流路部材５０，６０，７０を積層させて互いに接着してもよいし、材質として樹脂複合樹脂材料を選択した場合には、溶着による接合方法を用いてもよい。
The first to third flow path members 50, 60, 70 constituting the flow path constituent member 210 are preferably made of a material having corrosion resistance to a liquid such as a recording liquid and having a low coefficient of linear expansion. As the material thereof, for example, a composite material (resin material) in which alumina, LCP (liquid crystal polymer), PPS (polyphenylsulfide) or PSF (polysulfone) is used as a base material and an inorganic filler such as silica fine particles or fibers is added is preferable. Can be used. As a method for forming the flow path constituent member 210, three flow path members 50, 60, 70 may be laminated and bonded to each other, or when a resin composite resin material is selected as the material, a joining method by welding May be used.
次に、図７を用いて流路構成部材２１０内の各流路の接続関係について説明する。図７は、第１乃至第３流路部材５０，６０，７０を接合して形成される流路構成部材２１０の内部の流路を第１の流路部材５０の、吐出モジュール２００が搭載される面側から一部を拡大してみた透視図である。図７において一点鎖線で囲まれた領域は、記録素子基板１０の配置位置に対応している。流路構成部材２１０には、色ごとに液体吐出ヘッド３の長手方向に伸びる共通供給流路２１１ａ〜２１１ｄ及び共通回収流路２１２ａ〜２１２ｄが設けられている。各色の共通供給流路２１１ａ〜２１１ｄには、個別流路溝５２によって形成される複数の個別供給流路２１３ａ〜２１３ｄがそれぞれ連通口６１を介して接続されている。また、各色の共通回収流路２１２ａ〜２１２ｄには、個別流路溝５２によって形成される複数の個別回収流路２１４ａ〜２１４ｄがそれぞれ連通口６１を介して接続されている。このような流路構成により、各共通供給流路２１１から個別供給流路２１３を介して、流路構成部材２１０の中央部に対応して設けられた記録素子基板１０に対して記録液を集約することができる。また記録素子基板１０から個別回収流路２１４を介して、各共通回収流路２１２に記録液を回収することができる。
Next, the connection relationship of each flow path in the flow path constituent member 210 will be described with reference to FIG. 7. In FIG. 7, the discharge module 200 of the first flow path member 50 is mounted on the flow path inside the flow path constituent member 210 formed by joining the first to third flow path members 50, 60, 70. It is a perspective view which is a part enlarged from the surface side. The region surrounded by the alternate long and short dash line in FIG. 7 corresponds to the arrangement position of the recording element substrate 10. The flow path constituent members 210 are provided with common supply flow paths 211a to 211d and common recovery flow paths 212a to 212d extending in the longitudinal direction of the liquid discharge head 3 for each color. A plurality of individual supply channels 213a to 213d formed by the individual channel grooves 52 are connected to the common supply channels 211a to 211d of each color via communication ports 61, respectively. Further, a plurality of individual recovery channels 214a to 214d formed by the individual channel grooves 52 are connected to the common recovery channels 212a to 212d of each color via communication ports 61, respectively. With such a flow path configuration, the recording liquid is collected from each common supply flow path 211 via the individual supply flow path 213 to the recording element substrate 10 provided corresponding to the central portion of the flow path constituent member 210. can do. Further, the recording liquid can be recovered from the recording element substrate 10 to each common recovery flow path 212 via the individual recovery flow path 214.
図８は、図７のＥ−Ｅ線における流路構成部材２１０及び吐出モジュール２００の断面構成を示している。図示するように、それぞれの個別回収流路２１４ａ，２１４ｃは、連通口５１を介して、吐出モジュール２００と連通している。図８では個別回収流路２１４ａ，２１４ｃのみ図示しているが、別の断面においては、図７に示すように個別供給流路２１３と吐出モジュール２００とが連通している。各吐出モジュール２００に含まれる支持部材３０及び記録素子基板１０には、第１流路部材５０からの記録液を記録素子基板１０に設けられている記録素子１５（図１０参照）に供給するための流路が形成されている。さらに支持部材３０及び記録素子基板１０には、記録素子１５に供給した液体の一部または全部を第１流路部材５０に回収（還流）するための流路も形成されている。各色の共通供給流路２１１は、対応する色の負圧制御ユニット２３０の高圧側の圧力調整機構に対して液体供給ユニット２２０を介して接続されている。同様に共通回収流路２１２は、対応する色の負圧制御ユニット２３０の低圧側の圧力調整機構に対して液体供給ユニット２２０を介して接続されている。負圧制御ユニット２３０内のこれらの圧力調整機構により、共通供給流路２１１と共通回収流路２１２との間に差圧（圧力差）を生じさせるようになっている。このため、図７及び図８に示したように各流路を接続した液体吐出ヘッド３内では、各色ごとに、共通供給流路２１１→個別供給流路２１３→記録素子基板１０→個別回収流路２１４→共通回収流路２１２へと順に流れる流れが発生する。
FIG. 8 shows a cross-sectional configuration of the flow path constituent member 210 and the discharge module 200 on the EE line of FIG. 7. As shown in the figure, the individual recovery channels 214a and 214c communicate with the discharge module 200 via the communication port 51. In FIG. 8, only the individual recovery channels 214a and 214c are shown, but in another cross section, the individual supply channels 213 and the discharge module 200 communicate with each other as shown in FIG. 7. In order to supply the recording liquid from the first flow path member 50 to the recording element 15 (see FIG. 10) provided on the recording element substrate 10, the support member 30 and the recording element substrate 10 included in each discharge module 200 are supplied with the recording liquid from the first flow path member 50. Flow path is formed. Further, the support member 30 and the recording element substrate 10 are also formed with a flow path for recovering (refluxing) a part or all of the liquid supplied to the recording element 15 to the first flow path member 50. The common supply flow path 211 of each color is connected to the pressure adjusting mechanism on the high pressure side of the negative pressure control unit 230 of the corresponding color via the liquid supply unit 220. Similarly, the common recovery flow path 212 is connected to the pressure adjusting mechanism on the low pressure side of the negative pressure control unit 230 of the corresponding color via the liquid supply unit 220. By these pressure adjusting mechanisms in the negative pressure control unit 230, a differential pressure (pressure difference) is generated between the common supply flow path 211 and the common recovery flow path 212. Therefore, in the liquid discharge head 3 in which each flow path is connected as shown in FIGS. 7 and 8, the common supply flow path 211 → the individual supply flow path 213 → the recording element substrate 10 → the individual recovery flow for each color. A flow is generated in order from the road 214 to the common recovery flow path 212.
（吐出モジュールの説明）
次に、吐出モジュール２００について説明する。図９（ａ）は吐出モジュール２００の斜視図であり、図９（ｂ）はその分解図である。吐出モジュール２００の製造方法としては、まず、記録素子基板１０及びフレキシブル配線基板４０を、予め液体連通口３１が設けられた支持部材３０上に接着する。その後、記録素子基板１０上の端子１６と、フレキシブル配線基板４０上の端子４１とをワイヤーボンディングによって電気的に接続し、その後にワイヤーボンディング部（電気接続部）を封止材１１０で覆って封止する。フレキシブル配線基板４０での記録素子基板１０とは反対側の端子４２は、電気配線基板９０の接続端子９３（図５参照）と電気的に接続される。支持部材３０は、記録素子基板１０を支持する支持体であるとともに、記録素子基板１０と流路構成部材２１０とを流体的に連通させる流路連通部材であるため、平面度が高く、また十分に高い信頼性をもって記録素子基板と接合できるものが好ましい。支持部材３０の材質としては、例えばアルミナや樹脂材料が好ましい。
(Explanation of discharge module)
Next, the discharge module 200 will be described. 9 (a) is a perspective view of the discharge module 200, and FIG. 9 (b) is an exploded view thereof. As a method for manufacturing the discharge module 200, first, the recording element substrate 10 and the flexible wiring board 40 are bonded to a support member 30 provided with a liquid communication port 31 in advance. After that, the terminal 16 on the recording element substrate 10 and the terminal 41 on the flexible wiring board 40 are electrically connected by wire bonding, and then the wire bonding portion (electrical connection portion) is covered with a sealing material 110 and sealed. Stop. The terminal 42 on the flexible wiring board 40 opposite to the recording element board 10 is electrically connected to the connection terminal 93 (see FIG. 5) of the electrical wiring board 90. Since the support member 30 is a support that supports the recording element substrate 10 and is a flow path communication member that fluidly communicates the recording element substrate 10 and the flow path constituent member 210, the flatness is high and sufficient. It is preferable that the device can be bonded to the recording element substrate with high reliability. As the material of the support member 30, for example, alumina or a resin material is preferable.
（記録素子基板の構造の説明）
次に、記録素子基板１０の構成について説明する。図１０（ａ）は記録素子基板１０の吐出口１３が形成される側の面の平面図であり、図１０（ｂ）は図１０（ａ）のＡで示した部分の拡大図であり、図１０（ｃ）は図１０（ａ）の裏面にあたる側の平面図である。図１０（ａ）に示すように、記録素子基板１０は、複数の吐出口１３が列をなして形成された吐出口形成部材１２を有する。吐出口形成部材１２には、記録液の色であるＣＭＹＫの４色にそれぞれ対応する４列の吐出口列が形成されている。なお、以後、複数の吐出口１３が配列される吐出口列が延びる方向を「吐出口列方向」と呼称する。図１０（ｂ）に示すように、各吐出口１３に対応した位置には液体を熱エネルギーにより発泡させるための発熱素子である記録素子１５が配置されている。隔壁２２により、記録素子１５を内部に備える圧力室２３が区画されている。記録素子１５は記録素子基板１０に設けられる電気配線（不図示）によって、図１０（ａ）に示す端子１６と電気的に接続されている。記録素子１５は、記録装置１０００の制御回路から電気配線基板９０（図５）及びフレキシブル配線基板４０（図９）を介して入力されるパルス信号に基づいて発熱し、圧力室２３の液体を沸騰させ、この沸騰による発泡の力で液体を吐出口１３から吐出する。図１０（ｂ）に示すように、各吐出口列に沿って、一方の側には液体供給路１８が、他方の側には液体回収路１９が延在している。液体供給路１８及び液体回収路１９は、記録素子基板１０に設けられた吐出口列方向に延びた流路であり、それぞれ供給口１７ａ及び回収口１７ｂを介して吐出口１３と連通している。
(Explanation of the structure of the recording element substrate)
Next, the configuration of the recording element substrate 10 will be described. 10 (a) is a plan view of the surface of the recording element substrate 10 on the side where the discharge port 13 is formed, and FIG. 10 (b) is an enlarged view of the portion shown by A in FIG. 10 (a). 10 (c) is a plan view of the side corresponding to the back surface of FIG. 10 (a). As shown in FIG. 10A, the recording element substrate 10 has a discharge port forming member 12 formed by forming a plurality of discharge ports 13 in a row. The discharge port forming member 12 is formed with four rows of discharge ports corresponding to the four colors of CMYK, which are the colors of the recording liquid. Hereinafter, the direction in which the discharge port row in which the plurality of discharge ports 13 are arranged extends is referred to as "discharge port row direction". As shown in FIG. 10B, a recording element 15 which is a heat generating element for foaming a liquid by heat energy is arranged at a position corresponding to each discharge port 13. The partition wall 22 partitions the pressure chamber 23 including the recording element 15 inside. The recording element 15 is electrically connected to the terminal 16 shown in FIG. 10A by an electric wiring (not shown) provided on the recording element substrate 10. The recording element 15 generates heat based on a pulse signal input from the control circuit of the recording device 1000 via the electric wiring board 90 (FIG. 5) and the flexible wiring board 40 (FIG. 9), and boils the liquid in the pressure chamber 23. Then, the liquid is discharged from the discharge port 13 by the force of foaming due to this boiling. As shown in FIG. 10B, a liquid supply path 18 extends on one side and a liquid recovery path 19 extends on the other side along each discharge port row. The liquid supply path 18 and the liquid recovery path 19 are flow paths extending in the discharge port row direction provided on the recording element substrate 10, and communicate with the discharge port 13 via the supply port 17a and the recovery port 17b, respectively. ..
図１０（ｃ）及び図１１に示すように、記録素子基板１０の、吐出口１３が形成される面の裏面にはシート状の蓋部材２０が積層されており、蓋部材２０には、後述する液体供給路１８及び液体回収路１９に連通する開口２１が複数設けられている。ここで示した例では、１本の液体供給路１８に対して３個、１本の液体回収路１９に対して２個の開口２１が蓋部材２０に設けられている。図１０（ｂ）に示すように蓋部材２０のそれぞれの開口２１は、図６（ａ）に示した複数の連通口５１と連通している。図１１に示すように蓋部材２０は、記録素子基板１０の基板１１に形成される液体供給路１８及び液体回収路１９の壁の一部を形成する蓋としての機能を有する。蓋部材２０は、記録液などの液体に対して十分な耐食性を有している材料から構成されることが好ましく、また、混色防止の観点から、開口２１の開口形状および開口位置には高い精度が求められる。このため蓋部材２０の材質として感光性樹脂材料やシリコン板を用い、フォトリソグラフィ―プロセスによって開口２１を設けることが好ましい。このように蓋部材２０は開口２１により流路のピッチを変換するものであり、圧力損失を考慮すると厚みは薄いことが望ましく、感光性の樹脂フィルムで構成されることが望ましい。
As shown in FIGS. 10C and 11, a sheet-shaped lid member 20 is laminated on the back surface of the surface of the recording element substrate 10 on which the discharge port 13 is formed, and the lid member 20 is described later. A plurality of openings 21 communicating with the liquid supply path 18 and the liquid recovery path 19 are provided. In the example shown here, the lid member 20 is provided with three openings 21 for one liquid supply path 18 and two openings 21 for one liquid recovery path 19. As shown in FIG. 10B, each opening 21 of the lid member 20 communicates with the plurality of communication openings 51 shown in FIG. 6A. As shown in FIG. 11, the lid member 20 has a function as a lid forming a part of the wall of the liquid supply path 18 and the liquid recovery path 19 formed on the substrate 11 of the recording element substrate 10. The lid member 20 is preferably made of a material having sufficient corrosion resistance against a liquid such as a recording liquid, and from the viewpoint of preventing color mixing, the opening shape and opening position of the opening 21 are highly accurate. Is required. Therefore, it is preferable to use a photosensitive resin material or a silicon plate as the material of the lid member 20 and to provide the opening 21 by a photolithography process. As described above, the lid member 20 converts the pitch of the flow path by the opening 21, and it is desirable that the lid member 20 is thin in consideration of the pressure loss, and it is desirable that the lid member 20 is made of a photosensitive resin film.
次に、記録素子基板１０内での液体の流れについて説明する。図１１は、図１０（ａ）におけるＢ−Ｂ面での記録素子基板１０及び蓋部材２０の断面を示している。記録素子基板１０では、シリコン（Ｓｉ）基板により形成される基板１１と感光性の樹脂により形成される吐出口形成部材１２とが積層されており、基板１１の裏面には蓋部材２０が接合されている。基板１１の一方の面側には記録素子１５が形成されており（図１０参照）、その裏面側には、吐出口列に沿って延在する液体供給路１８及び液体回収路１９を構成する溝が形成されている。基板１１と蓋部材２０とによって形成される液体供給路１８及び液体回収路１９は、それぞれ、流路構成部材２１０内の共通供給流路２１１及び共通回収流路２１２と接続されており、液体供給路１８と液体回収路１９との間には差圧が生じている。第１流路部材５０には個別供給流路２１３及び個別回収流路２１４が形成されているが、個別供給流路２１３は液体供給路１８と共通供給流路２１１とを接続し、個別回収流路２１４は液体回収路１９と共通回収流路２１２とを接続する。液体吐出ヘッド３の複数の吐出口１３から液体を吐出し記録を行っている際に吐出動作を行っていない吐出口においては、この差圧によって、液体供給路１８内の液体は、供給口１７ａ→圧力室２３→回収口１７ｂを経由して液体回収路１９へ流れる。この流れは図１１において矢印Ｃで示されている。この流れによって、記録を休止している吐出口１３や圧力室２３において、吐出口１３からの溶媒の気化によって生じた増粘した記録液や、泡・異物などを液体回収路１９へ回収することができる。また吐出口１３や圧力室２３での記録液の増粘を抑制することができる。液体回収路１９へ回収された記録液などの液体は、蓋部材２０の開口２１及び支持部材３０の液体連通口３１（図９（ｂ）参照）を通じて、流路構成部材２１０内の連通口５１、個別回収流路２１４、共通回収流路２１２の順に回収される。この回収された液体は、最終的には記録装置１０００の供給経路へと回収される。
Next, the flow of the liquid in the recording element substrate 10 will be described. FIG. 11 shows a cross section of the recording element substrate 10 and the lid member 20 on the BB plane in FIG. 10A. In the recording element substrate 10, a substrate 11 formed of a silicon (Si) substrate and a discharge port forming member 12 formed of a photosensitive resin are laminated, and a lid member 20 is bonded to the back surface of the substrate 11. ing. A recording element 15 is formed on one surface side of the substrate 11 (see FIG. 10), and a liquid supply path 18 and a liquid recovery path 19 extending along the discharge port row are formed on the back surface side thereof. A groove is formed. The liquid supply path 18 and the liquid recovery path 19 formed by the substrate 11 and the lid member 20 are connected to the common supply flow path 211 and the common recovery flow path 212 in the flow path component 210, respectively, and supply liquid. A differential pressure is generated between the path 18 and the liquid recovery path 19. The first flow path member 50 is formed with an individual supply flow path 213 and an individual recovery flow path 214. The individual supply flow path 213 connects the liquid supply path 18 and the common supply flow path 211, and is an individual recovery flow path. The path 214 connects the liquid recovery path 19 and the common recovery channel 212. In the discharge port where the discharge operation is not performed when the liquid is discharged from the plurality of discharge ports 13 of the liquid discharge head 3 and the recording is performed, the liquid in the liquid supply path 18 is discharged by the supply port 17a due to this differential pressure. → It flows to the liquid recovery path 19 via the pressure chamber 23 → the recovery port 17b. This flow is indicated by arrow C in FIG. By this flow, in the discharge port 13 and the pressure chamber 23 where recording is suspended, the thickened recording liquid, bubbles, foreign substances, etc. generated by the vaporization of the solvent from the discharge port 13 are collected in the liquid recovery path 19. Can be done. Further, it is possible to suppress thickening of the recording liquid in the discharge port 13 and the pressure chamber 23. The liquid such as the recording liquid collected in the liquid recovery path 19 passes through the opening 21 of the lid member 20 and the liquid communication port 31 of the support member 30 (see FIG. 9B), and the communication port 51 in the flow path constituent member 210. , Individual recovery flow path 214, and common recovery flow path 212 in this order. The recovered liquid is finally recovered to the supply path of the recording device 1000.
結局、記録装置１０００の本体から液体吐出ヘッド３へ供給される記録液などの液体は、下記の順に流動し、供給および回収される。液体は、まず液体供給ユニット２２０の液体接続部１１１から液体吐出ヘッド３の内部に流入する。そしてこの液体は、ジョイントゴム１００、第３流路部材７０に設けられた連通口７２及び共通流路溝７１、第２流路部材６０に設けられた共通流路溝６２及び連通口６１、第１流路部材に設けられた個別流路溝５２及び連通口５１の順に供給される。その後、液体は、支持部材３０に設けられた液体連通口３１、蓋部材に設けられた開口２１、基板１１に設けられた液体供給路１８及び供給口１７ａを順に介して圧力室２３に供給される。圧力室２３に供給された液体のうち、吐出口１３から吐出されなかった液体は、基板１１に設けられた回収口１７ｂ及び液体回収路１９、蓋部材に設けられた開口２１、支持部材３０に設けられた液体連通口３１を順に流れる。その後、液体は、第１流路部材に設けられた連通口５１及び個別流路溝５２、第２流路部材に設けられた連通口６１及び共通流路溝６２、第３流路部材７０に設けられた共通流路溝７１及び連通口７２、ジョイントゴム１００を順に流れる。そして、液体供給ユニット２２０に設けられた液体接続部１１１から液体吐出ヘッド３の外部へ液体が流動する。図２に示す第１の循環形態を採用した場合には、液体接続部１１１から流入した液体は負圧制御ユニット２３０を経由した後にジョイントゴム１００に供給される。一方、図３に示す第２の循環形態を採用した場合には、圧力室２３から回収された液体は、ジョイントゴム１００を通過した後、負圧制御ユニット２３０を介して液体接続部１１１から液体吐出ヘッド３の外部へ流動する。
Eventually, the liquid such as the recording liquid supplied from the main body of the recording device 1000 to the liquid discharge head 3 flows in the following order, and is supplied and recovered. The liquid first flows into the inside of the liquid discharge head 3 from the liquid connection portion 111 of the liquid supply unit 220. The liquid is the joint rubber 100, the communication port 72 and the common flow path groove 71 provided in the third flow path member 70, the common flow path groove 62 and the communication port 61 provided in the second flow path member 60, and the first. It is supplied in the order of the individual flow path groove 52 and the communication port 51 provided in one flow path member. After that, the liquid is supplied to the pressure chamber 23 in order through the liquid communication port 31 provided in the support member 30, the opening 21 provided in the lid member, the liquid supply path 18 provided in the substrate 11, and the supply port 17a. Ru. Of the liquids supplied to the pressure chamber 23, the liquids not discharged from the discharge port 13 are placed in the recovery port 17b and the liquid recovery path 19 provided on the substrate 11, the opening 21 provided in the lid member, and the support member 30. It flows through the provided liquid communication ports 31 in order. After that, the liquid is applied to the communication port 51 and the individual flow path groove 52 provided in the first flow path member, the communication port 61 and the common flow path groove 62 provided in the second flow path member, and the third flow path member 70. It flows through the common flow path groove 71, the communication port 72, and the joint rubber 100 provided in this order. Then, the liquid flows from the liquid connection portion 111 provided in the liquid supply unit 220 to the outside of the liquid discharge head 3. When the first circulation mode shown in FIG. 2 is adopted, the liquid flowing from the liquid connection portion 111 is supplied to the joint rubber 100 after passing through the negative pressure control unit 230. On the other hand, when the second circulation mode shown in FIG. 3 is adopted, the liquid recovered from the pressure chamber 23 passes through the joint rubber 100 and then flows from the liquid connection portion 111 via the negative pressure control unit 230. It flows to the outside of the discharge head 3.
なお、液体吐出ユニット３００の共通供給流路２１１の一端から流入した全ての液体が個別供給流路２１３ａを経由して圧力室２３に供給されるわけではない。図２及び図３に示すように、個別供給流路２１３ａに流入することなく、共通供給流路２１１の他端から液体供給ユニット２２０に流動する液体もある。このように記録素子基板１０を経由することなく流動する経路を備えることで、微細で流抵抗の大きい流路を備える記録素子基板１０を備える場合であっても、液体の循環流の逆流を抑制することができる。このようにして液体吐出ヘッド３では、圧力室や吐出口近傍部の液体の増粘を抑制できるので、吐出よれや不吐を抑制でき、結果として高画質な記録を行うことができる。
Not all the liquid flowing from one end of the common supply flow path 211 of the liquid discharge unit 300 is supplied to the pressure chamber 23 via the individual supply flow path 213a. As shown in FIGS. 2 and 3, there is also a liquid that flows from the other end of the common supply flow path 211 to the liquid supply unit 220 without flowing into the individual supply flow path 213a. By providing the path for flowing without passing through the recording element substrate 10 in this way, even when the recording element substrate 10 having a fine flow path having a large flow resistance is provided, the backflow of the circulating flow of the liquid is suppressed. can do. In this way, the liquid discharge head 3 can suppress thickening of the liquid in the vicinity of the pressure chamber and the discharge port, so that discharge twist and non-discharge can be suppressed, and as a result, high-quality recording can be performed.
（記録素子基板間の位置関係の説明）
上述したように液体吐出ヘッド３は複数の吐出モジュール２００を備えている。図１２は隣接する２つの吐出モジュール２００における、記録素子基板１０の隣接部を部分的に拡大して示している。図１０に示すように、ここでは略平行四辺形の記録素子基板１０を用いるものとする。図１２に示すように、各記録素子基板１０において吐出口１３が配列される各吐出口列１４ａ〜１４ｄは、被記録媒体の搬送方向Ｌに対し一定角度傾くように配置されている。これによって記録素子基板１０同士の隣接部における吐出口列は、少なくとも１つの吐出口が被記録媒体の搬送方向Ｌにオーバーラップするようになっている。図１２に示したものでは、線Ｄ上の２つの吐出口１３が互いにオーバーラップする関係にある。このような配置によって、仮に記録素子基板１０の位置が所定位置から多少ずれた場合であっても、相互にオーバーラップする吐出口の駆動制御によって、記録画像における黒色のすじや白抜け部分を目立たなくすることができる。複数の記録素子基板１０を千鳥配置ではなくインラインに配置したときも、図１２のような構成により、液体吐出ヘッド３の被記録媒体の搬送方向の長さの増大を抑えつつ、記録素子基板１０同士のつなぎ部における黒スジや白抜け対策を行うことができる。なお、ここでは記録素子基板１０の輪郭形状は略平行四辺形であるが、これに限られるものではなく、例えば長方形、台形、その他形状の記録素子基板１０を用いた場合でも、本発明の構成を好ましく適用することができる。
(Explanation of positional relationship between recording element boards)
As described above, the liquid discharge head 3 includes a plurality of discharge modules 200. FIG. 12 shows a partially enlarged view of the adjacent portion of the recording element substrate 10 in the two adjacent discharge modules 200. As shown in FIG. 10, a substantially parallelogram recording element substrate 10 is used here. As shown in FIG. 12, the discharge port rows 14a to 14d in which the discharge ports 13 are arranged in each recording element substrate 10 are arranged so as to be inclined at a constant angle with respect to the transport direction L of the recording medium. As a result, at least one ejection port of the ejection port row in the adjacent portion between the recording element substrates 10 overlaps with the conveying direction L of the recording medium. In the one shown in FIG. 12, the two discharge ports 13 on the line D overlap each other. Due to such an arrangement, even if the position of the recording element substrate 10 is slightly deviated from the predetermined position, black streaks and white spots in the recorded image are conspicuous due to the drive control of the ejection ports that overlap each other. Can be eliminated. Even when a plurality of recording element substrates 10 are arranged in-line instead of in a staggered arrangement, the configuration as shown in FIG. 12 suppresses an increase in the length of the liquid discharge head 3 in the transport direction of the recorded medium, while suppressing the increase in the length of the recording element substrate 10 in the transport direction. It is possible to take measures against black streaks and white spots at the joints between each other. Although the contour shape of the recording element substrate 10 is substantially a parallelogram here, the present invention is not limited to this, and even when the recording element substrate 10 having a rectangular shape, a trapezoid shape, or another shape is used, the present invention is configured. Can be preferably applied.
（第２の構成例の液体吐出装置の説明）
本発明を適用できる液体吐出装置は、上述した第１の構成例のものに限られるものではない。以下、本発明に基づく液体吐出装置の第２の構成例であるインクジェット記録装置１０００（以下、記録装置とも称する）について説明する。図１３は第２の構成例の液体吐出装置である記録装置１０００の概略構成を示している。以下の説明では、主として第１の構成例と異なる部分のみを説明し、第１の構成例と同様の部分については説明を省略する。
(Explanation of the liquid discharge device of the second configuration example)
The liquid discharge device to which the present invention can be applied is not limited to that of the above-mentioned first configuration example. Hereinafter, the inkjet recording device 1000 (hereinafter, also referred to as a recording device), which is a second configuration example of the liquid ejection device based on the present invention, will be described. FIG. 13 shows a schematic configuration of the recording device 1000, which is the liquid discharge device of the second configuration example. In the following description, only the parts different from the first configuration example will be mainly described, and the description of the same parts as the first configuration example will be omitted.
図１３に示す記録装置１０００は、ＣＭＹＫの各色にそれぞれ対応した単色用の液体吐出ヘッド３を４つ並列配置させることで、被記録媒体２に対してフルカラー記録を行う点が第１の構成例のものとは異なっている。第１の構成例では、１色の記録液あたりに使用できる吐出口列数が１列であったのに対し、この第２の構成例において１色あたりに使用できる吐出口列数を複数（後述の図２０（ａ）に示す例では２０列）とすることができる。このため、記録データを複数の吐出口列に適宜振り分けて記録を行うことで、非常に高速な記録が可能となる。さらに、不吐になる吐出口があったとしても、その吐出口に対して被記録媒体の搬送方向Ｌに対応する位置にある、他列の吐出口から補間的に吐出を行うことで信頼性が向上する。したがって第２の構成例の記録装置１０００は、商業印刷などの分野において使用するのに好適である。第１の構成例と同様に、各液体吐出ヘッド３に対して、記録装置１０００の供給系、バッファータンク１００３及びメインタンク１００６が流体的に接続される。また、それぞれの液体吐出ヘッド３には、液体吐出ヘッド３へ電力及び吐出制御信号を伝送する電気制御部が電気的に接続される。第２の構成例においても、第１の構成例と同様に、図２及び図３にそれぞれ示した第１及び第２の循環形態のいずれをも用いることができる。
The first configuration example of the recording device 1000 shown in FIG. 13 is that full-color recording is performed on the recording medium 2 by arranging four liquid discharge heads 3 for single colors corresponding to each color of CMYK in parallel. It's different from the one. In the first configuration example, the number of discharge port rows that can be used per color recording liquid is one row, whereas in this second configuration example, the number of discharge port rows that can be used per color is a plurality (). In the example shown in FIG. 20 (a) described later, it can be 20 columns). Therefore, by appropriately distributing the recorded data to a plurality of discharge port rows for recording, very high-speed recording becomes possible. Further, even if there is a discharge port that does not discharge, reliability is achieved by interpolating the discharge from the discharge port of another row located at the position corresponding to the transport direction L of the recorded medium with respect to the discharge port. Is improved. Therefore, the recording device 1000 of the second configuration example is suitable for use in fields such as commercial printing. Similar to the first configuration example, the supply system of the recording device 1000, the buffer tank 1003, and the main tank 1006 are fluidly connected to each liquid discharge head 3. Further, an electric control unit for transmitting electric power and a discharge control signal to the liquid discharge head 3 is electrically connected to each liquid discharge head 3. In the second configuration example, as in the first configuration example, any of the first and second circulation modes shown in FIGS. 2 and 3, respectively, can be used.
（液体吐出ヘッド構造の説明）
第２の構成例での液体吐出ヘッド３の構造について、図１４を用いて説明する。図１４の（ａ）は、液体吐出ヘッド３において吐出口が形成された面の側から見た斜視図であり、（ｂ）は（ａ）とは反対方向から見た斜視図である。液体吐出ヘッド３は、その長手方向に直線状に配列される１６個の記録素子基板１０を備えており、単一の色の記録液での記録が可能なインクジェット式のライン型（ページワイド型）液体吐出ヘッドである。液体吐出ヘッド３は、第１の構成例と同様に、液体接続部１１１、信号入力端子９１及び電力供給端子９２を備える。しかしながらこの液体吐出ヘッド３は、第１の構成例のものと比べて吐出口列が多いため、液体吐出ヘッド３の両側に信号出力端子９１及び電力供給端子９２が配置されている。これは記録素子基板１０に設けられる配線部で生じる電圧低下や信号伝送遅れを低減のためである。
(Explanation of liquid discharge head structure)
The structure of the liquid discharge head 3 in the second configuration example will be described with reference to FIG. 14 (a) is a perspective view seen from the side of the surface of the liquid discharge head 3 where the discharge port is formed, and FIG. 14 (b) is a perspective view seen from the direction opposite to (a). The liquid discharge head 3 includes 16 recording element substrates 10 arranged linearly in the longitudinal direction thereof, and is an inkjet line type (page wide type) capable of recording with a recording liquid of a single color. ) It is a liquid discharge head. The liquid discharge head 3 includes a liquid connection portion 111, a signal input terminal 91, and a power supply terminal 92, as in the first configuration example. However, since the liquid discharge head 3 has more discharge port rows than that of the first configuration example, the signal output terminals 91 and the power supply terminals 92 are arranged on both sides of the liquid discharge head 3. This is to reduce the voltage drop and signal transmission delay that occur in the wiring portion provided on the recording element substrate 10.
図１５は、第２の構成例の液体吐出ヘッド３を構成する各部品またはユニットをその機能ごとに分割して示している。各ユニット及び部材の役割や液体吐出ヘッド３内での液体流通の順は、基本的には第１の構成例でのものと同様であるが、第２の構成例では液体吐出ヘッド３の剛性を担保する機能が異なっている。第１の構成例では主として液体吐出ユニット支持部８１によって液体吐出ヘッド剛性を担保していたが、第２の構成例の液体吐出ヘッドでは、液体吐出ユニット３００に含まれる第２流路部材６０によって液体吐出ヘッドの剛性を担保している。第２の構成例での液体吐出ユニット支持部８１は、第２流路部材６０の両端部に接続されており、この液体吐出ユニット３００は記録装置１０００のキャリッジと機械的に結合されて、液体吐出ヘッド３の位置決めを行う。負圧制御ユニット２３０を備える液体供給ユニット２２０と電気配線基板９０とが、液体吐出ユニット支持部８１に結合される。２つの液体供給ユニット２２０内にはそれぞれフィルタ（不図示）が内蔵されている。第２の構成例では、各負圧制御ユニット２３０ごとに２通りの圧力の制御を行うようにはなっていない。２つの負圧制御ユニット２３０の一方に対して高圧側の負圧制御ユニットとして相対的に高い負圧で圧力を制御するようが設定なされ、他方に対して低圧側の負圧制御ユニットとして相対的に低い負圧で圧力を制御するようが設定なされている。図１５に示すように液体吐出ヘッド３の長手方向の両端部に、それぞれ、高圧側と低圧側の負圧制御ユニット２３０を設置した場合、液体吐出ヘッド３の長手方向に延在する共通供給流路２１１と共通回収流路２１２とにおける液体の流れが互いに対向する。このようにすると、共通供給流路２１１と共通回収流路２１２との間での熱交換が促進されて、これらの共通流路内における温度差が低減されるころになる。したがって、共通供給流路２１１及び共通回収流路２１２に沿って複数設けられる各記録素子基板１０における温度差が付きにくくなり、温度差による記録ムラが生じにくくなるという利点がある。
FIG. 15 shows each component or unit constituting the liquid discharge head 3 of the second configuration example divided according to its function. The roles of each unit and member and the order of liquid distribution in the liquid discharge head 3 are basically the same as those in the first configuration example, but in the second configuration example, the rigidity of the liquid discharge head 3 The function of guaranteeing is different. In the first configuration example, the rigidity of the liquid discharge head is mainly secured by the liquid discharge unit support portion 81, but in the liquid discharge head of the second configuration example, the second flow path member 60 included in the liquid discharge unit 300 is used. The rigidity of the liquid discharge head is ensured. The liquid discharge unit support portion 81 in the second configuration example is connected to both ends of the second flow path member 60, and the liquid discharge unit 300 is mechanically coupled to the carriage of the recording device 1000 to liquid. Positioning the discharge head 3 is performed. The liquid supply unit 220 including the negative pressure control unit 230 and the electrical wiring board 90 are coupled to the liquid discharge unit support portion 81. A filter (not shown) is built in each of the two liquid supply units 220. In the second configuration example, the pressure is not controlled in two ways for each negative pressure control unit 230. One of the two negative pressure control units 230 is set to control the pressure at a relatively high negative pressure as a negative pressure control unit on the high pressure side, and relative to the other as a negative pressure control unit on the low pressure side. It is set to control the pressure with a low negative pressure. As shown in FIG. 15, when the negative pressure control units 230 on the high pressure side and the low pressure side are installed at both ends of the liquid discharge head 3 in the longitudinal direction, a common supply flow extending in the longitudinal direction of the liquid discharge head 3 is provided. The liquid flows in the path 211 and the common recovery flow path 212 face each other. By doing so, heat exchange between the common supply flow path 211 and the common recovery flow path 212 is promoted, and the temperature difference in these common flow paths is reduced. Therefore, there is an advantage that the temperature difference between the plurality of recording element substrates 10 provided along the common supply flow path 211 and the common recovery flow path 212 is less likely to occur, and recording unevenness due to the temperature difference is less likely to occur.
次に液体吐出ユニット３００の流路構成部材２１０の詳細について説明する。図１５に示すように流路構成部材２１０は、第１流路部材５０及び第２流路部材６０を積層したものであり、液体供給ユニット２２０から供給された記録液などの液体を各吐出モジュール２００へと分配する。また流路構成部材２１０は、吐出モジュール２００から還流する液体を液体供給ユニット２２０へと戻すための回収流路部材として機能する。流路構成部材２１０の第２流路部材６０は、内部に共通供給流路２１１及び共通回収流路２１２が形成された部材であるとともに、液体吐出ヘッド３の剛性を主に担うという機能を有する。このため、第２流路部材６０の材質としては、記録液などの液体に対する十分な耐食性と高い機械強度を有するものが好ましく、具体的にはステンレス鋼やチタン（Ｔｉ）、アルミナなどを好ましく用いることができる。
Next, the details of the flow path constituent member 210 of the liquid discharge unit 300 will be described. As shown in FIG. 15, the flow path constituent member 210 is a stack of a first flow path member 50 and a second flow path member 60, and each discharge module discharges a liquid such as a recording liquid supplied from the liquid supply unit 220. Distribute to 200. Further, the flow path constituent member 210 functions as a recovery flow path member for returning the liquid refluxed from the discharge module 200 to the liquid supply unit 220. The second flow path member 60 of the flow path constituent member 210 is a member in which the common supply flow path 211 and the common recovery flow path 212 are formed therein, and has a function of mainly carrying the rigidity of the liquid discharge head 3. .. Therefore, as the material of the second flow path member 60, a material having sufficient corrosion resistance against a liquid such as a recording liquid and high mechanical strength is preferable, and specifically, stainless steel, titanium (Ti), alumina and the like are preferably used. be able to.
次に、図１６を用いて、第１流路部材５０及び第２流路部材６０の詳細を説明する。図１６（ａ）は、第１流路部材５０の、吐出モジュール２００が取り付けられる側の面を示し、図１６（ｂ）は、その裏面であって、第２流路部材６０と当接される側の面を示している。第１の構成例とは異なり、第２の構成例における第１流路部材５０は、各吐出モジュール２００ごとに対応した複数の部材を隣接して配列したものである。このように分割した構造を採用することで、このようなモジュールを複数配列することにより、液体吐出ヘッド３に要求される長さに対応することができるようになる。この構成は、例えば、ＪＩＳ（日本工業規格）Ｂ２サイズ及びそれ以上の寸法に対応した長さの比較的長い液体吐出ヘッドに特に好適に適用できる。図１６（ａ）に示すように、第１流路部材５０の連通口５１は吐出モジュール２００と流体的に連通し、図１６（ｂ）に示すように、第１流路部材５０の個別連通口５３は第２流路部材６０の連通口６１と流体的に連通する。図１６（ｃ）は、第２流路部材６０の、第１流路部材５０と当接される側の面を示し、図１６（ｄ）は、第２流路部材６０の厚み方向中央部の断面を示し、図１６（ｅ）は、第２流路部材６０の、液体供給ユニット２２０と当接する側の面を示している。第２流路部材６０の流路や連通口の機能は、第１の構成例での１色分の記録液に対するものと同様である。第２流路部材６０の共通流路溝７１は、その一方が図１７に示す共通供給流路２１１であり、他方が共通回収流路２１２であり、それぞれ、液体吐出ヘッド３長手方向に沿って一端側から他端側に液体が供給される。この構成例では、第１の構成例とは異なり、共通供給流路２１１と共通回収流路２１２での液体の流れる方向は、液体吐出ヘッド３の長手方向に沿って互いに反対方向である。
Next, the details of the first flow path member 50 and the second flow path member 60 will be described with reference to FIG. FIG. 16A shows the surface of the first flow path member 50 on the side to which the discharge module 200 is attached, and FIG. 16B is the back surface thereof, which is in contact with the second flow path member 60. The side of the module is shown. Unlike the first configuration example, the first flow path member 50 in the second configuration example is an array of a plurality of members corresponding to each discharge module 200 adjacent to each other. By adopting such a divided structure, by arranging a plurality of such modules, it becomes possible to correspond to the length required for the liquid discharge head 3. This configuration is particularly suitably applicable to, for example, a relatively long liquid discharge head having a length corresponding to JIS (Japanese Industrial Standards) B2 size and larger dimensions. As shown in FIG. 16A, the communication port 51 of the first flow path member 50 fluidly communicates with the discharge module 200, and as shown in FIG. 16B, individual communication of the first flow path member 50. The port 53 fluidly communicates with the communication port 61 of the second flow path member 60. 16 (c) shows the surface of the second flow path member 60 on the side where it comes into contact with the first flow path member 50, and FIG. 16 (d) shows the central portion of the second flow path member 60 in the thickness direction. 16 (e) shows the surface of the second flow path member 60 on the side that comes into contact with the liquid supply unit 220. The functions of the flow path and the communication port of the second flow path member 60 are the same as those for the recording liquid for one color in the first configuration example. One of the common flow path grooves 71 of the second flow path member 60 is the common supply flow path 211 shown in FIG. 17, and the other is the common recovery flow path 212, each of which is along the longitudinal direction of the liquid discharge head 3. The liquid is supplied from one end side to the other end side. In this configuration example, unlike the first configuration example, the liquid flow directions in the common supply flow path 211 and the common recovery flow path 212 are opposite to each other along the longitudinal direction of the liquid discharge head 3.
図１７は、記録素子基板１０と流路構成部材２１０との間での各流路の接続関係を示している。図１６に示したように、流路構成部材２１０内には、液体吐出ヘッド３の長手方向に延びる一組の共通供給流路２１１及び共通回収流路２１２が設けられている。第２流路部材６０の連通口６１は、各々の第１流路部材５０の個別連通口５３と位置を合わせて接続されており、第２流路部材６０の連通口７２から共通供給流路２１１を介して第１流路部材５０の連通口５１へと連通する液体供給経路が形成されている。同様に、第２流路部材６０の連通口７２から共通回収流路２１２を介して第１流路部材５０の連通口５１へと連通する液体供給経路も形成されている。
FIG. 17 shows the connection relationship of each flow path between the recording element substrate 10 and the flow path component member 210. As shown in FIG. 16, a set of a common supply flow path 211 and a common recovery flow path 212 extending in the longitudinal direction of the liquid discharge head 3 are provided in the flow path constituent member 210. The communication port 61 of the second flow path member 60 is connected in position with the individual communication port 53 of each first flow path member 50, and is a common supply flow path from the communication port 72 of the second flow path member 60. A liquid supply path is formed that communicates with the communication port 51 of the first flow path member 50 via the 211. Similarly, a liquid supply path that communicates from the communication port 72 of the second flow path member 60 to the communication port 51 of the first flow path member 50 via the common recovery flow path 212 is also formed.
図１８は、図１７のＦ−Ｆ線における断面を示している。この図に示したように、共通供給流路２１１は、連通口６１、個別連通口５３及び連通口５１を介して、吐出モジュール２００へ接続されている。図１８では不図示であるが、別の断面においては、共通回収流路２１２が同様の経路で吐出モジュール２００へ接続されていることは、図１７を参照すれば明らかである。第１の構成例と同様に、各吐出モジュール２００及び記録素子基板１０には、各吐出口１３の形成個所である圧力室２３に連通する流路が形成されている。供給した液体の一部または全部は、この流路によって、吐出動作を休止している吐出口１３に対応する圧力室２３を通過して還流できるようになっている。また第１の構成例と同様に、共通供給流路２１１は高圧側の負圧制御ユニット２３０と、共通回収流路２１２は低圧側の負圧制御ユニット２３０と、それぞれ液体供給ユニット２２０を介して接続されている。このため、これらの負圧制御ユニット２３０によって生じる差圧によって、共通供給流路２１１から記録素子基板１０の圧力室２３を通過して共通回収流路２１２へと流れる流れが発生する。
FIG. 18 shows a cross section taken along the line FF of FIG. As shown in this figure, the common supply flow path 211 is connected to the discharge module 200 via the communication port 61, the individual communication port 53, and the communication port 51. Although not shown in FIG. 18, in another cross section, it is clear with reference to FIG. 17 that the common recovery flow path 212 is connected to the discharge module 200 by a similar route. Similar to the first configuration example, each discharge module 200 and the recording element substrate 10 are formed with a flow path communicating with the pressure chamber 23, which is the formation point of each discharge port 13. A part or all of the supplied liquid can be recirculated through the pressure chamber 23 corresponding to the discharge port 13 in which the discharge operation is suspended by this flow path. Further, as in the first configuration example, the common supply flow path 211 is via the high pressure side negative pressure control unit 230, and the common recovery flow path 212 is via the low pressure side negative pressure control unit 230 and the liquid supply unit 220, respectively. It is connected. Therefore, due to the differential pressure generated by these negative pressure control units 230, a flow is generated from the common supply flow path 211 to the common recovery flow path 212 through the pressure chamber 23 of the recording element substrate 10.
（吐出モジュールの説明）
次に、第２の構成例での吐出モジュール２００を説明する。図１９（ａ）は吐出モジュール２００の斜視図であり、図１９（ｂ）はその分解図である。第１の構成例との差異は、記録素子基板１０の複数の吐出口列方向に沿った両辺部（記録素子基板１０の各長辺部）に複数の端子１６がそれぞれ配置され、それに電気接続されるフレキシブル配線基板４０も１つの記録素子基板１０あたり２枚配置される点である。これは、記録素子基板１０に設けられる吐出口列数が例えば２０列あり、第１の構成例の４列よりも大幅に増加しているためである。すなわち、端子１６から、吐出口列に対応して設けられる記録素子１５までの最大距離を短く抑制して、記録素子基板１０内の配線部で生じる電圧低下や信号伝送遅れを低減することを目的としている。また支持部材３０の液体連通口３１は、記録素子基板１０に設けられる全吐出口列を跨るように開口している。その他の点は、第１の構成例におけるものと同様である。
(Explanation of discharge module)
Next, the discharge module 200 in the second configuration example will be described. 19 (a) is a perspective view of the discharge module 200, and FIG. 19 (b) is an exploded view thereof. The difference from the first configuration example is that a plurality of terminals 16 are arranged on both side portions (each long side portion of the recording element substrate 10) along the plurality of ejection port row directions of the recording element substrate 10, and are electrically connected to the terminals 16. Two flexible wiring boards 40 are also arranged for each recording element board 10. This is because the number of discharge port rows provided on the recording element substrate 10 is, for example, 20 rows, which is significantly larger than the 4 rows of the first configuration example. That is, the purpose is to shorten the maximum distance from the terminal 16 to the recording element 15 provided corresponding to the discharge port row, and to reduce the voltage drop and signal transmission delay that occur in the wiring portion in the recording element substrate 10. It is supposed to be. Further, the liquid communication port 31 of the support member 30 is open so as to straddle all the discharge port rows provided on the recording element substrate 10. Other points are the same as those in the first configuration example.
（記録素子基板の構造の説明）
次に、第２の構成例での記録素子基板１０の構成について説明する。図２０（ａ）は記録素子基板１０の吐出口１３が形成される側の面の平面図であり、図２０（ｂ）は液体供給路１８及び液体回収路１９が形成されている部分を示す図であり、図２０（ｃ）は図２０（ａ）の裏面にあたる側の平面図である。ここで図２０（ｂ）は、図２０（ｃ）において記録素子基板１０の裏面側に設けられている蓋部材２０を除去した状態を示している。図２０（ｂ）に示すように、記録素子基板１０の裏面側には、吐出口列方向に沿って、液体供給路１８と液体回収路１９とが交互に設けられている。吐出口列数は第１の構成例よりも大幅に増加しているものの、第１の構成例との本質的な差異は、前述のように端子１６が記録素子基板１０の吐出口列方向に沿った両辺部に配置されていることである。各吐出口列ごとに一組の液体供給路１８及び液体回収路１９が設けられていること、蓋部材２０に、支持部材３０の液体連通口３１と連通する開口２１が設けられていることなど、基本的な構成は第１の構成例のものと同様である。
(Explanation of the structure of the recording element substrate)
Next, the configuration of the recording element substrate 10 in the second configuration example will be described. FIG. 20A is a plan view of the surface of the recording element substrate 10 on the side where the discharge port 13 is formed, and FIG. 20B shows a portion where the liquid supply path 18 and the liquid recovery path 19 are formed. 20 (c) is a plan view of the back surface of FIG. 20 (a). Here, FIG. 20 (b) shows a state in which the lid member 20 provided on the back surface side of the recording element substrate 10 is removed in FIG. 20 (c). As shown in FIG. 20B, liquid supply paths 18 and liquid recovery paths 19 are alternately provided on the back surface side of the recording element substrate 10 along the discharge port row direction. Although the number of discharge port rows is significantly increased from that of the first configuration example, the essential difference from the first configuration example is that the terminal 16 is in the discharge port row direction of the recording element substrate 10 as described above. It is arranged on both sides along the line. A set of a liquid supply path 18 and a liquid recovery path 19 are provided for each discharge port row, and the lid member 20 is provided with an opening 21 that communicates with the liquid communication port 31 of the support member 30. , The basic configuration is the same as that of the first configuration example.
以下、上述した液体吐出ヘッドあるいは液体吐出装置において、吐出特性にばらつきを生じさせず、また、高温の液体が圧力室に逆流することによる過昇温を抑制できる、本発明に基づく構成について説明する。図２１は本発明の実施の一形態の液体吐出ヘッドにおける液体吐出ユニット３００の部分を示している。本実施形態の液体吐出ヘッドにおいて、筐体８０、電気配線基板９０及び液体供給ユニット２２０などの構成は図１乃至図２０において説明したものと同様であるから、以下では説明を省略する。負圧の制御については、後述するように、負圧制御ユニットを設けるのではなく水頭圧を使用している。ここでは、説明の簡単のため、液体吐出ヘッドには、同色の記録液を吐出する２列の吐出口列が形成されるものとする。
Hereinafter, in the liquid discharge head or the liquid discharge device described above, a configuration based on the present invention will be described in which the discharge characteristics do not vary and the excessive temperature rise due to the backflow of the high temperature liquid into the pressure chamber can be suppressed. .. FIG. 21 shows a portion of the liquid discharge unit 300 in the liquid discharge head according to the embodiment of the present invention. In the liquid discharge head of the present embodiment, the configurations of the housing 80, the electrical wiring board 90, the liquid supply unit 220, and the like are the same as those described with reference to FIGS. 1 to 20, and thus the description thereof will be omitted below. As for the control of the negative pressure, as will be described later, the head pressure is used instead of providing the negative pressure control unit. Here, for the sake of simplicity of explanation, it is assumed that the liquid discharge head is formed with two rows of discharge ports for discharging the recording liquid of the same color.
図２１に示した液体吐出ユニット３００では、上述したものと同様に、流路構成部材２１０に対して複数の支持部材３０が接合し、さらに、支持部材３０ごとに記録素子基板１０が接合している。図２２は、液体吐出ユニット３００の詳細を示す分解斜視図であり、支持部材３０及び記録素子基板１０からなる吐出モジュールを示している。図２２では、説明のため、記録素子基板１０を構成する基板１１をその厚さ方向で２つに分割して示している。分割された一方は、図２２（ａ）として、吐出口形成部材１２と接合した状態で示され、他方は、図２２（ｂ）において、液体供給路１８及び液体回収路１９が露出して状態で示されている。図２２（ｃ）は蓋部材２０を示し、図２２（ｄ）は支持部材３０を示している。
In the liquid discharge unit 300 shown in FIG. 21, a plurality of support members 30 are joined to the flow path constituent member 210, and further, the recording element substrate 10 is joined to each support member 30 in the same manner as described above. There is. FIG. 22 is an exploded perspective view showing the details of the liquid discharge unit 300, and shows a discharge module including the support member 30 and the recording element substrate 10. In FIG. 22, for the sake of explanation, the substrate 11 constituting the recording element substrate 10 is divided into two in the thickness direction thereof. One of the divided portions is shown as FIG. 22 (a) in a state of being joined to the discharge port forming member 12, and the other is a state in which the liquid supply path 18 and the liquid recovery path 19 are exposed in FIG. 22 (b). Indicated by. 22 (c) shows the lid member 20, and FIG. 22 (d) shows the support member 30.
本実施形態において支持部材３０は、流路構成部材２１０に対して記録素子基板１０を支持するとともに、記録液などの液体を流路構成部材２１０から記録素子基板１０に対して分配する機能を有する。記録素子基板１０において吐出口１３が形成される面の反対側の面には上述のものと同様に蓋部材２０が設けられているが、この蓋部材２０は、支持部材３０の成型精度が良好である場合には、支持部材３０と一体的に形成されるようにしてもよい。蓋部材２０には、記録支持基板１０内の液体供給路１８及び液体回収路１９に連通し、支持部材３０から記録素子基板１０への液体流路のピッチを変換する機能を有する微細な開口が複数設けられている。ここではこれらの開口のうち液体供給路１８に連通する開口を供給側開口２１ａと呼び、液体回収路１９に連通する開口を回収側開口２１ｂと呼ぶ。図２１に示したものでは、液体吐出ヘッドに設けられる全ての記録素子基板１０に対して１つの流路構成部材２１０が設けられているが、複数の流路構成部材を設けて各流路構成部材が１または数個の記録素子基板１０に対応するようにしてもよい。また、記録素子基板１０ごとに支持部材３０を設けているが、数個の記録素子基板１０に対して１つの支持部材３０を設けるようにしてもよい。
In the present embodiment, the support member 30 has a function of supporting the recording element substrate 10 with respect to the flow path constituent member 210 and distributing a liquid such as a recording liquid from the flow path constituent member 210 to the recording element substrate 10. .. A lid member 20 is provided on the surface of the recording element substrate 10 opposite to the surface on which the discharge port 13 is formed, as in the above-mentioned one, but the lid member 20 has good molding accuracy of the support member 30. If this is the case, it may be formed integrally with the support member 30. The lid member 20 has a fine opening that communicates with the liquid supply path 18 and the liquid recovery path 19 in the recording support substrate 10 and has a function of converting the pitch of the liquid flow path from the support member 30 to the recording element substrate 10. There are multiple. Here, among these openings, the opening communicating with the liquid supply path 18 is referred to as a supply side opening 21a, and the opening communicating with the liquid recovery path 19 is referred to as a recovery side opening 21b. In the one shown in FIG. 21, one flow path component 210 is provided for all the recording element substrates 10 provided in the liquid discharge head, but each flow path configuration is provided by providing a plurality of flow path components. The member may correspond to one or several recording element substrates 10. Further, although the support member 30 is provided for each recording element substrate 10, one support member 30 may be provided for several recording element substrates 10.
支持部材３０には、吐出口列の延びる方向とは直交する方向に延びるスリット状の供給側の分配流路３１８及び回収側の分配流路３１９が形成されている。供給側及び回収側の分配流路３１８，３１９は、図９や図１９に示す構成における液体連通口３１に対応するものである。供給側の分配流路３１８は、液体を流路構成部材２１０内の共通供給流路２１１から記録素子基板１０に分配し供給する経路にあって、共通供給流路２１１に連通する。同様に回収側の分配流路３１９は、液体を記録素子基板１０から流路構成部材２１０内の共通回収流路２１２に回収する経路にあって、共通回収流路２１２に連通する。蓋部材２０に設けられる供給側開口２１ａは、供給側の分配流路３１８と液体供給路１８が交差する位置においてこれらが連通するように設けられている。同様に回収側開口２１ｂは、回収側の分配流路３１９と液体回収路１９が交差する位置においてこれらが連通するように設けられている。液体供給路１８及び液体回収路１９は、基板１１において、吐出口１３の形成面とは反対側の面に、吐出口列の延びる方向に延びる相互に平行な溝として形成されている。
The support member 30 is formed with a slit-shaped distribution flow path 318 on the supply side and a distribution flow path 319 on the recovery side extending in a direction orthogonal to the extension direction of the discharge port row. The distribution channels 318 and 319 on the supply side and the recovery side correspond to the liquid communication port 31 in the configurations shown in FIGS. 9 and 19. The distribution flow path 318 on the supply side is in a path for distributing and supplying the liquid from the common supply flow path 211 in the flow path component 210 to the recording element substrate 10, and communicates with the common supply flow path 211. Similarly, the distribution flow path 319 on the recovery side is in a path for collecting the liquid from the recording element substrate 10 to the common recovery flow path 212 in the flow path constituent member 210, and communicates with the common recovery flow path 212. The supply-side opening 21a provided in the lid member 20 is provided so that the distribution flow path 318 on the supply side and the liquid supply path 18 communicate with each other at a position where they intersect. Similarly, the recovery side opening 21b is provided so that the distribution flow path 319 on the recovery side and the liquid recovery path 19 communicate with each other at a position where they intersect. The liquid supply path 18 and the liquid recovery path 19 are formed on the substrate 11 on a surface opposite to the formation surface of the discharge port 13 as parallel grooves extending in the extending direction of the discharge port row.
図２３は、記録素子基板１０の詳細を説明する分解斜視図である。図２３において、（ａ）は吐出口１３が形成されている部分を示し、（ｂ）は圧力室２３、供給口１７ａ及び回収口１７ｂが形成されている部分を示し、（ｃ）は液体供給路１８及び液体回収路１９が形成された基板１１を示している。ここでは、説明のため、１列分の吐出口列のみが描かれている。図２４は、圧力室２３及び吐出口１３を説明するものであって、（ａ）は吐出口１３から記録素子基板１０の内部を見た状態を示す平面図であり、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線での断面図である。以下、図２２乃至図２４を用いて、本実施形態での液体吐出ヘッドについて説明する。図２３及び図２４に示すように、吐出口１３に対向するように基板１１の表面に記録素子１５が設けられており、吐出口１３と記録素子１５とによって挟まれた領域が圧力室２３となっている。基板１１には複数の記録素子１５が設けられているが、隣接する記録素子１５の間には隔壁２２が設けられており、圧力室２３の間を隔てている。したがって、１つの圧力室２３には１つの記録素子１５と１つの吐出口１３とが対応することになる。供給口１７ａ及び回収口１７ｂは、それぞれ、基板１１の反対側の面に形成されている溝状の液体供給路１８及び液体回収路１９に連通している。
FIG. 23 is an exploded perspective view illustrating the details of the recording element substrate 10. In FIG. 23, (a) shows a portion where the discharge port 13 is formed, (b) shows a portion where the pressure chamber 23, the supply port 17a and the recovery port 17b are formed, and (c) shows the liquid supply. The substrate 11 in which the passage 18 and the liquid recovery passage 19 are formed is shown. Here, for the sake of explanation, only one row of discharge ports is drawn. 24A and 24B explain the pressure chamber 23 and the discharge port 13, where FIG. 24A is a plan view showing the inside of the recording element substrate 10 from the discharge port 13, and FIG. 24B is a plan view showing the inside of the recording element substrate 10. ) Is a cross-sectional view taken along the line AA. Hereinafter, the liquid discharge head according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. 22 to 24. As shown in FIGS. 23 and 24, a recording element 15 is provided on the surface of the substrate 11 so as to face the discharge port 13, and a region sandwiched between the discharge port 13 and the recording element 15 is a pressure chamber 23. It has become. A plurality of recording elements 15 are provided on the substrate 11, but a partition wall 22 is provided between the adjacent recording elements 15 to separate the pressure chambers 23 from each other. Therefore, one recording element 15 and one discharge port 13 correspond to one pressure chamber 23. The supply port 17a and the recovery port 17b communicate with the groove-shaped liquid supply path 18 and the liquid recovery path 19 formed on the opposite surfaces of the substrate 11, respectively.
図２２（ｃ）に示すように、蓋部材２０には、液体供給路１８に連通する複数の供給側開口２１ａが列をなして形成され、液体回収路１９に連通する複数の回収側開口２１ｂが列をなして形成されている。上述したように支持部材３０には、供給側開口２１ａ及び回収側開口２１ｂにそれぞれ連通するスリット状の供給側及び回収側の分配流路３１８，３１９が形成されている。これらは、それぞれ流路構成部材２１０に形成された共通供給流路２１１及び共通回収流路２１２に連通する。以下の説明では、供給側の分配流路３１８には蓋部材２０の供給側開口２１ａも含まれ、回収側の分配流路３１９には回収側開口２１ｂも含まれるものとする。
As shown in FIG. 22 (c), the lid member 20 is formed with a plurality of supply-side openings 21a communicating with the liquid supply path 18 in a row, and the plurality of recovery-side openings 21b communicating with the liquid recovery path 19 are formed. Are formed in rows. As described above, the support member 30 is formed with slit-shaped distribution flow paths 318 and 319 on the supply side and the collection side that communicate with the supply side opening 21a and the collection side opening 21b, respectively. These communicate with the common supply flow path 211 and the common recovery flow path 212 formed in the flow path constituent member 210, respectively. In the following description, it is assumed that the distribution flow path 318 on the supply side also includes the supply side opening 21a of the lid member 20, and the distribution flow path 319 on the collection side also includes the collection side opening 21b.
以下、本実施形態の液体吐出ヘッドにおける記録液などの液体の流れを説明する。液体吐出ヘッドにおける液体の流れを説明する前に、図２５を用いて本実施形態における液体吐出装置の構成の概要を説明する。液体吐出ヘッド３には、高圧側の流入口３０７ａ及び流出口３１０ａと低圧側の流入口３０７ｂ及び流出口３１０ｂが設けられている。液体吐出ヘッド３において、流入口３０７ａと流出口３１０ａとの間に共通供給流路２１１が接続され、流入口３０７ｂと流出口３１０ｂとの間に共通回収流路２１２が接続されている。流入口３０７ａ，３０７ｂはそれぞれ大気に連通するバッファータンク３０８ａ，３０８ｂに直接接続されている。一方、流出口３１０ａ，３１０ｂは、それぞれ、定流量ポンプ３１１ａ，３１１ｂを介してバッファータンク３０８ａ，３０８ｂに接続されている。バッファータンク３０８ａ，３０８ｂは、いずれも液体（ここでは記録液）を貯留する貯留手段として機能するものである。この液体吐出装置では、バッファータンク３０８ａ，３０８ｂのそれぞれごとに液体が循環する経路が形成され、これらの経路は、後述するように、それぞれ、共通供給流路２１１及び共通回収流路２１２に接続している。そこで、共通供給流路２１１に接続する経路をこの液体吐出装置における第１の循環系と呼び、共通回収流路２１２に接続する経路を第２の循環系と呼ぶ。
Hereinafter, the flow of a liquid such as a recording liquid in the liquid discharge head of the present embodiment will be described. Before explaining the flow of the liquid in the liquid discharge head, the outline of the configuration of the liquid discharge device in the present embodiment will be described with reference to FIG. 25. The liquid discharge head 3 is provided with an inflow port 307a and an outflow port 310a on the high pressure side and an inflow port 307b and an outflow port 310b on the low pressure side. In the liquid discharge head 3, a common supply flow path 211 is connected between the inflow port 307a and the outflow port 310a, and a common recovery flow path 212 is connected between the inflow port 307b and the outflow port 310b. The inflow ports 307a and 307b are directly connected to the buffer tanks 308a and 308b that communicate with the atmosphere, respectively. On the other hand, the outlets 310a and 310b are connected to the buffer tanks 308a and 308b via the constant flow rate pumps 311a and 311b, respectively. Both the buffer tanks 308a and 308b function as storage means for storing the liquid (here, the recording liquid). In this liquid discharge device, a path for circulating liquid is formed in each of the buffer tanks 308a and 308b, and these paths are connected to the common supply flow path 211 and the common recovery flow path 212, respectively, as described later. ing. Therefore, the path connected to the common supply flow path 211 is referred to as a first circulation system in this liquid discharge device, and the path connected to the common recovery flow path 212 is referred to as a second circulation system.
バッファータンク３０８ａ，３０８ｂに対して液体を供給するためのメインタンク３１４が設けられている。メインタンク３１４とバッファータンク３０８ａの間にはポンプ３１２ａ及び弁３１３ａが直列に設けられ、メインタンク３１４とバッファータンク３０８ｂの間にはポンプ３１２ｂ及び弁３１３ｂが直列に設けられている。バッファータンク３０８ａ，３０８ｂには、それぞれ、液面水位センサ３０９ａ，３０９ｂが取り付けられており、センサ信号をもとにコントローラ３１５がポンプ３１２ａ，３１２ｂと弁３１３ａ，３１３ｂを制御する。このコントローラ３１５による制御により、流入口３０７ａ，３０７ｂの間の圧力差を所望な値にコントロールでき、図１乃至図２０で示した液体吐出ヘッドにおける負圧制御ユニットと同等の機能が実現される。流入口３０７ａ，３０７ｂの間の圧力差は、圧力室２３内で記録液が約数ｍｍ／ｓ〜数十ｍｍ／ｓの流速で流れるように設定される。
A main tank 314 for supplying a liquid to the buffer tanks 308a and 308b is provided. A pump 312a and a valve 313a are provided in series between the main tank 314 and the buffer tank 308a, and a pump 312b and a valve 313b are provided in series between the main tank 314 and the buffer tank 308b. Liquid level water level sensors 309a and 309b are attached to the buffer tanks 308a and 308b, respectively, and the controller 315 controls the pumps 312a and 312b and the valves 313a and 313b based on the sensor signals. By the control by the controller 315, the pressure difference between the inflow ports 307a and 307b can be controlled to a desired value, and the same function as the negative pressure control unit in the liquid discharge head shown in FIGS. 1 to 20 is realized. The pressure difference between the inflow ports 307a and 307b is set so that the recording liquid flows in the pressure chamber 23 at a flow rate of about several mm / s to several tens of mm / s.
図２６は、共通供給流路２１１及び共通回収流路２１２側から見た図として、共通供給流路２１１、共通回収流路２１２及び各分配流路３１８，３１９における液体の流れを矢印によって示している。図２６（ａ）で示すように、圧力室２３内を循環する液体の流れは、共通供給流路２１１から供給側の分配流路３１８を介して、圧力室２３内を循環し、回収側の分配流路３１８を介して共通回収流路２１２に排出されるものとなっている。このように圧力室２３に対して液体が循環している待機状態で記録素子１５が駆動されて記録状態となると、図２６（ｂ）に示すように、吐出口１３からの吐出のために、液体の流れは供給口１７ａ及び回収口１７ｂから圧力室２３へ向かうものとなる。このとき、循環により圧力室２３をいったん通過して吐出側の分配流路３１９に流れた液体も吐出口１３に向かって流れ、吐出される。その結果、吐出側の分配流路３１９内の液体の量が減少するが、その現象を補うために、共通回収流路２１２から排出側の分配流路３１９に液体が供給される。
FIG. 26 is a view seen from the common supply flow path 211 and the common recovery flow path 212 side, and the flow of the liquid in the common supply flow path 211, the common recovery flow path 212, and each distribution flow path 318, 319 is indicated by an arrow. There is. As shown in FIG. 26 (a), the flow of the liquid circulating in the pressure chamber 23 circulates in the pressure chamber 23 from the common supply flow path 211 via the distribution flow path 318 on the supply side, and is on the recovery side. It is discharged to the common recovery flow path 212 via the distribution flow path 318. When the recording element 15 is driven to enter the recording state in the standby state in which the liquid circulates with respect to the pressure chamber 23 in this way, as shown in FIG. 26B, due to the discharge from the discharge port 13, The flow of the liquid goes from the supply port 17a and the recovery port 17b to the pressure chamber 23. At this time, the liquid that has once passed through the pressure chamber 23 due to circulation and has flowed into the distribution flow path 319 on the discharge side also flows toward the discharge port 13 and is discharged. As a result, the amount of liquid in the distribution flow path 319 on the discharge side decreases, but in order to compensate for this phenomenon, the liquid is supplied from the common recovery flow path 212 to the distribution flow path 319 on the discharge side.
ところで、液体吐出ヘッドでは、駆動に伴うヘッドの温度変化を抑制し良好な記録品質を維持するために、記録素子基板１０を一定温度に昇温して温度制御することが行われている。液体吐出ヘッドの温度を上げて制御された状態では、記録素子基板１０内の各流路を流れる際に液体が温められ、回収側の分配流路３１９にも温められた液体が流入する。液体吐出ヘッドが記録動作に入ると、前述したように、回収側の分配流路３１９からは循環時に温められた液体が吐出口１３に供給されるため、吐出口近傍の温度が上昇する。連続的に吐出する状態が続くと、回収側の分配流路３１９内の加温された液体が吐出により徐々に記録素子基板１０から排出され、加温されていない液体が回収側の分配流路３１９から供給されていく。このため、回収側の分配流路３１９内の液体の温度は低下し、吐出口１３の近傍の温度も徐々に低下し、定常時の温度に至る。
By the way, in the liquid discharge head, in order to suppress the temperature change of the head due to the drive and maintain good recording quality, the temperature of the recording element substrate 10 is raised to a constant temperature and the temperature is controlled. In a state where the temperature of the liquid discharge head is raised and controlled, the liquid is warmed when flowing through each flow path in the recording element substrate 10, and the warmed liquid also flows into the distribution flow path 319 on the recovery side. When the liquid discharge head enters the recording operation, as described above, the liquid warmed during circulation is supplied to the discharge port 13 from the distribution flow path 319 on the collection side, so that the temperature in the vicinity of the discharge port rises. When the continuous discharge state continues, the heated liquid in the distribution flow path 319 on the recovery side is gradually discharged from the recording element substrate 10 by discharge, and the unheated liquid is discharged from the distribution flow path on the recovery side. It will be supplied from 319. Therefore, the temperature of the liquid in the distribution flow path 319 on the recovery side is lowered, and the temperature in the vicinity of the discharge port 13 is gradually lowered to reach the steady temperature.
本発明ではこの現象を抑制するために、記録素子基板１０の基板１１において溝状に形成される液体回収路１９の流抵抗を液体供給路１８の流抵抗より大きくする。ここで圧力室２３に供給される液体の量を考える。以下の説明において、供給口１７ａ及び液体供給路１８による合成流抵抗をＲinとし、回収口１７ｂ及び液体回収路１９による合成流抵抗をＲoutとする。全ての吐出口から液体を吐出する全吐出状態での吐出量を流量換算でＱとし、非吐出時に圧力室２３を通って循環している液体の流量をｑとする。このとき、液体吐出ヘッドの駆動状態が非吐出から吐出に変化したときに、吐出時に液体回収路１９から圧力室２３に供給される液体の流量Ｑoutは、下記の式(1)で示される。
In the present invention, in order to suppress this phenomenon, the flow resistance of the liquid recovery path 19 formed in a groove shape in the substrate 11 of the recording element substrate 10 is made larger than the flow resistance of the liquid supply path 18. Here, consider the amount of liquid supplied to the pressure chamber 23. In the following description, the combined flow resistance of the supply port 17a and the liquid supply path 18 is defined as R in, and the combined flow resistance of the recovery port 17b and the liquid recovery path 19 is defined as R out . Let Q be the discharge amount in the total discharge state in which the liquid is discharged from all the discharge ports, and q be the flow rate of the liquid circulating through the pressure chamber 23 at the time of non-discharge. At this time, when the drive state of the liquid discharge head changes from non-discharge to discharge, the flow rate Q out of the liquid supplied from the liquid recovery path 19 to the pressure chamber 23 at the time of discharge is represented by the following equation (1). ..
式(1)から、液体回収路１９の流抵抗を液体供給路１８の流抵抗より大きくする構成をとれば、吐出時に液体回収路１９から圧力室２３に供給される液体の量が減少する。よって、液体吐出ヘッドの駆動状態の変化に伴う、液体回収路１９内の液体の逆流を低減することができ、一時的に圧力室２３内の液体の温度が過剰に高くなることを抑制でき、記録品位を高く保つことが可能となる。液体回収路１９の流抵抗を液体供給路１８の流抵抗より大きくするためには、例えば、液体供給路１８における液体の流れ方向に対して垂直な面での断面積を、液体回収路１９における液体の流れ方向に対して垂直な面での断面積よりも大きくすればよい。
From the equation (1), if the flow resistance of the liquid recovery path 19 is made larger than the flow resistance of the liquid supply path 18, the amount of liquid supplied from the liquid recovery path 19 to the pressure chamber 23 at the time of discharge is reduced. Therefore, it is possible to reduce the backflow of the liquid in the liquid recovery path 19 due to the change in the driving state of the liquid discharge head, and it is possible to temporarily suppress the temperature of the liquid in the pressure chamber 23 from becoming excessively high. It is possible to keep the record quality high. In order to make the flow resistance of the liquid recovery path 19 larger than the flow resistance of the liquid supply path 18, for example, the cross-sectional area of the liquid supply path 18 on the plane perpendicular to the flow direction of the liquid is set in the liquid recovery path 19. It may be larger than the cross-sectional area in the plane perpendicular to the flow direction of the liquid.
以下、いくつかの実施例と比較例とに基づいて本実施形態の液体吐出ヘッドをさらに説明する。図２７は実施例１での記録素子基板１０の基板１１の、液体供給路１８の流れ方向に直交する断面を模式的に示しており、図２８は比較例１としての記録素子基板１０の断面を模式的に示している。
Hereinafter, the liquid discharge head of the present embodiment will be further described based on some examples and comparative examples. FIG. 27 schematically shows a cross section of the substrate 11 of the recording element substrate 10 in Example 1 orthogonal to the flow direction of the liquid supply path 18, and FIG. 28 is a cross section of the recording element substrate 10 as Comparative Example 1. Is schematically shown.
（実施例１及び比較例１）
実施例１として、図２７に示すように、流路の幅を変えることにより、液体回収路１９の流路断面積を液体供給路１８の流路断面積の３分の１にした記録素子基板１０を作製した。これにより、回収口１７ｂ及び液体回収路１９の合成流抵抗が、供給口１７ａ及び液体供給路１８の合成流抵抗と比較して、４倍程度大きくなっている。
比較例１として、図２８に示すように、流路の幅と深さとを同じにすることにより、液体回収路１９の流路断面積を液体供給路１８の流路断面積と等しくした記録素子基板１０を作製した。
ここでは、幅３０μｍ、高さ１５μｍの圧力室２３内を流速１０ｍｍ／秒で液体を流すために、バッファータンク３０８ａ，３０８ｂ間の圧力差は３００Ｐａ程度に設定した。液体吐出ヘッドに供給される液体として、インクジェット記録用の記録液を用いた。供給される記録液の温度を３５℃に制御し、圧力室２３の近傍に配置された温度センサ（不図示）の全てが６０℃となるように記録素子基板１０の温度制御を行い、液体吐出ヘッドでの温度分布を平衡状態とした。このような平衡状態から、実施例１及び比較例１のそれぞれの記録素子基板を有する液体吐出ヘッドを、吐出量が５×１０-15ｍ3、駆動周波数が８０００Ｈｚで駆動し、圧力室２３内の記録液の平均温度の時間変化を求めた。結果を図２９に示す。実施例１を実線、比較例１を点線で示す。
(Example 1 and Comparative Example 1)
As the first embodiment, as shown in FIG. 27, by changing the width of the flow path, the flow path cross-sectional area of the liquid recovery path 19 is reduced to one-third of the flow path cross-sectional area of the liquid supply path 18. 10 was made. As a result, the combined flow resistance of the recovery port 17b and the liquid recovery path 19 is about four times larger than that of the supply port 17a and the liquid supply path 18.
As Comparative Example 1, as shown in FIG. 28, a recording element in which the width and depth of the flow path are made the same so that the cross-sectional area of the flow path of the liquid recovery path 19 is equal to the cross-sectional area of the flow path of the liquid supply path 18. The substrate 10 was manufactured.
Here, the pressure difference between the buffer tanks 308a and 308b was set to about 300 Pa in order to allow the liquid to flow in the pressure chamber 23 having a width of 30 μm and a height of 15 μm at a flow rate of 10 mm / sec. A recording liquid for inkjet recording was used as the liquid supplied to the liquid discharge head. The temperature of the supplied recording liquid is controlled to 35 ° C., the temperature of the recording element substrate 10 is controlled so that all the temperature sensors (not shown) arranged in the vicinity of the pressure chamber 23 are 60 ° C., and the liquid is discharged. The temperature distribution at the head was set to the equilibrium state. From such an equilibrium state, the liquid discharge heads having the recording element substrates of Example 1 and Comparative Example 1 are driven with a discharge amount of 5 × 10 -15 m 3 and a drive frequency of 8000 Hz, and are inside the pressure chamber 23. The time change of the average temperature of the recording liquid was determined. The results are shown in FIG. Example 1 is shown by a solid line, and Comparative Example 1 is shown by a dotted line.
比較例１では、圧力差により循環している記録液流量の４倍程度の記録液が吐出されるため、液体回収路１９内の高温の記録液が圧力室２３に逆流してくることになり、一時的に圧力室２３内の記録液が過剰に高くなっている。一方、実施例１では、回収口１７ｂ及び液体回収路１９の合成流抵抗が、供給口１７ａ及び液体供給路１８の合成流抵抗と比較して４倍程度大きくなっているため、式(1)から、液体回収路１９から逆流する高温の記録液の流量が、５分の２程度に低減する。これにより、実施例１では、比較例１と比較して、圧力室２３内の記録液の温度上昇が抑制されている。
このように、基板１１に形成される液体回収路１９の形状を変更して流抵抗を大きくすることにより、圧力室２３内の液体の温度上昇が抑制されることとなり、記録品位が高い液体吐出ヘッドを作製することが可能となる。本実施例では、液体供給路１８の流抵抗を液体回収流路の４倍程度大きくしたが、本発明はこれに限られず、
供給口と液体供給路の合成流抵抗＞回収口と液体回収路の合成流抵抗
の関係を満たす条件であれば良い。
In Comparative Example 1, since the recording liquid about four times the flow rate of the recording liquid circulating due to the pressure difference is discharged, the high-temperature recording liquid in the liquid recovery path 19 flows back into the pressure chamber 23. The recording liquid in the pressure chamber 23 is temporarily too high. On the other hand, in Example 1, the combined flow resistance of the recovery port 17b and the liquid recovery path 19 is about four times larger than the combined flow resistance of the supply port 17a and the liquid supply path 18, and thus the equation (1). Therefore, the flow rate of the high-temperature recording liquid flowing back from the liquid recovery path 19 is reduced to about two-fifths. As a result, in Example 1, the temperature rise of the recording liquid in the pressure chamber 23 is suppressed as compared with Comparative Example 1.
By changing the shape of the liquid recovery path 19 formed in the substrate 11 to increase the flow resistance in this way, the temperature rise of the liquid in the pressure chamber 23 is suppressed, and the liquid discharge with high recording quality is suppressed. It becomes possible to manufacture a head. In this embodiment, the flow resistance of the liquid supply path 18 is increased by about four times that of the liquid recovery flow path, but the present invention is not limited to this.
It suffices if the conditions satisfy the relationship of the combined flow resistance of the supply port and the liquid supply path> the combined flow resistance of the recovery port and the liquid recovery path.
（実施例２）
実施例２では、供給口１７ａ及び液体供給路１８の合成流抵抗と、回収口１７ｂ及び液体回収路１９の合成流抵抗と、吐出量Ｑと、非吐出時に圧力室２３を通って循環する液体の流量ｑとの関係に着目した。そしてこれらの量が後述の式(4)を満たすようにして、液体回収路１９から逆流する高温の液体の流量を大幅に低減している。なお、ここでの吐出量Ｑとは、液体吐出ヘッド３に含まれる全ての吐出口１３から吐出される液滴量の総和を示す。
(Example 2)
In the second embodiment, the combined flow resistance of the supply port 17a and the liquid supply path 18, the combined flow resistance of the recovery port 17b and the liquid recovery path 19, the discharge amount Q, and the liquid circulating through the pressure chamber 23 at the time of non-discharge. Focused on the relationship with the flow rate q. Then, these amounts satisfy the formula (4) described later, and the flow rate of the high-temperature liquid flowing back from the liquid recovery path 19 is significantly reduced. The discharge amount Q here indicates the total amount of droplets discharged from all the discharge ports 13 included in the liquid discharge head 3.
式(1)より、吐出時に液体回収路１９から圧力室２３に供給される液体の流量が実質的になくなる、つまり逆流しないための条件は、下記の式(2)の条件となる。
From the formula (1), the condition for the flow rate of the liquid supplied from the liquid recovery path 19 to the pressure chamber 23 at the time of discharge to be substantially eliminated, that is, to prevent backflow is the condition of the following formula (2).
しかし、非吐出時に、吐出するよりも多量の液体が圧力室２３を通って循環すると、圧力損失による流路内の圧力分布が大きくなり吐出特性のばらつきが生じる場合がある。このため、下記の式(3)で示すように、液体の循環量を、吐出する液体の流量より小さくすることが必要となる。
However, when a larger amount of liquid than to be discharged circulates through the pressure chamber 23 at the time of non-discharge, the pressure distribution in the flow path due to the pressure loss may become large and the discharge characteristics may vary. Therefore, as shown by the following equation (3), it is necessary to make the circulation amount of the liquid smaller than the flow rate of the discharged liquid.
したがって式(2)及び式(3)より、液体回収路１９から逆流する高温の液体の流量を大幅に低減し、圧力損失による吐出特性のばらつきを回避する条件として、下記の式((4)が成立することが必要であることが分かる。
Therefore, from the equations (2) and (3), the following equation ((4)) is a condition for significantly reducing the flow rate of the high-temperature liquid flowing back from the liquid recovery path 19 and avoiding the variation in the discharge characteristics due to the pressure loss. It turns out that it is necessary to hold.
実施例２では、図２７に示した実施例１と同様の液体吐出ユニット３００を用いた。そして式(4)の条件を満たすように、液体を圧力室２３内に流速６０ｍｍ／秒で流すこととし、この流速を達成するためにバッファータンク３０８ａ，３０８ｂ間の圧力差を１８００Ｐａ程度に設定した。そして、実施例１と同じ条件で温度分布が平衡となっている状態から、実施例２及び比較例１のそれぞれの記録素子基板を有する液体吐出ヘッドを、吐出量が５×１０-15ｍ3、駆動周波数が８０００Ｈｚで駆動した。そしてこの駆動時における圧力室２３内の記録液の平均温度の時間変化を求めた。結果を図３０に、実施例２を実線、比較例を点線で示す。
実施例２では、非吐出時に圧力室２３を通って循環している液体の流量が、式(4)の条件を満たしているため、液体回収路１９から逆流する高温の液体の流量が、ほとんどない。また比較例１では、非吐出時に圧力室２３を通って循環している液体の流量ｑが、式(4)の右辺の値の半分程度であり、式(4)の条件を満たしていない。図３０から明らかなように、実施例２では、比較例１と比較して、また実施例１と比較しても、圧力室２３内の液体の温度上昇が抑制されており、記録品位が高い液体吐出ヘッドを作製することが可能である。
In Example 2, the same liquid discharge unit 300 as in Example 1 shown in FIG. 27 was used. Then, the liquid was flowed into the pressure chamber 23 at a flow rate of 60 mm / sec so as to satisfy the condition of the equation (4), and the pressure difference between the buffer tanks 308a and 308b was set to about 1800 Pa in order to achieve this flow rate. .. Then, from the state where the temperature distribution is in equilibrium under the same conditions as in Example 1, the liquid discharge head having each recording element substrate of Example 2 and Comparative Example 1 has a discharge amount of 5 × 10 -15 m 3. , The drive frequency was 8000 Hz. Then, the time change of the average temperature of the recording liquid in the pressure chamber 23 at the time of this driving was obtained. The results are shown in FIG. 30, with a solid line for Example 2 and a dotted line for a comparative example.
In the second embodiment, since the flow rate of the liquid circulating through the pressure chamber 23 at the time of non-discharge satisfies the condition of the equation (4), the flow rate of the high temperature liquid flowing back from the liquid recovery path 19 is almost the same. No. Further, in Comparative Example 1, the flow rate q of the liquid circulating through the pressure chamber 23 at the time of non-discharge is about half of the value on the right side of the equation (4), and does not satisfy the condition of the equation (4). As is clear from FIG. 30, in Example 2, the temperature rise of the liquid in the pressure chamber 23 is suppressed as compared with Comparative Example 1 and also as compared with Example 1, and the recording quality is high. It is possible to fabricate a liquid discharge head.
以上説明した本実施形態では、高圧側と低圧側の負圧を発生させるために水頭差を利用したが、負圧を発生して制御する手段はこれに限られるものではなく、図１乃至図２０で示したような負圧制御ユニットを用いてもよい。また圧力室２３内の温度変化による吐出特性変化を抑制するために圧力室２３の近傍の温度を監視し、圧力室２３内の液体の温度を設定範囲内に保っているが、他の加温手段を用いる場合も本発明は有効である。
In the present embodiment described above, the head difference is used to generate the negative pressure on the high pressure side and the low pressure side, but the means for generating and controlling the negative pressure is not limited to this, and FIGS. A negative pressure control unit as shown in 20 may be used. Further, in order to suppress the change in discharge characteristics due to the temperature change in the pressure chamber 23, the temperature in the vicinity of the pressure chamber 23 is monitored to keep the temperature of the liquid in the pressure chamber 23 within the set range, but other heating is performed. The present invention is also effective when means are used.
