WO2005065951A1 - インクジェット記録ヘッド - Google Patents

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WO2005065951A1
WO2005065951A1 PCT/JP2004/019809 JP2004019809W WO2005065951A1 WO 2005065951 A1 WO2005065951 A1 WO 2005065951A1 JP 2004019809 W JP2004019809 W JP 2004019809W WO 2005065951 A1 WO2005065951 A1 WO 2005065951A1
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WO
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head
recording head
ink
ink jet
jet recording
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PCT/JP2004/019809
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English (en)
French (fr)
Inventor
Kozo Matsumoto
Toru Nakajima
Original Assignee
Hewlett-Packard Industrial Printing Ltd.
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Publication date
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Priority to EP04808159A priority patent/EP1728633A4/en
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B41PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
    • B41JTYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
    • B41J2/00Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed
    • B41J2/005Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed characterised by bringing liquid or particles selectively into contact with a printing material
    • B41J2/01Ink jet
    • B41J2/135Nozzles
    • B41J2/145Arrangement thereof
    • B41J2/155Arrangement thereof for line printing
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B41PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
    • B41JTYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
    • B41J2/00Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed
    • B41J2/005Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed characterised by bringing liquid or particles selectively into contact with a printing material
    • B41J2/01Ink jet
    • B41J2/135Nozzles
    • B41J2/14Structure thereof only for on-demand ink jet heads
    • B41J2002/14379Edge shooter
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B41PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
    • B41JTYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
    • B41J2202/00Embodiments of or processes related to ink-jet or thermal heads
    • B41J2202/01Embodiments of or processes related to ink-jet heads
    • B41J2202/20Modules

Definitions

  • the present invention relates to an ink jet recording head for recording ink on a recording medium by ejecting ink from a nozzle as small droplets.
  • the present invention relates to an ink jet recording head for the purpose of development.
  • an ink jet recording method In general, a method of ejecting ink droplets from minute nozzles of a head and attaching the ink droplets to a recording medium such as paper to perform recording is known as an ink jet recording method.
  • an ink jet recording method there is a drop-on-demand ink jet recording method in which a recording image is generated by controlling the presence or absence of an ink droplet at a periodic ejection timing.
  • the ink droplet ejection mechanism hereinafter, referred to as a recording head
  • a recording head used in this method can be further classified into two types, a thermal bubble type and a Kaiser type, based on the difference in the ink discharging means.
  • the thermal bubble method is a method in which ink is heated and boiled instantaneously near a nozzle to discharge the ink. This thermal bubble method is not suitable for high-speed continuous recording because the life of the heater that generates high heat is short and the amount of heat generated increases in proportion to the ejection frequency.
  • the Kaiser method is called from the inventor's name.
  • An ink pressurizing chamber is provided at the rear of the nozzle, a piezoelectric element is brought into close contact with a deformable wall of the pressurizing chamber, and a voltage is applied to this piezoelectric element to deform it. Pressurizes the ink by This is a method in which the ink is ejected.
  • Patent Document 1 Japanese Patent Publication No. 53-123138 (FIGS. 2 and 3)
  • There are few disadvantages mentioned in the thermal bubble method and there is an advantage that high-speed continuous recording is possible.
  • the Kaiser method is usually used.
  • FIG. 10 is an explanatory diagram for explaining the difference between the edge-sharing-type recording head 110 and the side-shoulder-type recording head 120.
  • the edge-shed type uses the substrate vertically, and the side-shutter type uses the substrate horizontal. For this reason, with respect to the projection area on the recording medium 130 such as a paper surface, the projection area of the edge-shear type is significantly smaller than the projection area of the side-shape type.
  • FIG. 11 is a configuration diagram of a single-sided edge-to-edge type recording head.
  • Fig. 11 (a) is a front view
  • Fig. 11 (b) is a bottom view
  • Fig. 11 (c) is XIc-XI. It is c sectional drawing.
  • the single-sided edge shutter type recording head includes a flow path substrate 1, a nozzle 2, an ink pressurizing chamber 3, a throttle flow path 4, an ink reservoir 5, an ink supply port 6, a vibration plate 7, and a piezoelectric element 8.
  • the flow path substrate 1 is a substrate made of a silicon wafer, glass, a metal plate, or the like.
  • the nozzle 2 is formed on one side of the flow path substrate 1 (the upper side in FIG. 11 (b)) by etching, machining, or the like.
  • Channels such as an ink pressurizing chamber 3 and a throttle channel 4 and an ink reservoir 5 connected to these channels are formed in a groove shape. Then, the ink reservoir 5 is connected to an external inlet (not shown) through the ink supply port 6. Connected to a supply source.
  • a piezoelectric element which is an electromechanical transducer, is provided on the surface of the vibrating plate 7 at a position corresponding to the ink pressurizing chamber 3. 8 is bonded.
  • a nozzle 2 is provided on an end surface of a substrate which is perpendicular to the direction in which the piezoelectric element 8 is displaced into the ink pressurizing chamber 3. The number of nozzles 2 is 20.
  • Fig. 12 is a configuration diagram of a double-sided edge-to-edge recording head.
  • Fig. 12 (a) is a front view
  • Fig. 12 (b) is a bottom view
  • Fig. 12 (c) is an XIIc-XIIc section.
  • the double-sided edge-shed type recording head shown in FIG. 11 formed a flow path only on one side of the flow path substrate 1
  • the double-sided edge shroud shown in FIG. The type recording head has a flow path formed on both sides of the flow path substrate 1 (upper and lower faces in FIG. 12 (b)) by the same method.
  • the number of the nozzles 2 can be doubled to 40 for the same substrate area.
  • Fig. 13 is a block diagram of the sideshed type recording head.
  • Fig. 13 (a) is a front view
  • Fig. 13 (b) is a cross-sectional view of XIIIb_XIIIb.
  • the sideshed type recording head consists of a cavity plate 11, an ink pressurizing chamber 12, a throttle channel 13, an ink supply channel 14, a nozzle plate 15, a diaphragm 16, a nozzle 17, A piezoelectric element 18 and an ink supply port 19 are provided.
  • Cavity plate 1 1 is made of metal plate, glass plate, ceramic plate, plastic plate This is a substrate such as a nozzle.
  • An ink pressurizing chamber 12, a throttle channel 13, and an ink supply channel 14 are formed by a method such as etching or machining, and a nozzle plate 15 and a diaphragm 16 are formed on both sides thereof.
  • a nozzle plate 15 and a diaphragm 16 are formed on both sides thereof.
  • the ink supply passages 14 are common to a large number of ink pressurizing chambers 12 formed in the cavity plate 11, and extend to both sides along these ink pressurizing chambers 12.
  • Each of the ink pressurizing chambers 12 and the ink supply path 14 are connected by a throttle path 13.
  • One end of the ink supply path 14 is connected to the ink supply port 19.
  • the nozzle plate 15 is provided with a nozzle 17 communicating with the ink pressurizing chamber 12 perpendicular to the ink pressurizing chamber 12.
  • a piezoelectric element 18 as an electromechanical conversion element is bonded or bonded to the outside of the diaphragm 16 corresponding to the ink pressurizing chamber 12.
  • Such a sideshed type recording head is provided in the same direction as the displacement direction of the piezoelectric element 18 and the diaphragm 16.
  • the number of nozzles 17 is 20 nozzles.
  • the recording densities of the edge-shear recording head and the side-show recording head are compared.
  • the mounting density of the nozzles that is, the number of nozzles that can be formed per unit area of the substrate.
  • the same drive performance is required to obtain the same ejection performance (ejection volume, ejection speed, and ejection frequency) for the edge-shape recording head and the side-to-side recording head, but the driving force that can be output is piezoelectric.
  • the performance of the elements is the same, It is almost determined by the area and shape of the pressure chamber. The shape is determined by the air bubble removal characteristics and the method of drawing out the lead wire. Both types are generally rectangular. As a result, the area of the pressurizing chamber becomes almost the same.
  • the edge recording head can be configured with a head function on both sides of the head substrate.
  • the edge-shear type recording head since the pressurizing part and the nozzle part are on different surfaces, it does not appear in a double-sided configuration. Therefore, the edge-shear type recording head is advantageous in improving the nozzle density. Therefore, in the case where the number of nozzles is to be increased by arranging a plurality of these head substrates, the edge shutter type is an extremely advantageous structure as compared with the sideshoulder type.
  • the majority of current inkjet recording devices scan the recording head in the width direction of the recording medium.
  • the reason why scanning is necessary is that the number of nozzles of the recording head is limited, and the entire width of the recording medium cannot be covered.
  • a method of scanning using a recording head having several tens to several hundreds of nozzles, which can be easily realized on one substrate, is generally adopted.
  • the head scanning method repeats acceleration and deceleration due to the head reciprocating. This is extremely disadvantageous for increasing the recording speed.
  • Patent Document 2 Japanese Patent Laid-Open No. Hei 8-300645 (FIGS. 1 to 3) discloses that the number of nozzles desired on a single substrate in terms of manufacturing is determined by the number of edges.
  • the on-demand ink jet recording apparatus has a simple structure, and uses a low-cost and suitable recording method such as ink, which is suitable for color printing.
  • the spread is late.
  • the recording head covers the entire width of the target recording medium, and the recording head is stationary and only the recording medium runs.
  • the head since such a long recording head has a very large number of nozzles, it is necessary that the head has a high nozzle density on the surface of the recording medium and a structure with a good production yield.
  • the nozzles are formed on individual substrates, but all the nozzles are formed on a single plate. Furthermore, the individual substrate and the nozzle plate are integrated with an adhesive or the like, and if a failure occurs even for one nozzle, it is necessary to replace the entire long ink jet recording head. Therefore, there is a drawback that the demand for the production yield is very severe.
  • the present invention has been made in view of the above-mentioned problems, and an object of the present invention is to provide a long ink jet recording head which is easy to manufacture and can perform high-speed and continuous recording. [Disclosure of the Invention]
  • an inkjet recording device is provided.
  • the recording head is composed of a plurality of edge-to-edge type headunits each having a head tip having a nozzle ejection surface in which nozzles for ejecting ink are arranged linearly and continuously at regular intervals, and a plurality of headunits.
  • a positioning plate for positioning a plurality of headunits arranged in parallel in a state of being inclined with respect to the line arrangement direction.
  • the nozzle spacing in the line array direction of the nozzles is an inclination angle corresponding to a predetermined resolution.
  • the head chip in the edge shroud type head unit is formed, for example, by processing a plurality of fine grooves at predetermined intervals on a flow path substrate and joining or bonding a diaphragm to the flow path substrate.
  • a piezoelectric element is bonded or bonded to the vibration plate corresponding to the pressurizing chamber of each ink flow path as each ink flow path, and the pressurizing chamber is perpendicular to the pressing direction of the piezoelectric element (PZT).
  • the ink is ejected by the nozzles provided in communication with the nozzles.
  • an ink supply unit for the head chip and a drive circuit unit for the piezoelectric element are integrally unitized to form a unit.
  • a plurality of headunits are arranged in parallel with the line arrangement direction in such a manner that the nozzle interval in the line arrangement direction (a direction perpendicular to the paper feed direction) has an inclination corresponding to a predetermined resolution.
  • the outer shape of the headunit is determined so that there is no problem in arranging them at predetermined intervals.
  • the length of the ink jet recording head can be easily increased, and as a result, a large recording of the ink jet recording apparatus equipped with the ink jet recording head can be achieved. Higher speed can be realized.
  • An inkjet recording head is the ink jet recording head according to the first aspect, wherein the positioning plate has a slit for fitting a head chip of the head unit, and the positioning plate is provided with a slit.
  • the head unit is positioned with respect to the positioning plate by bringing the reference surface of the slit of the head into close contact with the side surface of the head chip of the head unit.
  • a high-precision positioning mechanism is needed to arrange a plurality of headunits side by side at a predetermined position.However, when a plurality of headunits are arranged side by side, the positioning accuracy of a positioning plate A predetermined position accuracy of the head unit is ensured by bringing the side surfaces of the short side and the long side of the head chip, which is incorporated into the head unit and forms the nozzle, into close contact with the reference surface. Even if the ink jet recording head is lengthened by arranging a large number of head units, the positional accuracy of the ink ejected from the nozzle on the recording medium can be sufficiently ensured.
  • the ink jet recording head according to the invention of claim 3 is the ink jet recording head according to claim 1 or 2, which is screwed so as to rotate in a direction substantially perpendicular to the plate surface of the positioning plate.
  • the left and right mounting screws are attached at both ends of the head unit with the left screw as the right screw and the fine adjustment screw that is screwed to rotate in the direction parallel to the plate surface of the positioning plate and abuts the head unit.
  • a pressing force is applied in one direction by the fine adjustment screw, and in the short direction of the head tip, when tightening both left and right mounting screws on both ends of the head unit.
  • a pressing force is applied by a fine movement screw or the like that is screwed so as to rotate about a rotation axis in a direction substantially parallel to the plate surface of the positioning plate.
  • the direction (thickness direction) is the rotational force generated when tightening the mounting screws at both ends of the head unit, which is screwed so as to rotate about the rotation axis in a substantially vertical direction with the plate surface of the positioning plate.
  • the head unit is slid in the oblique direction (longitudinal direction) by a fine movement mechanism such as a screw attached to the positioning plate, and X direction (direction perpendicular to the paper feed) is secured at a predetermined position accuracy.
  • the positional accuracy in the Y direction paper feed direction
  • the positional accuracy in the X and Y directions can be secured.
  • An inkjet recording head is the ink jet recording head according to any one of the first to third aspects, wherein the plurality of heads are stretched over a positioning plate and arranged in parallel.
  • a beam as a structural member for maintaining the arrangement of the units is provided.
  • the positioning plate By giving the beam a role as a structural member, it is possible to make the positioning plate thin.Thin positioning plates are easy to process and can improve processing accuracy. High slit formation is facilitated.
  • An ink jet recording head is the ink jet recording head according to the fourth aspect, wherein the ink jet recording head is for supplying ink to a head unit, and covers a groove provided in the beam. It is characterized by having an ink flow path to be formed, or an ink flow path formed by a pipe buried in a groove provided in the beam. ⁇
  • a channel for supplying ink to the head unit is formed in a part of the beam as a member.
  • a groove is formed in a beam as a structural member, and a cover is formed in the groove to form a flow path, or a pipe is buried in the groove to form a flow path.
  • ink can be supplied to the head unit with a structure that takes up as little space as possible, and the size of the inkjet recording head can be reduced.
  • An ink jet recording head is the ink jet recording head according to the fifth aspect, further comprising an ink source for supplying the ink from both ends of the ink flow path.
  • ink is supplied from both ends of the ink flow path, the ink required for high-speed printing can be supplied sufficiently and at high speed.
  • An ink jet recording head according to the invention of claim 7 is the ink jet recording head according to any one of claims 1 to 6, wherein the ink jet recording head is inserted between the head unit and the positioning plate. It is characterized by having a sealed member provided to ensure airtightness between the head unit and the positioning plate.
  • a seal member ( ⁇ ring or packing) is inserted between the plurality of headunits and the positioning plate, and airtightness between the head unit and the positioning plate is ensured.
  • An external suction means covers the nozzle ejection surface of the head unit and sucks the nozzle to conduct the ink to the ink flow path, thereby filling the head unit with the ink and performing a recovery operation at the time of discharge failure.
  • the ink suction from the nozzle can be easily performed by the external suction device, which contributes to the improvement of the reliability of the ink jet recording head.
  • an inkjet recording head according to the invention of claim 8 is the inkjet recording head according to claim 1.
  • Examples of this configuration include, for example, a multi-layer structure in which the reference plane forming layer is a thin plate middle plate, the reinforcing layer is a thick plate upper plate and a plate lower plate, and the plate upper plate and the plate lower plate sandwich the plate middle plate. Structure. According to this configuration, the processing accuracy and positioning accuracy required for the positioning plate are ensured by the reference surface forming layer, and the reinforcing layer prevents the positioning plate from being deformed by the force applied when the external suction device suctions. Can be secured.
  • An inkjet recording head is the ink jet recording head according to any one of the first to eighth aspects, wherein the inkjet recording head is disposed inside the head unit and drives the piezoelectric element.
  • An electric drive circuit for the piezoelectric element is built in the head unit, a power supply attached to the drive circuit and a connection connector for an external signal are provided above the head unit, and a plurality of each are arranged in parallel.
  • the head unit is connected directly to the mother-port connector.
  • the power supply and the drive signal can be supplied to a large number of head units in a structure that takes up as little space as possible, so that the size of the ink jet recording head can be reduced and the space can be saved.
  • FIG. 1 is a perspective view showing a configuration of an inkjet recording head according to a best mode for carrying out the present invention.
  • Figure 2 shows the structure of the head unit.
  • Figure 2 (a) is a front view
  • Figure 2 (b) is a plan view
  • Figure 2 (c) is a bottom view
  • Figure 2 (d) is a lid—lid. It is sectional drawing.
  • FIG. 3 is a configuration diagram of the positioning plate.
  • Fig. 4 is an explanatory view of the ink jet recording head.
  • Fig. 4 (a) is a sectional view taken along line IVa-IVa
  • Fig. 4 (b) is a sectional view taken along line IVb-IVb
  • Fig. 4 (c) is an explanatory view of a nozzle ejection surface. It is.
  • FIG. 5 is a diagram illustrating another position accuracy adjustment mechanism and an error correction principle.
  • FIG. 6 is an explanatory diagram for explaining a conventional ink supply system.
  • FIG. 7 is a structural diagram of an ink jet recording head and an ink supply system in the best mode for carrying out the present invention.
  • FIG. 8 is a configuration diagram of an ink jet recording head of another embodiment.
  • FIG. 8A is a sectional view of a Villa-Villa
  • FIG. 8B is a sectional view of a Vlllb-Vlllb.
  • FIG. 9 is a structural diagram of a positioning plate having a multilayer structure.
  • FIG. 10 is an explanatory diagram for explaining a difference between an overnight-type recording head and a side-by-side recording head.
  • Fig. 11 is a block diagram of a single-sided edge-shed recording head.
  • Fig. 11 (a) is a front view
  • Fig. 11 (b) is a bottom view
  • Fig. 11 (c) is XIc-XIc section.
  • Fig. 12 is a configuration diagram of a double-sided edge-shutter type recording head.
  • Fig. 12 (a) is a front view
  • Fig. 12 (b) is a bottom view
  • Fig. 12 (c) is a cross section of XIIc-XIIc.
  • Fig. 13 is a configuration diagram of a sideshoulder type recording head.
  • Fig. 1310 (a) is a front view
  • Fig. 13 (b) is a cross-sectional view of Xlllb-Xlllb.
  • FIG. 1 shows a configuration of an inkjet recording head of the present invention of the present embodiment.
  • FIG. 15 is a perspective view. Note that FIG. 1 shows a configuration in which one head unit on the near side is removed for explanation.
  • the ink jet recording head 100 is a long type, and as shown in FIG. 1, a plurality of (one in this embodiment) head units 20, an upper holder 29, a lower holder 30, and a positioning plate 4. 1, beams 43a, 43b, screw holes 44a, 44b, mounting screws 45a,
  • Figure 2 shows the structure of the head unit.
  • Figure 2 (a) is a front view
  • Figure 2 (b) is a plan view
  • Figure 2 (c) is a bottom view
  • Figure 2 (d) is a lid- lid cross section
  • the head unit 20 is composed of a head chip 21, a filter 22, a pipe 23, an O-ring 24, a drive circuit 25, a drive IC 26, and a connector. 27, mounting holes 28, upper holder 29, lower holder 30 and O-ring 31 are provided.
  • the head chip 21 has a function to eject ink droplets, and has the same basic structure as the Kaiser-type double-sided edge recording head shown in Fig. 12, but increases the number of nozzles. It was made. In this embodiment, as an example, the number of nozzles will be 64 on one side and 128 on both sides.
  • the flow path substrate 1 employs a silicon wafer as a material, and uses a facility / method widely used in a semiconductor element manufacturing process for processing.
  • each part such as the nozzle dimensions and the pitch between nozzles, can easily be as high as the order of several meters necessary and sufficient for this head.
  • the dimensions of the board outer shape and the nozzle hole position are also 3 m, which is sufficiently accurate.
  • Filler 22 is placed in the ink supply path to prevent foreign matter in the ink from flowing into the head substrate.
  • the pipe 23 is formed in a semicircular shape without a bent portion so as to make the ink flow easily, and forms an ink supply port and a supply path of the head unit 20.
  • the ring 24 is attached to the tip of the pipe 23 on the ink supply port side.
  • the branch hole 48 that communicates with the ink main pipe described later and the pipe 23, ink leakage is prevented. It is preventing.
  • the drive circuit section 25 is a flexible printed board on which the piezoelectric element drive IC 26 is mounted, with a thin metal plate applied.One end of the flexible printed board is soldered to the electrodes of the piezoelectric element, and the other end. Is connected to connector 27.
  • the upper holder 29 and the lower holder 30 are resin molded parts, and are structures for mounting the above-described parts and assembling the head unit 20. The holder is divided into upper and lower parts to pull out the flexible printed circuit board from between.
  • a characteristic feature is that both sides of the lower holder 30 are cut out as shown in the enlarged view, and the end of the head chip 21 is exposed from the lower holder 30. As a result, as will be described later, the positioning accuracy between the positioning plate 41 and the head unit 20 can be improved.
  • a sealant is injected between the upper and lower holders and other parts to prevent ink leakage and to be integrated with the holder.
  • the upper holder 29 is provided with a mounting hole 28 for mounting the head unit 20 to another member.
  • the other ring 31 is attached to the lower end of the holder, and when the head unit 20 is attached to the positioning plate 41, it plays a role in maintaining airtightness with the positioning plate 41.
  • FIG. 3 is a configuration diagram of the positioning plate.
  • the positioning plate 41 serves as a base for forming a long ink jet recording head 100 by arranging the individual head units 20 side by side as shown in FIG.
  • the slit 42 provided in the positioning plate 41 is an elongated hole for inserting and positioning the head unit 20.
  • the positioning plate 41 is formed by processing a metal plate such as stainless steel with high accuracy by photo-etching, laser machining, electric discharge machining, an NC device, or the like.
  • a metal plate such as stainless steel
  • the positional accuracy of the short-side reference plane (eight faces) of the slit 42 and the long-side reference planes (B, B ′) of the slit 42 is important.
  • the head has an accuracy of ⁇ 5 im.
  • the slit spacing and the number naturally vary depending on the target recording head recording density, recording width, and the number of nozzles per head unit.
  • a plurality of head units 20 are arranged in parallel with each other while being inclined with respect to the line arrangement direction.
  • Fig. 4 is an explanatory view of the ink jet recording head.
  • Fig. 4 (a) is a cross-sectional view of IVa-IVa
  • Fig. 4 (b) is a cross-sectional view of IVb-IVb
  • Fig. 4 (c) is a description of a nozzle ejection surface.
  • FIG. The arrangement state is as shown in Fig. 4 (a) and (b). As shown in FIG.
  • the ink jet recording head 100 is formed by assembling a plurality of head units 20 on a positioning plate 41, as shown in FIG. Beams 43 a and 43 b are fixed to both sides of the positioning plate 41.
  • the beams 43a and 43b are provided with screw holes 44a and 44b for mounting the head unit 20.
  • the screw hole 44a is a right-hand screw for the reason described later, and the screw hole 44b is a left-hand screw.
  • a groove 46 is carved in the beam 43a, and a lid 47 is adhered to the groove 46 to form an ink supply main pipe.
  • a branch hole 48 is provided at a position corresponding to the ink supply port of each head unit 20, so that ink is supplied from the groove 46 to each head unit 20. Has become.
  • FIG. 1 shows a state before the motherboard 51 is connected.
  • the ink jet recording head 100 of this embodiment is configured as described above.
  • the ink jet recording head 100 is configured as a long head by mounting a plurality of head units 20 on the positioning plate 41.
  • FIG. 4 the configuration for achieving the predetermined nozzle position accuracy is mainly shown. In FIG. 4, only two components are illustrated for ease of explanation, and the adjacent head unit is omitted.
  • the mounting screws 45a right-hand screw
  • 45b left-hand screw
  • head unit 20 moves without lifting, at the position where spring washer (not shown) starts to collapse.
  • the lower holder 30 is pushed in the Y direction in FIG. 4A by the fine movement screw 50a provided on the beam 43a.
  • the longitudinal direction of the slit 42 is formed not obliquely but at right angles to the beam.
  • the lower holder 30 pushed in the Y direction receives the component forces in the A direction (longitudinal direction) and the B direction (short direction). Since the lower holder 30 is integrated with the head chip 21, forces in the directions A and B are also applied to the head chip 21, and the side surfaces of both ends of the head chip 21 exposed from the lower holder 30. Are pressed against the A side, which is the short-side reference plane, and the B-side, B 'side, which is the long-side reference plane, of the slit 42 of the positioning plate 41.
  • the short side surface of the head chip 21 can be easily attached to the A surface, which is the short side reference surface of the slit 42, without any special work.
  • On the long side reference planes B and B 'of the slit 42. Can be fixed with firm pressing.
  • the width of the slit 42 in the short direction is wider than the width of the slit insertion part of the head chip 21, and the width of the slit 42 is close to the long side reference planes B, B, and B of the head substrate. It does not hinder you.
  • each head chip 21 is assembled in close contact with the short-side reference plane (eight sides) and the long-side reference plane (B, B ') of the slit 42 of the positioning plate 41.
  • the accuracy of the positional relationship between all the nozzles that straddle each head chip 21 is determined by the dimensional error between the nozzles of the head chip 21 and both side surfaces (short side and long side) + “positioning plate It is almost determined by the dimensional error between each reference plane.
  • both of these two error factors can be easily processed with high accuracy by using photoetching, a semiconductor manufacturing process, or the like, and the positional relationship accuracy can be improved.
  • the perpendicularity of the head unit 20 with respect to the positioning plate 41 is achieved by ensuring the molding accuracy of the upper holder 29 and the lower holder 30 and the processing accuracy of the beams 43a and 43b.
  • the position error of the ink droplet on the recording medium includes a "vertical error of the head chip 21".
  • the height error of the head chip 21 is several millimeters or more. Since the distance between the nozzle ejection surface at the tip of the head and the recording medium is usually about 1 mm, a fraction of the tilt dimension at the tip of the head chip causes an error on the recording medium, which is the cause.
  • Each head Since the upper holder 29 and the lower holder 30 of the knit 20 are molded products and have a uniform shape, the error is within several / xm.
  • FIG. 5 is a diagram illustrating another position accuracy adjustment mechanism and an error correction principle. This embodiment is different from the configuration of the position accuracy adjusting mechanism shown in FIG. 4 in that a fine adjustment screw 50b is further provided on the beam 43b side.
  • both the Y-direction position and the X-direction position of the nozzle change.
  • the head chip 21 is first moved back and forth in the A direction so that the error in the X direction of the head chip 21 is minimized.
  • the remaining error in the Y direction is in the moving direction of the recording medium, it can be easily corrected by controlling the ejection timing of the head unit 20.
  • FIG. 6 is an explanatory diagram for explaining a conventional ink supply system
  • FIG. 7 is a structural diagram of an ink jet recording head and an ink supply system of the present embodiment.
  • an ink supply main pipe 62 is provided in parallel outside the ink jet recording head main body, and a power brah 63 is formed as a branch pipe in the ink supply main pipe 62.
  • Each head unit 20 has an ink supply pipe 61. When the head unit 20 is attached to the beam 43a, it is inserted into the coupler 63 to communicate with the main pipe.
  • the structure shown in Fig. 6 is a black-and-white printing structure. Considering that four long ink jet recording heads (for CMYK) are arranged side by side to constitute a color printer, the space of the ink supply main line 62 is assumed. It gets bigger by the minute. Further, in the portion related to the ink supply main pipe 62, it is necessary to make a large number of force bras 63 small and to have a firm structure so as not to cause ink leakage. Further, a mechanism for holding the ink supply main pipe 62 is also required.
  • the structure of the ink supply system is improved.
  • the ink supply main pipe is one of the two beams 43 a and 43 b constituting the long ink jet recording head 100. Beam 4
  • a groove is carved in the beam and a lid is formed to form an ink supply path.
  • the beam 43a is a structural member for maintaining the longitudinal strength of the long ink jet recording head 100, but the load applied to the beam 43a is a plurality of headunits 20 Because of the shape and dimensions of the beam 43a, it is very light and has sufficient strength. Therefore, there is no problem in strength even if a certain amount of groove for the ink supply main pipe is carved. In this example, a 5 mm wide beam
  • the width 5 mm of the beam 43 a is originally the width required for mounting the head unit 20.
  • vertical holes are provided as branch pipes by the number of headunits 20.
  • the head unit 20 has an ink supply pipe 23, which is embedded in the upper holder 29.
  • the tip of the pipe 23 contacts the upper part of the beam 43a.
  • the above-described branch hole 48 in FIG. 1 is provided so as to exactly coincide with the portion of the beam 43 a that is in contact with the pipe 23.
  • the inside diameter of the pipe 23 is the same as that of the branch hole 48 in FIG.
  • An O-ring 24 is provided at the contact portion between the pipe 23 and the beam 43a, and by simply tightening the holder 29 to the beam 43a, the branch hole 48 of the pipe 23 and the beam 43a is formed. Combine without leaking ink.
  • the structure is extremely simple, the number of parts is small, the assembling is simple, the space for the ink supply system is small, and there are few portions where residual air bubbles are generated.
  • the structure is very favorable for the ink supply system of the ink jet recording head.
  • the flow rate of the ink main pipe naturally increases in proportion to the number of head units 20.However, in order to increase the cross-sectional area of the groove provided in the beam beyond a certain level, it is necessary to make the beam thicker. In order to avoid this as much as possible, in this case, if the number of head units 20 increases, the ink supply ports 49a and 49b formed at both ends of the beam 43a will be provided. It has an ink source (not shown) that is connected via the power supply. As described above, since the ink is sufficiently supplied from both sides, the sectional area of the groove can be reduced by half.
  • the unit is supplied from one side up to 24 units with a groove cross-sectional area of 10 mm, and both sides are supplied with 25 or more units. Supplied from.
  • the groove provided in the beam is used as the ink flow path
  • a pipe buried in the groove provided in the beam may be used as the ink flow path. Pipe like this In the case of the ink flow path according to, the presence or absence of the lid is appropriately selected.
  • ink jet recording head it is necessary to perform a so-called initial filling operation for filling each part of the head with ink for the first time after the head assembly is completed. At this time, if any bubbles remain where ink should be originally filled, this may cause ejection failure. Therefore, ink is filled by suctioning the nozzles under vacuum. This suction operation is also necessary as a recovery operation in the event of air bubbles entering due to long-term storage or accidental trouble and causing ejection failure.
  • FIG. 8 is a configuration diagram of an ink jet recording head of another embodiment.
  • FIG. 8A is a cross-sectional view of Villa-Villa
  • FIG. 8B is a cross-sectional view of Vlllb-Vllb.
  • a plurality of (in this embodiment, 10 units) head units 20 are juxtaposed on the positioning plate 41 to form a long ink jet recording head 100.
  • a suction cap 71 which is a specific example of a suction means, comes into contact with the ink jet recording head 100 from the lower surface of the positioning plate 41 and sucks the ink.
  • An O-ring 73 is provided between the suction cap 71 and the positioning plate 41 to maintain airtightness.
  • the suction port 72 communicates with a vacuum pump (not shown).
  • the O-ring 31 is provided in the lower holder 30 of the head unit 20.
  • O-ring 31 is an extension of Fig. 8 (a). As shown by the dotted line in the large diagram, it is located around the lower holder 30 to maintain airtightness.
  • the object is achieved by using a stainless steel material and a thickness of 1.5 mm.
  • the objective can be achieved with a simple structure, a low cost burden, and a simple structure of the suction mechanism. I have.
  • other sealing members such as various packings can be used instead of the rings 31 and 73.
  • the positioning plate 41 secures a reference surface with high positional accuracy and deforms to impair airtightness due to negative pressure during ink suction. It is necessary to secure enough mechanical strength.
  • the high-precision positioning plate 41 is produced by etching, laser processing, electric discharge machining, pressing, electroforming, etc.
  • the thinner the positioning plate 41 the higher the processing accuracy. Is easy to raise.
  • etching can be performed with the highest precision, but in this case, the thicker the positioning plate 41, the greater the distance between the masking surface and the etched portion, which reduces the effect of side etching. And the accuracy decreases. Therefore, it is desirable that the positioning plate 41 is thin.However, if the thickness is less than 1 mm, the positioning plate 41 is deformed by the negative pressure at the time of suction of the ink, and the airtightness between the head unit 20 and the positioning plate 41 is maintained. become unable.
  • FIG. 9 is a structural diagram of the positioning plate 41 having a multilayer structure.
  • the positioning plate 41 has a three-layer structure of a plate upper plate 81, a plate middle plate 82, and a plate lower plate 83.
  • the plate middle plate 82 functions as a reference plane forming layer, and forms a short-side reference plane A and long-side reference planes B and B ′, and is made of a 50 m thick stainless steel plate.
  • the plate upper plate 81 and the plate lower plate 83 function as reinforcing layers, and are made of a stainless steel plate with a thickness of l mm and 0.5 mm, respectively, and are also manufactured by wet etching.
  • the machining accuracy is one digit lower than that of the middle plate because of the thickness. Therefore, the slit width of the upper plate 81 and the lower plate 83 of the short side reference plane A and the long side reference planes B and B 'is slightly wider than the middle plate 82. Since the positioning plate 41 is formed by laminating and adhering three plate plates, the head chip 20 is brought into contact only with the plate plate 82 with high precision.
  • the three-layer structure significantly improves the mechanical strength and ensures airtightness during ink suction.
  • the integration between the layers can be performed using an adhesive or a method such as diffusion bonding.
  • the configuration of the electric system is also simplified to facilitate replacement of each head unit 20. That is, as can be seen from the configuration diagram of the head unit 20 in FIG. 1, a drive circuit for the piezoelectric element is built in the head unit 20 to reduce the number of interface signals of the head unit 20. At the same time, as shown in Fig. 2, a connector 27 for the interface is provided on the top of the head unit 20, and the power and interface signals are supplied by directly connecting with the mother port 51 of Fig. 1. It facilitates replacement and expansion of each unit. Also, the connection cable has been simplified.

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  • Particle Formation And Scattering Control In Inkjet Printers (AREA)

Abstract

本発明のインクジェット記録ヘッド(100)は、ノズル噴射面が形成されたヘッドチップを有するエッジシュータ型の複数のヘッドユニット(20)と、これら複数のヘッドユニット(20)をライン配列方向に対して傾斜した状態で並列に配置する位置決めプレート(41)と、を備え、位置決めプレート(41)は、複数のヘッドユニット(20)をライン配列方向に対して傾斜した状態で並列に配置するとともに、ノズル噴射面の直線上で隣接する二個のノズル(21a)のライン配列方向のノズル間隔が所定の解像度に対応するような傾斜角度とする。

Description

インクジエツ ト記録へッド
[技術分野]
本発明は、 ィンクを小滴としてノズルから噴射して記録媒体に記録す るためのインクジェット記録ヘッドに係り、 詳しくは、 記録速度の高速 明
化を目的とするインクジエツ ト記録へッドに関する。
[背景技術]
一般に、 へッドの微小なノズルからィンク滴を吐出して紙などの記録 媒体上に付着させて記録する方式は、 インクジエツ ト記録方式として知 られている。 このインクジェッ ト記録方式の一方式として、 周期的な吐 出タイミングにおけるィンク滴の有無を制御して記録画像を発生させる ドロップ · オン .デマンド式インクジェッ ト記録方式がある。 この方式に使用するインク滴吐出機構 (以下、 記録ヘッドと称する) には、 インクの吐出手段の違いから、 さらに熱バブル方式とカイザー方 式との 2通りの方式に分類できる。
熱バブル方式は、 ノズルの近傍でインクを瞬間的に加熱沸騰させてィ ンクを吐出させる方式である。 この熱バブル方式は高熱を発するヒータ 部分の寿命が短く、 また、 吐出周波数に比例して発熱量が増すため、 高 速 ·連続記録には不向きである。
カイザー方式は、 発明者の名前から呼ばれるものであり、 ノズル後部 にインク加圧室を設け、 加圧室の変形可能な壁に圧電素子を密着させ、 この圧電素子に電圧を印加して変形させることによってインクを加圧し て吐出させる方式である。 このカイザ一方式の記録ヘッ ドの原理は、 既 に特許文献 1 (特公昭 5 3 - 1 2 1 3 8号公報 (図 2, 図 3 ) ) によつ ても開示されている。 熱バブル方式で挙げられた欠点が少なく、 高速 - 連続記録が可能という利点がある。
高速,連続記録可能という利点のため、 通常はカイザ一方式が採用さ れる。
このカイザー方式の記録へッドは、 エッジシュ一夕型記録へッドとサ ィ ドシユー夕型記録へッドとの二種類がある。 図 1 0はエッジシユー夕 型記録へッド 1 1 0とサイ ドシュ一夕型記録へッド 1 2 0の違いを説明 するための説明図である。 エッジシュ一夕型は基板を垂直にして使用し、 サイ ドシユータ型は基板を水平にして使用する。 このため紙面など記録 媒体 1 3 0の上の投影面積に関し、 エッジシュ一夕型の投影面積はサイ ドシユー夕型の投影面積よりも大幅に少なくなる。
続いて、 エッジシュ一夕型記録へッドとサイ ドシュ一夕型記録へッド の詳細について説明する。 まず、 エッジシュ一夕型記録ヘッドについて 説明する。 図 1 1は片面型エツジシュ一夕型記録へッドの構成図であり、 図 1 1 ( a ) は正面図、 図 1 1 ( b ) は底面図、 図 1 1 ( c ) は XIc— X I c断面図である。
片面型エッジシュ一タ型記録ヘッドは、 流路基板 1、 ノズル 2、 イン ク加圧室 3、 絞り流路 4、 インク溜め 5、 インク供給口 6、 振動板 7 、 圧電素子 8を備える。
流路基板 1はシリコンウェハ、 ガラス、 金属板などによる基板であり、 流路基板 1の片側の面 (図 1 1 ( b ) では上側の面) には、 エッチング、 機械加工など方法でノズル 2、 インク加圧室 3、 絞り流路 4などの流路 とこれら流路につながるインク溜め 5などが溝状に形成されている。 そ して、 インク溜め 5は、 インク供給口 6を通じて図示しない外部のイン ク供給源に連なっている。 この流路基板 1を加工した側の面に振動板 7 を積層 · 一体化した後、 ィンク加圧室 3に対応する位置の振動板 7の反 対側表面に電気機械変換素子である圧電素子 8を接着することで構成さ れている。 このようなエッジシユー夕型記録ヘッドは、 圧電素子 8のィ ンク加圧室 3への変位方向と直角の方向にあたる基板の端面にノズル 2 が設けられている。 ノズル 2の数は 2 0本となっている。
片面型エッジシュ一夕型記録へッドを動作させる場合、 圧電素子 8に パルス状の電圧を印加すると振動板 Ίが変形し、 ィンク加圧室 3側に変 形が伝わってィンク加圧室 3の容積が急激に減少し、 その減少容積分の 一部に相当するインク滴 1 5 0がノズル 2から吐出し、 図示していない 記録媒体上に点状に付着し記録される。
図 1 2は両面型エツジシユー夕型記録へッドの構成図であり、 図 1 2 ( a) は正面図、 図 1 2 (b) は底面図、 図 1 2 ( c ) は XIIc— XIIc断 面図である。
図 1 1に示した片面型エッジシュ一夕型記録へッ ドが流路基板 1の片 側のみに流路を形成していたのに対して、 この図 1 2に示した両面型ェ ッジシユー夕型記録ヘッドは、 流路基板 1の両側の面 (図 1 2 (b) で は上下の面) に同様の方法で流路を形成したものである。 この結果、 同 一基板面積にてノズル 2の数は二倍の 4 0本を形成できる。
続いてサイ ドシュ一夕型記録ヘッドについて説明する。 図 1 3はサイ ドシュ一夕型記録ヘッ ドの構成図であり、 図 1 3 ( a) は正面図、 図 1 3 (b) は XIIIb_XIIIb断面図である。
サイ ドシュ一夕型記録へッドは、 キヤビティ板 1 1、 ィンク加圧室 1 2、 絞り流路 1 3、 インク供給路 1 4、 ノズル板 1 5、 振動板 1 6、 ノ ズル 1 7、 圧電素子 1 8、 ィンク供給口 1 9を備えている。
キヤビティ板 1 1は、 金属板, ガラス板、 セラミック板、 プラスチッ ク等の基板であり、 エッチングや機械加工などの方法によってィンク加 圧室 1 2、 絞り流路 1 3、 ィンク供給路 1 4が形成され、 その両面にノ ズル板 1 5および振動板 1 6が接着あるいは拡散接合などの手段によつ て積層 · 一体化されている。
インク供給路 1 4はキヤビティ板 1 1に多数形成されたインク加圧室 1 2に共通で、 これらのインク加圧室 1 2に沿って両側に延びている。 各ィンク加圧室 1 2とィンク供給路 1 4とは絞り流路 1 3で結ばれてい る。 また、 インク供給路 1 4の一端はインク供給口 1 9につながれてい る。 ノズル板 1 5にはィンク加圧室 1 2に通じるノズル 1 7がィンク加 圧室 1 2に垂直に設けられている。
また、 ィンク加圧室 1 2に対応している振動板 1 6の外側には電気機 械変換素子としての圧電素子 1 8が接着もしくは接合されている。 この ようなサイ ドシュ一夕型記録へッドは、 圧電素子 1 8と振動板 1 6の変 位方向と同じ方向に設けられている。 ノズル 1 7の数は 2 0ノズルとな つている。
サイ ドシュ一夕型記録へッ ドを動作させる場合、 圧電素子 1 8にパル ス状の電圧を印加すると振動板 1 6が内側に変位し、 インク加圧室 1 2 の容積が減少する。 それにより、 その容積減少分に対応するインクがノ ズル 1 7から噴射され、 図示しない記録媒体上に記録される。
続いてエッジシュ一夕型記録へッ ドとサイ ドシユー夕型記録ヘッドと の記録密度について比較する。 ここではノズル数拡大を目指してノズル の実装密度、 すなわち、 基板の単位面積あたりに形成できるノズル数に ついて検討する。
エッジシユー夕型記録ヘッ ドとサイ ドシュ一夕型記録ヘッドとが同じ 吐出性能 (吐出量、 吐出速度、 吐出周波数) を得るには同程度の駆動力 を必要とするが、 出せる駆動力は、 圧電素子の性能を同一とすると、 加 圧室の面積と形状とでほぼ決まる。 形状は気泡除去特性、 リード線の引 出し方法などから決められるが、 両タイプとも短冊形が一般的である。 その結果、 加圧室の面積もほぼ同じとなる。
また、 図 1 2から分かるようにエツジシユー夕型記録へッドはへッド 基板の両面にヘッド機能を構成できる。 それに対して、 サイ ドシュ一夕 型記録へッ ドは加圧部とノズル部が異なる面にあるため両面構成には出 来ない。 このため、 エッジシュ一夕型記録ヘッドはノズル密度の向上の 点で有利である。 従って、 これらのヘッド基板を複数並べてノズル数拡 大を図ろうとするような場合には、 サイ ドシュ一夕型に比べて、 エッジ シユータ型は極めて有利な構造である。
現状のィンクジエツ 卜記録装置は大多数が記録へッ ドを記録媒体の巾 方向にスキャン (走査) させる方式である。 このようにスキャンが必要 な理由は、 記録ヘッ ドのノズル数が限られ、 記録媒体の巾全体をカバー 出来ないためである。 例えば、 固定ヘッドで A 4サイズの用紙 (紙巾は 2 1 0 mm) にドット記録密度 6 0 0 d p iで記録するためには 4 9 6 1本 (= 2 1 0 + 2 5 . 4 X 6 0 0 ) のノズルが用紙巾方向に 1 / 6 0 0インチ (= 4 2 . 3 3 / m) 間隔で並んだ記録ヘッドが必要である。 このような、 大量ノズル数の記録へッ ドを 1枚の基板で製作すること は極めて困難である。 実現するには、 精密加工に適した半導体製造プロ セスの利用が一般的であるが、 そのためには記録巾 2 1 0 mmより一回 り大きい、 例えば直径 3 0 0 mmのシリコンウェハを採用する必要があ るが、 このような大口径のウェハを扱える設備は極めて高価であり、 ま た、 歩留りの点からも現実的ではない。
従って、 一枚の基板上に容易に実現可能な、 数十〜数百ノズル数の記 録ヘッドを用いてスキャンする方式が一般に採用されている。 このへッ ドをスキャンする方式は、 へッドが往復運動のために加速減速を繰り返 すことになり記録高速化には極めて不利である。
そこで、 上記の問題点を解決すべく、 特許文献 2 (特開平 8— 3 0 0 6 4 5号公報 (図 1〜図 3 ) ) には一枚の基板に製造上望ましいノズル 数をエッジシュ一夕型で構成し、 それを必要数並設して、 ヘッ ドをスキ ヤンさせなくても済む長尺固定のインクジエツト記録へッドが開示され ている。
オンデマンドのィンクジエツト記録装置は簡単な構造で、 インクとい う安価でカラー化にも適した記録手段を用いながら、 記録速度が遅いと いう欠点のために高速を必要とする業務用の分野での普及が遅れている。 記録速度の大幅向上を図るには、 対象とする記録媒体の巾全体を記録 へッドでカバーし、 記録へッドは静止状態で記録媒体のみが走行する方 式が望ましい。 しかしながら、 そのような長尺の記録ヘッドはノズル数 が非常に多くなるため、 記録媒体面上のノズル密度が高く、 かつ、 製造 上の歩留りの良い構造のへッドである必要がある。
前述した特許文献 2のインクジェッ ト記録ヘッドによると、 ノズル部 以外は個別の基板に構成されているが、 ノズルは全数一枚のプレー卜上 に構成されている。 さらに、 個別基板とノズルプレー卜は接着剤等で一 体化されており、 1ノズル分でも不具合が発生すると長尺のインクジェ ッ ト記録ヘッド全体を交換する必要がある。 従って、 製造上の歩留りに 対する要求が非常に厳しいという欠点がある。
そこで、 上記した問題点に鑑みて本発明はなされたものであり、 その 目的は、 製造が容易で高速 ·連続記録が出来る長尺のィンクジエツ ト記 録ヘッドを提供することにある。 [発明の開示]
上記の課題を解決するため、 請求項 1の発明に係るインクジェット記 録へッドは、 ィンクを吐出するノズルを一定間隔で直線状に連続配置し たノズル噴射面が形成されたへッドチップを有するエツジシュ一夕型の 複数のへッドュニッ トと、 複数のへッドュニッ 卜の位置決めを行う位置 決めプレートと、 を備え、 この位置決めプレートは、 複数のヘッドュニ ットをライン配列方向に対して傾斜した状態で並列に配蘆するとともに、 ノズル噴射面の直線上で隣接する二個のノズルのライン配列方向のノズ ル間隔が所定の解像度に対応する傾斜角度とすることを特徴とする。 エッジシュ一夕型のへッドュニッ卜におけるへッドチップは、 例えば、 流路基板に所定の間隔で複数の微細な溝を加工し、 該流路基板に振動板 を接合または接着することで微細な溝が各々のインク流路となり、 各々 のインク流路の加圧室に対応する振動板上に圧電素子を各々接着または 接合し、 圧電素子 (P Z T ) の加圧方向とは直角の方向に加圧室に連通 して各々設けられたノズルによりインクが吐出するものである。
また、 そのへッ ドチップに対するィンク供給部および圧電素子の駆動 回路部を一体にまとめてュニット化してへッドュニッ トを構成する。 さらにまた、 ライン配列方向 (紙送り方向と直角の方向) のノズル間 隔が所定の解像度に対応する傾きとなるように傾斜させたへッドュニッ トを複数個ライン配列方向と平行に並べて配置して構成する。 そのため に、 所定の間隔で並べていくのに支障がないようにへッドュニッ 卜の外 形を決定する。
この構成によれば、 ヘッドユニッ トを並べて行くことによって、 容易 にィンクジエツ ト記録へッドの長尺化ができ、 その結果としてィンクジ エツ卜記録へッドを搭載するインクジエツ 卜記録装置の大幅な記録高速 化が実現できる。
更に、 この構成ではヘッドユニッ トの交換が容易であるので、 コスト 低減と保守性向上も図ることができることも特徴とする。 また、 請求項 2の発明に係るインクジェッ ト記録ヘッドは、 請求項 1 に記載のィンクジエツ ト記録へッドにおいて、 位置決めプレートはへッ ドュニッ卜のへッドチップを嵌揷させるスリットを備え、 位置決めプレ ートのスリットの基準面と、 ヘッドユニッ トのヘッ ドチップの側面と、 を密着させることによつて位置決めプレートに対してヘッドユニッ トの 位置決めを行うことを特徴とする。
へッドュニッ トを複数、 所定の位置に並設するための高精度位置決め 機構が必要となるが、 へッドュニッ トを複数並設した際の位置精度は、 所定の精度にて加工した位置決めプレー卜の基準面に、 前記へッドュニ ットに組込まれノズルを形成しているへッドチップの短辺側と長辺側の 側面をそれぞれ密着させることによってへッドュニッ 卜の所定の位置精 度を確保する。 へッドュニッ トを多数並べてィンクジエツト記録へッド を長尺化しても、 ノズルから吐出したィンクの記録媒体上での位置精度 を充分に確保できる。
また、 請求項 3の発明に係るインクジェット記録ヘッドは、 請求項 1 または請求項 2に記載のィンクジエツト記録へッドにおいて、 位置決め プレートのプレート面と略垂直方向に回転するように螺挿され、 一方を 左ネジ、 他方を右ネジとしてへッ ドュニッ 卜の両端で取り付けられる左 右の取り付けネジと、 位置決めプレートのプレート面と平行方向に回転 するように螺揷され、 ヘッドユニッ トに当接する微動用ネジと、 を備え、 へッドチップの長手方向には微動用ネジによる一方向への押し付け力を 付与し、 また、 ヘッ ドチップの短手方向にはヘッドユニットの両端の左 右の両取付けネジの締付け時に発生する回転力による一方向への押し付 け力を付与することにより、 位置決めプレートの基準面とへッドチップ の側面とを密着させることを特徴とする。
位置決めプレートの基準面に対するへッドチップの密着は、 ヘッドチ ップの長手方向へは、 位置決めプレー卜のプレート面と略平行方向の回 転軸を中心として回転するように螺挿された微動ネジ等による押付け力 を付与し、 また、 ヘッドチップの短手方向 (厚さ方向) は、 位置決めプ レー卜のプレー卜面と略鉛直方向の回転軸を中心として回転するように 螺揷されたへッドュニッ卜の両端の取付けネジの締付け時に発生する回 転力を付与して、 それぞれへッドチップを位置決めプレートの基準面の 方向に押付けるため、 この点でもへッドュニットの所定の位置精度を確 保する。 位置決めプレー卜に付設されたネジ等の微動機構により、 へッ ドュニッ トを斜め方向 (長手方向) スライ ドさせることで X方向 (紙送 りに対して直角の方向) 所定の位置精度を確保する。 Y方向 (紙送り方 向) の位置精度は紙送りの距離に対してィンク吐出の夕イミング調整で 確保可能であり、 X, Y方向の位置精度の確保が可能である。
また、 請求項 4の発明に係るインクジェット記録ヘッドは、 請求項 1 〜請求項 3の何れか一項に記載のィンクジエツ ト記録へッドにおいて、 位置決めプレー卜に張り渡され、 複数並設したヘッドユニットを配列保 持する構造部材としての梁を備えることを特徴とする。
梁に構造部材としての役割を持たせることにより、 位置決めプレート を薄くすることが可能であり、 薄い位置決めプレートは加工が容易であ るとともに加工精度を向上させることができ、 位置決めプレートに位置 精度が高いスリット形成が容易となる。
また、 請求項 5の発明に係るインクジェッ ト記録ヘッドは、 請求項 4 に記載のィンクジエツ ト記録へッドにおいて、 へッドュニッ トのィンク 供給用であって、 梁に設けた溝に蓋をして形成されるインク流路、 また は、 梁に設けた溝に埋設されたパイプによるィンク流路を備えることを 特徴とする。 ·
位置決めプレートに複数並設したへッ ドュニットを配列保持する構造 部材としての梁の一部にへッ ドュニッ トに対するィンク供給のための流 路が形成される。 この流路は、 構造部材としての梁に溝を設け、 該溝に 蓋をして流路を形成、 もしくは溝にパイプを埋設して流路を形成される。
この構成によれば、 極力スペースを取らない構造でへッドュニッ トへ のインク供給を実現でき、 インクジェッ ト記録ヘッドの小型化を可能と する。
また、 請求項 6の発明に係るインクジェッ ト記録ヘッドは、 請求項 5 に記載のィンクジエツ ト記録へッ ドにおいて、 ィンク流路の両端からィ ンクを供給するィンク源を備えることを特徴とする。
インク流路の両端からインクを供給するので、 印字の高速化に必要な ィンクを充分かつ高速に供給することができる。
また、 請求項 7の発明に係るインクジェッ ト記録ヘッドは、 請求項 1 〜請求項 6の何れか一項に記載のィンクジエツ ト記録へッドにおいて、 へッ ドュニットと位置決めプレー卜との間に挿入されたシール部材を備 え、 ヘッ ドユニッ トと位置決めプレート間の気密を確保することを特徴 とする。
複数並設したへッドュニッ トと位置決めプレートの間にシール部材 (〇リングもしくはパッキン) を挿入し、 前記ヘッドユニットと位置決 めプレート間の気密を確保する。
外部の吸引手段がへッドュニッ トのノズル噴射面を覆ってノズルを吸 引してィンク流路にィンクを導通させ、 へッドュニッ 卜へのィンク充填、 吐出不良時の回復動作等を行う。
この構成によれば、 外部の吸引装置で容易にノズルからのィンク吸引 が可能な構造となり、 インクジエツ 卜記録へッドの信頼性向上に貢献で さる。
また、 請求項 8の発明に係るインクジェッ ト記録ヘッドは、 請求項 1 〜請求項 7の何れか一項に記載のィンクジェッ ト記録へッドにおいて、 前記位置決めプレートは、 基準面を形成する基準面形成層と、 機械的強 度を保持するための補強層と、 による多層構造のプレートとすることを 特徴とする。
この構成の例として、 例えば、 基準面形成層を薄いプレート中板とし、 補強層を厚いプレート上板とプレート下板とし、 プレート上板とプレー 卜下板とでプレート中板を挟むような多層構造とする。 この構成によれ ば、 基準面形成層により位置決めプレー卜に要求される加工精度と位置 出し精度を確保し、 また、 補強層により外部吸引装置の吸引時に加わる 力による位置決めプレートの変形を防止する強度を確保できる。
また、 請求項 9の発明に係るインクジェッ ト記録ヘッドは、 請求項 1 〜請求項 8の何れか一項に記載のィンクジエツト記録へッドにおいて、 へッドュニッ 卜の内部に配置され、 圧電素子を駆動する電気的駆動回路 と、 電気的駆動回路と接続される接続コネクタと、 複数並設した各々の ヘッ ドユニットにコネクタが直接接続されるマザ一ボードと、 を備える ことを特徴とする。
へッ ドュニッ 卜の内部に圧電素子のための電気的駆動回路を内蔵し、 該へッドュニッ ト上部に前記駆動回路に付属した電源、 外部信号用の接 続コネクタを設け、 複数並設した各々のへッドュニットにマザ一ポード のコネクタと直接接続している。
この構成によれば、 多数のへッ ドュニッ 卜に対して極力スペースを取 らない構造で電源と駆動信号を供給できるので、 インクジエツ 卜記録へ ッ ドの小型化、 省スペース化を達成できる。
以上のような本発明によれば、 既に技術的に確立しているところの、 限られたノズル数のヘッドユニッ トを単位として、 大量のノズル数を持 つ長尺のインクジェット記録ヘッドを構成できる。 したがって、 ュニッ ト単位の大量生産が可能である。 しかも、 ヘッドユニッ ト毎の交換が容 易であるので製造歩留り、 製品の保守性が良く、 極めて実用性の高い長 尺のィンクジエツ ト記録へッドが出来る。
また、 エツジシユー夕型の特徴を生かした立体構造になっているので、 小型でィンク吐出能力の高い長尺へッドを実現することが出来る。
総じて、 製造が容易で高速 ·連続記録が出来る長尺のインクジエツ ト 記録へッドを提供することができる。
[図面の簡単な説明]
図 1は、 本発明を実施するための最良の形態のインクジェッ ト記録へ ッドの構成を示す斜視図である。
図 2は、 ヘッドユニッ トの構造を示す図であり、 図 2 (a) は正面図、 図 2 (b) は平面図、 図 2 (c) は底面図、 図 2 (d) は lid— lid断面 図である。
図 3は、 位置決めプレートの構成図である。
図 4は、 インクジェット記録ヘッドの説明図であり、 図 4 (a) は IV a— IVa断面図、 図 4 (b) は IVb— IVb断面図、 図 4 (c) はノズル噴射 面の説明図である。
図 5は、 他の位置精度調整機構および誤差補正原理を説明する図であ る。
図 6は、 従来技術のィンク供給系を説明する説明図である。
図 7は、 本発明を実施するための最良の形態のィンクジエツ ト記録へ ッドおよびィンク供給系の構造図である。
図 8は、 他の形態のインクジェット記録ヘッ ドの構成図であり、 図 8 (a) は Villa— Villa断面図、 図 8 (b) は Vlllb— Vlllb断面図である。 図 9は、 多層構造の位置決めプレートの構造図である。 図 1 0は、 エツジシュ一夕型記録へッ ドとサイ ドシユー夕型記録へッ ドの違いを説明するための説明図である。
図 1 1は、 片面型エッジシュ一夕型記録ヘッドの構成図であり、 図 1 1 ( a) は正面図、 図 1 1 (b) は底面図、 図 1 1 (c ) は XIc— XIc断 5 面図である。
図 1 2は、 両面型エッジシュ一タ型記録ヘッドの構成図であり、 図 1 2 (a) は正面図、 図 1 2 (b) は底面図、 図 1 2 ( c ) は XIIc— XIIc 断面図である。
図 1 3は、 サイ ドシュ一夕型記録ヘッドの構成図であり、 図 1 3 10 ( a) は正面図、 図 1 3 (b) は Xlllb— Xlllb断面図である。
[発明を実施するための最良の形態]
本発明を実施するための最良の形態について、 図を参照しつつ説明す る。 図 1は、 本形態の本発明のインクジェッ ト記録ヘッドの構成を示す
15 斜視図である。 なお、 図 1では説明のため、 手前側の一個のヘッドュニ ッ トを取り外した構成を図示している。 インクジェッ ト記録ヘッド 1 0 0は長尺型であり、 図 1で示すように、 複数 (本形態では 1 1個) のへ ッドユニット 2 0、 上部ホルダ 2 9、 下部ホルダ 3 0、 位置決めプレー ト 4 1、 梁 4 3 a, 4 3 b、 ネジ穴 44 a, 44 b、 取付けネジ 4 5 a ,
20 4 5 b、 溝 4 6、 蓋 4 7、 分岐穴 4 8、 ィンク供給口 4 9 a, 4 9 b、 微動用ネジ 5 0 a、 マザ一ボード 5 1を備えている。
このうち解像度を決定するへッドユニッ ト 2 0について説明する。 図 2は、 ヘッドユニッ トの構造を示す図であり、 図 2 ( a) は正面図、 図 2 (b) は平面図、 図 2 (c) は底面図、.図 2 (d) は lid— lid断面図
25 である。 ヘッドユニッ ト 2 0は、 ヘッドチップ 2 1、 フィル夕 2 2、 パ イブ 2 3、 Oリング 24、 駆動回路部 2 5、 駆動用 I C 2 6、 コネクタ 2 7、 取付穴 2 8、 上部ホルダ 2 9、 下部ホルダ 3 0 、 Oリング 3 1を 備える。
ヘッ ドチップ 2 1は、 インク滴を吐出させるための機能を担うもので あり、 図 1 2に示したカイザー方式の両面エツジシユー夕型記録へッド と基本構造は同じであるが、 ノズル数を増大させたものである。 本形態 では一例として、 ノズル数は片面 6 4本、 両面で 1 2 8本であるとして 説明する。 この場合、 図 1 2を用いて説明したノズル 2、 インク加圧室 3、 圧電素子 8等を 1 2 8本分にわたり実装していることとなる。 また、 この流路基板 1には、 材料としてシリコンウェハを採用し、 その加工に 当たっては半導体素子の製造プロセスに広く使われている設備 ·方法を 利用している。
従って、 ノズル寸法、 ノズル間ピッチ等各部の寸法精度は本ヘッドに 必要充分な数 mオーダの精度が容易に出せる。 基板外形とノズル穴位 置との寸法も充分な精度土 3 mが確保されている。
フィル夕 2 2は、 インク供給路に置かれ、 インク中の異物がヘッド基 板に流入するのを防止する。
パイプ 2 3は、 本形態ではィンクを流れやすくするため折り曲げ部が ない半円状に形成され、 このヘッドユニッ ト 2 0のィンク供給口および 供給路を形成している。
〇リング 2 4は、 パイプ 2 3のインク供給口側の先端に取付けられ、 後述するインク本管に連通する分岐穴 4 8 (図 1参照) とパイプ 2 3と の接合部で、 インク漏れを防止している。
駆動回路部 2 5は、 圧電素子の駆動用 I C 2 6が実装されたフレキシ ブルプリント板に金属薄板を当て板したもので、 フレキシブルプリント 板の一端は圧電素子の電極に半田付けし、 他端はコネクタ 2 7に接続し ている。 上部ホルダ 2 9および下部ホルダ 3 0は、 樹脂成型部品であり、 上記 の各部品を取付けてへッドユニッ ト 2 0を組上げるための構造体である。 ホルダが上下に分割されているのは、 間からフレキシブルプリント板を 引き出すためである。
また、 特徴的な点は下部ホルダ 3 0の両サイ ドが拡大図に示すように 切り欠かれており、 下部ホルダ 3 0からヘッドチップ 2 1の端部が露出 していることである。 これによつて、 後述するが、 位置決めプレート 4 1 とへッドュニッ ト 2 0との位置決め精度を向上出来る。 上下ホルダと 他部品との間にはシール剤が注入され、 ィンク漏れを防止すると共にホ ルダと一体化している。 更に、 上部ホルダ 2 9にはヘッドユニッ ト 2 0 を他の部材に取付けるための取付穴 2 8が設けてある。 もう一つの〇リ ング 3 1はホルダの下端に取付けられており、 このヘッドユニッ ト 2 0 を位置決めプレート 4 1に取付けたときに位置決めプレート 4 1 との間 で気密を保つ役割を果たしている。
図 3は位置決めプレートの構成図である。 位置決めプレート 4 1は、 個々のへッドュニット 2 0を図 1で示すように並設して長尺のィンクジ ェッ ト記録へッド 1 0 0を形成するためのベースとなる。 位置決めプレ —ト 4 1に設けられたスリット 4 2は、 ヘッドユニッ ト 2 0を挿入して 位置決めするための長穴である。
この位置決めプレート 4 1はステンレス等の金属板をフォトエツチン グ、 レーザ加工、 放電加工、 N C装置等により高精度で加工したもので ある。 特に、 図 3においてスリッ ト 4 2の短辺側基準面 (八面) とスリ ッ 卜 4 2の長辺側基準面 (B面、 B ' 面) の位置精度が重要であり、 本 形態ではへッ ドにおいて ± 5 i mの精度を確保している。
なお、 図 3で示す位置決めプレート 4 1は、 記録密度 6 0 0 d p i · ノズル数 1 2 8のへッドュニッ ト 3 8個を並設して A 4用紙巾用の記録 ヘッ ドを構成するためのものである。 したがって、 スリット 4 2は 5. 4 1 9 mmピッチ (= 2 5. 4 + 6 0 0 X 1 2 8 mm) で位置決めプレ ート 4 1の横方向であるライン配列方向 (紙送り方向に対して直角の方 向) に並んでいるが、 このスリット間隔および個数は目的とする記録へ ッ ドの記録密度、 記録巾、 ヘッドユニッ トあたりのノズル数によって当 然のことながら異なる。
この位置決めプレート 4 1は、 複数のへッドュニット 2 0をライン配 列方向に対して傾斜した状態で並列に配置する。 図 4は、 インクジエツ ト記録ヘッ ドの説明図であり、 図 4 (a) は IVa— IVa断面図、 図 4 (b) は IVb— IVb断面図、 図 4 ( c ) はノズル噴射面の説明図である。 配列状態は図 4 ( a) , (b) で示すようになる。 図 4 (c ) で示すよ うにノズル噴射面の直線上で隣接する二個のノズル 2 1 aの間隔を dと すると、 ライン配列方向のノズル間隔 p = c o s Θが所定の解像度 ( 6 0 0 d p iならば、 へッドチップ 2 1の両面にノズルがあるので片面で は 3 0 0 d p i となる。 従って p = l Z 3 0 0インチ (= 84. 6 6 χ m) となるような間隔 p) に対応する傾斜角度となる。 ちなみに隣接す る二個のへッドュニットでもライン配列方向でノズル間隔が ρとなり、 ライン配列方向ではノズル間隔が全て一定になる。
ィンクジエツ ト記録へッド 1 0 0では、 図 1で示すように、 複数のへ ッ ドユニッ ト 2 0を位置決めプレート 4 1に組み付けて形成される。 位 置決めプレート 4 1の両側には梁 4 3 a, 4 3 bが固定されている。 そ れらの梁 4 3 a , 4 3 bにはヘッ ドユニット 2 0を取付けるためのネジ 穴 44 a, 44 bが設けられている。 なお、 そのネジ穴 44 aは後述す る理由により右ネジであり、 また、 ネジ穴 44 bが左ネジとなっている。 それらのネジ穴 44 a, 44 bを利用して取付けネジ 4 5 a , 4 5 b によりへッ ドュニッ ト 2 0の下部ホルダ 3 0を梁 4 3 a, 4 3 bに取り 付ける。 図 1で示すように位置決めプレート 4 1のスリット 4 2に、 へ ッドユニッ ト 2 0のヘッドチップ 2 1を嵌挿した状態で、 かつ、 位置決 めプレート 4 1の面に対して垂直な状態で取付けられる。 垂直度は梁 4 3 a , 4 3 bにへッドュニッ ト 2 0の上部ホルダ 2 9力 ネジ締めによ り密着することによって保たれる。
梁 4 3 aには溝 4 6が彫られ、 その溝 4 6には蓋 4 7が接着されてィ ンク供給本管を形成している。 溝 4 6の上部には各へッドユニッ ト 2 0 のィンク供給口に対応した位置に分岐穴 4 8が設けられており、 溝 4 6 から各へッ ドュニッ ト 2 0にインクを供給するようになっている。
その溝 4 6の両端にはインク供給口 4 9 a, 4 9 bが設けられている。 また、 梁 4 3 aにはへッドュニッ ト 2 0の位置を微調整するための微動 用ネジ 5 0 aが設けられている。 さらに、 ヘッドユニット 2 0の上部に あるコネクタ 2 7にはマザーポ一ド 5 1が接続され、 各へッドュニット に電源と電気信号を供給している。 なお、 図 1はマザ一ボード 5 1を接 続する前の状態を示している。
本形態のインクジェット記録ヘッド 1 0 0は、 このように構成されて いる。
さて、 図 1で示すような長尺型のィンクジエツ ト記録へッド 1 0 0を 構成するに際して、 最重要課題は各へッドュニット間のノズル位置精度 を達成することである。 そこで本形態では位置精度調整機構を備える。 この点について説明する。
インクジエツ ト記録へッド 1 0 0は、 位置決めプレート 4 1上に複数 のへッドュニッ ト 2 0を取付けて長尺のへッドとして構成されるが、 図
4では所定のノズル位置精度を実現させる構成が重点的に示されており、 図 4では説明を容易にするために 2個のみ図示し、 隣接するヘッドュニ ットを省略してある。 図 4で示すように、 位置決めプレート 4 1に設けられたスリツ 卜 4 2 にへッドュニッ ト 2 0のヘッドチップ 2 1 と下部ホルダ 3 0が挿入され た状態において、 取付けネジ 4 5 a (右ネジ) と 4 5 b (左ネジ) によ り軽く仮締めする (図示しないスプリングワッシャーがつぶれ始める位 置で、 ヘッ ドユニッ ト 2 0が浮き上がらないで動く状態) 。 次に、 梁 4 3 aに設けられた微動用ネジ 5 0 aにより下部ホルダ 3 0を図 4 ( a ) の Y方向に押す。
ここで、 注目すべきは、 スリッ ト 4 2の長手方向が梁と直角ではなく 斜め方向に形成されていることである。 この結果、 Y方向に押された下 部ホルダ 3 0は A方向 (長手方向) と B方向 (短手方向) との分力を受 ける。 下部ホルダ 3 0はへッドチップ 2 1と一体化しているのでへッ ド チップ 2 1にも A方向と B方向の力が加わり、 下部ホルダ 3 0から露出 しているへッドチップ 2 1の両端の側面は、 位置決めプレート 4 1のス リッ ト 4 2の短辺側基準面である A面と長辺側基準面である B面, B ' 面の各面に押付けられる。
次に、 仮締めしていた取付けネジ 4 5 aおよび 4 5 bを順次しつかり と本締めする。 このとき、 取付けネジ 4 5 bには左ネジを使用している ので、 取付けネジ 4 5 bの締付け時に、 上部ホルダ 2 9に対して図 4 ( a ) の矢印の方向に回転力が働き、 上部ホルダと一体化しているへッ ドチップ 2 1を長辺側基準面 (B面, B ' 面) に向かって押付ける。 同 様に梁 4 3 a側の右ネジの取付けネジ 4 5 aを本締めすると、 図 4
( a ) の矢印の方向に回転力が働き、 同じくヘッドチップ 2 1を長辺側 基準面 (B面, B ' 面) に向かって押付ける。
この結果、 特別な細工をすることなく簡単に、 ヘッ ドチップ 2 1の短 辺側の側面をスリッ ト 4 2の短辺側基準面である A面に、 へッドチップ 2 1の長辺側の側面をスリッ ト 4 2の長辺側基準面である B, B ' 面に しっかりと押付けた状態で固定できる。 なお、 スリッ ト 4 2の短手方向 の巾は、 ヘッドチップ 2 1のスリッ ト挿入部の巾より広くなつており、 ヘッド基板の長辺側基準面である B面, B, 面への密着をさまたげるこ とはない。
もし、 取付けネジ 4 5 bに左ネジを使用しなかったら、 ヘッドュニッ ト 2 0を別の手段にて長辺側基準面の B面、 B ' 面側に押付けながら締 付けたとしても隙間が生じて、 本形態のインクジェット記録ヘッド 1 0 0で要求される、 数 m以下の隙間で密着させることは極めて困難であ る。
以上のように、 位置決めプレート 4 1のスリット 4 2の短辺側基準面 (八面) , 長辺側基準面 (B面, B ' 面) に各ヘッ ドチップ 2 1が密着 して組立てられることにより、 各ヘッドチップ 2 1間にまたがる全ての ノズルの互いの位置関係精度が、 「ヘッドチップ 2 1のノズルと両側面 (短辺側および長辺側) 間の寸法誤差」 + 「位置決めプレートの各基準 面間の寸法誤差」 によってほぼ決まることになる。 この 2つの誤差要因 は、 先に述べたように、 いずれもホトエッチング、 半導体製造プロセス 等の利用により容易に高精度な加工ができるものであり、 位置関係精度 を高めることができる。
また、 へッドュニッ ト 2 0の位置決めプレート 4 1に対する垂直度は 上部ホルダ 2 9 , 下部ホルダ 3 0の成型精度と梁 4 3 a , 4 3 bの加工 精度を確保することによって達成している。
その他に、 インク滴の記録媒体上の位置誤差としては、 「ヘッドチッ プ 2 1の垂直度誤差」 があるが、 これはヘッ ドチップ 2 1の高さが数 m m以上であるのに対して、 へッド先端のノズル噴射面と記録媒体との間 の距離は通常 1 mm程度であるため、 ヘッドチップ先端における傾き寸 法の数分の一が記録媒体上の誤差となるが、 その要因である各へッドュ ニッ ト 2 0の上部ホルダ 2 9 , 下部ホルダ 3 0が成型品で形状が一律に 揃っているので、 その誤差は数/ x m以内である。
これらの結果から、 図 1で示す長尺型のィンクジエツ ト記録へッドは 多数のへッ ドュニッ ト 2 0から構成しているにもかかわらず、 全てのノ ズルの相対位置が記録密度 6 0 0 d p i のィンクジエツ 卜記録装置を実 現するのに必要な精度を容易に達成できる。
続いて、 前述の位置決め方法で発生する僅かの誤差を取り除く誤差補 正を行う他の位置精度調整機構について説明する。 図 5は他の位置精度 調整機構および誤差補正原理を説明する図である。 本形態では、 図 4で 示した位置精度調整機構の構成に対し、 さらに、 梁 4 3 b側にも微調整 ネジ 5 0 bを設けた点が相違する。
図 5で示す通り、 ヘッドチップ 2 1は斜めに配置されているので、 ス リッ ト 4 2に沿ってへッドチップ 2 1を A方向に移動するとノズルの Y 方向位置も X方向位置も変化する。 この原理を利用して、 まずヘッドチ ップ 2 1の X方向の誤差が最少になるようにへッ ドチップ 2 1を A方向 の前後に移動させる。 次に、 残った Y方向の誤差は記録媒体の移動方向 になるので、 そのへッドュニット 2 0の吐出タイミングを制御すること によって容易に補正することができる。
続いて、 大量にィンクを消費する長尺型のィンクジエツト記録へッド におけるインク供給を効率化する発明について説明する。 ここで従来技 術での問題点について説明する。 図 6は従来技術のインク供給系を説明 する説明図、 図 7は本形態のィンクジエツ ト記録へッドおよびィンク供 給系の構造図である。
図 6で示すように、 従来技術ではインク供給本管 6 2がインクジエツ 卜記録ヘッド本体の外側で並行して設けられており、 そのインク供給本 管 6 2に分岐管として力ブラ 6 3がへッ ドユニッ ト 2 0の個数分設けら れている。 各ヘッ ドユニッ ト 2 0にはインク供給パイプ 6 1があり、 へ ッドュニッ ト 2 0を梁 4 3 aに取り付ける時にカプラ 6 3に挿入して本 管と連通させる。
図 6の構造は白黒プリン夕の構造であるが、 仮にこの長尺型のィンク ジェット記録ヘッドを 4本 (C M Y K用) 並べてカラープリンタを構成 する場合を考えると、 ィンク供給本管 6 2のスペース分だけ大きくなる。 また、 このィンク供給本管 6 2に関する部分は多数の力ブラ 6 3を小型 でィンク漏れが無いようしっかりした構造にする必要がある。 さらに、 インク供給本管 6 2を保持する機構も必要となる。 さらに加えて、 カブ ラ 6 3の前後の接続個所などに出来る段差により残留気泡が発生しやす レ もし記録中に残留気泡がへッド基板側に流入するとィンクが不吐出 となり、 記録を中断して回復処置を取らざるを得なくなり、 インクジェ ット記録へッ ドとしては非常に好ましくない状態となる。
そこで本形態ではィンク供給系の構造を改良している。 図 7で示すよ うに、 本形態では、 インク供給本管は長尺型のインクジェッ ト記録へッ ド 1 0 0を構成している 2本の梁 4 3 a , 4 3 bの内の 1本である梁 4
3 aの中に設けている。 すなわち、 梁に溝を彫り、 蓋をしてインク供給 路を形成している。
梁 4 3 aは長尺型のィンクジエツ 卜記録へッ ド 1 0 0の長手方向の強 度を保っための構造部材であるが、 梁 4 3 aに加わる荷重は複数のへッ ドュニッ ト 2 0の重量のみであり、 梁 4 3 aの形状 ·寸法からすると非 常に軽量であり強度的に余裕がある。 従って、 一定量のインク供給本管 用の溝を彫っても強度上の問題は無い。 本形態の例では、 巾 5 mmの梁
4 3 aに対して 3 mmの溝を彫っているが問題は無い。 梁 4 3 aの巾 5 mmは元々ヘッドユニッ ト 2 0を取付けるために必要な巾である。 この 溝の上部には分岐管として縦穴がへッドュニッ ト 2 0の数だけ設けてあ る。
へッドュニット 2 0にはィンク供給用のパイプ 2 3が有り、 そのパイ プ 2 3は上部ホルダ 2 9に埋め込まれている。 上部ホルダ 2 9を梁 4 3 aに取付けると、 パイプ 2 3の先端は梁 4 3 aの上部に接する。 その梁 4 3 aのパイプ 2 3が接する部分に丁度一致するよう前述の図 1の分岐 穴 4 8が設けられている。 パイプ 2 3の内径は、 図 1の分岐穴 4 8と同 一寸法となっている。
パイプ 2 3と梁 4 3 aとの接触部には Oリング 2 4が設けられており、 ホルダ 2 9を梁 4 3 aに締付けるだけで、 パイプ 2 3と梁 4 3 aの分岐 穴 4 8はインクが漏れることなく結合する。 以上のように、 本形態では 極めて簡単な構造で部品点数が少なく、 組立 簡単になり、 ィンク供給 系のためのスペースが僅かで済み、 かつ、 残留気泡が発生する部位も少 なく、 長尺のインクジエツ卜記録へッドのィンク供給系にとって大変好 ましい構造としている。
なお、 インク本管の流量はヘッドユニッ ト 2 0の数に比例して当然多 くなるが、 梁の中に設ける溝の断面積を一定以上に大きくするには梁を 太くする必要があり、 小型化が望まれる本製品にとっては好ましくなレ それを出来るだけ避けるために本案ではへッドユニット 2 0の数が多く なると梁 4 3 aの両端に形成されたィンク供給口 4 9 a, 4 9 bを介し て接続されるインク源 (図示せず) を備える。 このように両側から潤沢 にインクを供給するため溝の断面積を半減できる。 本形態では、 例えば、 記録密度 6 0 0 d p i、 ィンク吐出周波数 3 0 K H zにおいて、 溝の断 面積 1 0 mmにてュニット数 2 4までは片側から供給し、 ユニッ ト数 2 5以上は両側から供給している。
また、 梁に設けた溝をインク流路にするとして説明したが、 梁に設け た溝に埋設されたパイプをィンク流路としても良い。 このようなパイプ によるィンク流路の場合、 蓋の有無については適宜選択される。
また、 インクジェット記録ヘッドにおいては、 ヘッドの組立て完了後 に初めてへッド内各部にィンクを充填するための通称、 初期充填と言わ れる操作が必要である。 このとき、 本来インクを充填すべき所に少しで も気泡が残留していると不吐出の原因となるので、 ノズルを真空吸引し てィンク充填を行う。 また、 この吸引操作は長期保管あるいは不慮のト ラブル等により気泡が進入して吐出不良を起こした場合の回復操作とし ても必要である。
このために、 従来はへッドュニッ ト毎に真空ポンプと連通する吸引用 キャップをノズル端面に押付け吸引していた。 しかしながら、 本案の長 尺へッドにおいてはへッドュニッ 卜の数が多くなるので、 個々に吸引し ていたのでは時間が掛かり過ぎて実用的ではない。 また、 そのための機 構も複雑となる。 そこで、 本発明では長尺ヘッドを構成する全ユニッ ト を一挙に吸引し、 充填する。
図 8は他の形態のインクジェット記録ヘッドの構成図であり、 図 8 ( a ) は Vi l l a— Vi l l a断面図、 図 8 ( b ) は Vl l l b— Vl l lb断面図である。 位置決めプレート 4 1上に複数個 (本形態ではュニッ ト数 1 0個) のへ ッドュニット 2 0が並設されて長尺のィンクジェッ ト記録へッド 1 0 0 が構成されている。 このインクジェッ ト記録ヘッド 1 0 0に対して、 図 8 ( a ) で示すように、 吸引手段の具体例となる吸引キャップ 7 1が位 置決めプレート 4 1の下面から接触して吸引する。 吸引キャップ 7 1と 位置決めプレート 4 1の間には気密保持のために Oリング 7 3が設けら れている。 吸引口 7 2は図示しない真空ポンプに連通している。
ここで重要なことは、 へッ ドュニット 2 0と位置決めプレート 4 1の 間の気密保持である。 そこで、 本形態ではヘッドユニッ ト 2 0の下部ホ ルダ 3 0に Oリング 3 1を設けている。 Oリング 3 1は図 8 ( a ) の拡 大図に点線で示してあるように下部ホルダ 3 0の周囲に位置して気密を 保っている。 なお、 吸引キャップ 7 1内が大気に対して負圧になると位 置決めプレート 4 1には圧力が掛かるが、 位置決めプレー卜 4 1の材料 と厚さとを選定することによって解決できる。 本形態ではステンレス材 ·厚さ 1 . 5 mmを使用することによって目的を達成している。 このよ うに、 〇リング 3 1, 7 3という一般的な部品を適切に用いることによ つて、 簡単な構造で, コスト的な負担も少なく、 かつ吸引機構も簡単な 構造で目的を達成している。 なお、 〇リング 3 1, 7 3の代わりに各種 パッキンなど他のシール部材を用いることも可能である。
なお、 上記の位置決めプレート 4 1は、 ヘッドユニッ ト 2 0の位置決 めをするため、 高い位置精度を持った基準面の確保と、 インク吸引時の 負圧によって気密保持を損なうような変形を起こさないだけの機械的強 度を確保する必要がある。
高精度の位置決めプレート 4 1の制作はエッチング加工、 レーザ加工、 放電加工、 プレス加工、 電铸加工等により行うが、 いずれの加工方法で も位置決めプレ一ト 4 1の厚さが薄いほど加工精度を上げ易い。 なかで も、 エッチング加工が最も高精度加工が可能であるが、 この場合、 位置 決めプレート 4 1が厚くなるとその分、 マスキング面とエッチング部の 距離が離れることになり、 サイ ドエッチングの影響が出て精度が低下す る。 従って、 位置決めプレート 4 1は薄いことが望ましいが、 1 mm以 下になるとィンクの吸引時の負圧で位置決めプレート 4 1が変形し、 へ ッドュニッ ト 2 0と位置決めプレート 4 1間の気密保持ができなくなる。 このため、 本発明では加工精度と機械的強度を両立させるために、 基 準面を形成するプレー卜を極力薄くし、 その両面または片面に補強用の プレートを接着または接合して位置決めプレート 4 1を形成する方法と した。 図 9は多層構造の位置決めプレート 4 1の構造図である。 図 9に 示すように、 位置決めプレート 4 1はプレート上板 8 1、 プレート中板 8 2、 プレート下板 8 3の 3層構造になっている。 プレート中板 8 2は 基準面形成層として機能するものであり、 短辺側基準面 Aと長辺側基準 面 B, B ' とを形成するもので、 厚さ 5 0 mのステンレス板をゥエツ トエッチング加工で製作し、 数 mの加工精度を確保している。 プレー ト上板 8 1、 プレート下板 8 3は補強層として機能するものであり、 そ れぞれ厚さ l mmと 0 . 5 mmのステンレス板で、 同じくウエッ トエツ チング加工で製作しているが、 厚いため加工精度は中板より一桁低下す る。 従って、 短辺側基準面 Aと長辺側基準面 B, B ' とのプレート上板 8 1 とプレート下板 8 3は、 プレート中板 8 2より僅かにスリッ ト幅を 広げてあり、 これら 3枚のプレート板を重ねて接着して位置決めプレー ト 4 1を構成しているので、 へッ ドチップ 2 0は高精度のプレート中板 8 2とのみ接触するようにしている。 また、 三層構造にしたことにより 機械的強度が格段に向上し、 インク吸引時の気密保持も確保できる。 ま た、 補強の役割をしているプレート上板 8 1とプレート下板 8 3のどち らか一方のみにすること、 あるいは四層以上にすることも可能である。 なお、 各層間の一体化は接着剤を用いても、 または拡散接合などの方法 でも実行可能である。
また、 本形態ではへッドュニット 2 0毎の交換を容易にするために電 気系統の構成も単純化している。 すなわち、 図 1のヘッドユニッ ト 2 0 の構成図から分かるように、 へッドュニッ ト 2 0内に圧電素子の駆動回 路を内蔵し、 ヘッ ドユニット 2 0のィン夕フェース信号数の低減を図る と共に、 図 2に示す如くイン夕フェース用のコネクタ 2 7をへッ ドュニ ッ ト 2 0の上部に設け、 図 1のマザ一ポード 5 1にて直接接続すること で、 電源ならびにインタフェース信号を供給できるようにし、 ユニッ ト 毎の交換、 増設を容易にしている。 また、 接続ケーブルの簡素化をも図
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Claims

請求の範囲
1.インクを吐出するノズルを一定間隔で直線状に連続配置したノズル噴 射面が形成されたへッ ドチップを有するエツジシユー夕型の複数のへッ ドユニッ トと、
複数のへッドュニットの位置決めを行う位置決めプレー卜と、 を備え、 この位置決めプレ一トは、 複数のへッドュニットをライン配列方向に 対して傾斜した状態で並列に配置するとともに、 ノズル噴射面の直線上 で隣接する二個のノズルのライン配列方向のノズル間隔が所定の解像度 に対応する傾斜角度とすることを特徴とするインクジエツト記録へッド。
2.請求項 1に記載のィンクジェット記録へッドにおいて、
位置決めプレートはへッドュニットのへッドチップを嵌挿させるスリ ッ トを備え、 位置決めプレートのスリッ トの基準面と、 ヘッドユニット のヘッドチップの側面と、 を密着させることによって位置決めプレート に対してヘッドユニッ トの位置決めを行うことを特徴とするインクジェ ッ ト記録へッド。
3.請求項 1または請求項 2に記載のィンクジエツト記録へッドにおいて、 位置決めプレートのプレート面と略垂直方向に回転するように螺揷さ れ、 一方を左ネジ、 他方を右ネジとしてヘッ ドユニッ トの両端で取り付 けられる左右の取り付けネジと、
位置決めプレートのプレート面と平行方向に回転するように螺揷され、 ヘッドユニットに当接する微動用ネジと、 を備え、
へッドチップの長手方向には微動用ネジによる一方向への押し付け力 を付与し、 また、 ヘッドチップの短手方向にはヘッドユニッ トの両端の 左右の両取付けネジの締付け時に発生する回転力によ.る一方向への押し 付け力を付与することにより、 位置決めプレートの基準面とへッドチッ プの側面とを密着させることを特徴とするインクジエツ ト記録へッド。
4.請求項 1〜請求項 3の何れか一項に記載のィンクジヱッ ト記録へッド において、
位置決めプレー卜に張り渡され、 複数並設したへッドュニッ 卜を配列 保持する構造部材としての梁を備えることを特徴とするインクジェッ ト 記録へッド。
5.請求項 4に記載のィンクジエツ ト記録へッドにおいて、
へッドュニットのインク供給用であって、 梁に設けた溝に蓋をして形 成されるインク流路、 または、 梁に設けた溝に埋設されたパイプによる インク流路を備えることを特徴とするインクジェッ ト記録ヘッド。
6.請求項 5に記載のインクジエツ ト記録へッ ドにおいて、
ィンク流路の両端からインクを供給するインク源を備えることを特徴 とするインクジェッ ト記録ヘッド。
7.請求項 1〜請求項 6の何れか一項に記載のィンクジエツト記録へッ ド において、
へッ ドュニッ トと位置決めプレートとの間に挿入されたシール部材を 備え、
へッドュニッ 卜と位置決めプレー卜間の気密を確保することを特徴と するインクジェッ ト記録ヘッ ド。
8.請求項 1〜請求項 7の何れか一項に記載のィンクジエツ卜記録へッド において、
前記位置決めプレートは、 基準面を形成する基準面形成層と、 機械的 強度を保持するための補強層と、 による多層構造のプレートとすること を特徴とするインクジェット記録ヘッド。
9.請求項 1〜請求項 8の何れか一項に記載のィンクジェット記録へッド において、
へッドュニットの内部に配置され、 圧電素子を駆動する電気的駆動回 路と、
電気的駆動回路と接続される接続コネクタと、
複数並設した各々のへッドユニットにコネクタが直接接続されるマザ 一ポードと、
を備えることを特徴とするィンクジエツ ト記録へッ ド。
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