JP3046329B2 - Liquid jet recording device - Google Patents

Liquid jet recording device

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JP3046329B2
JP3046329B2 JP18587490A JP18587490A JP3046329B2 JP 3046329 B2 JP3046329 B2 JP 3046329B2 JP 18587490 A JP18587490 A JP 18587490A JP 18587490 A JP18587490 A JP 18587490A JP 3046329 B2 JP3046329 B2 JP 3046329B2
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liquid
heat
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recording
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卓朗 関谷
隆 木村
好夫 渡辺
雅史 門永
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  • Particle Formation And Scattering Control In Inkjet Printers (AREA)

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、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
装置に関する。
Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to a liquid ejection recording apparatus, and more particularly, to a liquid ejection recording apparatus that enables 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法を制
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 method of the generated recording liquid droplets 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滴を記録信
号に応じて電界制御し、記録部材上に記録液体小滴を選
択的に付着させて記録を行うものである。
First, the first system is, for example, a system disclosed in US Pat. No. 3,060,429 (Tele type system), in which droplets of a recording liquid are generated by electrostatic attraction, and the generated droplets of the recording liquid are converted according to a recording signal. The electric field is controlled, and recording is performed by selectively adhering the recording liquid droplets onto 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もノズ
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, an electric field is applied between the nozzle and the accelerating electrode to discharge evenly charged droplets of the recording liquid from the nozzle, and the discharged droplets of the recording liquid are 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媒体の小滴を発生
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 system is a system (Sweet system) disclosed in, for example, US Pat. No. 3,596,275, US Pat. No. 3,298,030, and generates small droplets of a recording medium whose charge amount is controlled by a continuous vibration generation method. 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媒
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. A droplet of a recording medium having a controlled charge amount is deflected in accordance with the added charge amount when flying between deflection electrodes to which a constant electric field is uniformly applied, and the droplet 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の方式では、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, which 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式には、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
を具備する電気熱交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 electric heat exchanger 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28図乃至第30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交換体の
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28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. 28 to 30 show the above-mentioned JP-B-59-31943, respectively.
FIG. 4 is a sectional structural view showing an example of an electric heat exchanger 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. 28, 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29図に示した例は、蓄積層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. 29, the thickness of the 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30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を蓄積層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. 30, the heating element 73 is formed on the accumulation 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31図乃至第35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31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32図及
び第33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34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。
FIG. 31 to FIG.
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. In the example shown in FIG. 31, 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 FIG. 32 and FIG. 33, the central portion of the heat generating portion 81 has a planar shape thinner than both ends. In the example shown in FIG. 34, the heat generating portion 81 has a trapezoidal planar shape, and electrodes 82 and 83 are connected as shown in the figure on opposite sides of the trapezoid that are not parallel.

また、第35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を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. 35, 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 state change of the steep liquid generated in the heat acting portion by changing the applied power level, thereby changing the size of the discharged liquid, thereby performing gradation recording It is.

しかしながら、第28図〜第30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31図〜第35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 FIGS. 31 to 35, disconnection was likely to occur where the pattern was narrowest, and good results were not necessarily obtained in terms 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、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
バブルユニ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. 62-46358, Japanese Patent Publication No. 62-46359, and Japanese Patent Publication No. 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. 59-12863 and 59-124864 disclose a technique for controlling a discharge amount, which has a heating element and a bubble generating section separate 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 a resistor. However, in a normal bubble unit, the energization time is limited to several to several tens of microseconds, and if the energization time is longer than that, the heating element is disconnected, so that the technology of JP-A-63-42869 is not practical in terms of durability. 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.

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、その目的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を
提供することにある。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above circumstances, and has as its object to provide a liquid jet recording apparatus which is easy to manufacture, has excellent durability, and can perform gradation recording capable of high-density arrangement. Is to do.

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
変換体層は、その通電方向の長さが通電方向に垂直な方
向の長さより長くなるように形成し、前記電気熱変換体
層の上において通電方向に熱勾配を持つように2次元平
面構造の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
を使用する液体噴射記録装置において、前記電気熱変換
体層は、その通電方向の長さが通電方向に垂直な方向の
長さより長くなるように形成し、前記電気熱変換体層の
下において通電方向に熱勾配を持つように2次元平面構
造の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したものであり、更に
は、(3)前記(1)又は(2)において、前記放熱体
が前記1対の電極のうちの一方を兼ねていることを特徴
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 causing a state change of the liquid due to heat to discharge the liquid. In a liquid jet recording apparatus including a liquid jet recording head having an electrothermal transducer layer for, and a pair of electrodes electrically connected to the electrothermal transducer layer, the electrothermal transducer layer, A heat radiating structure having a two-dimensional planar structure is formed such that the length of the current flowing direction is longer than the length of the direction perpendicular to the current flowing direction, and has a thermal gradient in the current flowing direction on the electrothermal transducer layer. Or (2) an ejection port for ejecting a liquid to form a flying droplet, and applying heat to the liquid to eject the liquid. Electric heat to cause a state change In a liquid jet recording apparatus using a liquid jet recording head having a converter layer and a pair of electrodes electrically connected to the electrothermal converter layer, the electrothermal converter layer has a direction in which the current flows. Forming a heat dissipation structure having a two-dimensional planar structure having a length longer than a length in a direction perpendicular to a current application direction and a thermal gradient in a current application direction below the electrothermal transducer layer; (3) In the above (1) or (2), the radiator also serves as one of the pair of electrodes. It is characterized by having. Hereinafter, a description will be given based on an example of the present invention.

第22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23図は、バブルジェットヘッドの一例を示
す斜視図、第24図は、第23図に示したヘッドを構成する
蓋基板(第24図(a))と発熱体基板(第24図(b))
に分解した時の斜視図、第25図は、第24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は記録板流入口、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(ヒータ)、
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. 22 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. 23 is a perspective view showing an example of a bubble jet head, and FIG. A lid substrate (FIG. 24 (a)) and a heating element substrate (FIG. 24 (b)) constituting the head shown in FIG.
FIG. 25 is a perspective view of the lid substrate shown in FIG. 24 (a) viewed from the back side, where 21 is a lid substrate,
22 is a heating element substrate, 23 is a recording plate 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, 29 is a heating element (heater),
Reference numeral 30 denotes ink, 31 denotes air bubbles, and 32 denotes flying ink droplets. The present invention is applied to such a bubble jet type liquid jet recording head.

最初に、第22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, the ink ejection by the bubble jet will be described with reference to FIG. 22. (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26図は、上述のごとき液体噴射記録ヘッドの要部構
成を説明するための典型例を示す図で、 第26図(a)は、バブルジェット記録ヘッドのオリフ
ィス側から見た正面詳細部分図、第26図(b)は、第26
図(a)に一点鎖線X−Xで示す部分で切断した場合の
切断面部分図である。
FIG. 26 is a view showing a typical example for explaining a main configuration of the liquid jet recording head as described above. FIG. 26 (a) is a detailed front partial view of the bubble jet recording head viewed from the orifice side. , FIG. 26 (b)
FIG. 3A is a partial cross-sectional view when cut along a portion indicated by a chain line XX in FIG.

これらの図に示された記録ヘッド41は、その裏面に電
気熱変換体42が設けられている基板43上に、所定の線密
度で所定の巾と深さの溝が所定数設けられている溝付板
44を該基板43を覆うように接合することによって、液体
を飛翔させるためのオリフィス45を含む液吐出部46が形
成された構造を有している。液吐出部46は、オリフィス
45と電気熱交換体42より発生される熱エネルギーが液体
に作用して気泡を発生させ、その体積の膨張と収縮によ
る急激な状態変化を引き起こすところである熱作用部47
とを有する。
In the recording head 41 shown in these figures, a predetermined number of grooves having a predetermined linear density and a predetermined width and depth are provided on a substrate 43 provided with an electrothermal transducer 42 on the back surface thereof. Grooved plate
By joining the substrate 44 so as to cover the substrate 43, a liquid ejection portion 46 including an orifice 45 for flying a liquid is formed. The liquid discharge section 46 has an orifice
The heat energy generated by the heat energy generated by the heat exchanger 45 and the electric heat exchanger 42 acts on the liquid to generate bubbles, which cause a sudden state change due to expansion and contraction of the volume.
And

熱作用部47は、電気熱変換体42の熱発生部48の上部に
位置し、熱発生部48の液体と接触する面としての熱作用
面49をその低面としている。熱発生部48は、基体43上に
設けられた下部層50、該下部層50上に設けられた発熱抵
抗層51、該発熱抵抗層51上に設けられた上部層52とで構
成される。
The heat acting portion 47 is located above the heat generating portion 48 of the electrothermal converter 42, and has a low heat acting surface 49 as a surface of the heat generating portion 48 which is in contact with the liquid. The heat generating section 48 includes a lower layer 50 provided on the base 43, a heating resistor layer 51 provided on the lower layer 50, and an upper layer 52 provided on the heating resistor layer 51.

発熱抵抗層51には、熱を発生させるために該層51に通
電するための電極53,54がその表面に設けられており、
これらの電極間の発熱抵抗層によって熱発生部48が形成
されている。
On the surface of the heating resistance layer 51, electrodes 53 and 54 for supplying electricity to the layer 51 to generate heat are provided on the surface thereof.
A heat generating portion 48 is formed by a heat generating resistance layer between these electrodes.

電極53は、各液吐出部の熱発生部に共通の電極であ
り、電極54は、各液吐出部の熱発生部を選択して発熱さ
せるための選択電極であって、液吐出部の液流路に沿っ
て設けられている。
The electrode 53 is an electrode common to the heat generating unit of each liquid discharging unit, and the electrode 54 is a selection electrode for selecting the heat generating unit of each liquid discharging unit to generate heat. It is provided along the flow path.

保護層52は、熱発生部48においては発熱抵抗層51を、
使用する液体から化学的、物理的に保護するために発熱
抵抗層51と液吐出部46の液流路を満たしている液体とを
隔絶すると共に、液体を通じて電極53,54間が短絡する
のを防止し、更に隣接する電極間における電気的リーク
を防止する役目を有している。
The protective layer 52 includes the heat generating resistance layer 51 in the heat generating portion 48,
In order to protect the used liquid chemically and physically, the heating resistance layer 51 is isolated from the liquid filling the liquid flow path of the liquid discharge section 46, and the short circuit between the electrodes 53 and 54 through the liquid is prevented. It has a function of preventing the occurrence of electric leakage between adjacent electrodes.

各液吐出部に設けられている液流路は、各液吐出部の
上流において、液流路の一部を構成する共通液室(不図
示)を介して連通されている。各液吐出部に設けられた
電気熱変換体42に接続されている電極53,54はその設計
上の都合により、前記上部層に保護されて熱作用部の上
流側において前記共通液室下を通るように設けられてい
る。
The liquid flow paths provided in each of the liquid discharge sections are communicated upstream of each of the liquid discharge sections via a common liquid chamber (not shown) constituting a part of the liquid flow path. The electrodes 53 and 54 connected to the electrothermal converter 42 provided in each liquid discharge unit are protected by the upper layer and pass under the common liquid chamber on the upstream side of the heat acting unit due to the design convenience. It is provided to pass through.

第27図は、圧熱抵抗体を用いる気泡発生手段の構造を
説明するための詳細図で、図中、61は発熱抵抗体、62は
電極、63は保護層、64は電源装置を示し、発熱抵抗体61
を構成する材料として、有用なものに、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。
FIG. 27 is a detailed view for explaining the structure of the bubble generating means using a pressure resistance resistor, in which 61 is a heating resistor, 62 is an electrode, 63 is a protective layer, 64 is a power supply device, Heating resistor 61
As material constituting the a useful, for example, a mixture of Tantaru SiO 2, tantalum nitride, nichrome, silver - palladium alloy, silicon semiconductor or hafnium,
Examples include borides of metals such as lanthanum, zirconium, titanium, tantalum, tungsten, molybdenum, niobium, chromium, and vanadium.

これらの発熱抵抗体61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 resistor 61, metal borides can be mentioned as being particularly excellent, and among them, hafnium boride has the most excellent characteristics.
Next are zirconium boride, lanthanum boride, tantalum boride, vanadium boride, and niobium boride.

発熱抵抗体61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。発熱抵抗体61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、0.001〜5μ
m、好適には0.01〜1μmとされる。
The heating resistor 61 can be formed using the above-mentioned materials by using a technique such as electron beam evaporation or sputtering. The film thickness of the heating resistor 61 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. , But usually 0.001-5μ
m, preferably 0.01 to 1 μm.

電極62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、所定大きさ、形状、厚さ
で設けられる。
As the material forming the electrode 62, many commonly used electrode materials are effectively used, and specifically,
For example, Al, Ag, Au, Pt, Cu and the like can be cited, and they are provided at a predetermined position in a predetermined size, shape and thickness by a technique such as vapor deposition.

保護層63に要求される特性は、発熱抵抗体61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、
記録液体より発熱抵抗体61を保護するということであ
る。保護層63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
63の膜厚は、通常は0.01〜10μm、好適には、0.1〜5
μm、最適には0.1〜3μmとされるのが望ましい。
The characteristics required for the protective layer 63, without preventing the heat generated by the heating resistor 61 from being effectively transmitted to the recording liquid,
This means that the heating resistor 61 is protected from the recording liquid. Useful materials for forming the protective layer 63 include, for example, silicon oxide, silicon nitride, magnesium oxide, aluminum oxide, tantalum oxide, zirconium oxide, and the like. Can be formed. Protective layer
The thickness of 63 is usually 0.01 to 10 μm, preferably 0.1 to 5 μm.
μm, and most preferably 0.1 to 3 μm.

以上のような原理、あるいは発熱体構造をもつバブル
ジェット技術において、本発明は、液体を吐出して非晶
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
電気熱交換体層及び該電気熱交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、前記電気熱交換体層は、
その通電方向の長さが通電方向に垂直な方向の長さより
長くなるように形成し、前記電気熱交換体層の上もしく
はその下において通電方向に熱勾配を持つように、前記
1対の電極のうちの一方を兼ねたもしくは独立な放熱構
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したものである。
In the above-described principle or the bubble jet technology having a heating element structure, the present invention provides an ejection port for ejecting a liquid to form an amorphous droplet, and applying a heat to the liquid to eject the liquid. A liquid ejecting recording apparatus comprising: a liquid ejecting recording head having an electric heat exchanger layer for causing a state change due to pressure and a pair of electrodes electrically connected to the electric heat exchanger layer. The exchanger layer is
The pair of electrodes are formed so that the length in the direction of conduction is longer than the length in the direction perpendicular to the direction of conduction, and have a thermal gradient in the direction of conduction above or below the electrothermal exchanger layer. Or an independent heat radiating structure is formed, and the input energy is made variable in accordance with image information.

第1図は、本発明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、第2図は、第1図と構
成が同じで発熱体層の通電方向の長さが通電方向に垂直
な方向の長さより短い形態を持つ発熱体部を持つバブル
ジェット液体噴射記録装置の要部構成図、第3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で、いずれも(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
ある。
FIG. 1 is a structural view of a main part (heating element) of a bubble jet liquid jet recording apparatus according to the present invention, and FIG. 2 is the same as FIG. FIG. 3 is a main part configuration diagram of a bubble jet liquid jet recording apparatus having a heating element having a form shorter than the length in a direction perpendicular to FIG. (A) is a plan view,
(B) is a sectional view taken along the line BB of (a), and FIG.
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, and 17 is an insulating layer.

第4図は、第1図の発熱体層のみを取り出して示した
もので、本発明の発熱体層は、その通電方向の長さLと
通電方向に垂直な方向の長さWとの間にL>Wという関
係を持っている。発熱体層の形は長方形である必要はな
い。長方形でない場合、第5図に示すしたように、発熱
体層の形を長方形で近似したとき、その通電方向の長さ
L′と通電方向に垂直な方向の長さW′との間にL′>
W′という関係が成り立っていればよい。本発明におい
ては、第1図に示すように、上述のような形の発熱体層
12の上に放熱体16が設けてある。
FIG. 4 shows only the heating element layer of FIG. 1 taken out, and the heating element layer of the present invention has a length L between the direction of conduction and the length W perpendicular to the direction of conduction. L> W. The shape of the heating element layer need not be rectangular. In the case of not being rectangular, as shown in FIG. 5, when the shape of the heating element layer is approximated by a rectangle, the length L ′ between the length in the energizing direction and the length W ′ in the direction perpendicular to the energizing direction is L '>
What is necessary is that the relationship of W 'holds. In the present invention, as shown in FIG.
A radiator 16 is provided on 12.

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1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、発熱体操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。本発明では、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、あるいは製造面において、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1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、本発明では、
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6図にその原理を示す。
The radiator 16 is not provided evenly on the entire surface of the heating element layer 12, but as shown in FIG. 1, the area covering the heating element 12 changes from the control electrode 13 side to the ground electrode 14 side. 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. In the present invention, since the heat radiator is formed two-dimensionally as described above, there is an advantage that the heat radiator can be easily and simply manufactured or manufactured. In the case of FIG. 1, 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 function as a ground electrode. Appropriate insulating treatment 17 is performed without contacting the electrode 14. According to the present invention, for a head having a thermal gradient on such a heating element layer,
Further, the input energy to the heating element layer is changed according to the image information. Generally, in bubble jet technology, when air bubbles are generated on a heating element layer by a film boiling phenomenon, it is necessary that the surface temperature on the heating element layer instantaneously reaches a certain temperature or higher. 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. 6 shows the principle.

第6図は、第1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、本発明では、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6図の点線で示すように、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. 6 shows bubbles generated in the cross section of FIG. 1 by dotted lines. As described above, in the present invention, the heat radiator 16 provided on the heating element layer 12 has a thermal gradient on the heating element layer with respect to the energization direction. 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. 6, the bubbles 18 gradually increase from the small bubbles 1 to 2, 3, and 4.

吐出口より吐出する液体の量を入力エネルギー量を制
御することにより効果的に制御できるためには、入力エ
ネルギー量の変化に対するこの気泡発生の臨界点位置の
移動量の感度が十分大きくなければならない。本発明に
おいては、第4図に示した発熱体層12の通電方向の長さ
Lを発熱体層12の通電方向に垂直な方向の長さWより長
くしてある。これにより上記感度が必要な大きさにまで
向上する。第7図にその様子を示す。
In order to effectively control the amount of liquid discharged from the discharge port by controlling the amount of input energy, the sensitivity of the amount of movement of the critical point position of bubble generation to changes in the amount of input energy must be sufficiently large. . In the present invention, the length L of the heating element layer 12 in the direction of conduction shown in FIG. 4 is longer than the length W of the heating element layer 12 in the direction perpendicular to the direction of conduction. Thereby, the sensitivity is improved to a required size. FIG. 7 shows this state.

第7図は、放熱体を設けた発熱体部の形と気泡発生の
臨界点位置との関係を示したものであり、(a)図は第
1図の、すなわち、発熱層の通電方向の長さLがそれに
垂直な方向の長さWに比して長い場合の発熱体部を、
(b)図は第2図の、すなわち、発熱層の通電方向の長
さLがそれに垂直な方向の長さWに比して短い場合の発
熱体部を示している。図中、1は入力エネルギーの値が
小さいときの気泡発生の臨界点位置、2は入力エネルギ
ーの値が大きいときの気泡発生の臨界点位置である。
(a)図の場合、入力エネルギーの値が大きいときは、
臨界温度を越えている領域が、入力エネルギーの値が小
さいときの臨界温度を越えている領域から吐出口側に大
きく突出して増大する。一方、(b)の図の場合、入力
エネルギーの値が大きいときの臨界温度を越えている領
域の面積は、入力エネルギーの値が小さいときの臨界温
度を越えている領域の面積よりわずかに増えているにす
ぎず、また、臨界点位置の吐出口側への移動量も小さ
い。なお、液体噴射記録ヘッド内の蓄熱を防ぎまた吐出
口の高密度配設を可能にする上から、発熱体層の面積は
小さい方が望ましいが、同じ面積の発熱体層の場合、L
>Wの方がL≦Wの場合に比べて上述の気泡発生の臨界
点位置の移動量の入力エネルギー量の変化に対する感度
が大きくなるので、本発明の発熱体層形にすることによ
り、発熱体層の面積を小さくすることができる。
FIG. 7 shows the relationship between the shape of the heating element provided with a heat radiator and the critical point position of bubble generation. FIG. 7 (a) shows FIG. The heating element portion when the length L is longer than the length W in the direction perpendicular thereto,
FIG. 2 (b) shows the heating element portion in FIG. 2, that is, when the length L of the heating layer in the conduction direction is shorter than the length W in the direction perpendicular thereto. In the figure, 1 is a critical point position for bubble generation when the value of the input energy is small, and 2 is a critical point position for bubble generation when the value of the input energy is large.
(A) In the case of the figure, when the value of the input energy is large,
The region exceeding the critical temperature greatly increases toward the discharge port side from the region exceeding the critical temperature when the value of the input energy is small and increases. On the other hand, in the case of the diagram (b), the area of the region exceeding the critical temperature when the value of the input energy is large is slightly larger than the area of the region exceeding the critical temperature when the value of the input energy is small. And the amount of movement of the critical point position toward the discharge port is also small. In order to prevent heat accumulation in the liquid jet recording head and to enable high-density arrangement of the ejection ports, it is desirable that the area of the heating element layer be small.
> W has a greater sensitivity to the change in the input energy amount of the movement amount of the above-described critical point position of bubble generation than the case of L ≦ W. The area of the body layer can be reduced.

第8図に、入力エネルギーと発生する気泡の大きさの
関係を、第9図には、発生した気泡と吐出されるインク
量の関係を示す。実線は本発明のバブルジェット液体噴
射記録装置における値であり、破線はL<Wの形態のバ
ブルジェット液体噴射記録装置における値である。入力
エネルギーとしては、パルス電圧、パルス巾のどちらを
変えても良いが、瞬時的に膜沸騰現象を利用して気泡を
発生させるためには、パルス電圧を変えるのが望まし
い。ただし、パルス巾も最大30μsec程度までの範囲で
変えるのであれば、実用上は問題はない。
FIG. 8 shows the relationship between the input energy and the size of the generated bubble, and FIG. 9 shows the relationship between the generated bubble and the amount of ink ejected. The solid line is a value in the bubble jet liquid jet recording apparatus of the present invention, and the dashed line is a value in the bubble jet liquid jet recording apparatus in the form of L <W. As the input energy, either the pulse voltage or the pulse width may be changed, but it is desirable to change the pulse voltage in order to instantaneously generate bubbles using the film boiling phenomenon. However, there is no practical problem as long as the pulse width is changed within a range up to about 30 μsec.

第10図は、本発明の別の実施例を説明するための図で
あり、この場合は、放熱体16を発熱体層12の下に形成し
ている。第11図は、さらに別の実施例であり、この場合
は、放熱体16を保護層15の上に形成している。第12図,
第13図は、放熱体16のパターンの変形実施例で、第12図
のように階段状にすると、フォトマスクを製作する時の
コストが下がり有利である。一方、第13図のように両側
に放熱体を形成すると、発生気泡が対称性が良くなり安
定するという利点がある。
FIG. 10 is a view for explaining another embodiment of the present invention. In this case, a heat radiator 16 is formed below the heat generating layer 12. FIG. 11 shows still another embodiment. In this case, a heat radiator 16 is formed on the protective layer 15. Fig. 12,
FIG. 13 is a modified embodiment of the pattern of the heat radiator 16, and the stepwise shape as shown in FIG. 12 is advantageous in that the cost for manufacturing a photomask is reduced. On the other hand, when radiators are formed on both sides as shown in FIG. 13, there is an advantage that the generated bubbles have better symmetry and are stable.

以上に本発明の実施例について簡単に説明してきた
が、図が複雑になることを考慮して説明を省略したとこ
ろがある。たとえば第1図,第2図,第3図,第6図,
第10図,第11図の断面図((b)図)において電極がム
キ出しになっているが、これは適当な保護膜(ポリイミ
ド等)によってインクに直接接触しないようにすること
が好ましい。又、放熱体についても同様に、もしインク
に腐食されるような材料(たとえばAl)を使用する場合
には、保護膜を設けるべきである。又、第1図,第2
図,第3図,第10図,第11図,第14図の平面図((a)
図)及び第12図,第13図において、発熱体層上の保護膜
が省略されているが、これも図が複雑になるのをさける
ためであり、実際には、保護膜が存在する。
Although the embodiments of the present invention have been described briefly, the description has been omitted in consideration of the complexity of the drawings. For example, FIG. 1, FIG. 2, FIG. 3, FIG.
In the sectional views (FIG. 10B) of FIGS. 10 and 11, the electrodes are sticky, but it is preferable that the electrodes are not directly contacted with the ink by a suitable protective film (polyimide or the like). Similarly, if a material (for example, Al) that is corroded by ink is used for the heat radiator, a protective film should be provided. 1 and 2
FIG. 3, FIG. 10, FIG. 10, FIG. 11, and FIG.
In FIG. 12 and FIGS. 12 and 13, the protective film on the heating element layer is omitted, but this is also to avoid complicating the drawing, and the protective film actually exists.

次に、第1図に示した液体噴射記録ヘッドの具体的な
製造方法について説明する。まず、シリコンウェハを熱
酸化により、表面にSiO2膜を2μm成長させて蓄熱層11
とする。次に、発熱体層12として、HfB2を2200Åスパッ
タリングする。次に、放熱体16として、Alを10000Å蒸
着した。次に、電極13,14としてAuを8000Å蒸着した。
この時、放熱体Alと電極Auが接触しないように絶縁層17
としてSiO2を形成しておく。次に、発熱体層の保護膜15
としてSiO2を9000Åスパッタリングした。さらに、その
上に耐キャビテーション層としてTaを3000Åスパッタリ
ングした。これらの各膜形成途中においては周知のフォ
トリソ技術、フォトエッチング技術を利用し、最終的な
発熱体のパターンは24μm×80μmの長方形としてい
る。なお、電極巾は、発熱体パターンの短手方向の24μ
mである。
Next, a specific method of manufacturing the liquid jet recording head shown in FIG. 1 will be described. First, a silicon wafer is thermally oxidized to grow a SiO 2 film on its surface to a thickness of 2 μm to form a heat storage layer 11.
And Next, as the heating element layer 12, HfB 2 is sputtered at 2200 °. Next, as the heat radiator 16, Al was deposited by 10,000 °. Next, Au was vapor-deposited at 8000 ° as electrodes 13 and 14.
At this time, the insulating layer 17 should be
Previously formed SiO 2 as. Next, the protective film 15 of the heating element layer
The SiO 2 was 9000Å sputtering as. Furthermore, Ta was sputtered thereon at 3000 ° as a cavitation-resistant layer. During the formation of each of these films, a well-known photolithography technique and a photo-etching technique are used, and the final pattern of the heating element is a rectangle of 24 μm × 80 μm. The electrode width is 24μ in the width direction of the heating element pattern.
m.

第14図は、本発明の別の実施例である。而して、第1
図に示した実施例において、放熱体16はアース電極14と
接触しないようにSiO2の絶縁層17が設けられているが、
第14図に示した実施例では、SiO2の絶縁層がなく、放熱
体16はアース電極14に接触している。従って、放熱体16
はアース電極の役割もしており、いいかえるならば、発
熱体層の発熱部分が長方形ではなく、第14図の放熱体が
かかっていない部分、つまり第14図(a)の直角三角形
状部分となり、発熱体層そのものが熱勾配をもつように
したものである。この場合、前述の発熱体層の通電方向
の長さLは、直角三角形状の発熱部分の通電方向の辺の
長さに相当する。この場合は放熱体の熱勾配と発熱体層
の熱勾配の両方が作用するようになる。
FIG. 14 shows another embodiment of the present invention. Thus, the first
In the embodiment shown in the figure, the radiator 16 is provided with the insulating layer 17 of SiO 2 so as not to contact the ground electrode 14,
In the embodiment shown in FIG. 14, there is no insulating layer of SiO 2 , and the radiator 16 is in contact with the ground electrode 14. Therefore, the radiator 16
Also serves as a ground electrode, in other words, the heat-generating portion of the heat-generating body layer is not rectangular, but becomes a portion where the heat-radiating body is not applied in FIG. 14, that is, a right-angled triangular portion in FIG. 14 (a), The heating element layer itself has a thermal gradient. In this case, the above-described length L of the heating element layer in the energization direction corresponds to the length of the side in the energization direction of the right triangular heating portion. In this case, both the heat gradient of the heat radiator and the heat gradient of the heat generating layer act.

また第1図の場合の製造方法の説明では、放熱体と電
極(アース電極)を別々に製造することを示したが、第
14図の場合においては、同時に(一体)に製造してもよ
い。
Further, in the description of the manufacturing method in the case of FIG. 1, it is shown that the heat radiator and the electrode (earth electrode) are manufactured separately.
In the case of FIG. 14, they may be manufactured simultaneously (integrally).

第15図は、さらに別の実施例であり、たとえば、16本
/mm以上の高密度配列を可能にするために電極積層構造
とした発熱体基板に本発明を適用し、放熱体を形成した
ものである。電極積層構造の発熱体基板の製造方法を簡
単に説明する。
FIG. 15 shows still another embodiment, for example, 16
A heat radiator is formed by applying the present invention to a heat generating substrate having an electrode laminated structure in order to enable a high-density arrangement of / mm or more. A method for manufacturing a heating element substrate having an electrode laminated structure will be briefly described.

第16図は、本発明の他の一実施例を説明するための断
面図で、図中、10は基板、12は発熱抵抗体層、13は第1
の電極、14は第2の電極、15は保護層(耐インク)、17
は絶縁層で、第1電極13のA部はリード線を取り出す部
分、Bは発熱抵抗体を接続される部分である。
FIG. 16 is a cross-sectional view for explaining another embodiment of the present invention, in which 10 is a substrate, 12 is a heating resistor layer, and 13 is a first embodiment.
, 14 is the second electrode, 15 is the protective layer (ink resistant), 17
Is an insulating layer, part A of the first electrode 13 is a part from which a lead wire is taken out, and part B is a part to which a heating resistor is connected.

第17図(a)〜(e)は、第16図に示した構成を得る
ための手順を示す図で、はじめに、第1の電極13が基板
上10に形成されるが(第17図(a))、この電極13上に
は少なくともリード線をとり出す部分Aと、後述の発熱
抵抗体層12が接続する部分Bを除いて、絶縁層17が設け
られる(第17図(b))。次に、発熱抵抗体層12が設け
られ(第17図(c))、そして、第2の電極14が、発熱
抵抗体層12の第1の電極13と接続されている部分Bと対
向する位置で接続されて形成される(第17図(d))。
最後に、保護膜15が発熱抵抗体層12をインクから保護す
るために形成されて完成する(第17図(e))。なお、
これ以外にも電極保護層あるいは、必要に応じて耐キャ
ビテーション保護膜も設けられるが、ここでは、簡略化
するために説明を省略した。第15図は、上述のようなプ
ロセスで製造される電極積層構造発熱体基板に本発明の
放熱体16を付与した場合の例を示す平面構成図である。
FIGS. 17 (a) to 17 (e) are views showing a procedure for obtaining the configuration shown in FIG. 16. First, the first electrode 13 is formed on the substrate 10 (FIG. 17 ( a)), an insulating layer 17 is provided on the electrode 13 except for at least a portion A from which a lead wire is taken out and a portion B to which a heating resistor layer 12 described later is connected (FIG. 17 (b)). . Next, the heating resistor layer 12 is provided (FIG. 17C), and the second electrode 14 faces the portion B of the heating resistor layer 12 connected to the first electrode 13. They are connected at positions (FIG. 17 (d)).
Finally, a protective film 15 is formed to protect the heating resistor layer 12 from ink, and is completed (FIG. 17 (e)). In addition,
In addition, an electrode protection layer or an anti-cavitation protection film is provided if necessary. However, the description is omitted here for simplification. FIG. 15 is a plan view showing an example in which the heat radiator 16 of the present invention is provided to the electrode-laminated heating element substrate manufactured by the above-described process.

第18図(a)〜(g)は、本発明の発熱体基板の製造
プロセスを示す図で、第19図は、第18図(g)において
完成した発熱体基板のA−A断面図である。図中、91は
発熱体(HfB2)、92は第1電極(Al)、93は絶縁層(Si
O2)、94は第2電極(Al)、95は熱絶縁層(SiO2)、96
は耐キャビテーション層(Ta)、97は電極保護層(フォ
トニース)、98はボンディングパッドである。斜線部が
各工程での形成パターンである。(a)は熱酸化等によ
って表面にSiO2膜を形成したSiウェハに発熱体91を形成
する。ここでは、発熱体材料として、HfB2を3000Åスパ
ッタリングによって形成した。(b)第1の電極として
Al92を10000Åスパッタリングによって形成した。
(c)絶縁層93としてSiO2を8000Åスパッタリングによ
って形成した。なお、このパターンを形成する時、後述
する第2の電極と接続する部分と、ボンディングパッド
の部分には絶縁層はつかないようにしている。(d)第
2の電極としてAl94を10000Åスパッタリングによって
形成した。この第2電極は放熱構造体を兼ねており、図
より明らかなように絶縁層を介して発熱体の上の部分に
おいて、通電方向に放熱により熱勾配を持つように、そ
の占める領域が連続的に変わっている。なお、Alは電極
材料として優れ、又、その熱伝導性が良好なことから放
熱構造体にも最適な材料の1つである。(e)次に熱絶
縁層95としてSiO2を5000Åスパッタリングによって形成
した。これは後述の耐キャビテーション層と、前述の放
熱構造体とを熱的に離間し、放熱構造体がその機能をよ
り良く発揮させるためのものである。(f)耐キャビテ
ーション層96としてTaを3000Åスパッタリングによって
形成した。これは発生した気泡が消滅する際の物理的な
衝撃力を吸収し、発熱体部を損傷から保護し、寿命を長
くするためのものである。(g)電極保護層97として、
フォトニース(東レ(株)製)を12000Å形成した。
18 (a) to 18 (g) are views showing a manufacturing process of the heating element substrate according to the present invention, and FIG. 19 is a cross-sectional view taken along the line AA of the heating element substrate completed in FIG. 18 (g). is there. In the figure, 91 is a heating element (HfB 2 ), 92 is a first electrode (Al), 93 is an insulating layer (Si)
O 2 ), 94 is a second electrode (Al), 95 is a heat insulating layer (SiO 2 ), 96
Denotes an anti-cavitation layer (Ta), 97 denotes an electrode protection layer (photonice), and 98 denotes a bonding pad. The hatched portions are the formation patterns in each step. 11A, a heating element 91 is formed on a Si wafer having a SiO 2 film formed on the surface by thermal oxidation or the like. Here, HfB 2 was formed by 3000 ° sputtering as a heating element material. (B) As the first electrode
Al92 was formed by 10,000 ° sputtering.
(C) SiO 2 was formed as the insulating layer 93 by 8000 ° sputtering. When this pattern is formed, an insulating layer is not attached to a portion connected to a second electrode described later and a portion of the bonding pad. (D) Al94 was formed as the second electrode by sputtering at 10,000 °. The second electrode also serves as a heat dissipation structure. As is clear from the figure, the area occupied by the heat dissipation element in the portion above the heating element via the insulating layer is continuous so as to have a heat gradient in the direction of current flow. Has changed to Note that Al is one of the most suitable materials for the heat radiation structure because of its excellent electrode material and good thermal conductivity. (E) Next, SiO 2 was formed as the thermal insulating layer 95 by 5000 ° sputtering. This is for thermally separating the cavitation-resistant layer described later and the above-mentioned heat dissipation structure so that the heat dissipation structure exerts its function better. (F) Ta was formed as the anti-cavitation layer 96 by 3000 ° sputtering. This is to absorb the physical impact force when the generated bubbles disappear, protect the heating element from damage, and extend the life. (G) As the electrode protection layer 97,
Photo Nice (manufactured by Toray Industries, Inc.) was formed to 12,000 mm.

第20図(a)〜(g)は本発明の発熱体基板の製造プ
ロセスの他の実施例を示す図で、第21図は、第20図
(g)において完成した発熱体基板のB−B断面図であ
る。図中、101は第1電極(Al)、102は絶縁層(Si
O2)、103は発熱体(HfB2)、104は第2電極(Al)、10
5は発熱体保護層(SiO2)、106は耐キャビテーション層
(Ta)、107は電極保護層(フォトニース)、108はボン
ディングパッドである。斜線部が各工程での形成パター
ンである。(a)熱酸化等によって表面にSiO2膜を形成
したSiウェハに第1の電極101としてAlを10000Åスパッ
タリングによって形成した。この第1の電極は、放熱構
造体を兼ねており、図より明らかなように、後述の絶縁
層を介して形成される発熱体が積層される部分のパター
ンは、その発熱体の通電方向に放熱により熱勾配を持つ
ように、その占める領域が連続的に変わっている。
(b)絶縁層102として、SiO2を8000Åスパッタリング
によって形成した。なお、このパターンを形成する時後
述する第2の電極と接続する部分とボンディングパッド
の部分には絶縁層はつかないようにしている。(c)発
熱体103として、HfB2を3000Åスパッタリングによって
形成した。(d)第2の電極104としてAlを10000Åスパ
ッタリングによって形成した。(e)次に発熱体保護層
105としてSiO2を10000Åスパッタリングによって形成し
た。これは主に発熱体がインクによる化学的腐食をうけ
ないようにするためのものであり、ピンホール等の欠陥
が少なくなるように形成される。つまりできるだけ膜厚
を厚く形成される。一方でインクへの熱伝導効率、ある
いは熱ストレスの面からはできるだけうすく形成される
ことが望ましく、本発明ではそれらの最適値として、10
000Åを採用している。(f)耐キャビテーション層106
としてTaを3000Åスパッタリングによって形成した。こ
れは発生した気泡が消滅する際の物理的な衝撃力を吸収
し、発熱体部を損傷から保護し、寿命を長くするための
ものである。(g)電極保護層107としてフォトニース
(東レ(株)製)を12000Å形成した。なお、説明は省
略したが、上記第18図〜第21図に説明したそれぞれの実
施例とも、そのパターンの形成法は各層をスパッタリン
グで形成した後、ポジ型フォトレジストOFPR(東京応化
(株)製)によってフォトリソを行ない、エッチングを
施して各パターンを形成した。
20 (a) to 20 (g) are views showing another embodiment of the manufacturing process of the heating element substrate according to the present invention, and FIG. 21 is a drawing showing the B-B of the heating element substrate completed in FIG. 20 (g). It is B sectional drawing. In the figure, 101 is a first electrode (Al), 102 is an insulating layer (Si)
O 2 ), 103 is a heating element (HfB 2 ), 104 is a second electrode (Al), 10
5 is a heating element protection layer (SiO 2 ), 106 is an anti-cavitation layer (Ta), 107 is an electrode protection layer (photonice), and 108 is a bonding pad. The hatched portions are the formation patterns in each step. (A) Al was formed as the first electrode 101 on a Si wafer having a SiO 2 film formed thereon by thermal oxidation or the like by 10,000 ° sputtering. The first electrode also serves as a heat dissipation structure, and as is apparent from the drawing, the pattern of the portion where the heating element formed via the insulating layer described later is laminated is formed in the direction in which the heating element is energized. The area occupied by the heat is continuously changed so as to have a thermal gradient due to heat radiation.
(B) As the insulating layer 102, SiO 2 was formed by 8000 ° sputtering. When forming this pattern, an insulating layer is not attached to a portion connected to a second electrode described later and a portion of the bonding pad. (C) HfB 2 was formed as the heating element 103 by 3000 ° sputtering. (D) Al was formed as the second electrode 104 by sputtering at 10,000 °. (E) Heating element protective layer
As 105, SiO 2 was formed by 10,000 ° sputtering. This is mainly to prevent the heating element from being chemically corroded by the ink, and is formed so as to reduce defects such as pinholes. That is, it is formed as thick as possible. On the other hand, from the viewpoint of heat conduction efficiency to the ink or thermal stress, it is desirable to form the ink as thin as possible.
000Å has been adopted. (F) Anti-cavitation layer 106
Was formed by 3000 ° sputtering. This is to absorb the physical impact force when the generated bubbles disappear, protect the heating element from damage, and extend the life. (G) Photonice (manufactured by Toray Industries, Inc.) was formed as an electrode protection layer 107 by 12,000 Å. Although the description is omitted, in each of the embodiments described above with reference to FIGS. 18 to 21, the pattern is formed by forming each layer by sputtering and then applying a positive photoresist OFPR (Tokyo Ohka Co., Ltd.) ), And each pattern was formed by etching.

このように形成した本発明による発熱体基板には、必
要に応じて前述のような、ポリイミドの電極保護層が0.
5〜5μm形成されている。こうしてできた本発明の発
熱体基板には第24図(a)に示した蓋基板を接合してヘ
ッドとして完成する。このヘッドを用いて入力パルス電
圧を18〜40Vまで変化させたところ気泡の大きさ(発熱
体パターン上の気泡の長さ)を15〜110μmまで変化さ
せることができ、それに応じて吐出インク量が変わり、
紙面上の画素径を50μm〜120μmまで変えることがで
きた。なお、この時のパルス巾は、6μsecである。
The heating element substrate according to the present invention thus formed has a polyimide electrode protection layer as described above, if necessary.
The thickness is 5 to 5 μm. A lid substrate shown in FIG. 24A is joined to the heating element substrate of the present invention thus completed to complete a head. When the input pulse voltage is changed from 18 to 40 V using this head, the size of the bubble (the length of the bubble on the heating element pattern) can be changed from 15 to 110 μm. change,
The pixel diameter on the paper could be changed from 50 μm to 120 μm. The pulse width at this time is 6 μsec.

効果 以上の説明から明らかなように、本発明によると、 ・薄膜形成技術、フォトリソ技術、フォトエッチング技
術等を用いて、平面的に放熱体を形成できるので、製造
が容易で、しかも高精度にできる。
Effects As is clear from the above description, according to the present invention, a heat sink can be formed two-dimensionally using thin film forming technology, photolithography technology, photo etching technology, etc., so that manufacturing is easy and high accuracy. it can.

・電気熱変換体層が細長い形をしていることにより、気
泡の体積および発生位置の入力エネルギー変化に対する
感度が増大するので、入力エネルギーによるインク吐出
量制御能力が増す。
Since the electrothermal transducer layer has an elongated shape, the sensitivity of the volume of the bubble and the position where the bubble is generated to the input energy change is increased, so that the ability to control the ink ejection amount by the input energy is increased.

・同じく電気熱交換体層が細長い形をしていることによ
り、気泡成長の吐出口方向への指向性が増すので、イン
ク吐出力が向上する。
Also, since the electric heat exchanger layer has an elongated shape, the directivity of bubble growth in the direction of the discharge port is increased, so that the ink discharge force is improved.

・通電方向の長さLと通電方向に垂直な方向の長さWが
L≦Wである形態の電気熱交換体層に比して、本発明の
形態の電気熱変換体層の方が同面積でもインク吐出量制
御能力およびインク吐出力が大きいので液体噴射記録ヘ
ッド内の蓄熱防止および吐出口の高密度配設において有
利である。
The electrothermal transducer layer according to the embodiment of the present invention has the same length as the electrothermal exchanger layer in which the length L in the direction of conduction and the length W in the direction perpendicular to the direction of conduction is L ≦ W. Since the ink ejection amount control ability and the ink ejection force are large even in the area, it is advantageous in preventing heat storage in the liquid jet recording head and in arranging ejection ports at high density.

・更に、上記に加えて、電極の一方に、放熱構造体の機
能をもたせることにより、発熱体部の層構成が単純化さ
れた、それによりインクへの熱伝達効率が良くなる点あ
るいは熱ストレスによる発熱体部の劣化〜断線が極めて
少なくなり、発熱体部の寿命が長くなる点、或いは、製
造プロセス上の歩留りが向上する点、又、単純化される
ことによる製造コストの低下という点からも著しい利点
がある。
Further, in addition to the above, by providing one of the electrodes with a function of a heat dissipation structure, the layer structure of the heating element portion is simplified, thereby improving the efficiency of heat transfer to the ink or thermal stress. Deterioration of the heating element due to the fact that disconnection is extremely reduced, the life of the heating element is lengthened, the yield in the manufacturing process is improved, and the manufacturing cost is reduced due to simplification. There are also significant advantages.

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

第1図及び第2図は、それぞれ本発明によるバブルジェ
ット液体噴射記録装置の発熱部の構成を示す図、第3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構成図、第4図は、発熱体層の形状
を示す図、第5図は、発熱体層の変形形状の一例を示す
図、第6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7図は、発熱体部の形と気泡発生の臨界
位置との関係を示す図、第8図は、入力エネルギーと気
泡の大きさの関係を示す図、第9図は、気泡の大きさと
吐出インク量の関係を示す図、第10図及び第11図は、そ
れぞれ本発明の他の実施例を示す図、第12図及び第13図
は、それぞれ放熱体パターンの変形例を示す図、第14図
は、本発明の他の実施例を説明するための図、第15図乃
至第17図は、更に本発明の他の実施例を説明するための
図、第18図及び第19図は、本発明の発熱体基板の製造プ
ロセスを示す図、第20図及び第21図は、本発明の発熱体
基板の製造プロセスの他の実施例を示す図、第22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
23図は、バブルジェットヘッドの一例を示す斜視図、第
24図は、分解斜視図、第25図は、蓋基板を裏面から見た
図、第26図は、バブルジェット記録ヘッドの詳細を説明
するための図、第27図は、発熱抵抗体を用いた気泡発生
手段の構造を説明するための図、第26図乃至第35図は、
それぞれ従来の発熱体層の構成を示す図で、第28図乃至
第30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31図乃至第35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。 10……基板、11……蓄熱層、12……発熱体層、13……制
御電極、14……アース電極、15……保護層、16……放熱
体、17……絶縁層、18……発生気泡。
FIGS. 1 and 2 show the structure of a heat generating portion of a bubble jet liquid jet recording apparatus according to the present invention, respectively. FIG. 3 shows a heating element of a bubble jet liquid jet recording apparatus which does not perform normal gradation recording. FIG. 4 is a diagram showing a shape of a heating element layer, FIG. 5 is a diagram showing an example of a deformed shape of the heating element layer, and FIG. 6 is a diagram illustrating a principle of changing a size of bubble generation. FIG. 7 is a diagram showing the relationship between the shape of the heating element and the critical position of bubble generation, FIG. 8 is a diagram showing the relationship between input energy and bubble size, and FIG. FIGS. 10 and 11 show the relationship between the size of bubbles and the amount of ejected ink, FIGS. 10 and 11 show another embodiment of the present invention, and FIGS. 12 and 13 show the deformation of the radiator pattern, respectively. FIG. 14 is a diagram illustrating an example, FIG. 14 is a diagram for explaining another embodiment of the present invention, and FIGS. FIGS. 18 and 19 are diagrams showing a manufacturing process of a heating element substrate of the present invention, and FIGS. 20 and 21 are diagrams of a heating element substrate of the present invention. FIG. 22 shows another embodiment of the manufacturing process, FIG.
The figure for explaining the operation of the bubble jet head as an example of the ink jet head to which the present invention is applied, FIG.
FIG. 23 is a perspective view showing an example of a bubble jet head, and FIG.
FIG. 24 is an exploded perspective view, FIG. 25 is a view of the lid substrate viewed from the back surface, FIG. 26 is a diagram for explaining the details of the bubble jet recording head, and FIG. FIGS. 26 to 35 are views for explaining the structure of the bubble generating means,
FIGS. 28 to 30 each show a configuration of a conventional heating element layer. FIGS. 28 to 30 show examples in which the thickness of a protective layer, a heat storage layer, or a heating element layer is gradually changed, and FIGS. The figure shows an example in which the pattern width of the heating element layer is gradually changed. 10 ... substrate, 11 ... heat storage layer, 12 ... heating element layer, 13 ... control electrode, 14 ... earth electrode, 15 ... protective layer, 16 ... heat radiator, 17 ... insulating layer, 18 ... … Generated bubbles.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 渡辺 好夫 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 (72)発明者 堀家 正紀 東京都大田区中馬込1丁目3番6号 株 式会社リコー内 (56)参考文献 特開 昭55−132258(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) B41J 2/05 B41J 2/205 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (72) Inventor Yoshio Watanabe 1-3-6 Nakamagome, Ota-ku, Tokyo Inside Ricoh Co., Ltd. (72) Inventor Masafumi Kamonaga 1-3-6 Nakamagome, Ota-ku, Tokyo Ricoh Co., Ltd. (72) Inventor Masaki Horiya 1-3-6 Nakamagome, Ota-ku, Tokyo, Japan Ricoh Co., Ltd. (56) References JP-A-55-132258 (JP, A) (58) Survey Field (Int.Cl. 7 , DB name) B41J 2/05 B41J 2/205

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】液体を吐出して飛翔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は、その通電方向の長さが
通電方向に垂直な方向の長さより長くなるように形成
し、前記電気熱変換体層の上において通電方向に熱勾配
を持つように2次元平面構造の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。
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; In a liquid jet recording apparatus including a liquid jet recording head having a pair of electrodes electrically connected to a heat conversion element layer, the length of the electrothermal conversion layer is perpendicular to the current direction. The heat radiation structure having a two-dimensional planar structure is formed on the electrothermal transducer layer so as to have a thermal gradient in the direction of electric current, and the input energy is reduced in accordance with image information. A liquid jet recording apparatus characterized by being variable.
【請求項2】液体を吐出して飛翔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使用する液体噴射記録装置に
おいて、前記電気熱変換体層は、その通電方向の長さが
通電方向に垂直な方向の長さより長くなるように形成
し、前記電気熱変換体層の下において通電方向に熱勾配
を持つように2次元平面構造の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。
2. An ejection port for ejecting liquid to form flying droplets, an electrothermal transducer layer for causing the liquid to undergo a state change due to heat in order to eject the liquid, and In a liquid jet recording apparatus using a liquid jet recording head having a pair of electrodes electrically connected to a heat conversion layer, the length of the electrothermal conversion layer is perpendicular to the current direction. The heat radiation structure having a two-dimensional planar structure is formed below the electrothermal transducer layer so as to have a thermal gradient in the direction of current flow, and the input energy is reduced in accordance with image information. A liquid jet recording apparatus characterized by being variable.
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