JPH06238901A - Ink-jet recording device - Google Patents

Ink-jet recording device

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Publication number
JPH06238901A
JPH06238901A JP5272452A JP27245293A JPH06238901A JP H06238901 A JPH06238901 A JP H06238901A JP 5272452 A JP5272452 A JP 5272452A JP 27245293 A JP27245293 A JP 27245293A JP H06238901 A JPH06238901 A JP H06238901A
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JP
Japan
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ink
heating resistor
resistor
jet recording
thin film
Prior art date
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Withdrawn
Application number
JP5272452A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Masao Mitani
正男 三谷
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Koki Holdings Co Ltd
Original Assignee
Hitachi Koki Co Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Hitachi Koki Co Ltd filed Critical Hitachi Koki Co Ltd
Priority to JP5272452A priority Critical patent/JPH06238901A/en
Publication of JPH06238901A publication Critical patent/JPH06238901A/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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  • Particle Formation And Scattering Control In Inkjet Printers (AREA)
  • Non-Adjustable Resistors (AREA)
  • Ink Jet (AREA)

Abstract

PURPOSE:To aim at performing a sharp improvement in thermal efficiency and sharp reduction in mounting cost by relating to a recording device which is in a style to let ink drop fly toward a recording medium by heating a pulse. CONSTITUTION:A plurality of heating resistors 3 comprised of a Cr-Si-Sio alloy thin film resistor 3 and Ni thin film conductors 4, 5 which are joined to a driving LSI chip l comprised at least of a shift register circuit, latch circuit and driver circuit, are formed on the driving LSI chip 1 and an ink flow path 23 with an orifice 24 and a common ink supply chamber 22 supplying ink to the ink flow path 23 are provided on the respective heating resistors 3.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、熱エネルギーを利用し
てインク液滴を記録媒体に向けて飛翔させる形式の記録
装置に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a recording apparatus of a type in which thermal energy is used to eject ink droplets toward a recording medium.

【0002】[0002]

【従来の技術】パルス加熱によってインクの一部を急速
に気化させ、その膨張力によってインク液滴をインク吐
出口から吐出させる方式のインクジェット記録装置は特
開昭48−9622号によって開示されている。このパ
ルス加熱の最も簡便な方法は発熱抵抗体にパルス通電す
ることであり、その具体的な方法が特開昭54−599
36号、または社団法人、日本工業技術振興協会主催の
ハードコピー先端技術研究会(1992年2月26日開
催)、またはHewlett−Packard Jou
rnal、Aug.1988で発表されている。これら
従来の技術の発熱抵抗体の共通する基本的構成は、薄膜
発熱抵抗体と薄膜導体を酸化防止層で被覆し、該酸化防
止層をキャビテーション破壊から守る目的で、耐キャビ
テーション層を1〜2層被覆するというものであった。
2. Description of the Related Art An ink jet recording apparatus of a type in which a part of ink is rapidly vaporized by pulse heating and an ink droplet is ejected from an ink ejection port by its expansive force is disclosed in JP-A-48-9622. . The simplest method of pulse heating is to energize the heating resistor with a pulse, and a specific method thereof is disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 54-599.
No. 36, or a hard copy advanced technology research group sponsored by Japan Industrial Technology Promotion Association (held on February 26, 1992), or Hewlett-Packard Jou.
rnal, Aug. Published in 1988. The common basic configuration of these conventional heating resistors is that the thin-film heating resistor and the thin-film conductor are covered with an anti-oxidation layer, and the anti-cavitation layer is 1 to 2 in order to protect the anti-oxidation layer from cavitation damage. It was a layer coating.

【0003】これを抜本的に簡略化するものとして、特
願平4−138498号に記載のように、前記酸化防止
層と耐キャビテーション層を不要とする発熱抵抗体を用
いて印字する方法がある。該発熱抵抗体は薄膜発熱抵抗
体が直接インクと接触しているため、パルス通電による
インクの気化と、それによるインクの吐出性能が大幅に
向上し、熱効率の大幅な向上(30〜60倍)を得るこ
とができた。更に、薄膜発熱抵抗体形状を非対称化させ
ることによって気泡の発生に方向性を持たせることも可
能となり、インクの吐出周波数も1.2〜1.3倍に高
速化することができた。
As a drastic simplification of this, as described in Japanese Patent Application No. 4-138498, there is a method of printing using a heating resistor which does not require the antioxidant layer and the cavitation resistant layer. . Since the thin film heating resistor of the heating resistor is in direct contact with the ink, the vaporization of the ink by pulse energization and the ink ejection performance due to it are significantly improved, and the thermal efficiency is greatly improved (30 to 60 times). I was able to get Furthermore, by making the shape of the thin-film heat generating resistor asymmetrical, it becomes possible to give directionality to the generation of bubbles, and the ink ejection frequency can be increased 1.2 to 1.3 times.

【0004】これら発熱抵抗体の上にはオリフィス付き
インク流路が設けられており、このオリフィスが例えば
400dpi(ドット/インチ)の密度で、例えば64
ヶ直線状に配列されてプリントヘッドが構成されてい
る。そしてこの64ヶのオリフィスのうち、パルス通電
された発熱抵抗体を持つインク流路のオリフィスからイ
ンクが吐出されるので、このプリントヘッドを記録紙の
幅だけ走査することによってオンデマンド記録がなされ
るのである。
An ink flow path with an orifice is provided on these heating resistors, and the orifice has a density of, for example, 400 dpi (dots / inch), for example, 64.
The print heads are arranged in a straight line. Since ink is ejected from the orifice of the ink flow path having the heating resistor which is pulse-energized among these 64 orifices, on-demand recording is performed by scanning the print head by the width of the recording paper. Of.

【0005】このプリントヘッドを駆動させるには64
ヶの発熱抵抗体のそれぞれにパルス通電することが必要
であり、共通のグランド線も含めて65本の配線が不可
欠である。このための具体的な実装方法は、発熱抵抗体
が形成されている基板をヒートシンクに接着し、同じヒ
ートシンク上に接着されているプリント基板とワイヤボ
ンディング法で電気的に接続するといった方法である。
このプリント基板に駆動用LSIが搭載されている場合
は、このプリント基板と外部回路との接続は通常7〜8
本の配線で充分である。すなわち、駆動用LSIが実装
されたこのプリントヘッドと記録装置本体との接続は7
〜8本の配線でつながっており、この状態で記録紙の幅
だけヘッドが左右に走行するのである。
To drive this printhead, 64
It is necessary to energize each of the heating resistors with a pulse, and 65 wires including the common ground wire are indispensable. A specific mounting method for this purpose is a method in which a substrate on which a heating resistor is formed is adhered to a heat sink and the printed circuit board adhered on the same heat sink is electrically connected by a wire bonding method.
When a drive LSI is mounted on this printed circuit board, the connection between this printed circuit board and an external circuit is usually 7-8.
Book wiring is sufficient. That is, the connection between the print head on which the driving LSI is mounted and the recording apparatus main body is 7
It is connected by ~ 8 wires, and in this state the head runs left and right by the width of the recording paper.

【0006】さて、最近のインク噴射記録装置のほとん
ど全ては交換可能なプリントヘッド方式となっており、
その境界は上記プリント基板と外部回路とのコンタクト
接続部となっている。上記の例では交換される側のプリ
ント基板に駆動用LSIが搭載されているのでこのLS
Iも捨てられることになるが、コンタクト接続点数は7
〜8点と少ないという利点がある。これに対して駆動用
LSIを記録装置本体側に実装して捨てないとすると、
コンタクト接続点数は65点と非常に多くなり、このた
めのプリント基板とコンタクト接続部がかなり大型とな
る欠点を持つ。そしていずれの方法を採用しても、62
μmピッチという高密度で形成されている64ヶの発熱
抵抗体の基板とプリント基板とを接続しなければならな
い。そこでこれを改善するために発熱抵抗体とダイオー
ドを同一シリコン基板上に形成して分割駆動する方法が
特開昭57−72867号、及び特開昭57−7286
8号公報に開示されている。この方法によって接続点数
は1/4にまで削減できているが、それでも16点以上
のワイヤボンディングとコンタクト接点が必要となって
いる。前記分割駆動は例えば8ドットずつを8回に分け
て駆動するため、1回のパルス通電時間を10μsとす
ると、64ノズルを駆動するのに80μs要することに
なる。更にこの繰り返し周期を250μs(4kHz)
とし、ヘッドの走行を一定速度とすると印字された64
ドットは8ドット単位で10/250ドット幅だけずれ
る。従って、最上段の8ドットと最下段の8ドットはド
ット幅の28%、約20μmずれて印刷される。この6
4ドットヘッドの場合はこのずれも目立つものではない
が、256ドットヘッドでは補正が必要となり、ヘッド
を傾斜させるかヘッドの走行をステップ送りとする必要
がある。
By the way, almost all of recent ink jet recording apparatuses have a replaceable print head system,
The boundary is a contact connecting portion between the printed circuit board and an external circuit. In the above example, since the drive LSI is mounted on the printed circuit board on the replacement side, this LS
I will also be discarded, but the number of contact points is 7
There is an advantage that it is as small as ~ 8 points. On the other hand, if the drive LSI is mounted on the recording device main body side and not discarded,
The number of contact connection points is very large at 65 points, which is disadvantageous in that the printed circuit board and the contact connection portion are considerably large. And, whichever method is used, 62
It is necessary to connect the printed circuit board and the board of 64 heating resistors formed with a high density of μm pitch. Therefore, in order to improve this, a method of forming a heating resistor and a diode on the same silicon substrate and separately driving them is disclosed in JP-A-57-72867 and JP-A-57-7286.
No. 8 publication. Although the number of connection points can be reduced to 1/4 by this method, 16 or more wire bondings and contact points are still required. In the divided driving, for example, 8 dots are divided into 8 times for driving. Therefore, if the pulse energization time for one time is 10 μs, it takes 80 μs to drive 64 nozzles. Furthermore, this repetition cycle is 250 μs (4 kHz)
And the head travels at a constant speed.
Dots are shifted by 10/250 dot width in units of 8 dots. Therefore, the uppermost 8 dots and the lowermost 8 dots are printed with a shift of about 20 μm, which is 28% of the dot width. This 6
In the case of a 4-dot head, this deviation is not noticeable, but in the case of a 256-dot head, it is necessary to correct it, and it is necessary to incline the head or make the head travel stepwise.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、交換
可能なプリントヘッドのワイヤボンディングの本数とコ
ンタクト接点数を7〜8点にすると共に、大幅な熱効率
の向上とプリントヘッドの製造コストを低減させ、より
一層高密度で多オリフィスのインク噴射記録装置を提供
することにある。
SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to reduce the number of wire bonds and the number of contact points of a replaceable printhead to 7 to 8 points, and to significantly improve the thermal efficiency and the manufacturing cost of the printhead. Another object of the present invention is to provide an ink jet recording apparatus which is reduced in number and has a higher density and a larger number of orifices.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】上記目的は、少なくとも
シフトレジスタ回路とラッチ回路とドライバ回路から成
り立っている駆動用LSIチップ上に、これに接続され
たCr−Si−SiO合金薄膜抵抗体とNi薄膜導体か
らなる複数の発熱抵抗体を形成し、それぞれの発熱抵抗
体の上にオリフィス付きインク流路と該インク流路にイ
ンクを供給する共通のインク供給室を設けてあるインク
噴射記録装置とすることによって達成される。
The above object is to provide a Cr-Si-SiO alloy thin film resistor and Ni connected to a drive LSI chip which is composed of at least a shift register circuit, a latch circuit and a driver circuit. An ink jet recording apparatus in which a plurality of heat generating resistors made of thin film conductors are formed, and ink flow channels with orifices and a common ink supply chamber for supplying ink to the ink flow channels are provided on each heat generating resistor. It is achieved by

【0009】[0009]

【作用】上記のように構成されたインク噴射記録装置の
各発熱抵抗体には既にドライバ回路が接続されており、
それぞれのドライバ回路を動作させるか否かの信号はシ
フトレジスタ回路とラッチ回路によって順次送信記憶さ
れ、決められたタイミングで一括駆動させることができ
る。そしてこれら3つの回路と発熱抵抗体は同一シリコ
ン基板上に形成されており、これらの回路を動作させる
に必要な信号線は、ドライバ、ストローク、クロック、
ラッチ、電源、グランド、IC電源など7〜8本であ
る。すなわち、従来技術で例えば64ヶの発熱抵抗体を
動作させるには16本(分割駆動)〜65本(一括駆
動)の信号線が必要であったが、本発明によれば一括駆
動でも7〜8本で済むことになり、ワイヤボンディング
とコンタクト接点の数も各々7〜8ヶと大幅に削減でき
ることになる。この事情はオリフィスの配列密度が高く
なり、オリフィス(発熱抵抗体)の総数が多くなっても
変わらない。但し、オリフィス数を極端に多くする場合
は一括駆動で流れる電流が大きくなるので分割駆動させ
ることになるが、この場合はブロック数に応じてストロ
ーク用信号線がブロック数だけ増えるだけである。ま
た、保護層のない本発明の薄膜発熱抵抗体は熱効率が非
常に高く、投入電力は従来技術の30分の1〜60分の
1と小さい。このため、シリコン基板に放散される熱量
は従来技術に比較して30分の1〜60分の1以下とな
り、シリコン基板の温度を上昇させるまでには至らな
い。すなわち、駆動用LSIと発熱抵抗体の間には何ら
断熱領域を設ける必要がなく、近接させても良い。以上
の説明から明らかなように、保護層の不要な発熱抵抗体
を持つ駆動用LSIのコストはチップ段階で比較しても
安くなり(1チップ化)、従来技術では不可欠であった
発熱抵抗体のワイヤボンディング(16〜65本)と駆
動用LSIのワイヤボンディング(65+7本)も不要
となり、駆動用LSIが搭載されていたプリント基板も
不要となって大幅な実装コストの削減が達成される。
A driver circuit is already connected to each heating resistor of the ink jet recording apparatus configured as described above,
A signal indicating whether or not to operate each driver circuit is sequentially transmitted and stored by the shift register circuit and the latch circuit, and can be collectively driven at a determined timing. These three circuits and the heating resistor are formed on the same silicon substrate, and the signal lines necessary for operating these circuits are the driver, stroke, clock,
There are 7 to 8 latches, power supplies, grounds, IC power supplies, and the like. That is, in the prior art, for example, 16 (divisional drive) to 65 (collective drive) signal lines were required to operate 64 heating resistors, but according to the present invention, 7 to 7 even in collective drive. Since only eight wires are required, the number of wire bondings and the number of contact points can be greatly reduced to 7 to 8, respectively. This situation does not change even if the arrangement density of the orifices becomes high and the total number of orifices (heating resistors) increases. However, when the number of orifices is extremely increased, the current that flows in collective driving becomes large, so that division driving is performed, but in this case, the stroke signal line only increases by the number of blocks according to the number of blocks. In addition, the thin-film heating resistor of the present invention having no protective layer has a very high thermal efficiency, and the input power is as small as 1/30 to 1/60 of the conventional technique. Therefore, the amount of heat radiated to the silicon substrate is 1/30 to 1/60 or less of that of the conventional technique, and the temperature of the silicon substrate cannot be raised. That is, it is not necessary to provide any heat insulating area between the driving LSI and the heat generating resistor, and they may be placed close to each other. As is clear from the above description, the cost of a driving LSI having a heating resistor that does not require a protective layer is lower than that at the chip stage (single chip), and the heating resistor that was indispensable in the conventional technology No wire bonding (16 to 65 wires) and wire bonding (65 + 7 wires) for the driving LSI are also required, and the printed board on which the driving LSI is mounted is also unnecessary, and a significant reduction in mounting cost is achieved.

【0010】[0010]

【実施例】以下、図面を用いて実施例を説明する。EXAMPLES Examples will be described below with reference to the drawings.

【0011】〔実施例1〕先ず、64ドットの駆動用L
SI組み込み型サーマルインクジェットプリントヘッド
の製造方法について図1を用いて説明する。
[Embodiment 1] First, a driving L of 64 dots
A method of manufacturing the SI-embedded thermal inkjet printhead will be described with reference to FIG.

【0012】例えば2〜3μmルールの半導体プロセス
によってシフトレジスタ回路とラッチ回路とドライバ回
路を含む64ドット駆動用LSIをSiウエハ1の上に
形成する。この上に通常の薄膜形成プロセス(スパッタ
とフォトエッチングなど)でCr−Si−SiO/Ni
二層構造3及び4、5の64ドット分の発熱抵抗体3を
形成する。但し、発熱抵抗体3は駆動用LSIに隣接す
る位置で、シリコン基板1上に積層されている2〜3μ
m厚さのSiO2絶縁層2の上に、そしてそれぞれの発
熱抵抗体3はそれぞれに対応するドライバ回路とスルー
ホール接続部11で接続されるように形成する。このC
r−Si−SiO/Ni二層構造発熱抵抗体は本発明者
らの特許出願発明(特公平4−4721号、特公平4−
60835号、特願昭4−138498号)に開示した
ものと同一である。なお、図1には図示していないが、
SiO2絶縁層2の上とCr−Si−SiO合金薄膜抵
抗体3との間には耐エッチング層として1500Å程度
の厚さのTa25層(図示せず)が形成されている。ま
た、Ni薄膜導体4、5を含めた発熱抵抗体3の周辺に
は何ら保護層を被覆しないが、駆動用LSIのパッシベ
ーションとか、スルーホール接続部11付近のNi薄膜
導体から水性インクへの迷走電流の発生防止のために保
護層を被覆するのは有効な場合もあり、このためにSi
2とかポリイミド樹脂などを被覆しても良い。
For example, a 64-dot drive LSI including a shift register circuit, a latch circuit, and a driver circuit is formed on the Si wafer 1 by a semiconductor process of a rule of 2 to 3 μm. Cr-Si-SiO / Ni is formed on top of this by a normal thin film formation process (sputtering and photo etching, etc.).
The heating resistor 3 for 64 dots of the two-layer structure 3 and 4, 5 is formed. However, the heating resistor 3 is laminated on the silicon substrate 1 at a position adjacent to the driving LSI and has a thickness of 2 to 3 μm.
The heating resistors 3 are formed on the m-thick SiO 2 insulating layer 2 so as to be connected to the corresponding driver circuits at the through-hole connecting portions 11. This C
The r-Si-SiO / Ni two-layered heating resistor is a patent application invention of the present inventors (Japanese Patent Publication No. 4-4721, Japanese Patent Publication No. 4-721).
No. 60835, Japanese Patent Application No. 4-138498). Although not shown in FIG. 1,
A Ta 2 O 5 layer (not shown) having a thickness of about 1500Å is formed as an etching resistant layer between the SiO 2 insulating layer 2 and the Cr—Si—SiO alloy thin film resistor 3. Further, no protective layer is coated on the periphery of the heating resistor 3 including the Ni thin film conductors 4 and 5, but the passivation of the driving LSI or the stray from the Ni thin film conductor in the vicinity of the through hole connection portion 11 to the aqueous ink. In some cases, it may be effective to coat a protective layer to prevent the generation of electric current.
It may be coated with O 2 or a polyimide resin.

【0013】このようにして発熱抵抗体と駆動用LSI
が形成されたSiウエハの上にインク供給室22、イン
ク流路23、オリフィス24を形成する。これには厚付
けフォトレジストとか感光性ポリイミドなどでまずイン
ク流路23などの隔壁6を形成し、これにPETフィル
ムなどを紫外線硬化レジンなどで接着して天板7とし、
更に必要に応じてインク供給室22の穴とかオリフィス
(図3の24)などをフォトエッチングとかエキシマレ
ーザ加工法などを用いてあけることで作成することがで
きる。
In this way, the heating resistor and the driving LSI
An ink supply chamber 22, an ink flow path 23, and an orifice 24 are formed on the Si wafer on which the ink is formed. To this, a partition wall 6 such as the ink flow path 23 is first formed with a thick photoresist or a photosensitive polyimide, and a PET film or the like is adhered thereto with an ultraviolet curing resin or the like to form the top plate 7,
If necessary, holes or orifices (24 in FIG. 3) in the ink supply chamber 22 can be formed by using photoetching or an excimer laser processing method.

【0014】最後にこのシリコンウエハを切断してチッ
プに分割すれば、64ドットのサーマルインクジェット
プリントヘッドのチップ(図1)ができあがる。このチ
ップを温度調節兼コンタクト接点用基板に接着し、7〜
8本のワイヤボンディングで電気的に接続する。一方、
このチップのインク供給室22にはフィルタ8を通して
インク供給路21を接続させ、この後方はインクタンク
と継がっているがここでは省略した。
Finally, by cutting this silicon wafer and dividing it into chips, 64-dot thermal ink jet print head chips (FIG. 1) are completed. Adhere this chip to the substrate for temperature control and contact,
It is electrically connected with eight wire bonds. on the other hand,
The ink supply path 21 is connected to the ink supply chamber 22 of this chip through the filter 8 and is connected to the ink tank at the rear side thereof, but it is omitted here.

【0015】以上の説明からも分かるように、64ドッ
トの駆動用LSIとサーマルインクジェットプリントヘ
ッドとは一体化されてワンチップ化され、従来技術では
46〜135本必要であったワイヤボンディング(駆動
用LSIの分も含む)が7〜8本に、16〜65ヶ必要
であったコンタクト接点が7〜8ヶに削減された。これ
は64ドットのサーマルインクジェットプリントヘッド
の例であるが、256ドットの場合はワイヤボンディン
グが86〜520本、コンタクト接点が32〜257ヶ
必要とされていたものが各々8〜10本、8〜10ヶと
なるのでその実装コストの削減は図りしれないものがあ
る。これらのコスト削減額の大きさは駆動用LSIの交
換コストをはるかに上回るものであることは言うまでも
ない。なお、図1は400dpi(ドット/インチ)の
ヘッドを想定したものとなっており、図1(b)のオリ
フィス24の配列は約62μmピッチである。このピッ
チでスルーホール接続(11)することは容易である
が、従来はこの62μmピッチで並んでいるNi薄膜導
体5を外部接続用プリント基板とワイヤボンディングで
接続していたのでかなり大変な作業となる。更に高密度
となるとこの配列を拡大するしか方法がなく、この点か
らも本発明のワンチップ化の有効性が理解できよう。
As can be seen from the above description, the 64-dot driving LSI and the thermal ink jet print head are integrated into one chip, and 46 to 135 wires are required in the prior art for wire bonding (for driving). The number of contact contacts required for 16 to 65 contacts has been reduced to 7 to 8 contacts (including LSI). This is an example of a 64-dot thermal inkjet printhead. In the case of 256-dot, 86 to 520 wire bonds and 32 to 257 contact points were required, and 8 to 10 and 8 to 8 respectively. Since the number is 10, the mounting cost cannot be reduced. Needless to say, the magnitude of these cost reductions far exceeds the replacement cost of the drive LSI. It should be noted that FIG. 1 assumes a head of 400 dpi (dots / inch), and the arrangement of the orifices 24 in FIG. 1B is about 62 μm pitch. It is easy to perform through-hole connection (11) at this pitch, but conventionally, the Ni thin film conductors 5 lined up at the 62 μm pitch were connected to the external connection printed circuit board by wire bonding, which is a very difficult work. Become. At higher densities, there is no choice but to expand this array, and it can be understood from this point that the effectiveness of the one-chip implementation of the present invention is high.

【0016】このサーマルインクジェットプリントヘッ
ドをシリアルプリンタのキャリッジに組み込み印字評価
したところ、きれいな印字をすることができたことは言
うまでもない。ここではヘッドの性能データを詳しく述
べ、従来技術との比較を行う。
Needless to say, when this thermal ink jet print head was incorporated into the carriage of a serial printer and printing was evaluated, clear printing could be achieved. Here, the performance data of the head will be described in detail and will be compared with the prior art.

【0017】表1に本発明のヘッドの特性と従来技術、
ここでは学会や文献で公表されているヘッドA、ヘッド
Bのデータを記載してある。
Table 1 shows the characteristics of the head of the present invention and the prior art.
Here, the data of the head A and the head B which are published in academic societies and literatures are described.

【0018】[0018]

【表1】 [Table 1]

【0019】吐出インクの体積は同程度であるが、これ
は印字密度が360〜400dpiとほとんど変わらな
いことによっている。吐出速度についてはBが飛び抜け
て速いが、これはBのヘッドが後に述べる図3の構造を
採用しているためで、発生する気泡のエネルギを有効に
利用できることによる。従って、同体積のインク滴を吐
出させるに必要な気泡発生エネルギは同程度であると考
えられるので、表1の投入エネルギの差が酸化保護層と
キャビテーション保護層の有無によっていることにな
る。すなわち、インク滴を吐出させるに必要なエネルギ
は0.5μJ/drop以下であり、A、Bの投入エネ
ルギの99%は保護層と基板の加熱に使われていること
を示している。本発明のヘッドの冷却が不要とも言える
ほど小さく、インクの温度制御を容易にしているのも大
きな特徴の一つである。なお、本発明のヘッドが2倍の
過投入エネルギで10億パルスの連続動作に耐えて何の
変化も認められなかったのは言うまでもない。
Although the volume of the ejected ink is almost the same, this is because the print density is almost the same as 360 to 400 dpi. The ejection speed of B is extremely high. This is because the head of B adopts the structure of FIG. 3 described later, and the energy of the generated bubbles can be effectively used. Therefore, it is considered that the bubble generation energies necessary for ejecting the same volume of ink droplets are about the same, and therefore the difference in the input energy in Table 1 depends on the presence or absence of the oxidation protection layer and the cavitation protection layer. That is, the energy required to eject the ink droplets is 0.5 μJ / drop or less, and 99% of the input energy of A and B is used for heating the protective layer and the substrate. It is one of the major features that the cooling of the head of the present invention is so small that it can be said that it is unnecessary, and that the temperature control of ink is facilitated. Needless to say, the head of the present invention withstood a continuous operation of 1 billion pulses with double over-energization energy and no change was observed.

【0020】次にヘッド接点数の比較であるが、本発明
のヘッドは既に説明したように発熱抵抗体と同一シリコ
ン基板上に駆動用LSIを作り込んであるワンチップヘ
ッドになっている。この駆動用LSIは感熱プリントヘ
ッドの駆動用LSIと同じ構成のシフトレジスタ回路、
ラッチ回路、ドライバ回路からなっており、64ノズル
の発熱抵抗体を一括駆動するための配線数はドライバ、
ストローク、クロック、ラッチ、電源、グランド、IC
電源の7本である。これに比べてBの場合は30ノズル
それぞれからの接点と共通グランドの2接点(1接点で
も可)を必要としており、合計32接点がヘッドとキャ
リッジのコンタクト接続のために使われている。これに
比べてAの場合は発熱抵抗体と同一シリコン基板上にダ
イオードを作り込み、8×8のブロック駆動ができるよ
うになっている。すなわち、発熱抵抗体のそれぞれに逆
流防止用のダイオードを接続し、8ノズルずつを8回に
分けて駆動するので駆動に必要な配線数(接点数)は1
6本である。残り16本はヘッドの温度測定用端子など
に利用されているものであるが、本発明のヘッドの場合
は投入エネルギがAの1/60であり、基板への流出熱
量は更に小さくなるので温度測定が不要となる。また、
投入電力がほぼ一桁小さくなることは駆動用LSIへの
負担を大幅に軽減し、安価なLSIを利用できることに
なる。
Next, regarding the comparison of the number of contact points of the head, the head of the present invention is a one-chip head in which a driving LSI is built on the same silicon substrate as the heat generating resistor as already described. This drive LSI is a shift register circuit having the same configuration as that of the thermal print head drive LSI,
It is composed of a latch circuit and a driver circuit, and the number of wires for collectively driving the heating resistors of 64 nozzles is
Stroke, clock, latch, power supply, ground, IC
There are seven power supplies. In contrast, in the case of B, contacts from each of 30 nozzles and two contacts of the common ground (one contact is also possible) are required, and a total of 32 contacts are used for contact connection of the head and the carriage. On the other hand, in the case of A, a diode is formed on the same silicon substrate as the heat generating resistor, and 8 × 8 block driving can be performed. That is, since a diode for preventing backflow is connected to each of the heating resistors and 8 nozzles are driven separately in 8 times, the number of wirings (the number of contacts) required for driving is 1
There are six. The remaining 16 wires are used for temperature measuring terminals of the head, etc., but in the case of the head of the present invention, the input energy is 1/60 of A, and the amount of heat flowing out to the substrate is further reduced, so the temperature No need for measurement. Also,
When the input power is reduced by almost an order of magnitude, the load on the driving LSI is significantly reduced, and an inexpensive LSI can be used.

【0021】〔実施例2〕実施例1にインク供給用発熱
抵抗体を設けた場合を示したのが図2である。このヘッ
ドの製造方法と実装方法、並びに駆動方法は実施例1と
全く同じである。ただ、投入エネルギと吐出周波数がそ
れぞれ0.7μJ/drop、10〜15kHzとな
り、2〜3倍の印刷速度を達成できている。
[Embodiment 2] FIG. 2 shows a case where a heat generating resistor for ink supply is provided in Embodiment 1. The manufacturing method, mounting method, and driving method of this head are exactly the same as in the first embodiment. However, the applied energy and the ejection frequency are 0.7 μJ / drop and 10 to 15 kHz, respectively, and the printing speed of 2 to 3 times can be achieved.

【0022】〔実施例3〕吐出用のヒータ面とインク吐
出方向が垂直になっている場合のサーマルインクジェッ
トプリントヘッドの実施例を図3に示す。このヘッドの
製造方法、実装方法、駆動方法は実施例1と同じである
が、駆動LSI部のパッシベーションが実施例1及び実
施例2に比べて格段に優れているという特徴を持ってい
る。すなわち、同電位にある共通電極4とインクに対
し、最も高い電位にある個別電極5の殆どの部分と駆動
LSI部10、11が耐インク性に優れた厚付けフォト
レジストや感光性ポリイミドなどの隔壁6によって被覆
されており、インクとは完全に隔離されている。
[Embodiment 3] FIG. 3 shows an embodiment of a thermal ink jet print head when the ejection heater surface and the ink ejection direction are perpendicular to each other. The manufacturing method, mounting method, and driving method of this head are the same as those of the first embodiment, but the feature is that the passivation of the driving LSI portion is significantly superior to those of the first and second embodiments. That is, with respect to the common electrode 4 and the ink having the same potential, most of the individual electrodes 5 having the highest potential and the drive LSI units 10 and 11 are made of a thick photoresist or a photosensitive polyimide having excellent ink resistance. It is covered with the partition wall 6 and is completely separated from the ink.

【0023】このことは図1、図2に示したヘッドに比
べ、信頼性の点で桁違いに優れていることを示してお
り、その分だけ駆動用LSI部のパッシベーションコス
トを引き下げることが可能となる。なお、本実施例では
前記隔壁6で駆動用LSI部10、11及び個別電極5
の一部を被覆するようにしたが、駆動用LSI部10、
11及び個別電極5の一部が前記インク通路の外側とな
るようなヘッドの構成となっていれば本実施例と同等の
効果を得ることができる。もちろん、図1、図2に示し
たヘッドの場合も駆動LSI部10、11を大幅に後退
させ、インク供給室22の後方隔壁内に設けることも可
能である。しかし、この場合はヘッドサイズが若干大き
くなり、インク供給室内で隣接する長い個別電極5間で
のリークの発生防止のためのパッシベーション等が必要
となる場合があり、何れもヘッドの製造コストを若干引
き上げることになる。
This indicates that the head shown in FIGS. 1 and 2 is incomparably superior in terms of reliability, and the passivation cost of the driving LSI portion can be reduced accordingly. Becomes In this embodiment, the partition 6 is used to form the driving LSI units 10 and 11 and the individual electrode 5.
Although it covers part of the drive LSI unit 10,
If the head structure is such that 11 and a part of the individual electrode 5 are outside the ink passage, the same effect as that of this embodiment can be obtained. Of course, also in the case of the head shown in FIGS. 1 and 2, it is possible to retreat the drive LSI units 10 and 11 to a large extent and install them in the rear partition of the ink supply chamber 22. However, in this case, the head size may be slightly increased, and passivation or the like may be required to prevent the occurrence of leaks between the long individual electrodes 5 that are adjacent to each other in the ink supply chamber. Will be raised.

【0024】なお、図3に示すヘッドはインク供給用発
熱抵抗体12が設置されているが、該インク供給用発熱
抵抗体12のない、すなわち吐出用発熱抵抗体のみのヘ
ッドを本発明に適用できることはいうまでもない。
Although the head shown in FIG. 3 is provided with the ink supply heating resistor 12, the head without the ink supply heating resistor 12, that is, only with the ejection heating resistor is applied to the present invention. It goes without saying that you can do it.

【0025】図3に示すヘッドに水性インクを満たし、
0.7W/パルス、印加パルス幅1μsのパルスエネル
ギを投入して印字を行ったところ、インク吐出速度は約
12m/sと表1のヘッドBと同じ値を示し、吐出周波
数は8乃至13KHzを達成した。
The head shown in FIG. 3 is filled with an aqueous ink,
When printing was performed by inputting pulse energy of 0.7 W / pulse and applied pulse width of 1 μs, the ink ejection speed was about 12 m / s, which was the same value as that of head B in Table 1, and the ejection frequency was 8 to 13 KHz. Achieved

【0026】[0026]

【発明の効果】本発明によれば、保護層なしの発熱抵抗
体と駆動用LSIを同一シリコン基板上に形成してワン
チップ化したので、インク吐出に必要な投入エネルギを
従来技術の1/30〜1/60にまで削減でき、駆動用
LSIとの熱絶縁は勿論のこと、ヘッド全体の冷却を含
めた温度制御を容易化することができた。更に、ワンチ
ップ化に伴うワイヤボンディング数と接点数の大幅削減
(1/3〜1/10化)と実装コストの低減を達成する
ことができた。
According to the present invention, since the heating resistor without the protective layer and the driving LSI are formed on the same silicon substrate into one chip, the input energy required for ink ejection can be reduced to 1 / th of that of the prior art. It can be reduced to 30 to 1/60, and not only thermal insulation with the driving LSI but also temperature control including cooling of the entire head can be facilitated. Furthermore, it has been possible to achieve a significant reduction in the number of wire bondings and contacts (one-third to one-tenth) and a reduction in mounting cost associated with the one-chip implementation.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】 本発明の一実施例を示す概略断面図である。FIG. 1 is a schematic sectional view showing an embodiment of the present invention.

【図2】 本発明の他の実施例を示す概略断面図であ
る。
FIG. 2 is a schematic sectional view showing another embodiment of the present invention.

【図3】 本発明の他の実施例を示す概略断面図であ
る。
FIG. 3 is a schematic sectional view showing another embodiment of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1はシリコン基板、2はSiO2絶縁層、3はCr−S
i−SiO合金薄膜抵抗体(吐出用ヒータ)、4はNi
薄膜導体(共通電極)、5はNi薄膜導体(個別電
極)、6は隔壁、7は天板、8はフィルタ、9はインク
供給路壁、10は拡散層、11はスルーホール接続部、
12はCr−Si−SiO合金薄膜抵抗体(ポンピング
用ヒータ)、21はインク供給路、22はインク供給
室、23はインク流路、24はオリフィスである。
1 is a silicon substrate, 2 is a SiO 2 insulating layer, 3 is Cr-S
i-SiO alloy thin film resistor (heater for discharge), 4 is Ni
Thin film conductor (common electrode), 5 Ni thin film conductor (individual electrode), 6 partition wall, 7 top plate, 8 filter, 9 ink supply channel wall, 10 diffusion layer, 11 through hole connection part,
Reference numeral 12 is a Cr-Si-SiO alloy thin film resistor (pumping heater), 21 is an ink supply path, 22 is an ink supply chamber, 23 is an ink flow path, and 24 is an orifice.

Claims (8)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 駆動用LSIチップ上の一部に設けられ
たCr−Si−SiO合金薄膜抵抗体とNi薄膜導体と
からなる複数の発熱抵抗体と、インク液滴を吐出するべ
く前記発熱抵抗体近傍に設けられたオリフィスと、該オ
リフィスに連通され、前記発熱抵抗体がその内部に配置
されたインク通路と、インクを供給するためにインク通
路と連通されたインク供給室とを有することを特徴とす
るインク噴射記録装置。
1. A plurality of heating resistors made up of a Cr—Si—SiO alloy thin film resistor and a Ni thin film conductor provided on a part of a drive LSI chip, and the heating resistor for ejecting ink droplets. An orifice provided in the vicinity of the body, an ink passage communicating with the orifice, in which the heating resistor is disposed, and an ink supply chamber communicating with the ink passage for supplying ink. Characteristic ink jet recording device.
【請求項2】 前記駆動用LSIチップが少なくともシ
フトレジスタ回路とラッチ回路とドライバ回路から成り
立っていることを特徴とする請求項1記載のインク噴射
記録装置。
2. The ink jet recording apparatus according to claim 1, wherein the drive LSI chip includes at least a shift register circuit, a latch circuit, and a driver circuit.
【請求項3】 前記発熱抵抗体の熱作用面とインクの吐
出方向が平行となるようにオリフィスが配置されている
ことを特徴とする請求項1記載のインク噴射記録装置。
3. The ink jet recording apparatus according to claim 1, wherein the orifice is arranged such that the heat acting surface of the heating resistor and the ink ejection direction are parallel to each other.
【請求項4】 前記発熱抵抗体の熱作用面とインクの吐
出方向が垂直となるようにオリフィスが配置されている
ことを特徴とする請求項1記載のインク噴射記録装置。
4. The ink jet recording apparatus according to claim 1, wherein the orifice is arranged such that the heat acting surface of the heating resistor and the ink ejection direction are perpendicular to each other.
【請求項5】 前記インク通路内の前記発熱抵抗体より
もインク供給室側にインク供給用発熱抵抗体が設けられ
ることを特徴とする請求項1記載のインク噴射記録装
置。
5. The ink jet recording apparatus according to claim 1, wherein a heat generating resistor for ink supply is provided closer to the ink supply chamber than the heat generating resistor in the ink passage.
【請求項6】 駆動用LSI部を有する駆動用LSIチ
ップ上に設けられたCr−Si−SiO合金薄膜抵抗体
と、該Cr−Si−SiO合金薄膜抵抗体の一端と前記
駆動用LSI部を電気的に接続する個別電極と、前記C
r−Si−SiO合金薄膜抵抗体の他端と電気的に接続
された共通電極とで構成された複数の発熱抵抗体と、イ
ンク液滴を吐出するべく前記発熱抵抗体の熱作用面と対
向する位置に設けられたオリフィスと、隔壁によって構
成され、該オリフィスに連通され、前記発熱抵抗体がそ
の内部に配置されたインク通路と、インクを供給するべ
く該インク通路に連通されたインク供給室とを有し、前
記駆動用LSI部が前記発熱抵抗体の前記インク供給室
の配置される位置とは反対側になるように配置されると
共に、前記駆動用LSI部及び個別電極の一部が前記イ
ンク通路の外側になるように前記隔壁が配置されること
を特徴とするインク噴射記録装置。
6. A Cr—Si—SiO alloy thin film resistor provided on a driving LSI chip having a driving LSI portion, one end of the Cr—Si—SiO alloy thin film resistor and the driving LSI portion. The individual electrode electrically connected to the C
A plurality of heating resistors, each of which is composed of a common electrode electrically connected to the other end of the r-Si-SiO alloy thin film resistor, and facing a heat acting surface of the heating resistor for ejecting ink droplets. And an ink passage which is constituted by a partition wall and is communicated with the orifice and in which the heating resistor is disposed, and an ink supply chamber which is communicated with the ink passage for supplying ink. And the drive LSI unit is arranged so as to be on the opposite side of the heating resistor from the position where the ink supply chamber is arranged, and the drive LSI unit and a part of the individual electrode are The ink jet recording apparatus, wherein the partition wall is arranged outside the ink passage.
【請求項7】 前記駆動用LSI部及び個別電極の一部
は前記隔壁の駆動用LSIチップ対向面で被覆されてい
ることを特徴とする請求項6記載のインク噴射記録装
置。
7. The ink jet recording apparatus according to claim 6, wherein the drive LSI portion and a part of the individual electrode are covered with a surface of the partition wall facing the drive LSI chip.
【請求項8】 前記インク通路内であって、インク供給
室と前記発熱抵抗体の熱作用面との間にインク供給用発
熱抵抗体が設けられることを特徴とする請求項6記載の
インク噴射記録装置。
8. The ink jetting device according to claim 6, wherein a heating resistor for ink supply is provided in the ink passage between the ink supply chamber and a heat acting surface of the heating resistor. Recording device.
JP5272452A 1992-12-25 1993-10-29 Ink-jet recording device Withdrawn JPH06238901A (en)

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JP4-347150 1992-12-25
JP34715092 1992-12-25
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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5621524A (en) * 1994-07-14 1997-04-15 Hitachi Koki Co., Ltd. Method for testing ink-jet recording heads
US5697144A (en) * 1994-07-14 1997-12-16 Hitachi Koki Co., Ltd. Method of producing a head for the printer
US5790154A (en) * 1995-12-08 1998-08-04 Hitachi Koki Co., Ltd. Method of manufacturing an ink ejection recording head and a recording apparatus using the recording head
US6932461B2 (en) 2002-12-16 2005-08-23 Fuji Xerox Co., Ltd. Ink-jet recording head
JP2008143000A (en) * 2006-12-08 2008-06-26 Canon Inc Inkjet recording head and recording element substrate of the recording head

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