JP2001341309A - Thermal ink jet head - Google Patents

Thermal ink jet head

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JP2001341309A
JP2001341309A JP2000165570A JP2000165570A JP2001341309A JP 2001341309 A JP2001341309 A JP 2001341309A JP 2000165570 A JP2000165570 A JP 2000165570A JP 2000165570 A JP2000165570 A JP 2000165570A JP 2001341309 A JP2001341309 A JP 2001341309A
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JP
Japan
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heater
ink
electrode
concave
nozzle
Prior art date
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Pending
Application number
JP2000165570A
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Japanese (ja)
Inventor
Yoshiaki Koshiro
良章 小城
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Sharp Corp
Original Assignee
Sharp Corp
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Publication date
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  • Particle Formation And Scattering Control In Inkjet Printers (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a thermal ink jet head in which a larger kinetic energy per unit volume can be generated for a micro liquid drop by eliminating uneven heating of a heater. SOLUTION: A heater 16 facing a nozzle 13 has a recessed shape and an upper electrode 17 is connected electrically with the opening of the heater 16 while a lower electrode 18 is connected electrically with the bottom part of the heater 16. The heater 16 is heated by supplying the pair of electrodes with pulsating power and ink, stored in an ink heating chamber 15 through an ink channel 14, is heated by means of the heater 16 and bubbled before being ejected selectively from the nozzle 13.

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、インクを加熱し発
泡させることで吐出させる、サーマルインクジェットヘ
ッドに関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a thermal ink jet head which discharges ink by heating and foaming the ink.

【0002】[0002]

【従来の技術】サーマルインクジェットヘッドは、発熱
抵抗体によりインクを加熱し発泡させることで、インク
内に圧力波を発生させて、ノズルを通してインク液滴を
外部に吐出させる記録ヘッドである。しかしながら、発
熱抵抗体で発生した熱エネルギーが、吐出されるインク
液滴の運動エネルギーに変換される割合は極めて小さ
く、大部分はインクジェットヘッドやインクの温度上昇
およびインク流路への圧力損失に消費される。このこと
は、低消費電力化の妨げとなるに留まらず、加熱冷却の
熱サイクル時間も短縮できなくなり、高速印字の障害と
なっている。
2. Description of the Related Art A thermal ink jet head is a recording head that generates a pressure wave in ink by heating and bubbling the ink with a heating resistor to discharge ink droplets to the outside through nozzles. However, the rate at which the heat energy generated by the heating resistor is converted into the kinetic energy of the ejected ink droplets is extremely small, and most of the heat energy is consumed due to a rise in the temperature of the ink jet head or ink and a pressure loss to the ink passage. Is done. This not only hinders the reduction in power consumption, but also makes it impossible to shorten the heat cycle time of heating and cooling, which is an obstacle to high-speed printing.

【0003】一方、記録の高画質化が急速に進展してき
ており、それに伴って一つのノズルから一度に吐出され
るインク液滴のサイズが益々小さくなってきている。し
かし、インク液滴サイズが3ピコリットルより小さくな
ると、飛翔中に空気の粘性抵抗により減速して曲折され
やすくなり、記録紙上で着弾位置のずれが生じやすくな
る。よって、インク液滴に、より大きな初速を与えなけ
ればならない。
On the other hand, the quality of recording has been rapidly improved, and as a result, the size of ink droplets ejected from one nozzle at a time has become smaller. However, when the ink droplet size is smaller than 3 picoliters, the ink droplets tend to be decelerated during flight due to the viscous resistance of the air and are likely to bend, and the landing positions on the recording paper are likely to shift. Thus, a greater initial velocity must be given to the ink droplets.

【0004】このような理由から、サーマルインクジェ
ットヘッドにおいては、熱効率を改善し、微少液滴に対
して、単位体積あたりにより大きな運動エネルギーを発
生させることが要求されている。
[0004] For these reasons, in thermal ink jet heads, it is required to improve the thermal efficiency and generate a larger kinetic energy per unit volume for fine droplets.

【0005】例えば、特開平6−183001では、吐
出口中心に吐出圧力が集中する様にヒータの形状を凹型
にして、吐出効率を改善することを提案している。
For example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 6-183001 proposes improving the discharge efficiency by making the shape of the heater concave so that the discharge pressure is concentrated at the center of the discharge port.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、特に特
開平6−183001の実施例5にあるように発熱抵抗
体と吐出口が対面して設けられている場合で、両端に一
対の電極を持ちノズルと対向する部分が凹曲面になって
いるヒータでは、図6に示すように、電気的抵抗の小さ
い凹曲面の端部に集中して電流が流れるために、ヒータ
中央部が発熱し難く、ヒータ面全体の発熱を均等に行う
ことができない。このことは、前述した熱効率の改善に
は必ずしも寄与するものとは言えない。また、ヒータ端
部に電流が集中することから、その近傍のヒータや電極
に過大な付加がかかり、それらの寿命を低下させる原因
になりかねない。
However, particularly in the case where the heating resistor and the discharge port are provided facing each other as in the fifth embodiment of JP-A-6-183001, a nozzle having a pair of electrodes at both ends is provided. As shown in FIG. 6, in the heater having the concave surface facing the portion, the current flows intensively at the end of the concave surface having a small electric resistance. Heat generation over the entire surface cannot be performed uniformly. This cannot always be said to contribute to the improvement of the thermal efficiency described above. In addition, since the current is concentrated at the heater end, an excessive load is applied to heaters and electrodes in the vicinity thereof, which may cause a reduction in the life of the heater and the electrodes.

【0007】本発明の目的は、上述したヒータの発熱の
不均等を解消し、微少液滴に対して単位体積当たりによ
り大きな運動エネルギーを生じさせることのできるサー
マルインクジェットヘッドを提供するものである。
An object of the present invention is to provide a thermal ink jet head which can eliminate the above-mentioned uneven heat generation of the heater and can generate a larger kinetic energy per unit volume for minute droplets.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、請求項1記載のサーマルインクジェットヘッド
は、ヒータが開口部と底部を有し凹型形状をなしてお
り、開口部がノズルと対面しており、凹型ヒータの開口
部側が第1の電極と接続され、凹型ヒータの底部が第2
の電極に接続されている。そして、電力供給手段により
第1の電極と第2の電極との間にパルス的に電力を供給
することで、凹型ヒータは発熱し、凹型ヒータの内側に
形成されるインク加熱室に溜まったインクは加熱、発泡
し、ノズルよりインクが選択的に吐出されるようになっ
ている。
According to a first aspect of the present invention, there is provided a thermal ink jet head in which a heater has an opening and a bottom and has a concave shape, and the opening faces a nozzle. The opening side of the concave heater is connected to the first electrode, and the bottom of the concave heater is connected to the second electrode.
Are connected to the electrodes. Then, by supplying power in a pulsed manner between the first electrode and the second electrode by the power supply means, the concave heater generates heat, and the ink accumulated in the ink heating chamber formed inside the concave heater. Are heated and foamed, and ink is selectively ejected from the nozzles.

【0009】請求項2記載のサーマルインクジェットヘ
ッドは、ヒータの開口部と底部とその両部に挟まれる側
部がノズルの中心線に対して回転対称の形状をなし、第
1の電極は凹型ヒータの開口部と接する面がノズルの中
心に対して回転対称の形状をなし、第2の電極は凹型ヒ
ータの底部と接する面がノズルの中心線に対して回転対
称の形状をなしているものを有している。
According to a second aspect of the present invention, there is provided a thermal ink jet head, wherein an opening and a bottom of a heater and a side portion sandwiched between the opening and the bottom are rotationally symmetric with respect to a center line of the nozzle, and the first electrode is a concave heater. The surface in contact with the opening has a rotationally symmetric shape with respect to the center of the nozzle, and the second electrode has a surface in contact with the bottom of the concave heater with a rotationally symmetric shape with respect to the center line of the nozzle. Have.

【0010】請求項3記載のサーマルインクジェットヘ
ッドは、凹型ヒータの底部の一部が、第2の電極と接続
されるようになっている。
[0010] In the thermal ink jet head according to the third aspect, a part of the bottom of the concave heater is connected to the second electrode.

【0011】請求項4記載のサーマルインクジェットヘ
ッドは、凹型ヒータの開口部と底部に挟まれるインク加
熱室の側面と、開口部と底部に挟まれる凹型ヒータの側
部が、インクの吐出方向に対して傾斜を持った面、また
は曲率を持った凹面であるものを有している。
According to a fourth aspect of the present invention, a side surface of the ink heating chamber sandwiched between the opening and the bottom of the concave heater and a side portion of the concave heater sandwiched between the opening and the bottom with respect to the ink ejection direction. It has an inclined surface or a concave surface having a curvature.

【0012】請求項5記載のサーマルインクジェットヘ
ッドは、凹型ヒータを保護するための耐キャビテーショ
ン膜を凹型ヒータの内側に有しており、耐キャビテーシ
ョン膜に導電性のある部材を用い、耐キャビテーション
膜と凹型ヒータとの間に隣接する絶縁層に形成されたビ
アホールを介して凹型ヒータと接続し、耐キャビテーシ
ョン膜を第1の電極として用いるようになっている。
According to a fifth aspect of the present invention, there is provided a thermal ink jet head having a cavitation resistant film for protecting the concave type heater inside the concave type heater, wherein a conductive member is used for the cavitation resistant film. The cavitation-resistant film is used as the first electrode by connecting to the concave heater via a via hole formed in the adjacent insulating layer between the concave heater.

【0013】請求項6記載のサーマルインクジェットヘ
ッドは、第1の電極をGND電極に固定し、第2の電極
にパルス電位を供給するようになっている。
According to a sixth aspect of the present invention, the first electrode is fixed to the GND electrode, and a pulse potential is supplied to the second electrode.

【0014】[0014]

【発明の実施形態】以下に、本発明の実施例について説
明する。
Embodiments of the present invention will be described below.

【0015】本実施形態にかかるインクジェットヘッド
(以下、本ヘッドと称する)は、一般的なインクジェッ
トプリンタに使用される、サーマルインクジェット方式
の記録ヘッドである。
The ink jet head according to the present embodiment (hereinafter referred to as the present head) is a thermal ink jet type recording head used in a general ink jet printer.

【0016】まず、本ヘッドの概略について説明する。First, the outline of the head will be described.

【0017】図1は、本ヘッドの構成を示す斜視図であ
る。本ヘッドは、基板11上にスペーサ(図示せず)を
介して、基板11との距離が一定に保たれるノズルプレ
ート12が配されている。ノズルプレート12には、イ
ンクの吐出口であるノズル(穴)13が加工されてお
り、それに対向するように基板11上にヒータ16が設
置されている。ヒータ16の形状は凹型になっており開
口部がノズル13と対面している。ヒータ16とインク
の流路14とするところは、スペーサ(図示せず)が除
去されている。また、絶縁層19を挟んで、ヒータ16
の開口部側と底部側に一対の電極が設置されている。
(ここでは、ヒータ16の開口部側を上部電極17、底
部側を下部電極18と称し、開口部側を上方、底部側を
下方とする。)また、ヒータ16の内側に吐出するイン
クを加熱するところのインク加熱室15を形成してい
る。本ヘッドは、この11〜19で構成されるノズルチ
ャネルを一ないし複数有している。
FIG. 1 is a perspective view showing the structure of the head. In this head, a nozzle plate 12 is provided on a substrate 11 via a spacer (not shown) so as to maintain a constant distance from the substrate 11. The nozzle plate 12 is provided with a nozzle (hole) 13 serving as an ink discharge port, and a heater 16 is provided on the substrate 11 so as to face the nozzle (hole) 13. The shape of the heater 16 is concave, and the opening faces the nozzle 13. Spacers (not shown) are removed where the heater 16 and the ink flow path 14 are provided. Further, the heater 16 is sandwiched between the insulating layers 19.
A pair of electrodes are provided on the opening side and the bottom side of the.
(Here, the opening side of the heater 16 is referred to as an upper electrode 17, the bottom side is referred to as a lower electrode 18, the opening side is referred to as an upper side, and the bottom side is referred to as a lower side.) Also, the ink ejected inside the heater 16 is heated. An ink heating chamber 15 is formed. The head has one or a plurality of nozzle channels composed of 11 to 19.

【0018】次に、本ヘッドの特徴的な構成であるヒー
タ部の構造について説明する。
Next, the structure of the heater portion, which is a characteristic configuration of the present head, will be described.

【0019】図2(A)は、ノズルおよびヒータ付近の
断面構造であり、ノズル13に対向したヒータ16が凹
型形状をなしており、上部電極17がヒータ16の開口
部側で電気的に接続されており、下部電極18がヒータ
16の底部と電気的に接続されている。この電極のいず
れか一方を、各ヒータ共通の基準となる電圧レベル(G
ND)とし、他方の電極にパルス電位を供給すること
で、ヒータ16が発熱し、インク流路14を経てインク
加熱室15に溜められたインクは、ヒータ16により加
熱され、発泡し、ノズル13により選択的に吐出され
る。
FIG. 2A shows a cross-sectional structure near the nozzle and the heater. The heater 16 facing the nozzle 13 has a concave shape, and the upper electrode 17 is electrically connected on the opening side of the heater 16. The lower electrode 18 is electrically connected to the bottom of the heater 16. One of these electrodes is connected to a voltage level (G
ND), and by supplying a pulse potential to the other electrode, the heater 16 generates heat. The ink stored in the ink heating chamber 15 via the ink flow path 14 is heated by the heater 16 and foams. To selectively discharge.

【0020】ここでは、上部電極17および下部電極1
8の電位を規定するものではなく、ヘッド内でどちらか
に統一されていれば問題ない。
Here, the upper electrode 17 and the lower electrode 1
There is no problem if the potential of the head 8 is not specified but is unified to either one in the head.

【0021】図示しているように、ヒータ底部は電極と
接しているため発熱しないが、凹部の深さを十分にとる
ことで、ヒータ16の側面積(発熱する部分)が広くな
り発熱量が増え、さらに、インクとの接触面積が大きく
なるために、インク流路14への熱損失を抑えて、イン
ク加熱室15のインクのみを効率的に加熱することが可
能である。
As shown in the figure, the heater bottom does not generate heat because it is in contact with the electrodes. However, when the depth of the concave portion is sufficient, the side area (heat generating portion) of the heater 16 is increased and the amount of generated heat is reduced. Since the contact area with the ink increases, the heat loss to the ink flow path 14 can be suppressed, and only the ink in the ink heating chamber 15 can be efficiently heated.

【0022】一方、底面積が大きい場合には、図2
(b)に示すように、ヒータ16底部の中心の一部を下
部電極18と接続することで、それ以外の底部をも発熱
させることができ、ヒータの発熱量を稼ぐことができ
る。この構造は、第2絶縁層をエッチング液やエッチン
グガスの異なる2つの材質(第2絶縁層a(21a)、
第2絶縁層b(21b))を堆積、エッチングすること
で容易に実現できる。
On the other hand, when the bottom area is large, FIG.
As shown in (b), by connecting a part of the center of the bottom of the heater 16 to the lower electrode 18, the other bottom can also generate heat, and the amount of heat generated by the heater can be increased. In this structure, the second insulating layer is formed of two materials (the second insulating layer a (21a),
This can be easily realized by depositing and etching the second insulating layer b (21b)).

【0023】ここで、その具体的製造方法について説明
する。
Here, a specific manufacturing method will be described.

【0024】まず、下部電極18を形成した後、第2絶
縁層a(21a)(例えば、シリコン酸化膜)を堆積
し、フォトリソグラフィで下部電極18と接するところ
のパターンニングを施し、弗化水素系のエッチング液を
用いて、コンタクト穴を形成する。次に、フォトレジス
トを除去した後に第2絶縁層b(21b)(例えば、窒
化珪素)を堆積して、フォトリソグラフィでヒータの穴
部のパターンニングを施し、プラズマエッチングにて凹
部の穴加工をする。該プラズマエッチングは、第2絶縁
層b(21b)のエッチング速度を第2絶縁層a(21
a)のそれよりも十分大きい条件を選ぶことで、既に形
成されている第2絶縁層a(21a)の形状を損なうこ
となく、穴加工ができる。
First, after forming the lower electrode 18, a second insulating layer a (21 a) (for example, a silicon oxide film) is deposited, and patterning is performed by photolithography to make contact with the lower electrode 18. A contact hole is formed using a system etchant. Next, after removing the photoresist, a second insulating layer b (21b) (for example, silicon nitride) is deposited, patterning of the hole of the heater is performed by photolithography, and hole processing of the concave portion is performed by plasma etching. I do. In the plasma etching, the etching rate of the second insulating layer b (21b) is increased by the second insulating layer a (21b).
By selecting a condition sufficiently larger than that of a), a hole can be formed without damaging the shape of the already formed second insulating layer a (21a).

【0025】図3は、本ヘッドを用いた場合の電流の流
れを模式的に示した図である。
FIG. 3 is a diagram schematically showing the flow of current when this head is used.

【0026】ここでは、上部電極17を高電位側、下部
電極18を低電位側としている。凹型ヒータに対しこの
ように電極を配置することにより、ヒータ発熱部の電流
密度が均等となり、電流は上部電極17からヒータ16
を通りヒータ16底部の下部電極接続面27へと均等に
流れるので、インク加熱室15の側面からノズルおよび
ヒータの中心26向かってインクは均等に加熱され、イ
ンクに対する熱効率が向上する。
Here, the upper electrode 17 is on the high potential side and the lower electrode 18 is on the low potential side. By arranging the electrodes with respect to the concave heater in this manner, the current density of the heater heating portion becomes uniform, and the current flows from the upper electrode 17 to the heater 16.
And the ink flows evenly to the lower electrode connection surface 27 at the bottom of the heater 16, so that the ink is uniformly heated from the side surface of the ink heating chamber 15 toward the nozzle and the center 26 of the heater, and the thermal efficiency with respect to the ink is improved.

【0027】また、上部電極17と下部電極18を立体
的配線にすることで、ヒータ16周辺部の省スペース化
の面でも有利である。
Further, by forming the upper electrode 17 and the lower electrode 18 in a three-dimensional wiring, it is advantageous in terms of space saving around the heater 16.

【0028】また、上述したヒータ16底部が発熱しな
いことは、インク吐出時においても該部に近接するイン
クは吐出されずに残留しており、この残留インクはイン
クの加熱によって生じた泡が冷却され消滅する際に生じ
る圧力の衝撃を吸収するために、ヒータ16の損傷が少
なくなり、寿命を向上させることができる。
Further, the fact that the bottom of the heater 16 does not generate heat as described above means that even when ink is ejected, the ink adjacent to this portion remains without being ejected. In order to absorb the impact of pressure generated when the heater 16 disappears, damage to the heater 16 is reduced, and the life can be improved.

【0029】また、図3では、ノズルの中心線とヒータ
の中心が一致しており、またその中心に対してヒータ及
びヒータと接するところの電極(上部電極17、下部電
極18)がノズルおよびヒータの中心26に対して対称
形をなしていることを示している。この場合、ヒータ及
びヒータと接するところの電極(上部電極17、下部電
極18)の平面形状は円形であることが好ましい。これ
には、ノズル13の中心に対して均等に吐出圧を集中さ
せて、圧力の損失を最小限に抑えることができる効果と
吐出インク滴の飛翔曲がりを防ぐ効果がある。
In FIG. 3, the center line of the nozzle coincides with the center of the heater, and the electrodes (upper electrode 17 and lower electrode 18) in contact with the heater and the heater with respect to the center are the nozzle and heater. Are symmetrical with respect to the center 26 of FIG. In this case, the planar shape of the heater (the upper electrode 17 and the lower electrode 18) in contact with the heater is preferably circular. This has an effect of evenly concentrating the ejection pressure on the center of the nozzle 13 so as to minimize the pressure loss and an effect of preventing the ejection ink droplet from flying and bending.

【0030】次に、吐出能力の向上方法について述べ
る。図4(a)は、開口部と底部に挟まれたヒータ16
の側部とインク加熱室15の側面がインク吐出方向に対
して傾斜を持った面、図4(b)は、該側部と該インク
加熱室側面がインクの吐出方向に対して曲率を持った面
であることを示している。その曲率は、ノズルの中心か
らの距離が一定の曲率を持つことが好ましい。このよう
な形状は、通常の化学薬液による等方性のエッチングや
バイアス式のプラズマエッチングに若干等方性を持たせ
た半異方性エッチングによって、容易に実現できる。
Next, a method for improving the discharge capacity will be described. FIG. 4 (a) shows the heater 16 sandwiched between the opening and the bottom.
4B and the side surface of the ink heating chamber 15 are inclined with respect to the ink ejection direction. FIG. 4B shows that the side portion and the side surface of the ink heating chamber 15 have a curvature with respect to the ink ejection direction. It shows that it is a face. The curvature preferably has a constant curvature at a distance from the center of the nozzle. Such a shape can be easily realized by isotropic etching using a normal chemical solution or semi-anisotropic etching in which bias plasma etching is slightly isotropic.

【0031】この構造には2つの利点があり、一つは、
このような形状にすることで、ヒータ上で発生する泡が
ノズル中心に向かって発生するために、吐出圧をノズル
13の中心に向けることが可能となり、効率的な吐出が
行えることである。またもう一つの利点は、吐出インク
量のばらつきを低減できることである。ヒータ16の形
状は漏斗形状になっているので、底部ほどヒータ16の
断面積が小さくなり抵抗値が大きくなり、電流はヒータ
16に対し一定量が流れるので、ヒータの側面が底部に
近づくほど発熱量が多くなる。また、底部に近づくほど
インク量が少なくなるので、その両者の影響により、イ
ンクはインク加熱室15の下方から順次加熱されてい
く。これにより、インクの発泡は常にヒータ16の底部
から成長するので、発泡位置が一定となり、吐出インク
量のばらつきを低減できる。
This structure has two advantages, one of which is:
With such a shape, bubbles generated on the heater are generated toward the center of the nozzle, so that the discharge pressure can be directed to the center of the nozzle 13 and efficient discharge can be performed. Another advantage is that variations in the amount of ejected ink can be reduced. Since the shape of the heater 16 is a funnel shape, the cross-sectional area of the heater 16 becomes smaller and the resistance value becomes larger toward the bottom, and a certain amount of current flows through the heater 16. The amount increases. Further, since the amount of ink decreases as approaching the bottom, the ink is sequentially heated from below the ink heating chamber 15 by the influence of both. As a result, the foaming of the ink always grows from the bottom of the heater 16, so that the foaming position becomes constant, and the variation in the amount of ejected ink can be reduced.

【0032】次に、本ヘッドの製造工程の簡略化を考慮
した実施例について説明する。
Next, an embodiment in which simplification of the manufacturing process of the present head is considered will be described.

【0033】図5は、製造工程を簡略化するためのヒー
タ周辺部の構造と電気的な接続方法を示したものであ
る。サーマルインクジェットでは、泡の消滅時に生じる
衝撃的な圧力からヒータを保護するために、耐キャビテ
ーション膜をヒータ上に堆積している。本実施例では、
耐キャビテーション膜に導電性のある部材を用いて、電
極として兼用している。導電性を有し、耐キャビテーシ
ョン膜に用いられる材質として、Ta(タンタル)が挙
げられる。図5に示すように、上部電極が耐キャビテー
ション膜を兼用した構造になっている。(ここでは、上
部電極兼耐キャビテーション膜24と称する。)ヒータ
16上の第3絶縁層22に形成されたビアホール28を
介して、導電部材29でヒータ16と上部電極兼耐キャ
ビテーション膜24を接続することで、耐キャビテーシ
ョン膜を上部電極として用いることができ、更に、この
ような構造にすることで、上部電極の形成行程を簡略化
することができる。
FIG. 5 shows a structure around a heater and an electric connection method for simplifying a manufacturing process. In the thermal ink jet, a cavitation-resistant film is deposited on the heater in order to protect the heater from an impact pressure generated when bubbles disappear. In this embodiment,
A conductive member is used for the anti-cavitation film, and is also used as an electrode. As a material having conductivity and used for the cavitation-resistant film, Ta (tantalum) is exemplified. As shown in FIG. 5, the upper electrode has a structure that also serves as a cavitation-resistant film. (Here, this is referred to as an upper electrode / cavitation-resistant film 24.) The heater 16 and the upper electrode / cavitation-resistant film 24 are connected by a conductive member 29 via a via hole 28 formed in the third insulating layer 22 on the heater 16. By doing so, the anti-cavitation film can be used as the upper electrode, and furthermore, with such a structure, the process of forming the upper electrode can be simplified.

【0034】この場合、上部電極兼耐キャビテーション
膜24は直接インクと触れるので、インクに電気分解等
の悪影響を及ぼさないように常時基準電位(GND)に
接続し、下部電極18側にパルス通電するようになって
いる。
In this case, since the upper electrode and anti-cavitation film 24 comes into direct contact with the ink, the upper electrode and the anti-cavitation film 24 are always connected to the reference potential (GND) so as not to have an adverse effect such as electrolysis on the ink, and a pulse is applied to the lower electrode 18 side. It has become.

【0035】[0035]

【発明の効果】請求項1のサーマルインクジェットヘッ
ドは、凹型のヒータを用い、凹型ヒータは、平坦なヒー
タに比べてインクとの接触面積が大きいため、インク加
熱室内のインクにより多くの熱量を供給できるのと同時
に、インクの加熱によって生じた圧力がインク流路へ逃
げること(損失)を抑える効果がある。また、第1の電
極と第2の電極をそれぞれ凹型ヒータの開口部と底部に
立体的に配線にすることで、ヒータ周辺部の省スペース
化を図ることができる。また、一平面上の電極配線では
実現できなかった、凹型ヒータの発熱を均一に行うこと
ができる。更に、第2の電極と接する所のヒータ部は発
熱しないことから、インク吐出時においても該部に近接
するインクは吐出されることなく残留し、泡の消滅時に
生じる圧力の衝撃を吸収するために、キャビテーション
耐性を向上させることができる。
According to the first aspect of the present invention, the thermal ink jet head uses a concave heater, and the concave heater has a larger contact area with ink than a flat heater, so that more heat is supplied to the ink in the ink heating chamber. At the same time, there is an effect that the pressure generated by the heating of the ink is prevented from escaping to the ink flow path (loss). In addition, by forming the first electrode and the second electrode three-dimensionally at the opening and the bottom of the concave heater, respectively, the space around the heater can be saved. Further, heat generation of the concave heater, which cannot be realized by electrode wiring on one plane, can be uniformly performed. Furthermore, since the heater portion in contact with the second electrode does not generate heat, even in the event of ink ejection, ink adjacent to the portion remains without being ejected, and absorbs the impact of pressure generated when bubbles disappear. In addition, cavitation resistance can be improved.

【0036】請求項2のサーマルインクジェットヘッド
は、凹型ヒータ、第1の電極および第2の電極をノズル
の中心線に対して回転対称な形にすることにより、凹型
ヒータの発熱を均等にし、吐出圧力をノズルに集中さ
せ、吐出インクの飛翔曲がりを防ぐことができる。
In the thermal ink jet head according to the second aspect, the concave heater, the first electrode and the second electrode are rotationally symmetric with respect to the center line of the nozzle, so that the heat generated by the concave heater is equalized and the discharge is performed. The pressure can be concentrated on the nozzles to prevent the ejection ink from flying and bending.

【0037】請求項3のサーマルインクジェットヘッド
は、凹型ヒータの底部の一部と第2の電極とを接続する
ことにより、凹型ヒータの底部で第2の電極と接しない
部分を発熱させることが可能となり、全体の発熱量をよ
り大きくすることができる。これにより、インクをより
高速に、より効率的に加熱することができる。
In the thermal ink jet head according to the third aspect, by connecting a part of the bottom of the concave heater to the second electrode, it is possible to generate heat at a part of the bottom of the concave heater which is not in contact with the second electrode. Thus, the total heat generation can be further increased. Thereby, the ink can be heated more quickly and more efficiently.

【0038】請求項4のサーマルインクジェットヘッド
は、インク加熱室の側面部と凹型ヒータの側部が、イン
クの吐出方向に対して傾斜を持った面、または曲率を持
った凹面であることにより、インク加熱室の側面が吐出
方向に対して平行である場合より、ヒータ上で発生する
泡がノズル中心に向かって発生し易くなるために、吐出
圧力をノズルに集中させることができる。また、ヒータ
側部の底部側ほど電気的抵抗が大きくなることから、イ
ンクは順次インク加熱室の底部側より加熱されるので、
発泡位置が一定となり、吐出インク量のばらつきを低減
できる。
According to a fourth aspect of the present invention, the side surface of the ink heating chamber and the side portion of the concave heater have a surface inclined with respect to the ink ejection direction or a concave surface having a curvature. Since the bubbles generated on the heater are more likely to be generated toward the center of the nozzle than when the side surface of the ink heating chamber is parallel to the ejection direction, the ejection pressure can be concentrated on the nozzle. Also, since the electrical resistance increases toward the bottom of the heater, the ink is sequentially heated from the bottom of the ink heating chamber.
The bubbling position is constant, and variations in the amount of ejected ink can be reduced.

【0039】請求項5のサーマルインクジェットヘッド
は、凹型ヒータを保護するための耐キャビテーション膜
に導電性のある材質を使用することにより、第1の電極
として用いることが可能となる。これにより、電極形成
行程を簡素化することができる。
The thermal ink jet head according to the fifth aspect can be used as the first electrode by using a conductive material for the anti-cavitation film for protecting the concave heater. Thereby, the electrode forming process can be simplified.

【0040】請求項6のサーマルインクジェットヘッド
は、請求項5において、第1の電極は直接インクと触れ
てしまうので、第1の電極を基準電極(GND)にし、
第2の電極にパルス電位を供給することで、インクに電
気分解等の悪影響を及ぼさないようになっている。
According to a sixth aspect of the present invention, in the fifth aspect, since the first electrode directly contacts the ink, the first electrode is used as a reference electrode (GND).
By supplying a pulse potential to the second electrode, adverse effects such as electrolysis are not exerted on the ink.

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

【図1】本発明の一実施例の構成を示す斜視図である。FIG. 1 is a perspective view showing a configuration of an embodiment of the present invention.

【図2】(A)は、本発明の一実施例を示す、ノズルお
よびヒータ付近の断面図である。(B)は、他の実施例
を示す、ノズルおよびヒータ付近の断面図である。
FIG. 2A is a cross-sectional view of the vicinity of a nozzle and a heater, showing one embodiment of the present invention. (B) is a sectional view of the vicinity of the nozzle and the heater, showing another embodiment.

【図3】本発明の本発明の一実施例を示す、ノズルおよ
びヒータ付近の断面図と上面透過図であり、またその電
流の流れを模式的に示した図である。
3A and 3B are a cross-sectional view and a top view of the vicinity of a nozzle and a heater, respectively, showing an embodiment of the present invention, and a diagram schematically showing a current flow.

【図4】本発明の他の実施例におけるヒータの形状を示
す断面図である。
FIG. 4 is a sectional view showing a shape of a heater according to another embodiment of the present invention.

【図5】本発明の他の実施例におけるヒータ周辺の構成
を示す断面図である。
FIG. 5 is a sectional view showing a configuration around a heater according to another embodiment of the present invention.

【図6】従来例におけるサーマルインクジェットヘッド
のノズルおよびヒータ付近の断面図と上面透過図であ
り、またその電流の流れの様子を模式的に示した図であ
る。
6A and 6B are a cross-sectional view and a top transparent view in the vicinity of a nozzle and a heater of a thermal ink-jet head according to a conventional example, and are diagrams schematically showing the flow of current.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

11 基板 12 ノズルプレート 13 ノズル 14 インク流路 15 インク加熱室 16 ヒータ 17 上部電極 18 下部電極 19 絶縁層 20 第1絶縁層 21 第2絶縁層 21a 第2絶縁層a 21b 第2絶縁層b 22 第3絶縁層 23 保護膜 24 上部電極兼耐キャビテーション膜 25 ノズルおよびヒータの中心線 26 ノズルおよびヒータの中心 27 下部電極接続面 28 ビアホール 29 導電電極材 30a 電極材(高電位側) 30b 電極材(低電位側) Reference Signs List 11 substrate 12 nozzle plate 13 nozzle 14 ink flow path 15 ink heating chamber 16 heater 17 upper electrode 18 lower electrode 19 insulating layer 20 first insulating layer 21 second insulating layer 21a second insulating layer a 21b second insulating layer b 22nd 3 Insulating layer 23 Protective film 24 Upper electrode and cavitation resistant film 25 Center line of nozzle and heater 26 Center of nozzle and heater 27 Lower electrode connection surface 28 Via hole 29 Conductive electrode material 30a Electrode material (high potential side) 30b Electrode material (low Potential side)

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 インクを吐出するためのノズルとインク
加熱室とを備え、該インク加熱室内のインクを電力を供
給して加熱、発泡させることによって該ノズルより吐出
せしめるサーマルインクジェットヘッドにおいて、開口
部と底部とを有する凹型形状をなし、該開口部が該ノズ
ルと対面して配される凹型ヒータと、該凹型ヒータの内
側に形成されるインク加熱室と、該凹型ヒータの開口部
側に接続される第1の電極と、該凹型ヒータの底部側に
接続される第2の電極と、該第1の電極と該第2の電極
との間にパルス状電力を供給する電力供給手段とを備え
ることを特徴とするサーマルインクジェットヘッド。
1. An ink jet head comprising: a nozzle for discharging ink; and an ink heating chamber, wherein the ink in the ink heating chamber is supplied with electric power, heated and foamed to discharge from the nozzle. A concave heater having an opening facing the nozzle, an ink heating chamber formed inside the concave heater, and an opening connected to the opening of the concave heater. A first electrode, a second electrode connected to the bottom side of the concave heater, and power supply means for supplying pulsed power between the first electrode and the second electrode. A thermal inkjet head, comprising:
【請求項2】 該凹型ヒータは、該開口部と該底部とそ
の両部に挟まれる側部が該ノズルの中心線に対して回転
対称の形状をなし、該第1の電極は、該凹型ヒータの該
開口部と接する面が該ノズルの中心線に対して回転対称
の形状をなし、該第2の電極は、該凹型ヒータの該底部
と接する面が該ノズルの中心線に対して回転対称の形状
をなしていることを特徴とする請求項1に記載のサーマ
ルインクジェットヘッド。
2. The concave heater, wherein the opening, the bottom, and a side portion sandwiched between the both have a rotationally symmetrical shape with respect to a center line of the nozzle, and the first electrode has a concave shape. The surface of the heater that is in contact with the opening has a rotationally symmetric shape with respect to the center line of the nozzle, and the second electrode is such that the surface that is in contact with the bottom of the concave heater rotates with respect to the center line of the nozzle. The thermal inkjet head according to claim 1, wherein the thermal inkjet head has a symmetric shape.
【請求項3】 該第2の電極が該凹型ヒータの底部の一
部と接続されていることを特徴とする請求項1に記載の
サーマルインクジェットヘッド。
3. The thermal ink jet head according to claim 1, wherein the second electrode is connected to a part of the bottom of the concave heater.
【請求項4】 該開口部と該底部で挟まれる該インク加
熱室の側面部と、該開口部と該底部に挟まれる該ヒータ
の側部が、インクの吐出方向に対して傾斜を持った面、
または曲率を持った凹面であること特徴とする請求項1
に記載のサーマルインクジェットヘッド。
4. A side portion of the ink heating chamber sandwiched between the opening and the bottom, and a side portion of the heater sandwiched between the opening and the bottom have an inclination with respect to an ink ejection direction. surface,
Or a concave surface having a curvature.
The thermal inkjet head according to 1.
【請求項5】 該凹型ヒータを保護するための耐キャビ
テーション膜を有し、該耐キャビテーション膜は該凹型
ヒータの内側に導電性のある材質で形成され、該凹型ヒ
ータと該耐キャビテーション膜との間に絶縁層を形成
し、該絶縁層に形成されたビアホールを介して該凹型ヒ
ータと該耐キャビテーション膜を接続することで、該耐
キャビテーション膜を該第1の電極として用いることを
特徴とする請求項1に記載のサーマルインクジェットヘ
ッド。
5. An anti-cavitation film for protecting the concave heater, wherein the anti-cavitation film is formed of a conductive material inside the concave heater, and is formed between the concave heater and the anti-cavitation film. Forming an insulating layer therebetween, and connecting the concave heater and the anti-cavitation film through a via hole formed in the insulating layer, thereby using the anti-cavitation film as the first electrode. The thermal inkjet head according to claim 1.
【請求項6】 該第1の電極をGND電極とし、該第2
の電極にパルス電位を供給することを特徴とする請求項
5に記載のサーマルインクジェットヘッド。
6. The first electrode is a GND electrode, and the second electrode is
6. The thermal inkjet head according to claim 5, wherein a pulse potential is supplied to the electrodes.
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