JP2003291349A - Ink jet recording head - Google Patents

Ink jet recording head

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JP2003291349A
JP2003291349A JP2002096258A JP2002096258A JP2003291349A JP 2003291349 A JP2003291349 A JP 2003291349A JP 2002096258 A JP2002096258 A JP 2002096258A JP 2002096258 A JP2002096258 A JP 2002096258A JP 2003291349 A JP2003291349 A JP 2003291349A
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JP
Japan
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heating element
resistance heating
ink
resistance
recording head
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Application number
JP2002096258A
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Japanese (ja)
Inventor
Hideyuki Sugioka
秀行 杉岡
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Canon Inc
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Canon Inc
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Publication date
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  • Particle Formation And Scattering Control In Inkjet Printers (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To obtain a bubble jet (R) recording head in which excessive heat generation is controlled after bubbling of ink. <P>SOLUTION: A channel 9 is formed by bonding a nozzle forming member 7 to a substrate 6. A heating resistor 13 and a stack 14 are provided in the channel 9. A first electrode 15 and a part of the upper metal electrode 2 of the stack 14 are arranged on the upper surface of the heating resistor 13, and a PCT thermistor 1 having a positive temperature coefficient of resistance is connected in series with the heating resistor 13. When a voltage is applied from a power supply 10 between lower metal electrodes 3, the heating resistor 13 is driven through the PCT thermistor 1 and the upper metal electrode 2 to generate heat. Consequently, ink in the channel 9 is heated and bubbled and an ink drop 12 is ejected from an ejection opening 5. When the temperature of the PCT thermistor 1 exceeds a threshold level subsequently, the resistance increases abruptly to bring about an insulated state and power supply to the heating resistor 13 is interrupted thus stopping heat generation. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

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、インクジェットプ
リンタ、特に、発泡現象を利用したバブルジェット記録
方式のプリンタに用いられるインクジェット記録ヘッド
に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an ink jet printer, and more particularly, to an ink jet recording head used for a bubble jet recording type printer utilizing a bubbling phenomenon.

【0002】[0002]

【従来の技術】バブルジェット記録方式とは、一般的
に、微細な吐出孔と、吐出孔に連通する流路と、流路の
一部に設けられている発熱体とを備えている記録ヘッド
を用い、発熱体を作動させて流路内のインクを局所的に
高温にすることにより気泡を発生させ、発泡時の高い圧
力を利用して、インク滴を吐出孔から吐出させ、記録紙
等に付着させる記録方式である。
2. Description of the Related Art A bubble jet recording method is generally a recording head having fine discharge holes, a flow path communicating with the discharge holes, and a heating element provided in a part of the flow path. A heating element is operated to locally raise the temperature of the ink in the flow channel to generate bubbles, and the high pressure at the time of bubbling is used to eject ink droplets from the ejection holes to It is a recording method to be attached to.

【0003】このようにして形成される画像を高精彩化
するためには、微小なインク滴を高密度に吐出させる技
術が要求される。そのためには、微細な吐出孔のみなら
ず、微細な流路と微細な発熱体を形成することが必要で
ある。そこで、記録ヘッドの構造が比較的単純にできる
というバブルジェット記録方式の利点を活かして、フォ
トリソグラフィ技術を駆使して高密度ヘッドを作成する
方法が提案されている(例えば特開平8−15629号
公報に開示)。
In order to make an image formed in this way highly vivid, a technique for ejecting minute ink droplets at a high density is required. For that purpose, it is necessary to form not only minute discharge holes but also minute flow paths and minute heating elements. Therefore, a method of making a high-density head by making full use of photolithography technology has been proposed, taking advantage of the advantage of the bubble jet recording method that the structure of the recording head can be relatively simple (for example, JP-A-8-15629). Disclosed in the official gazette).

【0004】通常、発熱体としては、厚さが0.05μ
m程度の窒化タンタルの薄膜抵抗体が用いられ、これに
通電した時のジュール熱によりインクを発泡させる。こ
のような発熱体には、通常、キャビテーションによる発
熱体表面の損傷を防止するために、厚さが0.8μm程
度のSiNなどの絶縁保護層を介して、厚さが0.2μ
m程度のTaなどの金属からなる耐キャビテーション膜
が設けられている。
Usually, the heating element has a thickness of 0.05 μm.
A thin-film resistor of tantalum nitride having a thickness of about m is used, and the ink is foamed by Joule heat when energized. In order to prevent damage to the surface of the heating element due to cavitation, such a heating element usually has a thickness of 0.2 μm through an insulating protective layer such as SiN having a thickness of about 0.8 μm.
An anti-cavitation film made of a metal such as Ta having a thickness of about m is provided.

【0005】また、特開昭62−201254号公報に
は、液滴の吐出量を調整するために、端部に比べ中央部
の発熱量が大きい発熱体を用いることが提案されてい
る。特開平5−47457号公報には、正温度係数(P
TC)を有する有機面状発熱体が提案されている。特開
平5−258840号公報には複数のPTC素子を並列
接続したPTC発熱装置が提案されている。特開平4−
97927号公報にはPTCサーミスタを用いてインク
の温度を所望の温度範囲に保つインク噴射装置が開示さ
れている。
Further, Japanese Patent Application Laid-Open No. 62-201254 proposes to use a heating element having a larger amount of heat generation in the central portion than in the end portions in order to adjust the discharge amount of droplets. Japanese Unexamined Patent Publication No. 5-47457 discloses a positive temperature coefficient (P
Organic sheet heating elements with TC) have been proposed. Japanese Unexamined Patent Publication No. 5-258840 proposes a PTC heating device in which a plurality of PTC elements are connected in parallel. Japanese Patent Laid-Open No. 4-
Japanese Patent Publication No. 97927 discloses an ink ejecting apparatus which uses a PTC thermistor to keep the temperature of ink within a desired temperature range.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】バブルジェット記録方
式の記録ヘッドにおけるインク発泡用の発熱体では、そ
の抵抗値のばらつきや配線抵抗等による電圧降下の影響
が画像品位に影響することを回避することなどを目的と
して、通常、複数の発熱体からなるヒータアレイを駆動
するための駆動電圧として、個々の発熱体において発熱
体全面で安定して発泡可能な電圧値の1.2倍程度の電
圧を印加している。そのため、抵抗値のばらつきや配線
抵抗等の電圧降下の影響が小さい正常な発熱体に関して
は、全面におけるインクの発泡に必要な電圧よりも過剰
な電圧が印加されるため、インクの発泡後にも過剰な加
熱が継続する問題がある。具体的には、例えば1μsの
電圧パルスを印加して発熱体を駆動すると、一般的には
0.6μs程度で発泡し、インクの発泡後も発熱体によ
る不必要な加熱(過剰な加熱)が継続し、発泡温度が3
00℃程度であるのに発熱体の表面は600〜700℃
程度の高温にまで達し、条件によってはさらに高温とな
るおそれがある。
In the heating element for foaming ink in the recording head of the bubble jet recording system, it is necessary to avoid the influence of the voltage drop due to the dispersion of the resistance value and the wiring resistance on the image quality. For the purpose of, for example, as a drive voltage for driving the heater array composed of a plurality of heating elements, a voltage of about 1.2 times the voltage value that allows stable bubbling over the entire heating element is applied to each heating element. is doing. Therefore, for a normal heating element that is less affected by voltage drop due to resistance variation and wiring resistance, an excess voltage is applied to the entire surface, which is more than the voltage required for ink bubbling. There is a problem that continuous heating continues. Specifically, for example, when a heating element is driven by applying a voltage pulse of 1 μs, the heating element generally foams in about 0.6 μs, and unnecessary heating (excessive heating) by the heating element occurs even after bubbling of ink. Continue, foaming temperature is 3
The temperature of the heating element is 600 to 700 ° C even though it is about 00 ° C.
It may reach a high temperature, and it may become even higher depending on the conditions.

【0007】このような過剰加熱の継続は、インクの発
泡後も無駄なエネルギーが供給されるためにエネルギー
効率の点で好ましくなく、また、発熱体の温度の過度な
上昇を引き起こすため発熱体の材料の耐熱性が必要以上
に高く要求され、場合によっては熱的破壊の原因となる
おそれがあり、さらに、大きな温度上昇が繰り返し生じ
ることによって発熱体および記録ヘッド全体の耐久性能
の劣化の原因となるおそれがある。
Continuation of such excessive heating is not preferable in terms of energy efficiency because wasteful energy is supplied even after the ink is foamed, and since the temperature of the heating element is excessively increased, the heating element is not heated. The heat resistance of the material is required to be higher than necessary, which may cause thermal destruction in some cases.In addition, repeated large temperature rises may cause deterioration of durability performance of the heating element and the entire recording head. May be.

【0008】そこで、本発明の目的は、インク発泡後の
過剰な発熱を抑制でき、省エネルギー、耐久性向上、熱
的破壊防止の観点から好ましいバブルジェット記録方式
のインクジェット記録ヘッドを提供することにある。
Therefore, an object of the present invention is to provide an ink jet recording head of a bubble jet recording system which can suppress excessive heat generation after ink bubbling and is preferable from the viewpoint of energy saving, improvement of durability and prevention of thermal destruction. .

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】本発明の特徴は、熱エネ
ルギーを利用して液滴を吐出するインクジェット記録ヘ
ッドにおいて、抵抗発熱体と、抵抗発熱体に直列接続さ
れており、抵抗発熱体の発熱により閾値以上の温度にな
ると抵抗値が急激に増大するPTCサーミスタとを有す
るところにある。PTCサーミスタの抵抗値が急激に上
昇する閾値は、50℃以上250℃以下の範囲内にある
ことが好ましい。
A feature of the present invention is that, in an ink jet recording head for ejecting droplets by utilizing thermal energy, a resistance heating element and a resistance heating element are connected in series, It has a PTC thermistor whose resistance value rapidly increases when the temperature exceeds a threshold value due to heat generation. The threshold value at which the resistance value of the PTC thermistor sharply rises is preferably in the range of 50 ° C. or higher and 250 ° C. or lower.

【0010】この構成によると、抵抗発熱体が発熱して
インクを発泡させる程度まで温度上昇した後に、PTC
サーミスタの抵抗値が急激に増大して抵抗発熱体への電
力供給を遮断するようにできる。これによって、インク
の発泡に寄与しない抵抗発熱体の過剰な発熱と昇温を防
止でき、省エネルギーと耐久性向上を達成できる。
According to this structure, after the resistance heating element generates heat and the temperature rises to the extent that the ink is foamed, the PTC
The resistance value of the thermistor can be rapidly increased to cut off the power supply to the resistance heating element. As a result, excessive heat generation and temperature rise of the resistance heating element that does not contribute to ink foaming can be prevented, and energy saving and durability improvement can be achieved.

【0011】PTCサーミスタは1対の電極に挟まれて
積層体を構成しており、積層体は抵抗発熱体に近接して
配置され、積層体の上部の電極は、抵抗発熱体の上面に
まで延びて抵抗発熱体の電極としても機能するものであ
ってもよい。これによると、PTCサーミスタにより抵
抗発熱体のスイッチングを行う構成が簡単にできる。
The PTC thermistor is sandwiched between a pair of electrodes to form a laminated body, the laminated body is arranged in the vicinity of the resistance heating element, and the upper electrode of the lamination body extends to the upper surface of the resistance heating element. It may extend and also function as an electrode of the resistance heating element. According to this, the configuration in which the resistance heating element is switched by the PTC thermistor can be simplified.

【0012】1対のPTCサーミスタが抵抗発熱体の両
側方にそれぞれ近接して配置されていてもよい。この構
成によると、1対のPTCサーミスタにより確実に電流
を制御できる。また、抵抗発熱体を中心としてほぼ左右
対称の構造になり、発泡時の温度分布もほぼ対称になる
ため、熱設計がしやすくなる。
A pair of PTC thermistors may be arranged close to each other on both sides of the resistance heating element. With this configuration, the current can be reliably controlled by the pair of PTC thermistors. Further, the structure is substantially symmetrical with respect to the resistance heating element, and the temperature distribution during foaming is also substantially symmetrical, which facilitates thermal design.

【0013】[0013]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して説明する。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0014】[第1の実施形態]図1に、本発明の第1
の実施形態のインクジェット記録ヘッドの概略断面図を
示しており、図2にその要部平面図を示している。この
インクジェット記録ヘッドの構成を説明すると、基板6
にノズル形成部材7が接合されて、両者の間に流路9が
形成されている。そして、この流路9と連通するよう
に、ノズル形成部材7を貫通する吐出孔5と、基板6を
貫通するインク供給口8が形成されている。基板6の、
ノズル形成部材7との接合面には、蓄熱層4が積層され
ている。蓄熱層4上には、各流路9ごとに適切な位置
に、抵抗発熱体13と、積層体14が設けられている。
積層体14は、1対の金属電極2,3の間にPTCサー
ミスタ1が挟まれた構成である。抵抗発熱体13の上面
には、第1の電極15が配設されているとともに、前記
した金属電極2の一部が第1の電極15と間隔をおいて
対向するように配置されている。すなわち、金属電極2
は、積層体14の上部電極であるとともに、抵抗発熱体
13の第2の電極としても機能し、PTCサーミスタ1
と抵抗発熱体13とを直列接続する。抵抗発熱体13上
面の、第1の電極15と上部の金属電極2との間には絶
縁保護層16が配設されている。そして、積層体14の
下部の金属電極3と、抵抗発熱体の第1の電極15と
に、駆動電圧を印加する電源10が接続されている。
[First Embodiment] FIG. 1 shows a first embodiment of the present invention.
2 is a schematic cross-sectional view of the ink jet recording head according to the embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a plan view of relevant parts. The structure of this ink jet recording head will be described. The substrate 6
The nozzle forming member 7 is joined to the above, and the flow path 9 is formed between both. Then, an ejection hole 5 penetrating the nozzle forming member 7 and an ink supply port 8 penetrating the substrate 6 are formed so as to communicate with the flow path 9. Board 6,
The heat storage layer 4 is laminated on the joint surface with the nozzle forming member 7. A resistance heating element 13 and a laminated body 14 are provided on the heat storage layer 4 at appropriate positions for each flow path 9.
The laminated body 14 has a configuration in which the PTC thermistor 1 is sandwiched between a pair of metal electrodes 2 and 3. A first electrode 15 is arranged on the upper surface of the resistance heating element 13, and a part of the metal electrode 2 is arranged so as to face the first electrode 15 with a gap. That is, the metal electrode 2
Is an upper electrode of the laminated body 14 and also functions as a second electrode of the resistance heating element 13, and the PTC thermistor 1
And the resistance heating element 13 are connected in series. An insulating protection layer 16 is provided on the upper surface of the resistance heating element 13 between the first electrode 15 and the upper metal electrode 2. A power supply 10 for applying a drive voltage is connected to the metal electrode 3 below the laminated body 14 and the first electrode 15 of the resistance heating element.

【0015】図3に温度−抵抗特性を示すように、PT
Cサーミスタ1は、所定の閾値Tcよりも温度が上昇し
た時に抵抗値Rが急激に上昇する正の抵抗温度係数を有
している。インクジェットプリンタに用いられる通常の
インクの発泡温度は約300℃であり、この時の抵抗発
熱体13の熱エネルギーによって、近接するPTCサー
ミスタ1の温度は、50〜250℃程度になると考えら
れるため、本実施形態では、抵抗値Rが急激に上昇する
閾値Tcが50〜250℃に設定されている。従って、
抵抗発熱体13の発熱によるインク発泡時の温度上昇に
対応してPTCサーミスタ1の抵抗値Rが急激に増大す
る。
As shown in the temperature-resistance characteristics of FIG.
The C thermistor 1 has a positive resistance temperature coefficient in which the resistance value R rapidly rises when the temperature rises above a predetermined threshold value Tc. Since the bubbling temperature of a normal ink used in an inkjet printer is about 300 ° C. and the thermal energy of the resistance heating element 13 at this time causes the temperature of the adjacent PTC thermistor 1 to be about 50 to 250 ° C., In this embodiment, the threshold value Tc at which the resistance value R rapidly increases is set to 50 to 250 ° C. Therefore,
The resistance value R of the PTC thermistor 1 rapidly increases in response to the temperature rise at the time of ink bubbling due to the heat generation of the resistance heating element 13.

【0016】本実施形態のインクジェット記録ヘッドに
おいて、電源10から、抵抗発熱体13の第1の電極1
5と、積層体14の下部の金属電極3の間に電圧を印加
すると、PTCサーミスタ1および上部の金属電極2を
介して抵抗発熱体13が駆動されてジュール熱を発生
し、その熱エネルギーによって流路9内のインクが発泡
して、インク滴12が吐出孔5から外部に吐出される。
そして、抵抗発熱体13の熱エネルギーによる温度上昇
に対応して抵抗値Rが急激に増大するPTCサーミスタ
1が抵抗発熱体13に近接して配置されているため、イ
ンクの発泡時にPTCサーミスタ1の抵抗値Rが急激に
増大して抵抗発熱体13への電力の供給が遮断される。
従って、インクジェット記録ヘッドのインク発泡用の抵
抗発熱体13が、インク発泡後にも継続して駆動される
ことはなく、流路9内の過剰な発熱と昇温を防止でき
る。
In the ink jet recording head of this embodiment, the power source 10 is connected to the first electrode 1 of the resistance heating element 13.
5 and a voltage applied between the lower metal electrode 3 of the laminated body 14, the resistance heating element 13 is driven through the PTC thermistor 1 and the upper metal electrode 2 to generate Joule heat, and the heat energy causes the Joule heat. The ink in the flow path 9 foams, and the ink droplet 12 is ejected from the ejection hole 5 to the outside.
Since the PTC thermistor 1 in which the resistance value R sharply increases in response to the temperature rise due to the thermal energy of the resistance heating element 13 is arranged in the vicinity of the resistance heating element 13, the PTC thermistor 1 of the PTC thermistor 1 is formed when the ink is foamed. The resistance value R rapidly increases and the supply of electric power to the resistance heating element 13 is cut off.
Therefore, the resistance heating element 13 for foaming the ink of the inkjet recording head is not continuously driven even after the foaming of the ink, and excessive heat generation and temperature rise in the flow path 9 can be prevented.

【0017】図4(a)は、このように抵抗発熱体13
の第1の電極15と、積層体14の下部の金属電極3の
間に電圧を印加した時の、抵抗発熱体13の表面温度の
経時変化を示しており、図4(b)はその時の消費電力
の経時変化を示しており、図4(c)はその時のPTC
サーミスタ1の抵抗値Rの経時変化を示している。これ
らの図面について詳細に説明する。まず電源10から、
第1の電極15と金属電極3の間に電圧を印加すると、
PCTサーミスタ1の抵抗値が非常に低い(R=R1)
ため、抵抗発熱体13に電圧が印加され、抵抗発熱体1
3の表面温度が上昇して流路9内のインクが加熱され
る。そして、インクが熱発泡して、発泡圧によりインク
滴12が吐出孔5から外部に吐出される。一方、流路9
内のインクの温度上昇に伴ってPCTサーミスタ1の温
度も上昇し、閾値Tcを越えた時点で急激に抵抗値が増
大する(R=R2)。抵抗値Rが非常に増大して、PC
Tサーミスタ1は電気的にほとんど絶縁状態になるた
め、金属電極3と金属電極2との間がほとんど導通しな
くなり、抵抗発熱体13に電圧が印加されなくなる。従
って、抵抗発熱体13の駆動が停止される。このように
して、インク滴の発泡後には、発熱および昇温が抑制さ
れる。それによって、発泡温度以上の過剰な発熱が抑制
されて発泡後の抵抗発熱体13の昇温が防止できるとと
もに、無駄な電力の投入が抑制されて省エネに効果があ
る。
FIG. 4A shows the resistance heating element 13 as described above.
4B shows the change over time of the surface temperature of the resistance heating element 13 when a voltage is applied between the first electrode 15 and the metal electrode 3 below the laminated body 14, and FIG. Fig. 4 (c) shows the PTC at that time.
The time-dependent change of the resistance value R of the thermistor 1 is shown. These drawings will be described in detail. First from the power supply 10,
When a voltage is applied between the first electrode 15 and the metal electrode 3,
The resistance value of PCT thermistor 1 is very low (R = R1)
Therefore, a voltage is applied to the resistance heating element 13 and the resistance heating element 1
The surface temperature of 3 rises and the ink in the flow path 9 is heated. Then, the ink is thermally foamed, and the ink drop 12 is ejected from the ejection hole 5 to the outside by the foaming pressure. On the other hand, the channel 9
The temperature of the PCT thermistor 1 also rises as the temperature of the ink inside rises, and the resistance value rapidly increases when the threshold value Tc is exceeded (R = R2). The resistance value R has greatly increased,
Since the T thermistor 1 is almost electrically insulated, the metal electrode 3 and the metal electrode 2 are almost not electrically connected to each other, and the voltage is not applied to the resistance heating element 13. Therefore, the driving of the resistance heating element 13 is stopped. In this way, heat generation and temperature rise are suppressed after the bubbling of ink droplets. As a result, excessive heat generation above the foaming temperature is suppressed, the temperature rise of the resistance heating element 13 after foaming can be prevented, and useless power input is suppressed, which is effective for energy saving.

【0018】本実施形態では、低温時のPTCサーミス
タ1の抵抗値R1に対して、閾値Tc以上の高温におけ
る抵抗値R2が、少なくとも10倍以上である(1桁以
上異なる)ように設定されている。
In this embodiment, the resistance R2 of the PTC thermistor 1 at a low temperature is set so that the resistance R2 at a high temperature equal to or higher than the threshold value Tc is at least 10 times or more (different by one digit or more). There is.

【0019】図4(a),(b)においては、PTCサ
ーミスタ1を用いない従来の構成における消費電力と抵
抗発熱体の表面温度の経時変化を、破線で示している。
従来のインクジェットプリンタにおいては、前記した通
り、通常は、個々の抵抗発熱体全面で安定してインクを
発泡させるのに必要な電圧値の約1.2倍程度の電圧
が、複数の抵抗発熱体からなるヒータアレイに印加され
る。そのため、抵抗発熱体には、全面におけるインク発
泡に必要な電圧よりも過剰な電圧が印加されるため、イ
ンク発泡後にも過剰な加熱が継続する。総消費電力のう
ちの約40%が、インク発泡に無関係に無駄に消費さ
れ、インク発泡後も抵抗発熱体の昇温が続行する。具体
的には、例えば、1μsのパルスで抵抗発熱体を駆動す
る場合に、0.6μs程度で300℃の程度に昇温して
インクを発泡させ、インク発泡後も抵抗発熱体による不
必要な加熱(過剰な加熱)が継続し、抵抗発熱体の表面
は600〜700℃程度の高温にまで達する。
In FIGS. 4 (a) and 4 (b), the changes over time in the power consumption and the surface temperature of the resistance heating element in the conventional configuration not using the PTC thermistor 1 are indicated by broken lines.
In the conventional ink jet printer, as described above, normally, a voltage of about 1.2 times the voltage value required for stably foaming ink over the entire surface of each resistance heating element is a plurality of resistance heating elements. Is applied to the heater array. Therefore, an excessive voltage is applied to the resistance heating element over the voltage required for ink bubbling over the entire surface, so that excessive heating continues even after ink bubbling. About 40% of the total power consumption is wasted irrespective of ink bubbling, and the temperature rise of the resistance heating element continues after the ink bubbling. Specifically, for example, when the resistance heating element is driven by a pulse of 1 μs, the temperature is raised to about 300 ° C. in about 0.6 μs to foam the ink, and the resistance heating element is not necessary after the ink bubbling. Heating (excessive heating) continues, and the surface of the resistance heating element reaches a high temperature of about 600 to 700 ° C.

【0020】これに対し本発明では、従来の構成に比べ
て約40%の省エネルギーが可能であるとともに、抵抗
発熱体13の表面温度の上昇をインクの発泡温度(通常
約300℃)程度に抑えられる。
On the other hand, in the present invention, it is possible to save energy by about 40% as compared with the conventional structure, and to suppress the rise of the surface temperature of the resistance heating element 13 to the ink foaming temperature (usually about 300 ° C.). To be

【0021】なお、本実施形態のより具体的な構成を例
示すると、基板6は、例えば、結晶軸<111>のSi
からなり、厚さ0.625mmに形成されている。ノズ
ル形成部材7は合成樹脂により形成されている。インク
供給口8は、Siの異方性エッチングにより基板6に形
成されている。蓄熱層4は、厚さ2.75μmのSi熱
酸化膜からなる。金属電極2,3および第1の電極15
は、厚さ0.2μmの白金薄膜からなる。
To illustrate a more specific structure of this embodiment, the substrate 6 is made of, for example, Si having a crystal axis <111>.
And has a thickness of 0.625 mm. The nozzle forming member 7 is made of synthetic resin. The ink supply port 8 is formed in the substrate 6 by anisotropic etching of Si. The heat storage layer 4 is made of a Si thermal oxide film having a thickness of 2.75 μm. Metal electrodes 2, 3 and first electrode 15
Is a platinum thin film having a thickness of 0.2 μm.

【0022】抵抗発熱体13は、例えば膜厚が0.05
μmのTaN薄膜であり、発熱体として有効に機能する
部分のサイズは40μm×20μmであり、その抵抗値
は約100Ωである。絶縁保護層16は膜厚が0.3μ
mのSiN薄膜である。
The resistance heating element 13 has, for example, a film thickness of 0.05.
The TaN thin film of μm has a size of 40 μm × 20 μm that effectively functions as a heating element, and its resistance value is about 100Ω. The insulating protection layer 16 has a thickness of 0.3 μm.
m SiN thin film.

【0023】PTCサーミスタ発熱体1は、例えば厚さ
が0.2μmのチタン酸バリウム(BaTiO3)薄膜
であり、室温での比抵抗は約10Ω・cm、キュリー点
Tcは約100℃であり、120℃での比抵抗は約10
000Ω・cmである。金属電極2,3間に挟まれたP
TCサーミスタ1の有効に機能する部分のサイズは20
μm×80μmであり、室温でのPTCサーミスタ1の
素子抵抗Rは約12.5Ω、120℃での素子抵抗は約
12.5kΩである。
The PTC thermistor heating element 1 is, for example, a barium titanate (BaTiO 3 ) thin film having a thickness of 0.2 μm, a specific resistance at room temperature of about 10 Ω · cm, and a Curie point Tc of about 100 ° C. The specific resistance at 120 ℃ is about 10
It is 000 Ω · cm. P sandwiched between metal electrodes 2 and 3
The size of the effectively functioning part of the TC thermistor 1 is 20
The device resistance R of the PTC thermistor 1 at room temperature is about 12.5Ω, and the device resistance at 120 ° C. is about 12.5 kΩ.

【0024】本実施形態では、前記した構成において、
パルス幅約1.0μsec、パルス高約10Vのパルス
電圧が、電極3,15間に印加される。これによって、
0.09Aの電流が流れ、流路9内のインクを加熱発泡
させ、インク滴12を約15m/sの速度で吐出させる
ことができる。PTCサーミスタ1の温度がキュリー点
Tcを超えると、PTCサーミスタ1の素子抵抗が急激
に増大して、抵抗発熱体13への電流供給が抑えられ
て、消費電力が激減し過剰な発熱が防止される。
In the present embodiment, in the above configuration,
A pulse voltage having a pulse width of about 1.0 μsec and a pulse height of about 10 V is applied between the electrodes 3 and 15. by this,
A current of 0.09 A flows, the ink in the flow path 9 is heated and foamed, and the ink droplet 12 can be ejected at a speed of about 15 m / s. When the temperature of the PTC thermistor 1 exceeds the Curie point Tc, the element resistance of the PTC thermistor 1 rapidly increases, current supply to the resistance heating element 13 is suppressed, power consumption is drastically reduced, and excessive heat generation is prevented. It

【0025】[第2の実施形態]次に、本発明の第2の
実施形態について図5を参照して説明する。本実施形態
では、第1の実施形態と異なり、抵抗発熱体13の両側
方にPTCサーミスタ1a,1bが配置されている。そ
れ以外の構成については、第1の実施形態と実質的に同
じであり、同一の部分には同一の符号を付与し説明を省
略する。
[Second Embodiment] Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In the present embodiment, unlike the first embodiment, the PTC thermistors 1a and 1b are arranged on both sides of the resistance heating element 13. The rest of the configuration is substantially the same as that of the first embodiment, and the same parts are assigned the same reference numerals and explanations thereof are omitted.

【0026】本実施形態では、基板6上の蓄熱層4に抵
抗発熱体13が配置され、この抵抗発熱体13の両側方
に1対の積層体14a,14bがそれぞれ設けられてい
る。積層体14aは1対の金属電極2a,3aの間にP
TCサーミスタ1aが挟まれた構成で、積層体14bは
1対の金属電極2b,3bの間にPTCサーミスタ1b
が挟まれた構成であり、抵抗発熱体13の上面には、積
層体14a,14bの上部電極である金属電極2a,2
bの一部が互いに対向するように配置されている。すな
わち、金属電極2a,2bは、抵抗発熱体13の第1お
よび第2の電極としても機能し、PTCサーミスタ1
a,1bと抵抗発熱体13は直列接続されている。そし
て、抵抗発熱体13上の絶縁保護層16には、厚さ約
0.2μmのTa薄膜からなる耐キャビテーション膜1
7が形成されている。
In the present embodiment, the resistance heating element 13 is arranged in the heat storage layer 4 on the substrate 6, and a pair of laminated bodies 14a and 14b are provided on both sides of the resistance heating element 13, respectively. The laminated body 14a has P between the pair of metal electrodes 2a and 3a.
The laminated body 14b has a structure in which the TC thermistor 1a is sandwiched between the PTC thermistor 1b and the pair of metal electrodes 2b and 3b.
On the upper surface of the resistance heating element 13, the metal electrodes 2a, 2 which are the upper electrodes of the laminated bodies 14a, 14b are sandwiched between
The parts b are arranged so as to face each other. That is, the metal electrodes 2 a and 2 b also function as the first and second electrodes of the resistance heating element 13, and the PTC thermistor 1 is provided.
The a and 1b and the resistance heating element 13 are connected in series. The insulating protection layer 16 on the resistance heating element 13 has a cavitation resistant film 1 made of a Ta thin film having a thickness of about 0.2 μm.
7 are formed.

【0027】本実施形態では、抵抗発熱体13の両側方
に近接してPTCサーミスタ1a,1bが配置されてい
るため、2つのPTCサーミスタ1a,1bで確実に電
流を制御できる。また、抵抗発熱体13を中心としてほ
ぼ左右対称の構造になり、発泡時の温度分布もほぼ対称
になるため、熱設計がしやすくなる。
In the present embodiment, since the PTC thermistors 1a and 1b are arranged close to both sides of the resistance heating element 13, the current can be reliably controlled by the two PTC thermistors 1a and 1b. In addition, the structure is substantially symmetrical about the resistance heating element 13, and the temperature distribution during foaming is also substantially symmetrical, which facilitates thermal design.

【0028】[0028]

【発明の効果】以上説明したように、本発明は、インク
を発泡させるために抵抗発熱体が発熱する際の温度上昇
に伴って、PTCサーミスタの抵抗値が急激に増大する
ため、抵抗発熱体への電力供給が遮断される。これによ
って、インク発泡後に抵抗発熱体の駆動を停止するよう
にして、インクの発泡に寄与しない抵抗発熱体の過剰な
発熱と昇温を防止でき、省エネルギーと耐久性向上を達
成できる。
As described above, according to the present invention, the resistance value of the PTC thermistor rapidly increases as the temperature rises when the resistance heating element generates heat to foam ink. The power supply to is cut off. As a result, the drive of the resistance heating element is stopped after the ink is foamed, and it is possible to prevent excessive heat generation and temperature rise of the resistance heating element that does not contribute to the bubbling of the ink, and it is possible to save energy and improve durability.

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

【図1】本発明の第1の実施形態のインクジェット記録
ヘッドの要部断面図である。
FIG. 1 is a cross-sectional view of a main part of an inkjet recording head according to a first embodiment of the present invention.

【図2】図1に示すインクジェット記録ヘッドの、ノズ
ル形成部材を取り除いた状態の要部平面図である。
FIG. 2 is a plan view of a principal part of the ink jet recording head shown in FIG. 1 with a nozzle forming member removed.

【図3】図1に示すインクジェット記録ヘッドのPTC
サーミスタの抵抗値の対数と温度の関係を示すグラフで
ある。
3 is a PTC of the ink jet recording head shown in FIG.
It is a graph which shows the logarithm of the resistance value of a thermistor, and the relationship of temperature.

【図4】(a)は、図1に示すインクジェット記録ヘッ
ドの作動時間と消費電力の関係を示すグラフ、(b)
は、図1に示すインクジェット記録ヘッドの作動時間と
抵抗発熱体の表面温度の関係を示すグラフ、(c)は、
図1に示すインクジェット記録ヘッドの作動時間とPT
Cサーミスタの抵抗値の対数の関係を示すグラフであ
る。
4A is a graph showing the relationship between operating time and power consumption of the inkjet recording head shown in FIG. 1, FIG.
Is a graph showing the relationship between the operating time of the inkjet recording head shown in FIG. 1 and the surface temperature of the resistance heating element, and (c) is
Operating time and PT of the inkjet recording head shown in FIG.
It is a graph which shows the logarithmic relationship of the resistance value of a C thermistor.

【図5】本発明の第2の実施形態のインクジェット記録
ヘッドの要部断面図である。
FIG. 5 is a cross-sectional view of essential parts of an inkjet recording head according to a second embodiment of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1,1a,1b PTCサーミスタ 2,2a,2b 積層体の上部の金属電極 3,3a,3b 積層体の下部の金属電極 4 蓄熱層 5 吐出孔 6 基板 7 ノズル形成部材 8 インク供給口 9 流路 10 電源 12 インク滴 13 抵抗発熱体 14,14a,14b 積層体 15 抵抗発熱体の電極 16 絶縁保護層 17 耐キャビテーション膜 1,1a, 1b PTC thermistor 2,2a, 2b Metal electrode on top of stack 3,3a, 3b Metal electrode under the laminated body 4 Heat storage layer 5 discharge holes 6 substrate 7 Nozzle forming member 8 ink supply port 9 channels 10 power supplies 12 ink drops 13 Resistance heating element 14,14a, 14b laminate 15 Electrode of resistance heating element 16 Insulation protection layer 17 Anti-cavitation film

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 熱エネルギーを利用して液滴を吐出する
インクジェット記録ヘッドにおいて、 抵抗発熱体と、前記抵抗発熱体に直列接続されており、
前記抵抗発熱体の発熱により閾値以上の温度になると抵
抗値が急激に増大するPTCサーミスタとを有すること
を特徴とするインクジェット記録ヘッド。
1. An ink jet recording head for ejecting liquid droplets by utilizing thermal energy, wherein a resistance heating element and a resistance heating element are connected in series,
An ink jet recording head, comprising: a PTC thermistor whose resistance value rapidly increases when the temperature exceeds a threshold value due to heat generated by the resistance heating element.
【請求項2】 前記PTCサーミスタの抵抗値が急激に
上昇する閾値は、50℃以上250℃以下の範囲内にあ
る、請求項1に記載のインクジェット記録ヘッド。
2. The ink jet recording head according to claim 1, wherein the threshold value at which the resistance value of the PTC thermistor sharply rises is within a range of 50 ° C. or higher and 250 ° C. or lower.
【請求項3】 前記PTCサーミスタは1対の電極に挟
まれて積層体を構成しており、前記積層体は前記抵抗発
熱体に近接して配置され、前記積層体の上部の前記電極
は、前記抵抗発熱体の上面にまで延びて前記抵抗発熱体
の電極としても機能する、請求項1または2に記載のイ
ンクジェット記録ヘッド。
3. The PTC thermistor is sandwiched between a pair of electrodes to form a laminated body, the laminated body is arranged in proximity to the resistance heating element, and the electrode on the upper portion of the laminated body is The ink jet recording head according to claim 1, which extends to the upper surface of the resistance heating element and also functions as an electrode of the resistance heating element.
【請求項4】 1対の前記PTCサーミスタが前記抵抗
発熱体の両側方にそれぞれ近接して配置されている、請
求項1〜3のいずれか1項に記載のインクジェット記録
ヘッド。
4. The ink jet recording head according to claim 1, wherein the pair of PTC thermistors are arranged close to each other on both sides of the resistance heating element.
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