JP2001071494A - Thermal ink-jet printer head - Google Patents

Thermal ink-jet printer head

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JP2001071494A
JP2001071494A JP24942099A JP24942099A JP2001071494A JP 2001071494 A JP2001071494 A JP 2001071494A JP 24942099 A JP24942099 A JP 24942099A JP 24942099 A JP24942099 A JP 24942099A JP 2001071494 A JP2001071494 A JP 2001071494A
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JP
Japan
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ink
discharge nozzle
printer head
jet printer
diameter
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JP24942099A
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Japanese (ja)
Inventor
Mitsuyasu Nakajima
光康 中嶋
Takashi Yamatani
崇史 山谷
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Casio Computer Co Ltd
Original Assignee
Casio Computer Co Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a thermal ink-jet printer head which discharges ink drops with an energy as little as possible for forming a necessary dot landing diameter. SOLUTION: An orifice plate is formed in a thickness of 25 μm or smaller, preferably 17 μm whereby a discharge resistance becomes small. A heating resistor is formed to have a relatively small area of 25×25 μm whereby a discharge energy becomes 1 μJ. A ratio of the thickness of the orifice plate and an inner diameter of a discharge nozzle (orifice plate thickness/discharge nozzle inner diameter) is variously changed by variously changing a diameter of the discharge nozzle. Whether a printing quality is good or not is judged through visual measurement. Given that an allowable range of an aspect ratio is from an evaluation level '5' when a landing dot having almost proper diameter and position as a printing dot is obtained to an evaluation level '4' when the position of the landing dot in one-dot range becomes irregular, a proper aspect ratio is 0.75-1.3. The diameter of the discharge nozzle can be set on the basis of the proper aspect ratio.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、必要なドット着弾
径を形成することができるインク滴を可及的に少ないエ
ネルギーで吐出することのできるサーマルインクジェッ
トプリンタヘッドに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a thermal ink jet printer head capable of ejecting ink droplets capable of forming a required dot landing diameter with as little energy as possible.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、インクジェット方式のプリンタが
広く用いられている。このインクジェット方式によるプ
リンタには、気泡の発生による圧力でインク滴を飛ばす
サーマルジェット方式や、ピエゾ抵抗素子(圧電素子)
の変形による圧力でインク滴を飛ばすピエゾ方式等があ
る。
2. Description of the Related Art In recent years, ink jet printers have been widely used. This inkjet printer uses a thermal jet method in which ink droplets are ejected by pressure generated by air bubbles, or a piezoresistive element (piezoelectric element).
There is a piezo method in which ink droplets are ejected by the pressure due to the deformation of the ink.

【0003】これらは、色材たるインクをインク滴にし
て直接記録紙に向かって吐出するという工程により、粉
末状の印材であるトナーを用いる電子写真方式と比較し
た場合、印字エネルギーが低くて済み、インクの混合に
よってカラー化が容易であり、印字ドットを小さくでき
るので高画質であり、印字に使用されるインクの量に無
駄が無くコストパフォーマンスに優れており、このため
特にパーソナル用プリンタとして広く用いられている印
字方式である。
[0003] In these methods, a process in which ink as a color material is formed into ink droplets and directly ejected toward recording paper requires a lower printing energy as compared with an electrophotographic system using a toner as a powdery printing material. It is easy to colorize by mixing ink, and it is possible to reduce the size of printing dots, so that high image quality is achieved, the amount of ink used for printing is not wasted, and cost performance is excellent. This is the printing method used.

【0004】上記のサーマルジェット方式には、インク
滴の吐出方向により二通りの構成がある。すなわち、発
熱抵抗体の発熱面に平行な方向へ吐出する構成のもの
と、発熱抵抗体の発熱面に垂直な方向に吐出する構成の
ものとがある。
There are two types of the above-mentioned thermal jet system depending on the direction of ink droplet ejection. That is, there is a configuration that discharges in a direction parallel to the heating surface of the heating resistor, and a configuration that discharges in a direction perpendicular to the heating surface of the heating resistor.

【0005】図4(a),(b),(c) は、発熱抵抗体の発熱面
に垂直な方向へ吐出する構成であるトップシュータ型
(ルーフシュータ型ともいう)のサーマルインクジェッ
トプリンタヘッドの構成とその動作を模式的に示す側断
面図である。同図(a) に示すように、このサーマルイン
クジェットプリンタヘッド1は、シリコン基板2の上
に、発熱抵抗体3が形成されている。そして、不図示の
隔壁の上にオリフィス板4が積層されており、これによ
り隔壁の厚さに対応する高さのインク流路5が形成され
ている。
FIGS. 4 (a), 4 (b) and 4 (c) show a top shooter type (also referred to as a roof shooter type) thermal ink jet printer head which discharges in a direction perpendicular to the heat generating surface of a heat generating resistor. It is a sectional side view which shows a structure and its operation | movement typically. As shown in FIG. 1A, the thermal ink jet printer head 1 has a heating resistor 3 formed on a silicon substrate 2. An orifice plate 4 is laminated on a partition (not shown), thereby forming an ink flow path 5 having a height corresponding to the thickness of the partition.

【0006】また、オリフィス板4の上記発熱抵抗体3
に対向する位置には、インクを吐出するための吐出ノズ
ル6が穿設されている。発熱抵抗体3は不図示の電極に
接続されており、発熱抵抗体3と吐出ノズル6との対向
部には、インク流路5を介してインクが常時供給され、
発熱抵抗体3の駆動待機時には、インク7が吐出ノズル
6の出口部でメニスカスを形成している。
The heating resistor 3 of the orifice plate 4
A discharge nozzle 6 for discharging ink is bored at a position facing. The heating resistor 3 is connected to an electrode (not shown), and ink is constantly supplied to an opposing portion between the heating resistor 3 and the discharge nozzle 6 via the ink flow path 5.
When the heating resistor 3 is on standby, the ink 7 forms a meniscus at the outlet of the discharge nozzle 6.

【0007】そして、不図示の電極を介して発熱抵抗体
3への画像情報に応じた通電により発熱抵抗体3が発熱
すると、発熱抵抗体3とインク7との界面に核気泡を発
生させ、この核気泡が合体して、同図(b) に示すよう
に、膜気泡8となって成長し、周囲のインク7を押し遣
り、これにより、吐出ノズル6からインク7′が押し出
され、この押し出されたインク7′は、同図(c) に示す
ように、インク滴7″となって、吐出ノズル6から不図
示の用紙面に向けて吐出される。
When the heating resistor 3 generates heat by energizing the heating resistor 3 via an electrode (not shown) in accordance with image information, nuclear bubbles are generated at the interface between the heating resistor 3 and the ink 7, As shown in FIG. 3 (b), the nuclear bubbles coalesce and grow as film bubbles 8, which push the surrounding ink 7, whereby the ink 7 'is pushed out from the discharge nozzle 6, and The extruded ink 7 'is formed as an ink droplet 7 "as shown in FIG. 4C, and is discharged from the discharge nozzle 6 toward a sheet surface (not shown).

【0008】この後、上記の膜気泡が収縮して消滅し、
同図(a) に示すように次の発熱抵抗体3の加熱が待機さ
れる。この同図(a),(b),(c),(a) と繰り返される一連の
工程は、数十マイクロ秒という極めて短い時間で行われ
る。
After that, the above-mentioned film bubbles shrink and disappear,
As shown in FIG. 7A, the next heating of the heating resistor 3 is on standby. A series of steps repeated as shown in FIGS. 5A, 5B, 5C, and 5A is performed in a very short time of several tens of microseconds.

【0009】上記のインク滴7″の吐出量や吐出速度
は、発熱抵抗体3の形状、オリフィス板4の厚さ、同図
(a),(b),(c) には図示を省略した隔壁の形状、吐出ノズ
ル6の形状等によって顕著な影響を受ける。換言すれ
ば、上記各部の構成は、吐出によって形成される印字画
像の品質に大きな影響を与える。
The discharge amount and discharge speed of the ink droplet 7 ″ are determined by the shape of the heating resistor 3, the thickness of the orifice plate 4,
(a), (b) and (c) are significantly affected by the shape of the partition not shown, the shape of the discharge nozzle 6, and the like. In other words, the configuration of each section greatly affects the quality of a printed image formed by ejection.

【0010】[0010]

【発明が解決しようとする課題】ところで、一般に、イ
ンクジェットプリンタにおいては、所望の画像品質を得
るためには、ドットピッチ×√2の着弾径が必要とされ
る。つまり紙面に着弾した隣接する印字ドットと印字ド
ットが夫々端部で重なるように、吐出ノズル6の径より
もインク滴7″の着弾径が広がるようでなければならな
い。
In general, an ink jet printer requires a landing diameter of dot pitch × √2 in order to obtain a desired image quality. That is, the landing diameter of the ink droplet 7 ″ must be larger than the diameter of the ejection nozzle 6 so that the adjacent printing dots landed on the paper surface and the printing dots overlap each other at the ends.

【0011】そして、このようなインク滴7″の着弾径
は、上述したように発熱抵抗体3の形状、隔壁の形状、
その隔壁の高さ、及び吐出ノズル6の形状等種々の要因
の影響を受けるが、中でも特に、インク滴を吐出する吐
出ノズル6の形状、つまり吐出ノズル6のノズル径及び
ノズル長さに大きく依存する。
The impact diameter of the ink droplet 7 ″ depends on the shape of the heating resistor 3, the shape of the partition wall,
It is affected by various factors such as the height of the partition wall and the shape of the discharge nozzle 6, and particularly depends on the shape of the discharge nozzle 6 for discharging ink droplets, that is, the nozzle diameter and the nozzle length of the discharge nozzle 6. I do.

【0012】一方、発熱抵抗体3の発熱によるインク滴
7″を吐出するエネルギー効率の点から見て、流体抵抗
が極力小さくなるように、吐出ノズル6の長さは短い、
つまりオリフィス板4の厚さは薄い方が望ましい。しか
し、その場合、吐出ノズル6のノズル径を適切に設定し
ないと、上述したインク滴7″の必要な着弾径が得られ
ないという問題を生ずる。
On the other hand, the length of the discharge nozzle 6 is short so that the fluid resistance is as small as possible in view of the energy efficiency of discharging the ink droplet 7 ″ due to the heat generated by the heat generating resistor 3.
That is, it is desirable that the thickness of the orifice plate 4 be thin. However, in this case, unless the nozzle diameter of the discharge nozzle 6 is appropriately set, a problem arises in that the required landing diameter of the ink droplet 7 ″ cannot be obtained.

【0013】本発明の課題は、上記従来の実情に鑑み、
必要なドット着弾径を形成することができるインク滴を
可及的に少ないエネルギーで吐出することのできるサー
マルインクジェットプリンタヘッドを提供することであ
る。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above-mentioned conventional circumstances,
An object of the present invention is to provide a thermal ink jet printer head capable of discharging ink droplets capable of forming a required dot landing diameter with as little energy as possible.

【0014】[0014]

【課題を解決するための手段】以下に、本発明に係わる
サーマルインクジェットプリンタヘッドの構成を述べ
る。
The construction of the thermal ink jet printer head according to the present invention will be described below.

【0015】本発明のサーマルインクジェットプリンタ
ヘッドは、気泡を発生させてインクに圧力を作用させる
べく基板上に所定の間隔で並設された複数の発熱素子
と、該発熱素子の配設領域に上記インクを供給する流路
を個々の上記発熱素子毎に対応させて区画形成すべく上
記基板上に立設された隔壁と、圧力を受けた上記インク
を所定方向に吐出させるべく上記発熱素子に対向して設
けられた複数の吐出ノズルと、を有するインクジェット
プリンタヘッドであって、上記吐出ノズルの上記インク
を吐出する方向のノズル長さLが25μm以下であり、
該ノズル長さLとノズル横断面の内径Dとのアスペクト
比「L/D」が0.75〜1.3であるように構成され
る。
The thermal ink jet printer head according to the present invention has a plurality of heating elements arranged in parallel at a predetermined interval on a substrate so as to generate air bubbles to exert a pressure on the ink, and the above-mentioned heating element is provided in a region where the heating elements are arranged. A partition wall provided on the substrate for forming a flow path for supplying ink corresponding to each of the heating elements, and facing the heating element for discharging the pressured ink in a predetermined direction. And a plurality of ejection nozzles provided in the ink jet printer head, wherein the nozzle length L of the ejection nozzle in the direction of ejecting the ink is 25 μm or less,
The aspect ratio “L / D” between the nozzle length L and the inner diameter D of the nozzle cross section is configured to be 0.75 to 1.3.

【0016】そして、例えば請求項2記載のように、上
記吐出ノズルのノズル横断面は、上記発熱素子へ投影し
たときの投影図形が上記発熱素子の面積内に収まること
が好ましい。また、例えば請求項3記載のように、上記
発熱素子の面積は、正方形をなし、上記吐出ノズルは、
円筒形をなしていることが好ましい。また、例えば請求
項4記載のように、上記発熱素子は、1インチにつき6
00個の密度で配置され、上記隔壁は、高さが10μm
以下であることが好ましい。
[0016] For example, in the nozzle cross section of the discharge nozzle, it is preferable that a projected figure projected onto the heating element falls within an area of the heating element. Further, for example, as described in claim 3, the area of the heating element is square, and the discharge nozzle is
Preferably, it is cylindrical. Further, for example, as described in claim 4, the heating element has a size of 6 per inch.
Arranged at a density of 00, and the partition walls have a height of 10 μm.
The following is preferred.

【0017】[0017]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照しながら説明する。図1(a),(b),(c) は、一実施
の形態におけるサーマルインクジェットプリンタヘッド
の構成を模式的に示しており、同図(a) は平面図、同図
(b) は同図(a) のA−A′断面拡大図、同図(c) は同図
(a) のサーマルインクジェットプリンタヘッドの内部の
主要部をオリフィス板を省略して示す拡大図である。
尚、同図(c)には、オリフィス板に形成された吐出ノズ
ルを、発熱抵抗体との位置関係が分かるように、破線で
示している。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIGS. 1A, 1B, and 1C schematically show a configuration of a thermal ink jet printer head according to an embodiment. FIG. 1A is a plan view and FIG.
(b) is an enlarged cross-sectional view taken along the line AA 'in FIG. (a), and FIG.
FIG. 2A is an enlarged view showing a main part inside the thermal ink jet printer head without an orifice plate.
In FIG. 3C, the ejection nozzles formed on the orifice plate are shown by broken lines so that the positional relationship with the heating resistors can be understood.

【0018】同図(a),(b),(c) に示すサーマルインクジ
ェットプリンタヘッド10は、シリコン基板11の上
に、発熱抵抗体12が複数個並設されており、その発熱
抵抗体12の三方を取り囲んで隔壁13(シール隔壁1
3−1と区画隔壁13−2)が積層されている。これら
シール隔壁13−1と区画隔壁13−2の上に更にオリ
フィス板14が積層されて、これにより上記シール隔壁
13−1及び区画隔壁13−2の厚さに対応する高さの
共通インク流路15と個別インク流路16が形成されて
いる。
In the thermal ink jet printer head 10 shown in FIGS. 1A, 1B and 1C, a plurality of heating resistors 12 are arranged on a silicon substrate 11 and the heating resistors 12 are arranged in parallel. Partition wall 13 (seal partition wall 1)
3-1 and the partition 13-2) are stacked. An orifice plate 14 is further laminated on the seal partition 13-1 and the partition 13-2, whereby a common ink flow having a height corresponding to the thickness of the seal partition 13-1 and the partition 13-2 is formed. A passage 15 and an individual ink passage 16 are formed.

【0019】このオリフィス板14の上記発熱抵抗体1
2に対向する位置には、インクを吐出する吐出ノズル1
7が穿設されている。各発熱抵抗体12にはその両端に
不図示の一対の電極が接続されており、発熱抵抗体12
が夫々設けられている個別インク流路16には共通イン
ク流路15を介して、同図(b) の矢印Bで示すように、
インクが常時供給され、そのインクが発熱抵抗体12の
発熱により微細なインク滴となって、同図(b) の矢印C
で示すように、不図示の用紙面に向けて吐出される。
The heating resistor 1 of the orifice plate 14
2 is located at a position facing the discharge nozzle 1 for discharging ink.
7 are drilled. Each heating resistor 12 has a pair of electrodes (not shown) connected to both ends thereof.
Are provided through the common ink flow path 15 to the individual ink flow paths 16 provided respectively as shown by the arrow B in FIG.
The ink is constantly supplied, and the ink is turned into fine ink droplets by the heat generated by the heat generating resistor 12, and is indicated by an arrow C in FIG.
As shown by, the ink is ejected toward the paper surface (not shown).

【0020】この形式におけるサーマルインクジェット
プリンタヘッドの製法としては、シリコンLSI形成技
術と薄膜形成技術を用いて、複数の発熱抵抗体と個々の
駆動回路とオリフィスとを一括してモノリシックに形成
する方法がある。その方法により例えば解像度が600
dpi(ドット/インチ)のサーマルインクジェットプ
リンタヘッドを作成する場合であれば、例えば15mm
の幅のチップ基板に、300個の発熱抵抗体12とこれ
らを個々に駆動する駆動回路と300個の吐出ノズル1
7が、42.3μmの配設ピッチで形成される。
As a method of manufacturing a thermal ink jet printer head of this type, there is a method in which a plurality of heating resistors, individual driving circuits, and orifices are collectively formed monolithically using a silicon LSI forming technique and a thin film forming technique. is there. According to the method, for example, a resolution of 600
In the case of creating a thermal ink jet printer head of dpi (dot / inch), for example, 15 mm
300 heating resistors 12, a driving circuit for individually driving these heating resistors 12, and 300 ejection nozzles 1
7 are formed at an arrangement pitch of 42.3 μm.

【0021】尚、発熱抵抗体12の発熱によるインクの
吐出は、区画隔壁13−2を設けることによって隣接す
る発熱抵抗体12と発熱抵抗体12間での影響を受け難
いように構成されている。これら区画隔壁13−2の幅
aについては、製造上あまり小さくする事は難しく、例
えば区画隔壁13−2の高さを10μmとすると、その
幅aとしては、現在の技術ではおよそ13μm程度の幅
が必要とされる。
The ink discharge due to the heat generated by the heat generating resistor 12 is configured so that the partition wall 13-2 is provided so that the ink is hardly influenced by the adjacent heat generating resistor 12 and the heat generating resistor 12. . It is difficult to make the width a of these partition walls 13-2 too small in manufacturing. For example, when the height of the partition wall 13-2 is 10 μm, the width a is about 13 μm in the current technology. Is required.

【0022】本例においても、シール隔壁13−1及び
区画隔壁13−2の厚さ(高さ)は10μmに設定して
いる。また、エネルギー効率の点から、オリフィス板1
4の厚さを17μmに設定しており、通常のオリフィス
板の厚さ35〜40μmの厚さに比較して極めて薄く形
成してある。
Also in this example, the thickness (height) of the seal partition 13-1 and the partition 13-2 is set to 10 μm. Also, from the point of energy efficiency, the orifice plate 1
The thickness of No. 4 is set to 17 μm, which is extremely thin as compared with a normal orifice plate having a thickness of 35 to 40 μm.

【0023】図2(a) は、上述した本例のサーマルイン
クジェットプリンタヘッド10により形成された印字画
像の目測による画質の程度を2例示す図であり、同図
(b) は、それら2例のインク滴の吐出速度の測定結果を
示す図である。
FIG. 2A is a diagram showing two examples of the degree of image quality by visual measurement of a print image formed by the thermal ink jet printer head 10 of this embodiment described above.
(b) is a diagram showing the measurement results of the ejection speed of the ink droplets in these two examples.

【0024】同図(a) は、横軸にオリフィス板14の厚
さを吐出ノズル17の直径で除した値、すなわち、オリ
フィス板厚と吐出ノズル径のアスペクト比(以下、単に
アスペクト比という)を0.4から1.6まで示してお
り、縦軸に印字画像の目測による画質の程度を示してい
る。本例では、オリフィス板17の厚さは上述したよう
に17μmに固定しているので、ここに示すアスペクト
比の変化は、実質的に吐出ノズル17の直径を変えて得
たものである。
FIG. 3A shows the value obtained by dividing the thickness of the orifice plate 14 by the diameter of the discharge nozzle 17 on the horizontal axis, that is, the aspect ratio between the orifice plate thickness and the discharge nozzle diameter (hereinafter simply referred to as the aspect ratio). From 0.4 to 1.6, and the vertical axis indicates the degree of image quality by visual measurement of the printed image. In this example, since the thickness of the orifice plate 17 is fixed to 17 μm as described above, the change in the aspect ratio shown here is obtained by substantially changing the diameter of the discharge nozzle 17.

【0025】同図(a) において、特性曲線bは発熱抵抗
体12のサイズ(面積)が25×25μmの場合のアス
ペクト比の変化に対応する画質の程度を示し、特性曲線
cは発熱抵抗体12のサイズ(面積)が30×25μm
の場合のアスペクト比の変化に対応する画質の程度を示
している。
In FIG. 2A, a characteristic curve b indicates a degree of image quality corresponding to a change in aspect ratio when the size (area) of the heating resistor 12 is 25 × 25 μm, and a characteristic curve c indicates a heating resistor. The size (area) of 12 is 30 × 25 μm
5 shows the degree of image quality corresponding to the change in the aspect ratio.

【0026】尚、図1(c) に示した発熱抵抗体12と区
画隔壁13−2との間には,発熱抵抗体12が直接区画
隔壁13−2に接触しないように所定のマージンが必要
である。そして、発熱抵抗体12の配設ピッチが上述し
たように42.3μmであり、区画隔壁13−2の幅a
が13μmであるから、発熱抵抗体12の幅、つまり、
その並設方向である図1(c) のX方向の幅dは、42.
3μmから13μmを引いた値29.3μmから更に上
記のマージンを引いた寸法以下で形成されなければなら
ない。したがって、図2(a) の特性曲線cの発熱抵抗体
12の寸法30×25μmの30μmは、図1(c) のY
方向の幅eである。
A predetermined margin is required between the heating resistor 12 and the partition 13-2 shown in FIG. 1C so that the heating resistor 12 does not directly contact the partition 13-2. It is. The arrangement pitch of the heating resistors 12 is 42.3 μm as described above, and the width a of the partition wall 13-2 is
Is 13 μm, the width of the heating resistor 12, that is,
The width d in the X direction of FIG.
It must be formed with a size smaller than the value obtained by subtracting the above margin from the value obtained by subtracting 13 μm from 3 μm, ie, 29.3 μm. Accordingly, 30 μm of the dimension 30 × 25 μm of the heating resistor 12 in the characteristic curve c of FIG. 2A corresponds to Y in FIG.
Direction width e.

【0027】また、画質を目測で評価する基準として
は、印字ドットとしてその径及び位置が略適正である着
弾ドットが得られたことが観察されたときは「5」、1
ドット範囲内の着弾ドット位置の乱れが観察されたとき
は「4」、1ドット範囲以上にわたる着弾位置の乱れが
観察されたときは「3」、着弾画像が何とか認識できる
程度の画像のときは「2」、そして、インク滴が吐出で
きただけという場合は「1」と、5段階の評価レベルを
設定した。
The criteria for visually evaluating the image quality are “5” and “1” when it is observed that landing dots whose diameters and positions are substantially appropriate as printing dots are obtained.
"4" when disturbance of the landing dot position within the dot range is observed, "3" when disturbance of the landing position over one dot range is observed, and "3" when the landing image is somehow recognizable. Five evaluation levels were set, "2", and "1" when only ink droplets could be ejected.

【0028】実測によればアスペクト比が大きくなる
と、吐出されるインク滴の量が順次減少する。換言すれ
ば、吐出ノズル17の長さに比較して径が小さくなると
吐出されるインク滴の量が少なくなる。そして、その印
字画像を目測したところによれば、評価レベルが「4」
以上となるのは、アスペクト比が0.8以上のときであ
る。そして、発熱抵抗体12のサイズが上記の25×2
5μm又は30×25μmのいずれの場合も、アスペク
ト比1.3近傍で、評価レベルが「4」を下回るように
なる。
According to actual measurements, as the aspect ratio increases, the amount of ink droplets to be ejected gradually decreases. In other words, if the diameter is smaller than the length of the ejection nozzle 17, the amount of the ejected ink droplet is smaller. Then, when the printed image was visually measured, the evaluation level was “4”.
This is when the aspect ratio is 0.8 or more. The size of the heating resistor 12 is 25 × 2 as described above.
In either case of 5 μm or 30 × 25 μm, the evaluation level becomes lower than “4” near the aspect ratio of 1.3.

【0029】一方、図2(b) に示すインク滴の吐出速度
の測定結果を示す特性図は、横軸に同図(a) と同様にア
スペクト比を0.4から1.6まで示し、縦軸にインク
滴の吐出速度を示している。同図(b) に示すように、発
熱抵抗体12のサイズが25×25μmの場合の特性曲
線f及び発熱抵抗体12のサイズが30×25μmの場
合の特性曲線gは、いずれもアスペクト比が大きくなる
ほどインク滴の吐出速度が上昇し、アスペクト比が1.
2近傍で略平衡点に達することを示している。
On the other hand, in the characteristic diagram showing the measurement results of the ink droplet ejection speed shown in FIG. 2B, the horizontal axis shows the aspect ratio from 0.4 to 1.6 similarly to FIG. The vertical axis indicates the ink droplet ejection speed. As shown in FIG. 2B, the characteristic curve f when the size of the heating resistor 12 is 25 × 25 μm and the characteristic curve g when the size of the heating resistor 12 is 30 × 25 μm have the aspect ratios. As the size increases, the ejection speed of the ink drops increases, and the aspect ratio becomes 1.
It shows that the equilibrium point is almost reached near 2.

【0030】上記の図2(a) の特性図に示される或る点
をピークにしてそれ以上アスペクト比を上げていくとか
えって画質が落ちる現象は、次のように考えられる。す
なわち本来は発熱抵抗体12の発熱により発生した膜気
泡の全体積分がインク滴として吐出できるはずである
が、実際には、吐出ノズル17からインク滴が吐出され
るには吐出抵抗があるため、膜気泡の全体積分のインク
滴が吐出ノズル17から吐出される訳ではなく、一部は
共通インク流路15側に押し戻されてしまうことに起因
すると考えられる。
The phenomenon that the image quality is lowered when the aspect ratio is further increased after peaking at a certain point shown in the characteristic diagram of FIG. 2A is considered as follows. In other words, the entire integral of the film bubbles generated by the heat generated by the heat generating resistor 12 should be able to be ejected as ink droplets. However, in actuality, since the ink droplets are ejected from the ejection nozzle 17, there is ejection resistance. It is considered that the ink droplet of the total integral of the film bubble is not ejected from the ejection nozzle 17, but a part thereof is pushed back to the common ink channel 15 side.

【0031】つまり、発熱抵抗体12の面積が不変で、
隔壁13の高さも不変であれば、膜気泡の生成条件は同
一であり、膜気泡の全体積分の圧力がインクに加わる
が、吐出ノズル17の径が小さければ小さいほど(アス
ペクト比が大きいほど)、吐出ノズル17から吐出され
るインク滴の吐出抵抗が大きくなって吐出されるインク
滴が小さくなる(量が少なくなる)からであると考えら
れる。
That is, the area of the heating resistor 12 is invariable,
If the height of the partition wall 13 is not changed, the conditions for generating the film bubble are the same, and the pressure of the total integral of the film bubble is applied to the ink. However, the smaller the diameter of the discharge nozzle 17 (the larger the aspect ratio). It is considered that this is because the ejection resistance of the ink droplets ejected from the ejection nozzle 17 increases, and the ejected ink droplets decrease (the amount decreases).

【0032】一方、図2(b) の特性図は、吐出されたイ
ンク滴が吐出抵抗が大きいところを通過してきたものほ
ど吐出速度が速くなることを示しているが、この現象
は、水道につないだホースの先端を指で摘まんで細くす
ると放出される水の勢いが良くなるのと同じ原理である
と考えられる。
On the other hand, the characteristic diagram of FIG. 2 (b) shows that the ejection speed increases as the ejected ink droplet passes through a place where the ejection resistance is large. It is thought that the same principle can be used as if the tip of the connected hose was pinched with a finger and made thinner, the momentum of the released water improved.

【0033】そして、結果として、上述したように、2
5×25μmの発熱抵抗体の場合及び30×25μmの
発熱抵抗体の場合のいずれも同じような傾向を示し、ア
スペクト比が大きくなると共に吐出速度が上昇するもの
の、画像の着弾ドットでは或る点をピークとして品質が
悪化し、総合すれば、アスペクト比が「1.0」の近傍
で画質として良好な結果を示すことになる。
As a result, as described above, 2
Both the case of the heating resistor of 5 × 25 μm and the case of the heating resistor of 30 × 25 μm show a similar tendency, and although the aspect ratio increases and the ejection speed increases, there is a certain point in the landing dots of the image. , The quality is degraded with the peak as a peak, and the overall image quality is good when the aspect ratio is near “1.0”.

【0034】ところで、インク滴の吐出に必要なエネル
ギーは、発熱抵抗体12の表面積に比例する。例えば、
図2(a) の特性曲線bに示す25×25μmの発熱抵抗
体12では約1μJで印字可能となった。一方、同図
(b) の特性曲線cで示す30×25μmの発熱抵抗体1
2では約1.4μJのエネルギーが必要になってくる。
したがって、省エネルギーの観点からは、本例の600
dpiのサーマルインクジェットプリンタヘッド10で
は、25×25μmの発熱抵抗体12が適当であるとい
うことができる。
The energy required for discharging the ink droplet is proportional to the surface area of the heating resistor 12. For example,
With the heating resistor 12 of 25 × 25 μm indicated by the characteristic curve b in FIG. 2A, printing was possible at about 1 μJ. Meanwhile, the same figure
(b) Heating resistor 1 of 30 × 25 μm indicated by characteristic curve c
In the case of 2, about 1.4 μJ of energy is required.
Therefore, from the viewpoint of energy saving, 600
In the thermal ink jet printer head 10 of dpi, it can be said that the heating resistor 12 of 25 × 25 μm is appropriate.

【0035】上記の図2(a) の特性曲線bに示す25×
25μmの発熱抵抗体12の場合に評価レベル「4」を
超えるのは、アスペクト比が「0.81」、つまり、2
5×25μmの発熱抵抗体12に対して吐出ノズル17
のノズル径が21μmφのときである。このとき、着弾
ドットの径として60μmφが得られたことが、実験で
確認されている。なお、この場合、図1(c) に示す区画
隔壁13−2の共通インク流路16側に伸び出して形成
される長さhは、35μmであった。
The 25 × curve shown in the characteristic curve b of FIG.
In the case of the heating resistor 12 of 25 μm, the reason why the evaluation level exceeds “4” is that the aspect ratio is “0.81”, that is, 2
The discharge nozzle 17 is provided for the heating resistor 12 of 5 × 25 μm.
Is when the nozzle diameter is 21 μmφ. At this time, it has been experimentally confirmed that a diameter of the landing dot of 60 μmφ was obtained. In this case, the length h formed so as to extend toward the common ink flow path 16 side of the partition wall 13-2 shown in FIG. 1C was 35 μm.

【0036】つまり、600dpiの良好な印字画像に
必要な着弾径である60μmφ(42.3μm×√2)
の着弾ドットを得るには、サーマルインクジェットプリ
ンタヘッド10の構成要件として、例えば、発熱抵抗体
の面積を25×25μm、隔壁の高さを10μm、区画
隔壁の幅を13μm、吐出ノズルのノズル径を21μm
φ、ノズル長さ(オリフィス板の厚さ)を17μm、に
夫々設定すれば良い。
That is, 60 μmφ (42.3 μm × √2), which is the landing diameter required for a good print image of 600 dpi.
In order to obtain the landing dots, the thermal inkjet printer head 10 requires, for example, a heating resistor area of 25 × 25 μm, a partition height of 10 μm, a partition partition width of 13 μm, and a discharge nozzle nozzle diameter. 21 μm
φ and the nozzle length (the thickness of the orifice plate) may be set to 17 μm.

【0037】また、オリフィス板14を厚くしていった
場合でも、画像品質は図2(a) と同様に略アスペクト比
「1」をピークとした山形の特性を描くことが判明して
いる。例えばオリフィス板14の厚さが31μmのもの
を用いて上記同様の実験を行ってみると、熱抵抗体12
が25×25μmでアスペクト比が「1」のもので一番
よい画像が得られる。ところが、画像の絶対品質が低下
してしまい、画質の評価レベルは「3」〜「4」の間と
なる。これは、オリフィス板の厚さが31μmと厚くな
っているためインク滴の吐出抵抗が大きくて吐出エネル
ギー不足となり、吐出に悪影響を与えているためである
と考えられる。
Further, it has been found that even when the orifice plate 14 is made thicker, the image quality draws a mountain-like characteristic having a peak of substantially the aspect ratio "1" as in FIG. 2 (a). For example, when an experiment similar to the above is performed using an orifice plate 14 having a thickness of 31 μm, the thermal resistance 12
Is 25 × 25 μm and the aspect ratio is “1”, the best image can be obtained. However, the absolute quality of the image is reduced, and the evaluation level of the image quality is between “3” and “4”. It is considered that this is because the orifice plate is as thick as 31 μm, so that the ejection resistance of the ink droplet is large, the ejection energy is insufficient, and the ejection is adversely affected.

【0038】ここで、図2(a) に示す画像の評価レベル
が「4」以上を良質画質の許容範囲であるとすると、以
上の測定結果から、本実施形態では上記の実験で用いた
オリフイス板14の厚さ17μmと31μmの略中間の
厚さ、つまり厚さ25μmのオリフィス板で所望の許容
範囲の画像が得られると予測され、このことは実験によ
っても確認されている。すなわち、オリフィス板の厚さ
17μmでは既に極めて良好な結果が得られているの
で、オリフィス板の適正な厚さは25μm以下というこ
とになる。
Here, assuming that the evaluation level of the image shown in FIG. 2 (a) is "4" or more, which is within the allowable range of high quality image quality, from the above measurement results, in this embodiment, the orifice used in the above experiment is used. It is expected that an orifice plate having a thickness approximately halfway between the thicknesses of the plate 14 of 17 μm and 31 μm, that is, a thickness of 25 μm will provide an image in a desired allowable range, and this has been confirmed by experiments. That is, since an extremely good result has already been obtained when the thickness of the orifice plate is 17 μm, the appropriate thickness of the orifice plate is 25 μm or less.

【0039】また、他方では、良好な画像を得る為に
は、図2(a) の特性図から、許容範囲位のアスペクト比
として下限「0.75」と、上限「1.3」が得られて
いる。したがって、結局、良好な画像を得るためには、
オリフィス板14の厚さを25μm以下とし、このオリ
フィス板14の厚さに対して、アスペクト比で「0.7
5〜1.3」となるように、吐出ノズル17のノズル径
を設定すると良いことが判明する。
On the other hand, in order to obtain a good image, the lower limit of “0.75” and the upper limit of “1.3” are obtained from the characteristic diagram of FIG. Have been. Therefore, in order to get a good image,
The thickness of the orifice plate 14 is set to 25 μm or less.
It turns out that it is better to set the nozzle diameter of the discharge nozzle 17 so as to be "5 to 1.3".

【0040】以上のように、上述した実施形態では、ア
スペクト比が「1」の近傍で最良の画像が得られる場合
の発熱抵抗体の大きさは25×25μm又は30×25
μmの場合である。また、この場合、良好な画像を形成
する吐出ノズルのノズル径が25μm以下であることも
判明している。これを換言すれば、吐出ノズルのノズル
径、つまりノズル横断面の発熱抵抗体への投影図形が発
熱抵抗体のサイズ内に収まることを意味している。
As described above, in the above-described embodiment, the size of the heating resistor when the best image is obtained near the aspect ratio of “1” is 25 × 25 μm or 30 × 25.
μm. Also, in this case, it has been found that the nozzle diameter of the discharge nozzle that forms a good image is 25 μm or less. In other words, this means that the nozzle diameter of the discharge nozzle, that is, the projected figure on the heating resistor in the cross section of the nozzle falls within the size of the heating resistor.

【0041】すなわち、発熱抵抗体の面積を正方形と
し、吐出ノズルの横断面を真円とすれば、図1(c) に示
したように、吐出ノズル17のノズル径が丁度発熱抵抗
体12内に収まる形状が、吐出ノズルの適正な形状であ
るということができる。
That is, assuming that the area of the heating resistor is square and the cross section of the discharge nozzle is a perfect circle, the nozzle diameter of the discharge nozzle 17 is just inside the heating resistor 12 as shown in FIG. Can be said to be a proper shape of the discharge nozzle.

【0042】なお、上述した実施形態では吐出ノズルの
横断面が真円であるが、真円以外の場合にも、本発明を
適用可能であることは本願発明者が実験により確認して
いる。その場合、吐出ノズルのアスペクト比を決めるノ
ズル径Dを図3(a) 〜(f) に示すように最大内径DL と
最小内径DS の平均値とした。
In the above-described embodiment, the cross section of the discharge nozzle is a perfect circle. However, the present inventor has confirmed by experiments that the present invention is applicable to a case other than a perfect circle. In this case, the nozzle diameter D that determines the aspect ratio of the discharge nozzle was an average value of the maximum inner diameter DL and the minimum inner diameter DS as shown in FIGS. 3 (a) to 3 (f).

【0043】同図(a),(b) は楕円の横断面、同図(c) は
長方形の横断面を示しており、長軸を最大内径DL 、短
軸を最小内径DS で示している。この場合、アスペクト
比Dは、D=(DL +DS )/2となる。
FIGS. 6A and 6B show an elliptical cross section, and FIG. 6C shows a rectangular cross section. The long axis is indicated by the maximum inner diameter DL, and the short axis is indicated by the minimum inner diameter DS. . In this case, the aspect ratio D is D = (DL + DS) / 2.

【0044】また、同図(d) は、二等辺三角形の横断面
の例を示しているが、この場合の最大内径DL 及び最小
内径DS は、それぞれ各頂点から対向する辺に立てた垂
線の長さの最大のものと最小のものとした。同図(e) は
変形した五角形の横断面の例を示しているが、この場合
も同様である。なお、これら5種類の吐出ノズルが夫々
図2(a) と同様の特性を示すことが、本願発明者等の実
験により確認されている。
FIG. 4D shows an example of a cross section of an isosceles triangle. In this case, the maximum inner diameter DL and the minimum inner diameter DS are each defined by a perpendicular line extending from each vertex to an opposite side. The maximum and minimum lengths were used. FIG. 11E shows an example of a deformed pentagonal cross section, which is the same in this case. It has been confirmed by experiments conducted by the present inventors that these five types of discharge nozzles each exhibit the same characteristics as those shown in FIG.

【0045】[0045]

【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明によ
れば、オリフィス板の厚さが25μm以下のサーマルイ
ンクジェットプリンタヘッドにおいて、オリフィス板の
厚さと吐出ノズルの内径の比(オリフィス板厚/吐出ノ
ズル内径)を0.75〜1.3に設定することにより、
良好な印字品質の画像をエネルギー効率良く形成するサ
ーマルインクジェットプリンタヘッドを提供することが
可能となる。
As described in detail above, according to the present invention, in a thermal ink jet printer head having an orifice plate thickness of 25 μm or less, the ratio of the orifice plate thickness to the inner diameter of the discharge nozzle (orifice plate thickness / By setting the discharge nozzle inner diameter to 0.75 to 1.3,
It is possible to provide a thermal inkjet printer head that forms an image of good print quality with energy efficiency.

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

【図1】一実施の形態におけるサーマルインクジェット
プリンタヘッドの構成を模式的に示す図であり、(a) は
平面図、(b) は(a) のA−A′断面拡大図、(c) は(a)
のオリフィス板を透視的に示して内部の主要部を示す拡
大図である。
FIGS. 1A and 1B are diagrams schematically showing a configuration of a thermal ink jet printer head according to an embodiment, wherein FIG. 1A is a plan view, FIG. 1B is an enlarged cross-sectional view taken along line AA ′ of FIG. Is (a)
FIG. 3 is an enlarged view showing the orifice plate of FIG.

【図2】(a) は一実施の形態におけるサーマルインクジ
ェットプリンタヘッドにより形成された印字画像の目測
による画質の程度を2例示す図、(b) はそのインク滴の
吐出速度の測定結果を示す図である。
FIGS. 2A and 2B show two examples of the degree of image quality by visual measurement of a print image formed by a thermal inkjet printer head according to an embodiment, and FIG. 2B shows the measurement results of the ejection speed of the ink droplets. FIG.

【図3】(a) 〜(f) は夫々一実施の形態におけるサーマ
ルインクジェットプリンタヘッドの吐出ノズルの横断面
が真円でない場合の例を示す図である。
FIGS. 3A to 3F are diagrams illustrating examples in which the cross section of the discharge nozzle of the thermal inkjet printer head according to the embodiment is not a perfect circle;

【図4】(a),(b),(c) は従来のサーマルインクジェット
プリンタヘッドの構成とその動作を模式的に示す側断面
図である。
FIGS. 4A, 4B, and 4C are side sectional views schematically showing the configuration and operation of a conventional thermal ink jet printer head.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 サーマルインクジェットプリンタヘッド 2 シリコン基板 3 発熱抵抗体 4 オリフィス板 5 インク流路 6 吐出ノズル 7、7′ インク 7″ インク滴 10 サーマルインクジェットプリンタヘッド 11 シリコン基板 12 発熱抵抗体 13 隔壁 13−1 シール隔壁 13−2 区画隔壁 14 オリフィス板 15 共通インク流路 16 個別インク流路 17 吐出ノズル DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Thermal inkjet printer head 2 Silicon substrate 3 Heating resistor 4 Orifice plate 5 Ink channel 6 Discharge nozzle 7, 7 'ink 7 "Ink drop 10 Thermal inkjet printer head 11 Silicon substrate 12 Heating resistor 13 Partition 13-1 Seal partition 13-2 Partition partition 14 Orifice plate 15 Common ink flow path 16 Individual ink flow path 17 Discharge nozzle

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 気泡を発生させてインクに圧力を作用さ
せるべく基板上に所定の間隔で並設された複数の発熱素
子と、該発熱素子の配設領域に前記インクを供給する流
路を個々の前記発熱素子毎に対応させて区画形成すべく
前記基板上に立設された隔壁と、圧力を受けた前記イン
クを所定方向に吐出させるべく前記発熱素子に対向して
設けられた複数の吐出ノズルと、を有するインクジェッ
トプリンタヘッドであって、 前記吐出ノズルの前記インクを吐出する方向のノズル長
さLが25μm以下であり、該ノズル長さLとノズル横
断面の内径Dとのアスペクト比「L/D」が0.75〜
1.3である、 ことを特徴とするサーマルインクジェットプリンタヘッ
ド。
A plurality of heating elements arranged in parallel at a predetermined interval on a substrate to generate air bubbles to apply pressure to the ink; and a flow path for supplying the ink to a region where the heating elements are arranged. A partition wall erected on the substrate to form a partition corresponding to each of the heating elements, and a plurality of partitions provided opposite the heating elements to discharge the ink under pressure in a predetermined direction. An ink jet printer head comprising: a nozzle length L in the direction in which the ink is discharged from the discharge nozzle is 25 μm or less; and an aspect ratio between the nozzle length L and the inner diameter D of the nozzle cross section. "L / D" is 0.75
1.3. A thermal ink jet printer head, characterized in that:
【請求項2】 前記吐出ノズルのノズル横断面は、前記
発熱素子へ投影したときの投影図形が前記発熱素子の面
積内に収まることを特徴とする請求項1記載のサーマル
インクジェットプリンタヘッド。
2. The thermal ink jet printer head according to claim 1, wherein a projected figure projected onto the heating element falls within an area of the heating element in a cross section of the discharge nozzle.
【請求項3】 前記発熱素子の面積は、正方形をなし、
前記吐出ノズルは、円筒形をなしていることを特徴とす
る請求項1又は2記載のサーマルインクジェットプリン
タヘッド。
3. The heating element has a square area.
3. The thermal ink jet printer head according to claim 1, wherein the discharge nozzle has a cylindrical shape.
【請求項4】 前記発熱素子は、1インチにつき600
個の密度で配置され、、前記隔壁は、高さが10μm以
下であることを特徴とする請求項1、2又は3記載のサ
ーマルインクジェットプリンタヘッド。
4. The heating element according to claim 1, wherein the heating element is 600
4. The thermal ink jet printer head according to claim 1, wherein the partition walls are arranged at the same density, and the partition walls have a height of 10 μm or less.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2015027790A (en) * 2013-06-28 2015-02-12 キヤノン株式会社 Liquid discharge head

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