JP2914576B2 - Liquid jet recording apparatus and recording method - Google Patents

Liquid jet recording apparatus and recording method

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JP2914576B2
JP2914576B2 JP5728790A JP5728790A JP2914576B2 JP 2914576 B2 JP2914576 B2 JP 2914576B2 JP 5728790 A JP5728790 A JP 5728790A JP 5728790 A JP5728790 A JP 5728790A JP 2914576 B2 JP2914576 B2 JP 2914576B2
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隆 木村
修二 本村
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Description

【発明の詳細な説明】 技術分野 本発明は、液体噴射記録装置及び方法、より詳細に
は、インクジェットプリンタの階調記録を可能とする液
体噴射記録装置及び記録方法に関する。
Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to a liquid jet recording apparatus and method, and more particularly, to a liquid jet recording apparatus and a recording method that enable gradation recording of an ink jet printer.

従来技術 ノンインパクト記録法は、記録時における騒音の発生
が無視し得る程度に極めて小さいという点において、最
近関心を集めている。その中で、高速記録が可能であ
り、而も所謂普通紙に特別の定着処理を必要とせずに記
録の行える所謂インクジェット記録法は極めて有力な記
録法であって、これまでにも様々な方式が提案され、改
良が加えられて商品化されたものもあれば、現在もなお
実用化への努力が続けられているものもある。
2. Description of the Related Art Non-impact recording methods have recently attracted attention in that the generation of noise during recording is extremely small to a negligible level. Among them, the so-called ink jet recording method, which can perform high-speed recording and can perform recording on so-called plain paper without requiring a special fixing process, is an extremely powerful recording method. Some have been proposed and commercialized with improvements, while others are still being put to practical use.

この様なインクジェット記録法は、所謂インクと称さ
れる記録液体の小滴(droplet)を飛翔させ、記録部材
に付着させて記録を行うものであって、この記録液体の
小滴の発生法及び発生された記録液小滴の飛翔方向を制
御する為の制御方法によって幾つかの方式に大別され
る。
In such an ink jet recording method, recording is performed by flying droplets of a recording liquid called so-called ink and attaching the droplets to a recording member. The control method for controlling the flying direction of the generated recording liquid droplet is roughly classified into several types.

先ず第1の方式は例えばUSP3060429に開示されている
もの(Tele type方式)であって、記録液体の小滴の発
生を静電吸引的に行い、発生した記録液体小的を記録信
号に応じて電界制御し、記録部材上に記録液体小的を選
択的に付着させて記録を行うものである。
First, the first method is, for example, a method disclosed in US Pat. No. 3,060,429 (Tele type method), in which droplets of a recording liquid are generated by electrostatic attraction, and the generated recording liquid is determined according to a recording signal. The recording is performed by controlling the electric field and selectively adhering the recording liquid to the recording member.

これに就いて、更に詳述すれば、ノズルと加速電極間
に電界を掛けて、一様に帯電した記録液体の小滴をノズ
ルより吐出させ、該吐出した記録液体の小滴を記録信号
に応じて電気制御可能な様に構成されたxy偏向電極間を
飛翔させ、電界の強度変化によって選択的に小滴を記録
部材上に付着させて記録を行うものである。
More specifically, in more detail, an electric field is applied between the nozzle and the accelerating electrode to discharge a uniformly charged droplet of the recording liquid from the nozzle, and the discharged droplet of the recording liquid is converted into a recording signal. In accordance with this, recording is performed by causing the droplets to fly between the xy deflection electrodes configured so as to be electrically controllable and selectively adhering small droplets onto the recording member by a change in the intensity of the electric field.

第2の方式は、例えばUSP3596275、USP3298030等に開
示されている方式(Sweet方式)であって、連続振動発
生法によって帯電量の制御された記録液体の小滴を発生
させ、この発生された帯電量の制御された小滴を、一様
の電界が掛けられている偏向電極間を飛翔させること
で、記録部材上に記録を行うものである。
The second method is a method (Sweet method) disclosed in, for example, US Pat. No. 3,596,275, US Pat. No. 3,298,030, in which a droplet of a recording liquid whose charge amount is controlled by a continuous vibration generation method is generated, and the generated charging is performed. The recording is performed on the recording member by causing the controlled amount of the droplet to fly between the deflection electrodes to which a uniform electric field is applied.

具体的には、ピエゾ振動素子の付設されている記録ヘ
ッドを構成する一部であるノズルのオリフィス(吐出
口)の前に記録信号が印加されている様に構成した帯電
電極を所定距離だけ離して配置し、前記ピエゾ振動素子
に一定周波数の電気信号を印加することでピエゾ振動素
子を機械的に振動させ、前記吐出口より記録液体の小滴
を吐出させる。この時前記帯電電極によって吐出する記
録液体小滴には電荷が静電誘導され、小滴は記録信号に
応じた電荷量で帯電される。帯電量の制御された記録液
体の小滴は、一定の電界が一様に掛けられている偏向電
極間を飛翔する時、付加された帯電量に応じて偏向を受
け、記録信号を担う小滴のみが記録部材上に付着し得る
様にされている。
More specifically, a charging electrode configured so that a recording signal is applied in front of an orifice (ejection port) of a nozzle, which is a part of a recording head provided with a piezoelectric vibrating element, is separated by a predetermined distance. The piezoelectric vibrating element is mechanically vibrated by applying an electric signal of a constant frequency to the piezoelectric vibrating element, and a droplet of the recording liquid is discharged from the discharge port. At this time, a charge is electrostatically induced in the recording liquid droplet discharged by the charging electrode, and the droplet is charged with a charge amount according to the recording signal. When the droplet of the recording liquid whose charge amount is controlled flies between the deflection electrodes to which a constant electric field is uniformly applied, the droplet is deflected according to the added charge amount and carries a recording signal. Only the recording material can be deposited on the recording member.

第3の方式は例えばUSP3416153に開示されている方式
(Hertz方式)であって、ノズルとリング状の帯電電極
間に電界を掛け、連続振動発生法によって、記録液体の
小滴を発生霧化させて記録する方式である。即ちこの方
式ではノズルと帯電電極間に掛ける電界強度を記録信号
に応じて変調することによって小滴の霧化状態を制御
し、記録画像の階調性を出して記録する。
The third method is a method (Hertz method) disclosed in, for example, US Pat. No. 3,416,153, in which an electric field is applied between a nozzle and a ring-shaped charging electrode to generate and atomize small droplets of a recording liquid by a continuous vibration generation method. This is the method of recording. That is, in this method, the atomization state of the small droplet is controlled by modulating the electric field intensity applied between the nozzle and the charging electrode in accordance with the recording signal, and the image is recorded with the gradation of the recorded image.

第4の方式は、例えばUSP3747120に開示されている方
式(Stemme方式)で、この方式は前記3つの方式とは根
本的に原理が異なるものである。
The fourth method is, for example, a method (Stemme method) disclosed in US Pat. No. 3,747,120. This method is fundamentally different from the above three methods in principle.

即ち、前記3つの方式は、何れもノズルより吐出され
た記録液体の小滴を、飛翔している途中で電気的に制御
し、記録信号を担った小滴を選択的に記録部材上に付着
させて記録を行うのに対して、このStemme方式は、記録
信号に応じて吐出口より記録液体の小滴を吐出飛翔させ
て記録するものである。
That is, in each of the three methods, the droplet of the recording liquid discharged from the nozzle is electrically controlled during the flight, and the droplet carrying the recording signal is selectively attached to the recording member. On the other hand, according to the Stemme method, recording is performed by ejecting a small droplet of recording liquid from an ejection port in accordance with a recording signal.

つまり、Stemme方式は、記録液体を吐出する吐出口を
有する記録ヘッドに付設されているピエゾ振動素子に、
電気的な記録信号を印加し、この電気的記録信号をピエ
ゾ振動素子の機械的振動に変え、該機械的振動に従って
前記吐出口より記録液体の小滴を吐出飛翔させて記録部
材に付着させることで記録を行うものである。
That is, in the Stemme method, the piezoelectric vibrating element attached to the recording head having the ejection port for ejecting the recording liquid includes:
Applying an electrical recording signal, converting the electrical recording signal into mechanical vibration of a piezo-vibrating element, and ejecting a droplet of the recording liquid from the ejection port in accordance with the mechanical vibration to cause the droplet to fly and adhere to the recording member. Is to record.

これ等、従来の4つの方式は各々に特長を有するもの
であるが、又、他方において解決され得る可き点が存在
する。
Each of these four conventional methods has its own features, but on the other hand, there are points that can be solved.

即ち、前記第1から第3の方式は記録液体の小滴の発
生の直接的エネルギーが電気的エネルギーであり、又、
小滴の偏向制御も電界制御である。その為、第1の方式
は、構成上はシンプルであるが、小滴の発生に高電圧を
要し、又、記録ヘッドのマルチノズル化が困難であるの
で高速記録には不向きである。
That is, in the first to third methods, the direct energy of the generation of the droplet of the recording liquid is electric energy,
Droplet deflection control is also electric field control. Therefore, the first method is simple in structure, but requires a high voltage to generate small droplets, and is not suitable for high-speed printing because it is difficult to use a multi-nozzle recording head.

第2の方式は、記録ヘッドのマルチノズル化が可能で
高速記録に向くが、構成上複雑であり、又記録液体小滴
の電気的制御が高度で困難であること、記録部材上にサ
テライトドットが生じ易いこと等の問題点がある。
The second method enables multi-nozzle recording heads and is suitable for high-speed recording. However, the method is complicated in structure, and the electrical control of small droplets of recording liquid is difficult and difficult. Are liable to occur.

第3の方式は、記録液体小滴を霧化することによって
階調性に優れた画像が記録され得る特長を有するが、他
方霧化状態の制御が困難であること、記録画像にカブリ
が生ずること及び記録ヘッドのマルチノズル化が困難
で、高速記録には不向きであること等の諸問題点が存す
る。
The third method has a feature that an image having excellent gradation can be recorded by atomizing a recording liquid droplet, but on the other hand, it is difficult to control the atomization state, and fogging occurs in the recorded image. In addition, there are problems such as the fact that it is difficult to use a multi-nozzle recording head, and it is not suitable for high-speed recording.

第4の方式は、第1乃至第3の方式に比べ利点を比較
的多く有する。即ち、構成上シンプルであること、オン
デマンド(on−demand)で記録液体をノズルの吐出口よ
り吐出して記録を行う為に、第1乃至第3の方式の様に
吐出飛翔する小滴の中、画像の記録に要さなかった小滴
を回収することが不要であること及び第1乃至第2の方
式の様に、導電性の記録液体を使用する必要性がなく記
録液体の物質上の自由度が大であること等の大きな利点
を有する。而乍ら、一方において、記録ヘッドの加工上
に問題があること、所望の共振数を有するピエゾ振動素
子の小型化が極めて困難であること等の理由から記録ヘ
ッドのマルチノズル化が難しく、又、ピエゾ振動素子の
機械的振動という機械的エネルギーによって記録液体小
滴の吐出飛翔を行うので高速記録には向かないこと、等
の欠点を有する。
The fourth scheme has relatively many advantages over the first to third schemes. That is, in order to perform recording by discharging the recording liquid from the discharge port of the nozzle on demand (on-demand), it is simple in terms of the configuration. It is not necessary to collect small droplets that are not required for recording an image, and there is no need to use a conductive recording liquid as in the first and second methods, and the recording liquid material Has a great advantage such as a large degree of freedom. However, on the other hand, it is difficult to form a multi-nozzle recording head because there are problems in processing the recording head and it is extremely difficult to reduce the size of the piezoelectric vibrating element having a desired resonance number. However, since the recording liquid droplets are ejected and fly by the mechanical energy of mechanical vibration of the piezo-vibration element, it is not suitable for high-speed recording.

このように従来の液体噴射記録方法には、構成上、高
速記録化上、記録ヘッドのマルチノズル化上、サテライ
トドットの発生及び記録画像のカブリ発生等の点におい
て、一長一短があって、その長所を利する用途にしか適
用し得ないという制約が存在していた。
As described above, the conventional liquid jet recording method has advantages and disadvantages in terms of configuration, high-speed recording, multi-nozzle recording head, generation of satellite dots, fogging of a recorded image, and the like. There is a restriction that it can be applied only to applications that benefit.

しかし、この不都合も本出願人が先に提案したインク
ジェット記録方式を採用することによってほぼ解消する
ことができる。かかるインクジェット記録方式は、特公
昭56−9429号公報にその詳細が説明されているが、ここ
にそれを要約すれば、液室内のインクを加熱して気泡を
発生させてインクに圧力上昇を生じさせ、微細な毛細管
ノズルからインクを飛び出させて、記録するものであ
る。その後、この原理を利用して多くの発明がなされ
た。その中の1つとして、たとえば、特公昭59−31943
号公報がある。これは、発熱量調整構造を有する発熱部
を具備する電気熱変換体に階調情報を有する信号を印加
し、発熱部に信号に応じた熱量を発生させることにより
階調記録を行う事を特徴とするものであった。具体的に
は、保護層、蓄熱層、あるいは発熱体層の厚さが徐々に
変化するような構造としたり、あるいは発熱体層のパタ
ーン巾が徐々に変化するような構造としたものである。
However, this inconvenience can be almost completely eliminated by employing the ink jet recording method proposed earlier by the present applicant. The details of such an ink jet recording method are described in Japanese Patent Publication No. 56-9429, but in summary here, the ink in the liquid chamber is heated to generate air bubbles, causing a pressure increase in the ink. Then, ink is ejected from a fine capillary nozzle to record. Since then, many inventions have been made using this principle. As one of them, for example, Japanese Patent Publication No. 59-31943
There is an official gazette. This is characterized in that gradation recording is performed by applying a signal having gradation information to an electrothermal transducer having a heating section having a heating value adjustment structure and generating a heat quantity corresponding to the signal in the heating section. It was to be. Specifically, it has a structure in which the thickness of the protective layer, the heat storage layer, or the heating element layer changes gradually, or a structure in which the pattern width of the heating element layer changes gradually.

第17図乃至第19図は、それぞれ上記特公昭59−31943
号公報の第4図乃至第6図に開示された電気熱変換体の
例を示す断面構造図で、図中、71は基板、72は蓄熱層、
73は発熱体、74,75は電極、76は保護膜で、第17図に示
した例は、保護膜76を電極74側より電極75に向って厚み
勾配をつけて設けることにより、発熱部Δlの表面よ
り、該表面に接触している液体に単位時間当りに作用す
る発熱量に勾配を設けたものである。
FIGS. 17 to 19 correspond to the above-mentioned JP-B-59-31943, respectively.
FIG. 4 is a cross-sectional structural view showing an example of the electrothermal converter disclosed in FIGS. 4 to 6 of the publication, in which 71 is a substrate, 72 is a heat storage layer,
73 is a heating element, 74 and 75 are electrodes, and 76 is a protective film. In the example shown in FIG. 17, the protective film 76 is provided with a thickness gradient from the electrode 74 side toward the electrode 75, so that the heating section is provided. From the surface of Δl, a gradient is provided for the amount of heat generated per unit time acting on the liquid in contact with the surface.

また、第18図に示した例は、蓄熱層72の厚みを発熱部
Δlに於いて、AからBに向って徐々に減少させて、発
熱体73より発生される熱の基板71への放熱量に分布を与
え、発熱部Δlの表面に接触している液体へ与える単位
時間当りの熱量に勾配を設けたものである。
In the example shown in FIG. 18, the thickness of the heat storage layer 72 is gradually reduced from A to B in the heating portion Δl, and the heat generated by the heating element 73 is released to the substrate 71. A distribution is given to the amount of heat, and a gradient is provided for the amount of heat per unit time to be applied to the liquid in contact with the surface of the heat generating portion Δl.

また、第19図に示した例は、発熱体73の厚みに発熱部
Δlに於いて勾配を設けて発熱体73を蓄熱層72上に形成
するもので、AからBに至るまでの各部位に於ける抵抗
の変化によって、単位時間当りの発熱量を制御するもの
である。
In the example shown in FIG. 19, the heating element 73 is formed on the heat storage layer 72 by providing a gradient in the thickness of the heating element 73 in the heating section Δl. The amount of heat generated per unit time is controlled by the change in resistance at the time.

また、第20図乃至第24図は、それぞれ上記特公昭59−
31943号公報の第9図乃至第13図に開示された電気熱変
換体の例を示す平面構造図で、図中、81は発熱部、82,8
3は電極で、第20図に示した例は、発熱部81の平面形状
を矩形とし、電極82と発熱部81との接続部を電極83と発
熱部81との接続部より小さくしたものである。第21図及
び第22図に示した例は、それぞれ発熱部81の中央部を両
端よりも細い平面形状となしたものである。また第23図
に示した例は、発熱部81の平面形状を台形となし、台形
の平行でない対向する辺に於いて図の様に電極82,83を
各々接続したものである。
20 to 24 correspond to the above-mentioned Japanese Patent Publication No.
FIG. 31 is a plan view showing an example of an electrothermal converter disclosed in FIGS. 9 to 13 of Japanese Patent No. 31943, in which reference numeral 81 denotes a heat generating portion;
Reference numeral 3 denotes an electrode, and the example shown in FIG. 20 is such that the planar shape of the heating section 81 is rectangular, and the connection between the electrode 82 and the heating section 81 is smaller than the connection between the electrode 83 and the heating section 81. is there. In the examples shown in FIGS. 21 and 22, the central portion of the heat generating portion 81 has a planar shape smaller than both ends. In the example shown in FIG. 23, the heating section 81 has a trapezoidal planar shape, and electrodes 82 and 83 are connected to opposite sides of the trapezoid as shown in the figure.

また、第24図に示した例は、発熱部81の中央部を両端
より広い平面形状としたもので、これらの例は、発熱部
のAからBに向って電流密度に負の勾配を与える様に構
成し、印加される電力レベルを変えることによって、熱
作用部に生ずる急峻な液体の状態変化を制御することで
吐出される液滴の大きさを変え、これによって階調記録
を行うものである。
In the example shown in FIG. 24, the central portion of the heat generating portion 81 has a planar shape wider than both ends. In these examples, a negative gradient is given to the current density from A to B of the heat generating portion. The size of droplets ejected by controlling the sharp change in the state of the liquid generated in the heat acting portion by changing the applied power level, thereby performing gradation recording It is.

しかしながら、第17図〜第19図に示した例のような3
次元的構造を薄膜形成技術で形成することは、事実上不
可能に近く、又、仮にできたとしても、非常に高コスト
になるという欠点を有している。又、第20図〜第24図に
示したようにパターン巾を変えたものは、そのパターン
が最もせまくなるところで断線が生じやすく耐久性の面
から必ずしも良い結果は得られなかった。
However, as in the example shown in FIGS.
Forming a three-dimensional structure by a thin film forming technique has a drawback that it is practically impossible, and if it is made, it is very expensive. Further, when the pattern width was changed as shown in FIG. 20 to FIG. 24, disconnection was likely to occur where the pattern was the narrowest, and good results were not necessarily obtained from the viewpoint of durability.

一方、特開昭63−42872号公報にも類似の階調記録技
術の開示がある。これも特公昭59−31943号公報の技術
と同様に発熱体層に3次元構造をもたせることを特徴と
しており、製造が極めて困難であるという欠点を有して
いる。その他の階調記録技術として特公昭62−46358号
公報、特公昭62−46359号公報、特公昭62−48585号公報
が知られている。それらは、それぞれ1つの流路に配列
した複数個の発熱体より、所定数の発熱体を選択した
り、あるいは、発熱量の異なる複数の発熱体から1つを
選択して、発生する気泡の大きさを変えたり、複数の発
熱体への駆動信号の入力タイミングのズレを可変制御し
て吐出量を変えたりするものであった。しかしながら、
これらの技術では、複数個の発熱体が1つの流路あるい
は吐出口に対応しているため、それら複数個の発熱体に
接続される制御電極の数が増大して吐出口を高密度に配
列することが不可能であった。又、特開昭59−124863号
公報、特開昭59−124864号公報では、吐出のための発熱
体とは別の発熱体及び気泡発生部を有し、吐出量制御を
行う技術の開示があるが、これらも気泡発生部の存在故
に高密度配列が困難であるという欠点を有している。さ
らに特開昭63−42869号公報には、抵抗体に通電する時
間を変えることによって気泡の発生回数を変更して吐出
量を制御する技術が開示されている。しかしながら通常
のバブルジェットにおいては通電時間は数〜十数μsが
限界であり、それ以上の時間通電すると発熱体が断線す
るため、特開昭63−42869号公報の技術は、耐久性面で
事実上実現不可能である。
On the other hand, JP-A-63-42872 discloses a similar gradation recording technique. This is also characterized in that the heating element layer has a three-dimensional structure, as in the technique of Japanese Patent Publication No. 59-31943, and has a drawback that the production is extremely difficult. As other gradation recording techniques, Japanese Patent Publication No. Sho 62-46358, Japanese Patent Publication No. Sho 62-46359, and Japanese Patent Publication No. Sho 62-48585 are known. Each of them selects a predetermined number of heating elements from a plurality of heating elements arranged in one flow path, or selects one from a plurality of heating elements having different heating values to generate bubbles. The size is changed or the ejection amount is changed by variably controlling the shift of the input timing of the drive signal to the plurality of heating elements. However,
In these technologies, since a plurality of heating elements correspond to one flow path or discharge port, the number of control electrodes connected to the plurality of heating elements increases, and the discharge ports are arranged at high density. It was impossible to do. Further, Japanese Patent Application Laid-Open Nos. 59-12463 and 59-124864 disclose a technique for controlling a discharge amount, which has a heating element and a bubble generating section different from a heating element for discharging. However, these also have the disadvantage that high density arrangement is difficult due to the presence of the bubble generating portion. Further, Japanese Patent Application Laid-Open No. 63-42869 discloses a technique for controlling the discharge amount by changing the number of times of generation of bubbles by changing the time for energizing the resistor. However, in a normal bubble jet, the energizing time is limited to several to several tens of microseconds, and when energizing for a longer time, the heating element is disconnected, so the technology of Japanese Patent Application Laid-Open No. 63-42869 is not It is not feasible.

以上により、従来技術においては、階調記録を行うた
めに各種の試みがなされてきているが、製造上から、耐
久性から、あるいは、高密度配列面からみて必ずしも満
足のいく結果は得られていない。
As described above, in the prior art, various attempts have been made to perform gradation recording, but satisfactory results have not always been obtained from the viewpoint of manufacturing, durability, or high density arrangement. Absent.

本出願人はこの点に鑑み、先に特願平1−192357号を
出願している。これは、製造が容易であり、耐久性にも
優れ、高密度配列が可能な階調記録が可能な液体噴射記
録装置であり、かつ、階調記録方法の発明である。簡単
にその発明の一部を要約すると、液体を吐出して飛翔的
液滴を形成するための吐出口と、前記液体を吐出するた
めに前記液体に熱による状態変化を生じせしめるための
電気熱変換体層と、該電気熱変換体層に電気的に接続さ
れる1対の電極とを有する液体噴射記録ヘッドを具備す
る液体噴射記録装置において、前記電気熱変換体層上に
おいて通電方向に熱勾配を持つように放熱構造体を形成
し、画像情報に応じて入力エネルギーを可変としたもの
であり、より具体的には第7図〜第11図にその吐出原理
及びヘッド構造を示すように、いわゆるエッジシュータ
型のバブルジェットにおいて、後述するように、その発
熱体上(あるいは下)に通電方向に熱勾配を持つように
放熱構造体を形成し、画像情報に応じて入力エネルギー
を可変としたものである。この発明は、高密度記録が可
能で、階調記録も可能な画期的な液体噴射記録装置であ
り、記録方法であるが、省エネルギーという点からみる
と、まだ改善の余地を残している。
In view of this point, the present applicant has previously filed Japanese Patent Application No. 1-192357. This is a liquid jet recording apparatus which is easy to manufacture, has excellent durability, is capable of high-density arrangement and is capable of gradation recording, and is an invention of a gradation recording method. Briefly summarizing a part of the invention, a discharge port for discharging a liquid to form a flying droplet and an electric heat for causing a state change of the liquid by heat to discharge the liquid. In a liquid jet recording apparatus including a liquid jet recording head having a conversion layer and a pair of electrodes electrically connected to the electrothermal conversion layer, heat is applied to the electrothermal conversion layer in an energizing direction. The heat radiation structure is formed so as to have a gradient, and the input energy is made variable according to the image information. More specifically, as shown in FIGS. 7 to 11, the ejection principle and the head structure are shown in FIG. In a so-called edge shooter type bubble jet, as described later, a heat dissipation structure is formed on (or below) the heating element so as to have a heat gradient in a direction of current supply, and the input energy can be varied according to image information. did Than it is. The present invention is an epoch-making liquid jet recording apparatus capable of high-density recording and gradation recording, and is a recording method. However, there is still room for improvement in terms of energy saving.

目的 本発明は、上述のごとき実情に鑑みてなされたもの
で、製造が容易であり、耐久性にも優れ、高密度配列が
可能で階調記録が可能で、しかもエネルギー効率の良い
液体噴射記録装置を提供することを目的とし、他の目的
はエネルギー効率の良い階調記録方法を提案することで
ある。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above circumstances, and is easy to manufacture, excellent in durability, capable of high-density arrangement, capable of gradation recording, and energy-efficient liquid jet recording. Another object of the present invention is to provide a device, and to propose an energy-efficient gradation recording method.

構成 本発明は、上記目的を達成するために、(1)液体を
吐出して飛翔的液滴を形成するための吐出口と、前記液
体を吐出するために前記液体に熱による状態変化を生じ
せしめるための電気熱変換体層と、該電気熱変換体層に
電気的に接続される1対の電極とを有し、前記吐出口と
前記電気熱変換体層は対向する位置に配され、前記電気
熱変換体層に対してほぼ垂直方向に前記液体を飛翔する
液体噴射記録ヘッドを具備する液体噴射記録装置におい
て、前記電気熱変換体層上において熱勾配を生じせしめ
るように放熱構造体を形成し、画像情報に応じて入力エ
ネルギーを可変としたこと、或いは、(2)液体を吐出
して飛翔的液滴を形成するための吐出口と、前記液体を
吐出するために前記液体に熱による状態変化を生じせし
めるための電気熱変換体層と、該電気熱変換体層に電気
的に接続される1対の電極とを有し、前記吐出口と前記
電気熱変換体層は対向する位置に配され、前記電気熱変
換体層に対してほぼ垂直方向に前記液体を飛翔する液体
噴射記録ヘッドを使用する液体噴射記録方法において、
画像情報に応じて入力エネルギーを変え前記電気熱変換
体層上において熱勾配を生じせしめ、前記電気熱変換体
層上で発生する気泡の大きさを変えて前記吐出口より吐
出する液体の量を変えるようにしたこと、或いは、
(3)液体を吐出して飛翔的液滴を形成するための吐出
口と、前記液体を吐出するために前記液体に熱による状
態変化を生じせしめるための電気熱変換体層と、該電気
熱変換体層に電気的に接続される1対の電極とを有し、
前記吐出口と前記電気熱変換体層は対向する位置に配さ
れ、前記電気熱変換体層に対してほぼ垂直方向に前記液
体を飛翔する液体噴射記録ヘッドを具備する液体噴射記
録装置において、前記電気熱変換体層の下において熱勾
配を生じせしめるように放熱構造体を形成し、画像情報
に応じて入力エネルギーを可変としたこと、或いは、
(4)液体を吐出して飛翔的液滴を形成するための吐出
口と、前記液体を吐出するために前記液体に熱による状
態変化を生じせしめるための電気熱変換体層と、該電気
熱変換体層に電気的に接続される1対の電極とを有し、
前記吐出口と前記電気熱変換体層は対向する位置に配さ
れ、前記電気熱変換体層に対して、ほぼ垂直方向に前記
液体を飛翔する液体噴射記録ヘッドを使用する液体噴射
記録方法において、画像情報に応じて入力エネルギーを
変え、前記電気熱変換体層の下において、熱勾配を生じ
せしめ、前記電気熱変換体層上で発生する気泡の大きさ
を変えて前記吐出口より吐出する液体の量を変えるよう
にしたこと、或いは、(5)液体を吐出して飛翔的液滴
を形成するための吐出口と、前記液体を吐出するために
前記液体に熱による状態変化を生じせしめるための電気
熱変換体層と、該電気熱変換体層に電気的に接続される
1対の電極とを有し、前記吐出口と前記電気熱変換体層
は対向する位置に配され、前記電気熱変換体層に対し
て、ほぼ垂直方向に前記液体を飛翔する液体噴射記録ヘ
ッドを具備する液体噴射記録装置において、前記電気熱
変換体層上において熱勾配を生じせしめるように放熱構
造体を形成し、該放熱構造体が前記1対の電極の一方を
兼ねる構造とし、画像情報に応じて入力エネルギーを可
変としたこと、或いは、(6)液体を吐出して飛翔的液
滴を形成するための吐出口と、前記液体を吐出するため
に前記液体に熱による状態変化を生じせしめるための電
気熱変換体層と、該電気熱変換体層に電気的に接続され
る1対の電極とを有し、前記吐出口と前記電気熱変換体
層は対向する位置に配され、前記電気熱変換体層に対し
てほぼ垂直方向に前記液体を飛翔する液体噴射記録ヘッ
ドを具備する液体噴射記録装置において、前記電気熱変
換体層の下において熱勾配を生じせしめるように放熱構
造体を形成し、該放熱構造体が前記1対の電極の一方を
兼ねる構造とし、画像情報に応じて入力エネルギーを可
変としたことを特徴としたものである。以下、本発明の
実施例に基いて説明する。
Configuration In order to achieve the above object, the present invention provides (1) a discharge port for discharging a liquid to form a flying droplet, and a state change caused by heat in the liquid for discharging the liquid. An electrothermal transducer layer for squeezing, and a pair of electrodes electrically connected to the electrothermal transducer layer, wherein the discharge port and the electrothermal transducer layer are arranged at opposing positions; In a liquid jet recording apparatus including a liquid jet recording head that flies the liquid in a direction substantially perpendicular to the electrothermal transducer layer, a heat radiating structure is formed so as to generate a thermal gradient on the electrothermal transducer layer. Or (2) a discharge port for discharging a liquid to form a flying droplet, and applying heat to the liquid to discharge the liquid. Electricity to cause a state change due to A heat converter layer, and a pair of electrodes electrically connected to the electrothermal converter layer, wherein the discharge port and the electrothermal converter layer are arranged at opposing positions; In a liquid jet recording method using a liquid jet recording head that flies the liquid in a direction substantially perpendicular to the body layer,
The input energy is changed in accordance with the image information to cause a thermal gradient on the electrothermal transducer layer, and the amount of liquid discharged from the discharge port is changed by changing the size of bubbles generated on the electrothermal transducer layer. To change it, or
(3) a discharge port for discharging a liquid to form a flying droplet, an electrothermal transducer layer for causing the liquid to undergo a state change due to heat in order to discharge the liquid, and the electric heat A pair of electrodes electrically connected to the converter layer,
The liquid ejection recording apparatus including a liquid ejection recording head that is disposed at a position where the discharge port and the electrothermal transducer layer face each other and that ejects the liquid in a direction substantially perpendicular to the electrothermal transducer layer. A heat dissipation structure is formed so as to generate a thermal gradient below the electrothermal transducer layer, and the input energy is made variable according to image information, or
(4) a discharge port for discharging liquid to form flying droplets, an electrothermal transducer layer for causing the liquid to undergo a state change due to heat in order to discharge the liquid, and the electric heat A pair of electrodes electrically connected to the converter layer,
In the liquid ejection recording method using a liquid ejection recording head that ejects the liquid in a direction substantially perpendicular to the electrothermal conversion layer, the discharge port and the electrothermal transducer layer are arranged at opposing positions. A liquid discharged from the discharge port by changing input energy according to image information, causing a thermal gradient under the electrothermal transducer layer, and changing the size of bubbles generated on the electrothermal transducer layer. Or (5) a discharge port for discharging a liquid to form a flying droplet, and a state change caused by heat in the liquid for discharging the liquid. And a pair of electrodes electrically connected to the electrothermal converter layer, wherein the discharge port and the electrothermal converter layer are disposed at opposing positions, Almost perpendicular to the heat conversion layer In a liquid jet recording apparatus having a liquid jet recording head for flying the liquid, a heat radiating structure is formed so as to generate a thermal gradient on the electrothermal transducer layer, and the heat radiating structure is formed of the pair of electrodes. And (6) a discharge port for discharging a liquid to form a flying droplet and a discharge port for discharging the liquid. An electrothermal converter layer for causing the liquid to undergo a state change due to heat, and a pair of electrodes electrically connected to the electrothermal converter layer, wherein the discharge port and the electrothermal converter In a liquid jet recording apparatus including a liquid jet recording head that is disposed at a position facing the liquid jet head and that jets the liquid in a direction substantially perpendicular to the electrothermal transducer layer, a heat is applied below the electrothermal transducer layer. Create a gradient The heat dissipation structure is formed so that, a structure in which heat radiation structure also serves as one of the pair of electrodes, in which characterized in that a variable input energy in accordance with image information. Hereinafter, a description will be given based on an example of the present invention.

第7図は、本発明が適用されるインクジェットヘッド
の一例としてのバブルジェットヘッドの動作説明をする
ための図、第8図は、バブルジェットヘッドの一例を示
す斜視図、第9図は、第8図に示したヘッドを構成する
蓋基板(第9図(a))と発熱体基板(第9図(b))
に分解した時の斜視図、第10図は、第9図(a)に示し
た蓋基板を裏側から見た斜視図で、図中、21は蓋基板、
22は発熱体基板、23は記録液体流入口、24はオリフィ
ス、25は流路、26は液室を形成するための領域、27は個
別(独立)電極、28は共通電極、29は発熱体(ヒー
ト)、30はインク、31は気泡、32は飛翔インク滴で、本
発明は、斯様なバブルジェット式の液体噴射記録ヘッド
に適用するものである。
FIG. 7 is a view for explaining the operation of a bubble jet head as an example of an ink jet head to which the present invention is applied, FIG. 8 is a perspective view showing an example of a bubble jet head, and FIG. A lid substrate (FIG. 9 (a)) and a heating element substrate (FIG. 9 (b)) which constitute the head shown in FIG.
FIG. 10 is a perspective view of the lid substrate shown in FIG. 9 (a) viewed from the back side, where 21 is a lid substrate,
22 is a heating element substrate, 23 is a recording liquid inlet, 24 is an orifice, 25 is a flow path, 26 is a region for forming a liquid chamber, 27 is an individual (independent) electrode, 28 is a common electrode, and 29 is a heating element. (Heat), 30 is ink, 31 is bubbles, and 32 is flying ink droplets. The present invention is applied to such a bubble jet type liquid jet recording head.

最初に、第7図を参照しながらバブルジェットによる
インク噴射について説明すると、 (a)は定常状態であり、オリフィス面でインク30の
表面張力と外圧とが平衡状態にある。
First, ink ejection by bubble jet will be described with reference to FIG. 7. (a) is a steady state, and the surface tension of the ink 30 and the external pressure are in an equilibrium state at the orifice surface.

(b)はヒータ29が加熱されて、ヒータ29の表面温度
が急上昇し隣接インク層に沸騰現像が起きるまで加熱さ
れ、微小気泡31が点在している状態にある。
3B shows a state in which the heater 29 is heated until the surface temperature of the heater 29 sharply rises and boiling development occurs in the adjacent ink layer, and minute bubbles 31 are scattered.

(c)はヒータ29の全面で急激に加熱された隣接イン
ク層が瞬時に気化し、沸騰膜を作り、この気泡31が生長
した状態である。この時、ノズル内の圧力は、気泡の生
長した分だけ上昇し、オリフィス面での外圧とのバラン
スがくずれ、オリフィスよりインク柱が生長し始める。
(C) shows a state in which the adjacent ink layer, which is rapidly heated on the entire surface of the heater 29, is instantaneously vaporized to form a boiling film, and the bubbles 31 grow. At this time, the pressure in the nozzle rises by an amount corresponding to the growth of the bubble, the balance with the external pressure on the orifice surface is lost, and the ink column starts to grow from the orifice.

(d)は気泡が最大に生長した状態であり、オリフィ
ス面より気泡の体積に相当する分のインク30が押し出さ
れる。この時、ヒータ29には電流が流れていない状態に
あり、ヒータ29の表面温度は降下しつつある。気泡31の
体積の最大値は電気パルス印加のタイミングからややお
くれる。
(D) is a state in which the bubble has grown to the maximum, and the ink 30 corresponding to the volume of the bubble is pushed out from the orifice surface. At this time, no current is flowing through the heater 29, and the surface temperature of the heater 29 is decreasing. The maximum value of the volume of the bubble 31 is slightly delayed from the timing of applying the electric pulse.

(e)は気泡31がインクなどにより冷却されて収縮を
開始し始めた状態を示す。インク柱の先端部では押し出
された速度を保ちつつ前進し、後端部では気泡の収縮に
伴ってノズル内圧の減少によりオリフィス面からノズル
内へインクが逆流してインク柱にくびれが生じている。
(E) shows a state where the bubble 31 is cooled by ink or the like and starts to contract. At the front end of the ink column, the ink moves forward while maintaining the pushed speed, and at the rear end, the ink flows backward from the orifice surface into the nozzle due to a decrease in the nozzle internal pressure due to the contraction of the bubble, and the ink column is constricted. .

(f)はさらに気泡31が収縮し、ヒータ面にインクが
接しヒータ面がさらに急激に冷却される状態にある。オ
リフィス面では、外圧がノズル内圧より高い状態になる
ためメニスカスが大きくノズル内に入り込んで来てい
る。インク柱の先端部は液滴になり記録紙の方向へ5〜
10m/secの速度で飛翔している。
(F) is a state in which the bubble 31 further contracts, the ink comes into contact with the heater surface, and the heater surface is cooled more rapidly. At the orifice surface, the external pressure is higher than the internal pressure of the nozzle, so that the meniscus largely enters the nozzle. The tip of the ink column becomes a droplet and moves in the direction of the recording paper.
Flying at a speed of 10m / sec.

(g)はオリフィスにインクが毛細管現象により再び
供給(リフィル)されて(a)の状態にもどる過程で、
気泡は完全に消滅している。
(G) is a process in which the ink is supplied (refilled) to the orifice again by capillary action and returns to the state of (a).
The bubbles have completely disappeared.

第11図は、以上に説明したバブルジェット型イングジ
ェット記録ヘッドの要部切断図で、これは、一般に、エ
ッジシュータと呼ばれるものである。第12図は、前記エ
ッジシュータに対して、サイドシュータと呼ばれるもの
の要部断面図、第13図は、その動作原理を示す図で、第
7図に関して説明したのと同様、(a)図の状態から
(d)図の状態に至り、その後、(a)図と同じ状態の
(e)図に戻り、その間に、液滴32を噴射するものであ
る。このようなバブルジェット技術においては、インク
噴射は発生する気泡の体積変化によって行われるが、気
泡生成の挙動を調べると発熱体にパルス状の駆動エネル
ギーを入力し、気泡を発生させると、気泡の成長〜収縮
は慣性が大きく支配し、その成長スピードや大きさを自
由に変えることは難しく1つの発熱体で気泡を発生させ
てインクを噴射させる場合、どうしても気泡が発生する
か、しないか、いいかえるならば、インクを噴射する
か、しないかの2値的な駆動になりがちであり、気泡の
大きさを自由に変え、インク噴射量を連続的に変えるい
わゆる多値的な駆動は困難であった。この困難を克服す
るために、本出願人は特願平1−192357号を提案した
が、その原理を以下に説明する。
FIG. 11 is a cutaway view of the essential part of the above-described bubble jet type inking jet recording head, which is generally called an edge shooter. FIG. 12 is a cross-sectional view of a main part of what is called a side shooter with respect to the edge shooter, and FIG. 13 is a view showing the operation principle thereof, as in FIG. From the state, the state shown in (d) is reached, and thereafter, the state returns to (e) in the same state as in (a), during which the droplet 32 is ejected. In such a bubble jet technology, ink ejection is performed by a change in the volume of generated bubbles.When examining the behavior of bubble generation, pulsed driving energy is input to the heating element, and when bubbles are generated, bubbles are generated. The growth-shrinkage is largely controlled by the inertia, and it is difficult to freely change the growth speed and size. When one heating element generates bubbles and ejects ink, it may or may not be necessary to generate bubbles. In this case, it is apt to be a binary drive for ejecting or not ejecting ink, and it is difficult to perform a so-called multi-value drive for freely changing the bubble size and continuously changing the ink ejection amount. Was. In order to overcome this difficulty, the present applicant has proposed Japanese Patent Application No. 1-192357, the principle of which is described below.

第14図は、特願平1−192357号によるバブルジェット
液体噴射記録装置の要部(発熱体部)構成図、(a)図
は平面図、(b)図は(a)図のB−B線断面図を示
し、図中、10は基板、11は蓄熱層、12は発熱体層、13は
制御電極、14はアース電極、15は保護層、16は放熱体、
17は絶縁層で、特願平1−192357号公報においては、第
14図に示すように、発熱体層12の上に放熱体16が設けて
ある。この放熱体16は発熱体層12の全面に均一に設ける
のではなく、第14図に示したように制御電極13側からア
ース電極14側へいくにつれて、発熱体層12をおおう面積
が変わるように設けられる。こうすることによって、発
熱体層上では、放熱体の効果により、通電方向に熱勾配
を持たせることが可能となる。放熱体を形成する材料と
しては、一般に熱伝導率が高く、蒸着、スパッタリング
等の薄膜形成及びフォトエッチング等の微細加工が容易
にできるAl,Au等が好適に用いられる。特願平1−19235
7号公報では、放熱体をこのように平面的(2次元的)
に形成するので、製造面において、あるいは構造面にお
いて、容易かつ、シンプルにできるというメリットがあ
る。なお、第14図の場合、放熱体16は発熱体層の上に直
接接触して形成されているが、該放熱体16がアース電極
の役割をしないように、放熱体16のパターンは、アース
電極14とは接触しないで、適当な絶縁処理17がなされて
いる。このような発熱体層上で熱勾配を持つヘッドに対
して、特願平1−192357号公報では、更に、画像情報に
応じて、発熱体層への入力エネルギーを変えるようにな
っている。一般に、バブルジェット技術においては発熱
体層上で膜沸騰現象により気泡が発生する際に、発熱体
層上の表面温度が瞬時的にある一定以上の温度になるこ
とが必要である。つまり膜沸騰が生じるためには、ある
臨界温度以上になることが必要なわけであるが、その臨
界温度になる領域が発熱体層上の任意の位置で形成され
れば、発生気泡の大きさが任意に変えられることを意味
している。第15図にその原理を示す。第15図は、第14図
の断面部に発生気泡を点線で示したものである。上述の
ように、特願平1−192357号公報では、発熱体層12上に
設けられた放熱体16により発熱体層上で通電方向に対し
て熱勾配をもっている。従って、入力エネルギーを小さ
い値から大きい値に変えてやることにより、膜沸騰によ
る気泡発生の臨界点位置が熱勾配に応じて順次移動す
る。それにより、第15図の点線で示したように、小さい
気泡1から、徐々に2,3,4という具合に気泡18が大きく
なるのである。
FIG. 14 is a structural view of a main part (heating element) of the bubble jet liquid jet recording apparatus according to Japanese Patent Application No. 1-192357, FIG. 14 (a) is a plan view, and FIG. A sectional view taken along the line B is shown, in which 10 is a substrate, 11 is a heat storage layer, 12 is a heating element layer, 13 is a control electrode, 14 is a ground electrode, 15 is a protective layer, 16 is a radiator,
Reference numeral 17 denotes an insulating layer, which is disclosed in Japanese Patent Application No. 1-192357.
As shown in FIG. 14, a heat radiator 16 is provided on the heat generating layer 12. The heat radiator 16 is not provided uniformly on the entire surface of the heating element layer 12, but the area covering the heating element layer 12 changes from the control electrode 13 side to the ground electrode 14 side as shown in FIG. Is provided. By doing so, on the heating element layer, it is possible to have a thermal gradient in the direction of conduction by the effect of the heat radiator. As a material for forming the radiator, Al, Au, or the like, which generally has a high thermal conductivity and can easily form a thin film such as vapor deposition and sputtering and facilitate fine processing such as photoetching, is preferably used. Japanese Patent Application No. 1-19235
In the publication No. 7, the heat dissipating body is planar (two-dimensional) in this way.
Therefore, there is an advantage that it can be easily and simply made in terms of manufacturing or structure. In the case of FIG. 14, the radiator 16 is formed in direct contact with the heating element layer, but the pattern of the radiator 16 is grounded so that the radiator 16 does not serve as a ground electrode. Appropriate insulating treatment 17 is performed without contacting the electrode 14. With respect to such a head having a thermal gradient on the heating element layer, Japanese Patent Application No. 1-192357 further changes the input energy to the heating element layer according to image information. Generally, in the bubble jet technique, when air bubbles are generated on the heating element layer by the film boiling phenomenon, it is necessary that the surface temperature on the heating element layer instantaneously reaches a certain temperature or more. In other words, in order for film boiling to occur, it is necessary that the temperature rises above a certain critical temperature. However, if a region where the critical temperature is reached is formed at any position on the heating element layer, the size of generated bubbles Can be changed arbitrarily. Fig. 15 shows the principle. FIG. 15 shows bubbles generated by dotted lines in the cross section of FIG. As described above, in Japanese Patent Application No. 1-192357, the heat radiator 16 provided on the heating element layer 12 has a thermal gradient on the heating element layer in the direction of current flow. Therefore, by changing the input energy from a small value to a large value, the critical point position of the bubble generation due to the film boiling sequentially moves according to the thermal gradient. As a result, as shown by the dotted line in FIG. 15, the bubbles 18 gradually increase from small bubbles 1 to 2, 3, and 4.

第16図は、通常の階調記録を行わないバブルジェット
液体噴射記録装置の要部(発熱体部)構成図である。第
14図と第16図の大きな相違点は、放熱体16の有無であ
る。特願平1−192357号は、放熱体16を設けることによ
り、その効果を有する発明であるが視点を変えてみると
放熱体16によって熱が逃げるため、第16図のような通常
のバブルジェット液体噴射記録装置にくらべてエネルギ
ー消費が大であるという側面をもつ。これはいいかえる
ならば両者の記録装置からほぼ同等の飛翔スピードでイ
ンクを噴射させようとした場合、特願平1−192357号は
放熱体16によって逃げる熱の分だけ余分にエネルギーを
入力する必要があるということである。
FIG. 16 is a configuration diagram of a main part (heating element) of a bubble jet liquid jet recording apparatus that does not perform normal gradation recording. No.
The major difference between FIG. 14 and FIG. 16 lies in the presence or absence of the heat radiator 16. Japanese Patent Application No. 1-192357 is an invention having the effect by providing a heat radiator 16, but from a different viewpoint, the heat is radiated by the heat radiator 16, so that a normal bubble jet as shown in FIG. There is an aspect that energy consumption is larger than that of the liquid jet recording apparatus. In other words, if both recording devices try to eject ink at approximately the same flying speed, Japanese Patent Application No. 1-192357 requires input of extra energy for the heat escaping by the radiator 16. That is.

ところで、前述の第12図、第13図に示したような、い
わゆるサイドシュータ型のバブルジェットでは発熱体と
対向する位置に吐出口が設けられ、気泡が発熱体上で成
長する方向にインクが飛翔する構造となっているため、
気泡発生によるインクを飛翔させるための圧力が効率良
くインクに伝達させるため、エネルギー消費の面からみ
ると、エッジシュータ型より優れていることが知られて
いる。本発明者らは、この点に注目し、サイドシュータ
型のバブルジェット液体噴射記録装置の発熱体部に熱勾
配を持つように放熱構造体を形成し、画像情報に応じて
入力エネルギーを可変とするようにすれば放熱作用によ
るエネルギーロスは、サイドシュータ型の高い効率によ
って補償され、かつ熱勾配をもつ放熱構造体と入力エネ
ルギー変化の作用によって発熱体部における臨界膜沸騰
温度領域を容易に変化せしめ、それに応じて発生気泡の
大きさを変えインク噴射量を連続的に変えられることを
発見したのである。いいかえるならばエネルギー消費が
少なくて階調記録が可能な記録装置を提案しようとする
ものである。
By the way, in the so-called side shooter type bubble jet as shown in FIGS. 12 and 13 described above, a discharge port is provided at a position facing the heating element, and the ink is supplied in a direction in which bubbles grow on the heating element. Because it has a flying structure,
It is known that, since the pressure for causing ink to fly due to the generation of air bubbles is efficiently transmitted to the ink, it is superior to the edge shooter type in terms of energy consumption. The present inventors have paid attention to this point, and formed a heat radiating structure so as to have a heat gradient in a heating element portion of a side shooter type bubble jet liquid jet recording apparatus, and made it possible to vary input energy according to image information. Energy loss due to heat dissipation is compensated by the high efficiency of the side shooter type, and the critical film boiling temperature region in the heating element can be easily changed by the action of the heat dissipation structure with a thermal gradient and the change in input energy. At the very least, they found that the size of the generated bubbles could be changed and the ink ejection amount could be changed continuously. In other words, it is intended to propose a recording device that can perform gradation recording with low energy consumption.

第1図(a)〜(c)は、本発明による液体噴射記録
ヘッドの要部を示したもので、図(a)は平面図、図
(b)は図(a)のA−A断面図、図(c)は図(a)
のB−B断面図である。ここでは、説明を簡単にするた
めに吐出口部は省略して、発熱体基板のみを示した。
1 (a) to 1 (c) show a main part of a liquid jet recording head according to the present invention, wherein FIG. 1 (a) is a plan view and FIG. 1 (b) is a sectional view taken along line AA of FIG. 1 (a). Figure, Figure (c) is Figure (a)
FIG. Here, for the sake of simplicity, the discharge port portion is omitted, and only the heating element substrate is shown.

図中、40は基板、41は蓄熱層、42は発熱体層、43は放
熱体保護層、44は放熱構造体、45は保護層、46は制御電
極(層)、47はアース電極(層)、48は発熱体部、49は
発熱体である。
In the figure, 40 is a substrate, 41 is a heat storage layer, 42 is a heating element layer, 43 is a radiator protection layer, 44 is a heat dissipation structure, 45 is a protection layer, 46 is a control electrode (layer), and 47 is a ground electrode (layer). ) And 48 are heating elements, and 49 is a heating element.

この発熱体基板は、以下のような方法によって試作さ
れた。
This heating element substrate was prototyped by the following method.

まずシリコンウエハを熱酸化することにより表面にSi
O2膜を1.5μm成長させて、蓄熱層41とする。次に発熱
体層42であるHfB2を2500Åスパッタリングし、さらにそ
の上に電極層Alを1.2μmスパッタリングする。そし
て、フォトリソ、エッチング技法を2回行うことによ
り、まず、発熱体層42と電極層の2層構造のパターンを
形成し、次に、発熱体部48となる領域の電極層を除去
し、正方形形状の発熱体49を露出させる。この状態で制
御電極46と、アース電極47間にパルス状に通電すること
により発熱体部48はジュール熱により発熱するが本発明
の記録ヘッドは記録液に接触するので、両電極間の導通
防止と記録液から発熱体層42が腐食されるのを防止する
ために全面に保護層45としてSiO2を1μmスパッタリン
グする。さらに、その上に、本発明の特徴である放熱構
造体44を形成する。放熱構造体44は、ここではAlを全面
に1.5μmスパッタリングした後、フォトリソ、エッチ
ング技法により、第1図の斜線部で示したようなパター
ンに形成した。つまり放熱構造体44の主要部としては、
正方形形状の発熱体部48の上にあって、図の上下外側に
放熱作用が大きくなり、中心部ではほとんど放熱が生じ
ないような放熱構造体44のパターン形状とした。その
後、放熱構造体材料のAlが記録液に腐食されるのを防止
するために放熱体保護層43として、SiO2を全面に1μm
スパッタリングした。
First, a silicon wafer is thermally oxidized to
The heat storage layer 41 is formed by growing an O 2 film by 1.5 μm. The HfB 2 is then heat layer 42 to 2500Å sputtering, further 1.2μm sputtered electrode layer Al thereon. Then, by performing photolithography and etching techniques twice, first, a pattern having a two-layer structure of the heating element layer 42 and the electrode layer is formed. The heating element 49 having a shape is exposed. In this state, when a pulse-like current is applied between the control electrode 46 and the ground electrode 47, the heating element 48 generates Joule heat, but since the recording head of the present invention comes into contact with the recording liquid, conduction between the two electrodes is prevented. In order to prevent the heating element layer 42 from being corroded from the recording liquid, 1 μm of SiO 2 is sputtered as a protective layer 45 over the entire surface. Further, a heat dissipation structure 44 which is a feature of the present invention is formed thereon. In this case, the heat dissipation structure 44 is formed by sputtering Al over the entire surface to a thickness of 1.5 μm, followed by photolithography and an etching technique to form a pattern as shown by hatched portions in FIG. That is, as a main part of the heat dissipation structure 44,
The heat-dissipating structure 44 has a heat-dissipating effect on the square-shaped heat-generating part 48, which has a large heat-dissipating effect on the upper and lower sides of the figure and hardly dissipates heat at the center. Thereafter, in order to prevent Al of the heat radiation structure material from being corroded by the recording liquid, SiO 2 was applied to the entire surface as a heat radiation protection layer 43 to a thickness of 1 μm.
Sputtered.

以上は、発熱体基板を試作した1実施例であるが、こ
の実施例の他に使用され得る材料について以下に説明す
る。
The above is one embodiment in which the heating element substrate was experimentally manufactured. Materials that can be used in addition to this embodiment will be described below.

基板を構成する材料としては上述のシリコン以外にア
ルミナ等のセラミックスあるいはガラスなどが使用され
る。熱伝導率の高いシリコンは、現時点では、入手のし
やすさなども考慮すると、最も好ましい材料ではある
が、コスト面などを考慮してアルミナ、あるいはガラス
などを使用してもよい。
As a material constituting the substrate, ceramics such as alumina, glass, or the like is used in addition to silicon. At present, silicon having high thermal conductivity is the most preferable material in consideration of availability and the like, but alumina or glass may be used in consideration of cost and the like.

蓄熱層41は、アルミナを基板に使用する場合には、グ
レーズ層として知られるガラス質のものが使用される。
ガラスを基板として使用する場合にはSiO2をスパッタリ
ングで形成してもよいが、ガラスそれ自体が蓄熱層の役
割をはたすので、特別に蓄熱層を設けなくてもよい。
When alumina is used for the substrate, the heat storage layer 41 is made of a glass material known as a glaze layer.
When glass is used as the substrate, SiO 2 may be formed by sputtering, but since the glass itself serves as a heat storage layer, no special heat storage layer needs to be provided.

発熱体を構成する材料として、有用なものには、たと
えば、タンタルーSiO2の混合物、窒化タンタル、ニクロ
ム、銀−パラジウム合金、シリコン半導体、あるいはハ
フニウム、ランタン、ジルコニウム、チタン、タンタ
ル、タングステン、モリブデン、ニオブ、クロム、バナ
ジウム等の金属の硼化物があげられる。
As the material constituting the heating element, the useful, for example, a mixture of Tantaru SiO 2, tantalum nitride, nichrome, silver - palladium alloy, silicon semiconductor or hafnium, lanthanum, zirconium, titanium, tantalum, tungsten, molybdenum, Boride of a metal such as niobium, chromium, and vanadium;

これらの発熱体を構成する材料の中、殊に金属硼化物
が優れたものとしてあげることができ、その中でも最も
特性の優れているのが、硼化ハフニウムであり、次い
で、硼化ジルコニウム、硼化ランタン、硼化タンタル、
硼化バナジウム、硼化ニオブの順となっている。
Among these materials constituting the heating element, metal borides can be mentioned as being particularly excellent. Among them, hafnium boride has the most excellent properties, followed by zirconium boride and boron boride. Lanthanum boride, tantalum boride,
The order is vanadium boride and niobium boride.

発熱体は、上記の材料を用いて、電子ビーム蒸着やス
パッタリング等の手法を用いて形成することができる。
発熱体の膜厚は、単位時間当りの発熱量が所望通りとな
るように、その面積、材質及び熱作用部分の形状及び大
きさ、更には実際面での消費電力等に従って決定される
ものであるが、通常の場合、0.001〜5μm、好適に
は、0.01〜1μmとされる。
The heating element can be formed using a method such as electron beam evaporation or sputtering using the above materials.
The film thickness of the heating element is determined according to its area, material, shape and size of the heat acting portion, and furthermore, power consumption in an actual plane so that the amount of heat generated per unit time is as desired. However, it is usually 0.001 to 5 μm, preferably 0.01 to 1 μm.

電極を構成する材料としては、通常使用されている電
極材料の多くのものが有効に使用され、具体的には、た
とえばAl,Ag,Au,Pt,Cu等があげられ、これらを使用して
蒸着等の手法で所定位置に、所定の大きさ、形状、厚さ
で設けられる。
As the material constituting the electrode, many of the commonly used electrode materials are effectively used, and specifically, for example, Al, Ag, Au, Pt, Cu, etc. are used. It is provided at a predetermined position in a predetermined size, shape, and thickness by a technique such as vapor deposition.

保護層に要求される特性は、発熱体で発生された熱を
記録液体に効果的に伝達することを妨げずに、記録液体
より発熱体を保護するということである。保護層を構成
する材料として有用なものには、たとえば酸化シリコ
ン、窒化シリコン、酸化マグネシウム、酸化アルミニウ
ム、酸化タンタル、酸化ジルコニウム等があげられ、こ
れらは、電子ビーム蒸着やスパッタリング等の手法を用
いて形成することができる。保護層の膜厚は、通常は0.
01〜10μm、好適には、0.1〜5μm、最適には0.1〜3
μmとされるのが望ましい。
The property required for the protective layer is to protect the heating element from the recording liquid without preventing the heat generated by the heating element from being effectively transmitted to the recording liquid. Useful materials for forming the protective layer include, for example, silicon oxide, silicon nitride, magnesium oxide, aluminum oxide, tantalum oxide, zirconium oxide, and the like, which are formed by using a technique such as electron beam evaporation or sputtering. Can be formed. The thickness of the protective layer is usually 0.
01-10 μm, preferably 0.1-5 μm, optimally 0.1-3
μm is desirable.

なお、この保護層は、どちらかというと、発熱体を記
録液から化学的に腐食されるのを防止するためのもので
あるが、本発明の記録ヘッドでは、記録液体中で気泡を
発生させるために、その気泡が収縮、消滅する際に発生
するキャビテーション作用力が生じる。このキャビテー
ション作用力から物理的に発熱体及びその保護層を守る
ために、さらに、Ta等の金属層を設けることにより耐久
性が向上する。Ta層の膜厚としては、1000〜5000Åが好
適に使用される厚さである。なお、耐キャビテーション
層としてのTa層を第1図に示した本発明の実施例に適用
する場合には、Ta層がすでに形成してある放熱構造体の
熱勾配形成作用を妨げないように形成する必要がある。
具体的には第1図の例では、放熱体保護層の上にTa層を
設ければ、放熱構造体と熱的に絶縁されるので問題はな
い。放熱構造体材料は熱伝導率の高い材料が好適に設け
られ、一般には、パターン形成のしやすさも考慮して電
極材料と同じ物が使用される。つまり、Al,Ag,Au,Pt,Cu
等である。またこの材料は電極と同一のものが使用でき
るので、後述するように、放熱構造体をアース電極と一
体に形成することが行われる。こうすることにより、発
熱体にじかに接することによる放熱効率の良さ、又、パ
ターン構成の単純化をはかることができる。
The protective layer is rather for preventing the heating element from being chemically corroded from the recording liquid. However, in the recording head of the present invention, bubbles are generated in the recording liquid. As a result, a cavitation action force is generated when the bubble shrinks and disappears. In order to physically protect the heating element and its protective layer from the cavitation action force, durability is improved by further providing a metal layer such as Ta. The thickness of the Ta layer is preferably from 1000 to 5000 °. When the Ta layer as the anti-cavitation layer is applied to the embodiment of the present invention shown in FIG. 1, the Ta layer is formed so as not to hinder the action of forming the heat gradient of the heat dissipation structure already formed. There is a need to.
Specifically, in the example of FIG. 1, there is no problem if a Ta layer is provided on the radiator protection layer because it is thermally insulated from the radiator structure. The heat dissipation structure material is preferably provided with a material having a high thermal conductivity. Generally, the same material as the electrode material is used in consideration of ease of pattern formation. That is, Al, Ag, Au, Pt, Cu
And so on. Since the same material as the electrode can be used for this material, the heat dissipation structure is formed integrally with the ground electrode as described later. In this way, good heat dissipation efficiency due to direct contact with the heating element and simplification of the pattern configuration can be achieved.

さらに、第1図では説明を簡略化するために省略した
が発熱体部近傍を除く記録液が接する領域にポリイミド
等の保護層が1〜5μm程度形成される。
Further, although omitted in FIG. 1 for simplicity of explanation, a protective layer of polyimide or the like is formed in an area of 1 to 5 μm in a region where the recording liquid is in contact except for the vicinity of the heating element.

これは、主に電極を記録液から保護するためのもので
あり、電極保護層と呼ばれる。本発明ではフォトニース
(東レ製)をスピンコーティングにより1.2μm形成
し、通常のフォトリソ技術によって発熱体部近傍及びリ
ード線と接続するボンディングパッド部(図示せず)の
パターンを抜いて形成した。
This is mainly for protecting the electrodes from the recording liquid, and is called an electrode protection layer. In the present invention, a photonice (manufactured by Toray Industries, Inc.) was formed to a thickness of 1.2 μm by spin coating, and the pattern of the bonding pad portion (not shown) connected to the vicinity of the heating element portion and the lead wire was formed by ordinary photolithography.

以上が本発明の一実施例の発熱体基板の具体的な製造
方法であるが、本発明では、この後第3図に示すように
発熱体面にほぼ垂直方向に記録液を飛翔させるために、
発熱体部と対向する位置に吐出口を形成する。図中、50
は発熱体基板、51は放熱構造体、52はチャンネル形成部
材(ドライフィルムレジスト)、53は記録液供給チャン
ネル、54はオリフィスプレート、55は吐出口である。
The above is a specific method for manufacturing the heating element substrate according to one embodiment of the present invention. In the present invention, in order to cause the recording liquid to fly in a direction substantially perpendicular to the heating element surface as shown in FIG.
A discharge port is formed at a position facing the heating element. In the figure, 50
Is a heat generating substrate, 51 is a heat dissipation structure, 52 is a channel forming member (dry film resist), 53 is a recording liquid supply channel, 54 is an orifice plate, and 55 is a discharge port.

この吐出口の形成方法としては、本発明では、発熱体
基板50の上に各発熱体毎に独立した記録液供給チャンネ
ル53を形成し、その上に吐出口55を形成したオリフィス
プレート54を接合して形成した。記録液形成チャンネル
の形成方法としては、ドライフィルムレジストとして知
られる感光性樹脂を発熱体基板にラミネートし、通常の
フォトリソ技術によって露光〜現像によってパターンを
形成した。通常のドライフィルムレジストの使用方法
は、パターン形成後、メッキやエッチング工程を行なう
ためのマスカントとして用いられ、その後、除去される
が、本発明では、パターン形成後、チャンネル形成部材
として、そのまま発熱体基板上に残したままとする。本
発明で用いたドライフィルムレジストの厚さは、20μm
であり、従って、チャンネル形成部材の厚さ(高さ)を
同じ20μmとなる。このように形成された記録液供給チ
ャンネルの上に本発明では発熱体部のほぼ上部に吐出口
がくるようにオリフィススプレートを接合する。オリフ
ィスプレートの製造方法として本発明ではNiのフォトエ
レクトロフォーミングを採用した。オリフィスプレート
の吐出口の大きさは、φ35μmであり、厚さは50μmと
した。
As a method of forming the discharge ports, in the present invention, an independent recording liquid supply channel 53 is formed for each heating element on the heating element substrate 50, and an orifice plate 54 having a discharge port 55 formed thereon is joined thereto. Formed. As a method of forming a recording liquid forming channel, a photosensitive resin known as a dry film resist was laminated on a heating element substrate, and a pattern was formed by exposure to development by a usual photolithography technique. The usual method of using a dry film resist is to use a mask as a mask for performing a plating or etching step after forming a pattern and then remove it. However, in the present invention, after forming a pattern, a heating element is directly used as a channel forming member. Leave it on the substrate. The thickness of the dry film resist used in the present invention is 20 μm
Therefore, the thickness (height) of the channel forming member is the same of 20 μm. In the present invention, the orifice plate is joined to the recording liquid supply channel thus formed so that the discharge port is located substantially above the heating element. In the present invention, Ni photo electroforming is employed as a method for manufacturing an orifice plate. The size of the discharge port of the orifice plate was φ35 μm, and the thickness was 50 μm.

第2図は、本発明によって記録液の噴射量が変えられ
る原理を説明するための図であり、第1図の一実施例の
構成の発熱体基板の例で示した。第2図では、駆動パル
ス、つまり発熱体への入力エネルギーが小→中→大にな
るにつれて、発生気泡平面図では気泡(図の斜線部)が
両側からせり出して、ついには合体する様子を、又、気
泡と吐出状況を示す断面図では、成長気泡の断面図と、
その気泡の大小に応じて飛翔液滴が大小となる様子を示
している。
FIG. 2 is a diagram for explaining the principle that the ejection amount of the recording liquid can be changed according to the present invention, and is shown by an example of the heating element substrate having the configuration of the embodiment of FIG. In FIG. 2, as the driving pulse, that is, the input energy to the heating element changes from small to medium to large, in the generated bubble plan view, the bubbles (hatched portions in the figure) protrude from both sides and finally merge. Also, in the cross-sectional view showing the bubble and the discharge state, a cross-sectional view of the growth bubble,
This shows how the flying droplet becomes larger or smaller according to the size of the bubble.

以上は、発熱体層の上に放熱構造体を形成した一実施
例の説明であるが、次に、発熱体層の下に放熱構造体を
形成する例について説明する。第4図(a),(b)は
その一例であり、基本的には、第1図において発熱体層
及び放熱体保護層を蓄熱層上に形成する。つまり、パタ
ーンの積層の順序を入れかえただけである。なお、ここ
では、放熱体保護層は熱絶縁層と呼び変えることにする
が、材質、厚さなどは同じである。
The above is the description of one embodiment in which the heat dissipation structure is formed on the heating element layer. Next, an example in which the heat dissipation structure is formed below the heating element layer will be described. FIGS. 4 (a) and 4 (b) show an example thereof. Basically, the heating element layer and the heat radiating element protection layer in FIG. 1 are formed on the heat storage layer. That is, only the order of pattern lamination is changed. Here, the heat radiator protection layer will be referred to as a heat insulating layer, but the material, thickness, and the like are the same.

第5図(a)〜(d)は、本発明の他の実施例であ
り、これは放熱構造体と、電極(たとえばアース電極)
を兼用したものとなっている。前述したように、放熱構
造体と電極は、同一材料(Al,Auなど)、同一製造法
(スパッタリング,エッチングなど)を利用して形成さ
れるので、それらを1つにし、放熱構造体の機能と、電
極としての機能を同時にもたせることができる。こうす
ることによってパターン構成の簡略化、低コスト化、あ
るいは、パターン構成が簡略化されることによる。パタ
ーン層の熱ひずみに起因するライフタイムの低下を防止
することができる。第5図によってその製造方法の一例
を簡単に説明する。まずはじめに熱酸化膜を形成したSi
ウエハ上に発熱体層42を形成する(a)、次に制御電極
46を形成し、発熱体層42と接続する(b)。さらに後述
のアース電極と接続される部分と、リード線取り出し部
(ボンディングパッド部)を残して、全面に絶縁層とし
てSiO2膜を形成する(c)。その後発熱体部で熱勾配が
生じるようなパターンとした放熱構造体44兼、アース電
極47を形成する(d)、その後第1図で説明したような
保護層、耐キャビテーション層、電極保護層などを形成
して、発熱体基板は完成する。なお、使用する材料、厚
さなどは前述の第1図で説明したものとほぼ同じであ
る。
5 (a) to 5 (d) show another embodiment of the present invention, in which a heat dissipation structure and an electrode (for example, a ground electrode) are provided.
Is also used. As described above, the heat dissipation structure and the electrodes are formed by using the same material (such as Al and Au) and the same manufacturing method (such as sputtering and etching). In addition, a function as an electrode can be provided at the same time. By doing so, the pattern configuration is simplified, the cost is reduced, or the pattern configuration is simplified. It is possible to prevent a decrease in lifetime due to thermal strain of the pattern layer. An example of the manufacturing method will be briefly described with reference to FIG. First, a thermal oxide film-formed Si
A heating element layer 42 is formed on the wafer (a), and then a control electrode
46 is formed and connected to the heating element layer 42 (b). Further, an SiO 2 film is formed as an insulating layer on the entire surface except for a portion connected to a ground electrode described later and a lead wire take-out portion (bonding pad portion) (c). Thereafter, a heat radiating structure 44 and a ground electrode 47 are formed in such a pattern that a thermal gradient is generated in the heating element (FIG. 1D). Thereafter, a protective layer, a cavitation-resistant layer, an electrode protective layer, etc. as described in FIG. Is formed to complete the heating element substrate. The materials and thicknesses used are almost the same as those described with reference to FIG.

以上は、放熱構造体と電極を兼用して発熱体層の上に
形成した構造の一実施例であるが、別の実施例として放
熱構造体と電極を兼用して発熱体層の下に形成すること
も本発明の好適な例である。基本的には、第4図で説明
したように、積層するパターンの形成順序を入れかえて
形成するだけである。
The above is one embodiment of the structure in which the heat dissipation structure and the electrode are used together and formed on the heating element layer. However, as another embodiment, the heat dissipation structure and the electrode are also used and formed below the heating element layer. Is also a preferred example of the present invention. Basically, as described with reference to FIG. 4, it is only necessary to change the order of forming the stacked patterns.

以上、放熱構造体を発熱体層の上,下に形成する方
法、放熱構造体と電極を兼用し、それを発熱体層の上下
に形成する方法について説明したが、ここで説明した例
は一実施例であり、本発明は、これらの実施例に限定さ
れるものではない。実際に、本発明のヘッドを設計、製
造する場合は、各パターンをいわゆるフォトリソ技術、
スパッタリング技術、エッチング技術などのウエハプロ
セスで形成するわけであるが、プロセス上の問題、たと
えば、ステップカバレッジの不良に関する問題、エッチ
ングによって下地(下のパターン)がおかされる問題な
どを考慮して、最適の層構成、あるいは厚さ決定、ある
いは、材料決定がなされる。
The method of forming the heat radiating structure above and below the heating element layer and the method of forming the heat radiating structure and the electrode both above and below the heating element layer have been described above. It is an example and the present invention is not limited to these examples. Actually, when designing and manufacturing the head of the present invention, each pattern is called a photolithographic technique,
Although it is formed by a wafer process such as a sputtering technique and an etching technique, in consideration of a process problem, for example, a problem relating to poor step coverage, a problem that a base (lower pattern) is removed by etching, and the like, An optimal layer configuration or thickness determination or material determination is made.

次に、本発明の放熱構造体の形状について別の例を第
6図(a)〜(e)に示す。図(a)〜図(d)は正方
形形状の発熱体層の上、あるいは下に形成される放熱構
造体(斜線部)の例を示し、図(e)は、丸形状の発熱
体層の上、あるいは下に形成される放熱構造体(斜線
部)の例を示す。図中、矢印は、入力エネルギーを小→
大へ変化させた場合に、発熱体部における臨界膜沸騰領
域が広がっていく方向、いいかえるならば、入力エネル
ギーを大きくしていくにつれて気泡の発生領域が広がっ
ていく方向を示している。図(c),(d),(e)の
ように中心部に放熱領域が大きくなるような構成のもの
は図示しないが、発熱体層を貫通して接続される放熱材
料が下層に形成され放熱効率を良くしている。
Next, another example of the shape of the heat radiation structure of the present invention is shown in FIGS. 6 (a) to (e). Figures (a) to (d) show examples of a heat dissipation structure (hatched portion) formed above or below a square heating element layer, and Figure (e) shows a round heating element layer. An example of a heat dissipation structure (shaded portion) formed above or below is shown. In the figure, the arrow indicates that the input energy is small →
This indicates a direction in which the critical film boiling region in the heating element portion expands when it is changed to a large value, in other words, a direction in which the bubble generation region expands as the input energy increases. Although a structure in which the heat radiation area is large in the center as shown in FIGS. (C), (d) and (e) is not shown, a heat radiation material penetrating and connected to the heating element layer is formed in the lower layer. Improves heat dissipation efficiency.

次に本発明の一実施例である第1図及び第3図に示し
たヘッドで実際に駆動した条件を以下に示す。
Next, conditions actually driven by the head shown in FIGS. 1 and 3 according to an embodiment of the present invention will be described below.

発熱体サイズ 40×40μm(抵抗30Ω) 吐出口径 φ35μm 駆動電圧 15〜30V パルス巾 3.2μsec 連続応答周波数 4.5K Hz 使用インク キャノン社製 BJ130用インク 印写画素径 50μm(15V時)〜140μm(30V時)
(画素径は三菱製紙社製NMマットコート紙上の値) 上記条件で本発明では、50〜140μmまで画素径を変
えることができたが、本出願人が先に出願した特願平1
−192357号に記載したヘッドつまりエッジシュータ型の
ヘッドにおいては、ほぼ同等の画素径を得るのに19〜38
V(パルス巾6μsec)を要しており、本発明によりかな
り消費エネルギーが低減できたことがわかる。
Heating element size 40 × 40μm (resistance 30Ω) Outlet diameter φ35μm Driving voltage 15-30V Pulse width 3.2μsec Continuous response frequency 4.5K Hz Ink used for Canon BJ130 ink Printing pixel diameter 50μm (at 15V)-140μm (at 30V) )
(Pixel diameter is a value on NM matte coated paper manufactured by Mitsubishi Paper Mills) Under the above conditions, in the present invention, the pixel diameter could be changed from 50 to 140 μm.
In the head described in No. 192357, that is, the edge shooter type head, it is necessary to obtain 19 to 38 pixels in order to obtain almost the same pixel diameter.
V (pulse width: 6 μsec) is required, and it can be seen that energy consumption was considerably reduced by the present invention.

効果 以上の説明から明らかなように、本発明によると、以
下のような効果がある。
Effects As is clear from the above description, the present invention has the following effects.

1.フォトリソ技術を用い容易に放熱構造体を平面的に形
成できるため、高密度配列が可能で階調記録が可能とな
る(請求項1,2,3,4に対応)。
1. Since the heat dissipation structure can be easily formed two-dimensionally using the photolithography technology, high-density arrangement is possible and gradation recording is possible (corresponding to claims 1, 2, 3, and 4).

2.発熱体面とほぼ垂直方向に飛翔するヘッドに放熱構造
体を形成し、階調記録を行うので従来のもの(エッジシ
ュータ型)より記録液飛翔効率が高くいいかえるならば
省エネルギー駆動が可能となった(請求項1,2,3,4に対
応)。
2. A heat-dissipating structure is formed on the head that flies in a direction almost perpendicular to the surface of the heating element, and gradation recording is performed. Therefore, if the recording liquid flying efficiency is higher than that of the conventional type (edge shooter type), energy-saving driving is possible. (Corresponding to claims 1, 2, 3, 4).

3.放熱構造体と電極を兼用することにより、パターン構
成が単純化され、それによって低コスト化、あるいは、
熱ひずみが低減できるので、ライフタイム向上がはかれ
た(請求項5,6に対応)。
3. The pattern structure is simplified by using both the heat dissipation structure and the electrode, thereby reducing the cost or
Since the heat distortion can be reduced, the life time is improved (corresponding to claims 5 and 6).

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

第1図(a)〜(c)は、本発明による液体噴射記録ヘ
ッドの構成図で、第2図(a)〜(i)は、本発明によ
って記録液の噴射量が変えられる原理を説明するための
図、第3図は、発熱体面にほぼ垂直方向に記録液を飛翔
させるための構成図、第4図(a),(b)は、発熱体
層の下に放熱構造体を形成した場合の図、第5図(a)
〜(d)は、本発明の他の実施例を示す図、第6図
(a)〜(e)は、放熱構造体の形状の他の実施例を示
す図、第7図は、本発明が適用されるインクジェットヘ
ッドの一例としてのバブルジェットヘッドの動作説明を
するための図、第8図は、バブルジェットヘッドの一例
を示す斜視図、第9図は、分解斜視図、第10図は、蓋基
板を裏面から見た図、第11図は、バブルジェット型イン
クジェット記録ヘッドの要部切断図、第12図は、サイド
シュータの要部断面図、第13図は、第12図の動作原理を
示す図、第14図は、先に提案されたバブルジェット液体
噴射記録装置の発熱部の構成図、第15図は、気泡発生の
大きさを変える原理を説明するための図、第16図は、通
常の階調記録を行わないバブルジェット液体噴射記録装
置の発熱体部の構成図、第17図乃至第24図は、それぞれ
従来の発熱体層の構成を示す図で、第17図乃至第19図
は、保護層、蓄熱層、或いは、発熱体層の厚を徐々に変
えるようにした例、第20図乃至第24図は、発熱体層のパ
ターン巾を徐々に変えるようにした例である。 40……基板、41……蓄熱層、42……発熱体層、43……放
熱体保護層、44……放熱構造体、45……保護層、46……
制御電極、47……アース電極、48……発熱体部、49……
発熱体。
1 (a) to 1 (c) are configuration diagrams of a liquid jet recording head according to the present invention, and FIGS. 2 (a) to 2 (i) explain the principle by which the jetting amount of a recording liquid can be changed according to the present invention. FIG. 3 is a structural view for causing the recording liquid to fly in a direction substantially perpendicular to the surface of the heating element, and FIGS. 4 (a) and 4 (b) show a heat radiation structure formed below the heating element layer. Figure 5 (a)
6A to 6D are views showing another embodiment of the present invention, FIGS. 6A to 6E are views showing another embodiment of the shape of the heat dissipation structure, and FIG. 7 is a view showing the present invention. FIG. 8 is a diagram for explaining the operation of a bubble jet head as an example of an ink jet head to which the present invention is applied, FIG. 8 is a perspective view showing an example of a bubble jet head, FIG. 9 is an exploded perspective view, and FIG. , A view of the lid substrate from the back, FIG. 11 is a sectional view of a principal part of a bubble jet type ink jet recording head, FIG. 12 is a sectional view of a principal part of a side shooter, FIG. 13 is an operation of FIG. FIG. 14 is a diagram showing the principle, FIG. 14 is a configuration diagram of a heating unit of the previously proposed bubble jet liquid jet recording apparatus, FIG. 15 is a diagram for explaining the principle of changing the size of bubble generation, and FIG. FIG. 17 is a configuration diagram of a heating element portion of a bubble jet liquid jet recording apparatus that does not perform normal gradation recording. 24 to 24 are diagrams each showing a configuration of a conventional heating element layer. FIGS. 17 to 19 are examples in which the thickness of a protective layer, a heat storage layer, or a heating element layer is gradually changed. 20 to 24 are examples in which the pattern width of the heating element layer is gradually changed. 40 ... substrate, 41 ... heat storage layer, 42 ... heating element layer, 43 ... heat dissipation body protection layer, 44 ... heat dissipation structure, 45 ... protection layer, 46 ...
Control electrode 47 47 Earth electrode 48 Heating element 49
Heating element.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 本村 修二 東京都大田区中馬込1丁目3番6号 株 式会社リコー内 (72)発明者 門永 雅史 東京都大田区中馬込1丁目3番6号 株 式会社リコー内 (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) B41J 2/205 B41J 2/05 ────────────────────────────────────────────────── ─── Continuing on the front page (72) Inventor Shuji Motomura 1-3-6 Nakamagome, Ota-ku, Tokyo Inside Ricoh Company, Ltd. (72) Inventor Masafumi Kamonaga 1-3-6 Nakamagome, Ota-ku, Tokyo No. Ricoh Co., Ltd. (58) Field surveyed (Int. Cl. 6 , DB name) B41J 2/205 B41J 2/05

Claims (6)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】液体を吐出して飛翔的液滴を形成するため
の吐出口と、前記液体を吐出するために前記液体に熱に
よる状態変化を生じせしめるための電気熱変換体層と、
該電気熱変換体層に電気的に接続される1対の電極とを
有し、前記吐出口と前記電気熱変換体層は対向する位置
に配され、前記電気熱変換体層に対してほぼ垂直方向に
前記液体を飛翔する液体噴射記録ヘッドを具備する液体
噴射記録装置において、前記電気熱変換体層上において
熱勾配を生じせしめるように放熱構造体を形成し、画像
情報に応じて入力エネルギーを可変としたことを特徴と
する液体噴射記録装置。
An ejection port for ejecting a liquid to form a flying droplet; an electrothermal transducer layer for causing the liquid to undergo a state change by heat in order to eject the liquid;
A pair of electrodes electrically connected to the electrothermal transducer layer, wherein the discharge port and the electrothermal transducer layer are disposed at opposing positions, and In a liquid jet recording apparatus including a liquid jet recording head for flying the liquid in a vertical direction, a heat radiating structure is formed so as to generate a thermal gradient on the electrothermal transducer layer, and an input energy according to image information is formed. A liquid jet recording apparatus, wherein
【請求項2】液体を吐出して飛翔的液滴を形成するため
の吐出口と、前記液体を吐出するために前記液体に熱に
よる状態変化を生じせしめるための電気熱変換体層と、
該電気熱変換体層に電気的に接続される1対の電極とを
有し、前記吐出口と前記電気熱変換体層は対向する位置
に配され、前記電気熱変換体層に対してほぼ垂直方向に
前記液体を飛翔する液体噴射記録ヘッドを使用する液体
噴射記録方法において、画像情報に応じて入力エネルギ
ーを変え前記電気熱変換体層上において熱勾配を生じせ
しめ、前記電気熱変換体層上で発生する気泡の大きさを
変えて前記吐出口より吐出する液体の量を変えるように
したことを特徴とする液体噴射記録方法。
2. An ejection port for ejecting a liquid to form a flying droplet, and an electrothermal transducer layer for causing the liquid to undergo a state change due to heat in order to eject the liquid.
A pair of electrodes electrically connected to the electrothermal transducer layer, wherein the discharge port and the electrothermal transducer layer are disposed at opposing positions, and In a liquid jet recording method using a liquid jet recording head that flies the liquid in a vertical direction, a thermal gradient is generated on the electrothermal transducer layer by changing input energy according to image information, and the electrothermal transducer layer is formed. A liquid jet recording method, wherein the amount of liquid ejected from the ejection port is changed by changing the size of the bubble generated above.
【請求項3】液体を吐出して飛翔的液滴を形成するため
の吐出口と、前記液体を吐出するために前記液体に熱に
よる状態変化を生じせしめるための電気熱変換体層と、
該電気熱変換体層に電気的に接続される1対の電極とを
有し、前記吐出口と前記電気熱変換体層は対向する位置
に配され、前記電気熱変換体層に対してほぼ垂直方向に
前記液体を飛翔する液体噴射記録ヘッドを具備する液体
噴射記録装置において、前記電気熱変換体層の下におい
て熱勾配を生じせしめるように放熱構造体を形成し、画
像情報に応じて入力エネルギーを可変としたことを特徴
とする液体噴射記録装置。
3. An ejection port for ejecting a liquid to form a flying droplet, and an electrothermal transducer layer for causing the liquid to undergo a state change due to heat in order to eject the liquid.
A pair of electrodes electrically connected to the electrothermal transducer layer, wherein the discharge port and the electrothermal transducer layer are disposed at opposing positions, and In a liquid jet recording apparatus including a liquid jet recording head that flies the liquid in a vertical direction, a heat dissipation structure is formed so as to generate a thermal gradient below the electrothermal transducer layer, and input is performed according to image information. A liquid jet recording apparatus having variable energy.
【請求項4】液体を吐出して飛翔的液滴を形成するため
の吐出口と、前記液体を吐出するために前記液体に熱に
よる状態変化を生じせしめるための電気熱変換体層と、
該電気熱変換体層に電気的に接続される1対の電極とを
有し、前記吐出口と前記電気熱変換体層は対向する位置
に配され、前記電気熱変換体層に対して、ほぼ垂直方向
に前記液体を飛翔する液体噴射記録ヘッドを使用する液
体噴射記録方法において、画像情報に応じて入力エネル
ギーを変え、前記電気熱変換体層の下において、熱勾配
を生じせしめ、前記電気熱変換体層上で発生する気泡の
大きさを変えて前記吐出口より吐出する液体の量を変え
るようにしたことを特徴とする液体噴射記録方法。
4. An ejection port for ejecting a liquid to form flying droplets, and an electrothermal transducer layer for causing the liquid to undergo a state change due to heat in order to eject the liquid.
Having a pair of electrodes electrically connected to the electrothermal transducer layer, wherein the discharge port and the electrothermal transducer layer are disposed at opposing positions, and with respect to the electrothermal transducer layer, In a liquid jet recording method using a liquid jet recording head that flies the liquid in a substantially vertical direction, an input energy is changed in accordance with image information to generate a thermal gradient below the electrothermal transducer layer, A liquid ejection recording method, wherein the amount of liquid ejected from the ejection port is changed by changing the size of bubbles generated on the heat conversion body layer.
【請求項5】液体を吐出して飛翔的液滴を形成するため
の吐出口と、前記液体を吐出するために前記液体に熱に
よる状態変化を生じせしめるための電気熱変換体層と、
該電気熱変換体層に電気的に接続される1対の電極とを
有し、前記吐出口と前記電気熱変換体層は対向する位置
に配され、前記電気熱変換体層に対して、ほぼ垂直方向
に前記液体を飛翔する液体噴射記録ヘッドを具備する液
体噴射記録装置において、前記電気熱変換体層上におい
て熱勾配を生じせしめるように放熱構造体を形成し、該
放熱構造体が前記1対の電極の一方を兼ねる構造とし、
画像情報に応じて入力エネルギーを可変としたことを特
徴とする液体噴射記録装置。
5. An ejection port for ejecting liquid to form flying droplets, and an electrothermal transducer layer for causing the liquid to undergo a state change due to heat in order to eject the liquid.
Having a pair of electrodes electrically connected to the electrothermal transducer layer, wherein the discharge port and the electrothermal transducer layer are disposed at opposing positions, and with respect to the electrothermal transducer layer, In a liquid jet recording apparatus including a liquid jet recording head that flies the liquid in a substantially vertical direction, a heat radiating structure is formed so as to generate a thermal gradient on the electrothermal transducer layer, and the heat radiating structure is The structure also serves as one of a pair of electrodes,
A liquid jet recording apparatus wherein input energy is made variable in accordance with image information.
【請求項6】液体を吐出して飛翔的液滴を形成するため
の吐出口と、前記液体を吐出するために前記液体に熱に
よる状態変化を生じせしめるための電気熱変換体層と、
該電気熱変換体層に電気的に接続される1対の電極とを
有し、前記吐出口と前記電気熱変換体層は対向する位置
に配され、前記電気熱変換体層に対してほぼ垂直方向に
前記液体を飛翔する液体噴射記録ヘッドを具備する液体
噴射記録装置において、前記電気熱変換体層の下におい
て熱勾配を生じせしめるように放熱構造体を形成し、該
放熱構造体が前記1対の電極の一方を兼ねる構造とし、
画像情報に応じて入力エネルギーを可変としたことを特
徴とする液体噴射記録装置。
6. An ejection port for ejecting a liquid to form a flying droplet, and an electrothermal transducer layer for causing the liquid to undergo a state change due to heat in order to eject the liquid.
A pair of electrodes electrically connected to the electrothermal transducer layer, wherein the discharge port and the electrothermal transducer layer are disposed at opposing positions, and In a liquid jet recording apparatus including a liquid jet recording head for flying the liquid in a vertical direction, a heat radiating structure is formed so as to generate a thermal gradient below the electrothermal transducer layer, and the heat radiating structure is The structure also serves as one of a pair of electrodes,
A liquid jet recording apparatus wherein input energy is made variable in accordance with image information.
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