JP3495649B2 - The ink-jet head - Google Patents

The ink-jet head

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JP3495649B2
JP3495649B2 JP18103899A JP18103899A JP3495649B2 JP 3495649 B2 JP3495649 B2 JP 3495649B2 JP 18103899 A JP18103899 A JP 18103899A JP 18103899 A JP18103899 A JP 18103899A JP 3495649 B2 JP3495649 B2 JP 3495649B2
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    • B41PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
    • B41JTYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, e.g. INK-JET PRINTERS, THERMAL PRINTERS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
    • B41J2/00Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed
    • B41J2/005Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed characterised by bringing liquid or particles selectively into contact with a printing material
    • B41J2/01Ink jet
    • B41J2/135Nozzles
    • B41J2/14Structure thereof only for on-demand ink jet heads
    • B41J2002/14346Ejection by pressure produced by thermal deformation of ink chamber, e.g. buckling

Description

【発明の詳細な説明】 【0001】 【発明の属する技術分野】本発明は、発熱体によりインクを加熱発泡させてインクを噴射するバブルジェット方式のインクジェットヘッドに関するものである。 BACKGROUND OF THE INVENTION [0001] [Technical Field of the Invention The present invention is, ink is heated foamed by heating element relates inkjet head of the bubble jet type which ejects ink. 【0002】 【従来の技術】従来、インクジェットプリンタの記録ヘッド(インクジェットヘッド)としてバブルジェット方式のインクジェットヘッドがあった。 [0004] Conventionally, there has been an ink jet head of the bubble jet system as a recording head of an ink jet printer (ink jet head). このバブルジェット方式のインクジェットヘッドは、発熱体(ヒータ)にパルス電流を印加して発熱させることによって、インクを発泡させて外部に噴射させるものであった。 The ink jet head of the bubble jet method, by heating by applying a pulse current to the heating element (heater) were those for jetting to the outside by foaming of ink. 【0003】このバブルジェット方式のインクジェットヘッドでは、ヒータの熱がインクジェットヘッドの基板に拡散してしまうことにより、インクの加熱に寄与される熱量が少なくなり、インクの温度上昇が妨げられ、これを補うために通電量を大きくする必要があったため、 [0003] In the ink jet head of the bubble jet type, by the heat of the heater diffuses to the substrate of the ink jet head, the amount of heat contributing to the heating of the ink is reduced, the temperature rise of the ink is prevented, this since it is necessary to increase the current amount in order to compensate,
消費電力が増大するという問題があった。 There is a problem that power consumption is increased. 【0004】そこで、この問題を解決するために、特開平7−227968号公報に記載された構成では、ヒータの下部に断熱層としての断熱空間を設けることで、基板への熱拡散を防止するようになっている。 [0004] In order to solve this problem, in the configuration described in JP-A-7-227968, by providing the insulating space as thermal insulation layer in the bottom of the heater, to prevent thermal diffusion to the substrate It has become way. 【0005】また、特許第2759447号公報には、 Further, Japanese Patent No. 2759447,
ヒータと基板との間に熱伝導率の異なる2種類の層を設けることで、基板への熱拡散を抑制するものが開示されている。 By providing the two types of layers having different thermal conductivity between the heater and the substrate, which inhibit thermal diffusion to the substrate is disclosed. さらに、同様の効果を得る技術として、熱伝導率の低いガラスグレース層をヒータの下部に配置するものもあった。 Further, as a technique to obtain the same effect, the lower glass Grace layer thermal conductivity was also intended to place the bottom of the heater. 【0006】 【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記のようなインクジェットヘッドでは、一旦発熱し温度上昇したヒータの温度を下げることが困難であったため、ヒータにパルス電流を印加しても、温度があまり低下していない状態で次のパルス電流が印加されることとなり、 [0006] The present invention is, however, in the ink jet head as described above, since it is difficult to temporarily lower the temperature of the heating temperature elevated heater, even by applying a pulse current to the heater, will be in a state where the temperature is not so much lowered next pulse current is applied,
ヒータが断続的に発熱しオーバーヒート状態となってしまい、ヒータの応答周波数が低下してインクの噴射量を制御できないという問題が生じていた。 Heater becomes a heating overheat state intermittently, a problem that the response frequency of the heater can not control the injection amount of the ink drops has occurred. 【0007】本発明はこのような問題を解決するためになされたものであり、ヒータの発熱時の熱拡散を防ぎ温度上昇を確実に行うことを可能とするとともに、発熱後のヒータ温度の低下を短時間で確実に行うことを可能とすることを目的としたものである。 [0007] The present invention has been made to solve such a problem, as well as allows to reliably perform temperature rise prevents thermal diffusion time of heat generation of the heater, lowering of the heater temperature after heating it is intended to enable reliably be performed in a short time. 【0008】 【課題を解決するための手段】 上述した目的を達成する [0008] [Means for Solving the Problems] To achieve the above object
ための本発明のインクジェットヘッドは、発熱体を発熱させることによって、 インクを噴射するインクジェットヘッドにおいて、 インクを噴射するノズルが設けられた The ink jet head of the present invention for, by causing the heating element originating heated, in an inkjet head that ejects ink, a nozzle for ejecting ink is provided
ノズルプレートと、該ノズルプレートと対向しスペーサ A nozzle plate, the nozzle plate opposite to the spacer
を介してインクを封入するためのヘッド基板との間に、 Between the head substrate for encapsulating ink via,
上記発熱体を介在させ、 上記ヘッド基板に、上記発熱体 It is interposed the heating element on the head substrate, the heating body
で覆われた空間部を構成する凹部を設け、 上記空間部が A recess for constituting a covered space in provided, the space portion
外部の大気と連通する連通孔を上記基板に設け、上記発熱体を温度上昇にともなう熱膨張により上記空隙部に座屈するよう構成している。 The external communication hole communicating with the atmosphere is provided on the substrate, and configured to buckle the gap portion due to thermal expansion with the heating element temperature rises. 【0009】したがって、インクの加熱時には空隙部の断熱効果により、発熱体の熱の拡散を抑制し急激な温度上昇を可能とし、インク噴射後は発熱体の座屈により発熱体の熱をヘッド基板を介して放熱させることにより、 Accordingly, the heat insulating effect of the air gap at the time of heating the ink to suppress the diffusion of the heat of the heating element to enable a rapid temperature rise, the head substrate and the heat of the heating element after the ink ejection by the buckling of the heating element by radiating through,
発熱体の温度低下を短時間で行うことが可能となる。 The temperature drop of the heating element it is possible to perform in a short time. 【0010】本発明の発熱体は、ヒータと、ヒータを保護する保護膜と、ヒータを絶縁する絶縁膜とから構成し、各構成部材を互いに線膨張係数のほぼ等しい材料で形成しる。 [0010] Heating elements of the invention, a heater, a protective film for protecting the heater is constituted of an insulating film for insulating the heater, soup formed at substantially equal material linear expansion coefficient of each component to one another. 【0011】したがって、ヒートサイクルによるクラックの発生を防止することが可能となる。 Accordingly, it is possible to prevent the occurrence of cracks due to heat cycle. 【0012】本発明の発熱体は、その両端部の厚み及び厚みの直角方向への移動を規制して配設されている。 [0012] Heating elements of the invention is disposed to regulate the movement in the perpendicular direction of the thickness and the thickness of its ends. 【0013】したがって、発熱体の空隙部への座屈を確実に行うことが可能となる。 [0013] Thus, it is possible to reliably perform buckling of the gap portion of the heating element. 【0014】本発明の発熱体は、空隙部への座屈時にヘッド基板に接触するよう構成されている。 [0014] Heating elements of the invention is configured to contact the head substrate to the buckling of the gap portion. 【0015】したがって、発熱体の熱をヘッド基板への熱伝導により良好に拡散させることが可能となる。 [0015] Thus, it is possible to satisfactorily spread the heat of the heating element by thermal conduction to the head substrate. 【0016】 【0017】 【0018】本発明は、ヘッド基板に空隙部を外部と連通させる連通孔を設けている。 [0016] [0017] [0018] The present invention is provided with a communication hole for communicating with an external air gap portion on the head substrate. 【0019】したがって、空隙部内の熱を連通孔を介して外部へ放熱させることが可能となる。 [0019] Thus, it becomes possible to dissipate to the outside heat in the gap portion through the communication hole. 【0020】本発明の発熱体を温度上昇により空隙部に変形するよう複数の金属材料からなるバイメタル構造としている。 [0020] have a bimetal structure consisting of a plurality of metal material to deform the void portion by the temperature rise of the originating heat of the present invention. 【0021】したがって、発熱体の空隙部への変形を確実に行うことを可能としている。 [0021] Thus, it is made possible to reliably perform the deformation in the gap portion of the heating element. 【0022】本発明の発熱体に所定温度を越えたときに空隙部側へ変形するよう形状記憶合金層を形成している。 [0022] to form a shape memory alloy layer to deform into the gap portion when the originating heat of the present invention exceeds a predetermined temperature. 【0023】したがって、発熱体の空隙部への変形を確実に行うことを可能としている。 [0023] Thus, it is made possible to reliably perform the deformation in the gap portion of the heating element. 【0024】 また、上述した目的を達成するための本発 [0024] In addition, the present onset of the order to achieve the above purpose
明のインクジェットヘッドは、発熱体を発熱させることによって、 インクを噴射するインクジェットヘッドにおいて、 インクを噴射するノズルが設けられたノズルプレ Nozurupure Ming inkjet head, by causing the heating element originating heated, in an inkjet head for ejecting ink, the nozzles for ejecting ink provided
ートと、該ノズルプレートと対応しスペーサを介してイ And over DOO, through the spacer corresponds to the nozzle plate b
ンクを封入するためのヘッド基板との間に、上記発熱体 Between the head substrate for encapsulating tank, the heating element
を介在させ、 上記ヘッド基板に、上記ノズルと対応する The interposed, on the head substrate, corresponding to the said nozzle
ように空間部を構成する凹部を設け、上記発熱体を押圧し上記空隙部側へ変形させる圧電素子を、上記ノズルプ A recess for constituting the space provided to the piezoelectric element for deforming the heating element to the pressing and the void portion, the Nozurupu
レート側に一端を固定し、他端側を上記空間部と対向す One end was fixed to the rate side, the other end to face the space portion
るように配置している。 It is arranged to so that. 【0025】したがって、発熱体の空隙部への変形を確実に行うことを可能としている。 [0025] Thus, it is made possible to reliably perform the deformation in the gap portion of the heating element. 【0026】 【発明の実施の形態】本発明のインクジェットヘッドとして一般的なバブルジェット方式のインクジェットヘッドの実施形態1を図1及び図2とともに説明する。 [0026] The first embodiment of the ink jet head of a typical bubble jet system will be described in conjunction with FIGS. 1 and 2 as an ink jet head of the embodiment of the present invention. 図1 Figure 1
は実施形態1のインクジェットヘッドを示す上面図であり、図2は断面図である。 Is a top view showing the ink jet head of the embodiment 1, FIG. 2 is a cross-sectional view. 【0027】実施形態1のインクジェットヘッドは、ノズルプレート1と基板2との間にスペーサ3・3を介して発熱体4が配設されている。 The ink jet head of the embodiment 1, the heating element 4 is disposed via the spacer 3-3 between the nozzle plate 1 and the substrate 2. 【0028】このスペーサ3・3間に、インクを封入するためのキャビティ5が設けられるとともに、ノズルプレート1の中央部にインクを噴射するためのノズル6が設けられている。 [0028] between the spacer 3-3, together with the cavity 5 for encapsulating ink is provided, the nozzles 6 for ejecting ink is provided in the center portion of the nozzle plate 1. 【0029】また、発熱体4の下部には、断熱層としての空隙部7が形成されている。 Further, the lower portion of the heating member 4, the gap portion 7 of the heat insulating layer is formed. この空隙部7は、基板2 The air gap 7, the substrate 2
に形成された凹部であり、基板2と発熱体4との間の空間である。 A recess formed in a space between the substrate 2 and the heating element 4. そして、空隙部7は、発熱体4と基板2との熱伝導を減少させる機能を有している。 The air gap 7 has a function of reducing the thermal conductivity of the heating element 4 and the substrate 2. 【0030】このような構成を有するインクジェットヘッドは、インク噴射の際には、図示しないパルス電源から印加されるパルス電流によって、発熱体4がパルス的に発熱するように設定されている。 The ink jet head having such a structure, when the ink injection, the pulse current applied from a not-shown pulse power supply, the heating element 4 is configured to generate heat in pulses. これにより、キャビティ5内のインクが瞬間的に沸騰・発泡され、ノズル6 Thus, the ink in the cavity 5 is boiled-foaming instantaneously, the nozzle 6
からインクを噴射するようになっている。 So as to inject the ink from. 【0031】次に、インクジェットヘッドの発熱体4について説明する。 Next is a description of the heating element 4 of the ink jet head. 【0032】この発熱体4は図2に示すように、その両端部がスペーサ3と基板2とに固定されており、保護膜11,ヒータ12及び絶縁膜13から構成されている。 [0032] As the heating element 4 is shown in FIG. 2, both ends thereof are fixed to the spacer 3 and the substrate 2, the protective film 11, and a heater 12 and the insulating film 13. 【0033】この保護膜11は、キャビティ5内のインクがヒータ12に付着することを防止するためのものである。 [0033] The protective film 11 is for preventing the ink in the cavity 5 is attached to the heater 12. 絶縁膜13は、ヒータ12に印加されるパルス電流の基板2への漏電を防ぐものである。 Insulating film 13 is to prevent leakage to the substrate 2 of the pulse current applied to the heater 12. ヒータ12は、 Heater 12,
熱膨張率及び電気抵抗値の高い金属からなる薄膜である。 A thin film made of a high thermal expansion coefficient and electrical resistivity metal. 【0034】そして、ヒータ12はパルス電源から印加されるパルス電流により発熱し、発熱体4の全体キャ<br>ビティ5内のインクを膜沸騰による発泡可能な温度(以下、発泡温度と称する)にまで加熱するように設定されている。 [0034] Then, the heater 12 generates heat by pulse current applied from the pulse power supply, ink foamable by a film boiling temperature of the calibration <br> Activity 5 across the heating element 4 (hereinafter, referred to as the foaming temperature is set to heat up to). 【0035】また、ヒータ12の両端部には、パルス電源からのパルス電流をヒータ12に供給するための配線14が配設されている。 Further, at both ends of the heater 12, the wiring 14 for supplying a pulse current from the pulse power supply to the heater 12 is disposed. 【0036】さらに、ヒータ12は、発熱体4の温度が発泡温度を超えると、熱エネルギ(熱膨張)により座屈して、発熱体4の全体の形状を変形させ、その一部を基板2に接触させる機能を有している。 Furthermore, the heater 12, the temperature of the heating member 4 is greater than the foaming temperature, buckles by thermal energy (thermal expansion), the overall shape of the heating member 4 is deformed, a part of the substrate 2 It has a function of contacting. 【0037】すなわち、図3に示すように、発泡温度以下では、発熱体4は基板2に水平な状態(断熱状態)を維持している。 [0037] That is, as shown in FIG. 3, below the foaming temperature, the heating member 4 is maintained in the horizontal state to the substrate 2 (adiabatic state). そして、発泡温度を超えると、図4に示すように、ヒータ12の座屈により、発熱体4は基板2 When exceeding the foaming temperature, as shown in FIG. 4, the buckling of the heater 12, the heating element 4 substrate 2
に接触するまで空隙部7側に撓んだ状態となり、この撓みにより発熱体4(ヒータ12)の一部が基板2と接触(放熱状態)し、発熱体4(ヒータ12)の熱が基板2 A state flexed into the gap portion 7 side to contact with the heat a substrate of the heating element 4 contacts a part of the (heater 12) and the substrate 2 (the heat radiation state), and the heating element 4 (heater 12) The deflection 2
に拡散されて放熱されるため、発熱体4は図3に示す断熱状態に戻る。 Since heat is radiated are diffused in, the heating element 4 returns to the adiabatic state shown in FIG. 【0038】上記ヒータ12は、厚さ6.5μm、長さ150μmのニッケルで構成されており、座屈開始温度370度に対して約500度に加熱し、インクの噴射を行わせるものである。 [0038] The heater 12 has a thickness of 6.5 [mu] m, is composed of length 150μm nickel, heated to about 500 degrees with respect to buckling initiation temperature of 370 °, it is intended to perform the ejection of ink . 【0039】上記ノズルプレート1としてはステンレスエッチングプレート,ニッケル電鋳プレート,感光性ガラス,精密成形プラスチックなど、スペーサ3としてはポリイミド,ニッケルメッキ,ドライフィルムなど、保護膜11としてはポリイミド,SiO 2 ,SiNなど、 [0039] The stainless etching plates as a nozzle plate 1, a nickel electroformed plate, photosensitive glass, and precision molded plastic, polyimide as the spacer 3, nickel plated, such as a dry film, polyimide as the protective film 11, SiO 2, such as SiN,
配線14としてはTa,Ni,Au,Alなど、ヒータ12としてはTa,Ni,HfB 2など、絶縁膜13としてはポリイミド,SiO 2 ,SiNなど、基板2としてはガラス,セラミック,ステンレス,ニッケル,シリコンなどの材料があげられる。 Ta as the wiring 14, Ni, Au, Al, etc., Ta as the heater 12, Ni, etc. HfB 2, polyimide as an insulating film 13, such as SiO 2, SiN, glass as the substrate 2, a ceramic, stainless steel, nickel, material, such as silicon, and the like. 【0040】以上のように、インクジェットヘッドには、発熱体4と基板2との間に空隙部7が設けられており、これにより、発熱体4と基板2との間の熱伝導を防止することができるので、発熱体4の温度を瞬間的に発泡温度にまで上昇させることが可能となっている。 [0040] As described above, the inkjet head, the gap portion 7 is provided between the heating element 4 and the substrate 2, thereby preventing heat transfer between the heating element 4 and the substrate 2 it is possible, and can be elevated to the temperature of the heating element 4 to instantaneously foaming temperature. 【0041】さらに、発泡温度に達した後、ヒータ12 [0041] In addition, after reaching the foaming temperature, the heater 12
の座屈とともに発熱体4が座屈し、その一部が基板2に接触する放熱状態となるように設定されているので、発熱体4の熱は非常に短時間で放熱され、発熱体4の温度は短時間で低下し、断熱状態に戻るようになっている。 Together with the buckling succumbed heating element 4 is seat, since a portion of which is set such that the heat dissipation state in contact with the substrate 2, the heat of the heating element 4 is dissipated in a very short time, of the heating element 4 temperature drops in a short time, and is reset to adiabatic conditions. 【0042】これにより、実施形態1のインクジェットヘッドは、ヒータ12の応答周波数を印加されるパルス電流の周波数とほぼ等しくすることができるので、インク噴射量を非常に精度よく制御することができる。 [0042] Thus, the ink jet head of the first embodiment, it is possible to substantially equal to the frequency of the pulse current applied to the response frequency of the heater 12 can be controlled very accurately the amount ink ejection. 【0043】なお、実施形態1では、発熱体4が、保護膜11,ヒータ12及び絶縁膜13から構成されているとしているが、これらの材料として、熱膨張係数が互いにほぼ等しいものを用いることが好ましい。 [0043] In the first embodiment, the heating element 4, the protective film 11, although a and a heater 12 and the insulating film 13, as these materials, the use of those thermal expansion coefficient substantially equal to each other It is preferred. これは、ヒートサイクルによるクラックの発生を抑制するためである。 This is to suppress the occurrence of cracks due to heat cycle. 【0044】また、発熱体4と基板2との接触部位には、シリコンオイルを塗布しておくことが好ましい。 [0044] Further, the contact portion between the heating member 4 and the substrate 2, it is preferable to apply the silicone oil. これにより、発熱体4から基板2への熱拡散を促進することができる。 This makes it possible to facilitate heat diffusion to the substrate 2 from the heating element 4. 【0045】また、実施形態1では、発熱体4の両端部がスペーサ3と基板2とに固定されているとしている。 [0045] In the first embodiment, both end portions of the heating member 4 is set to be fixed to the spacer 3 and the substrate 2.
しかしながら、発熱体4の設置状態はこれに限らない。 However, the installation state of the heating member 4 is not limited to this.
発熱体4は厚さ方向に垂直な方向(図2における紙面に垂直な方向、あるいは、左右方向)への移動を制限されていれば、どのように設置されていてもよい。 The heating element 4 is perpendicular to the thickness direction (direction perpendicular to the plane of FIG. 2, or the left-right direction) if it is restricted from moving in the, may be installed how. 【0046】また、実施形態1では、発熱体4の温度が座屈温度を超えた場合に、ヒータ12が座屈することにより、発熱体4が基板2に接触するとしている。 [0046] In the first embodiment, when the temperature of the heating element 4 exceeds the buckling temperature by heater 12 buckles, the heating element 4 is in the contact with the substrate 2. 【0047】しかしながら、ヒータ12の座屈は、このような大きな変形を伴わなくてもよい。 [0047] However, buckling of the heater 12 may not involve such a large deformation. すなわち、ヒータ12は発熱体4が座屈温度を超えた場合に、発熱体4 That is, when the heater 12 is that the heating element 4 exceeds the buckling temperature, the heating element 4
と基板2との距離を短縮するように座屈すればよく、発熱体4と基板2との距離が短くなれば、基板2への熱拡散による発熱体4(ヒータ12)の冷却を実現することができる。 And may be Kussure seat so as to shorten the distance between the substrate 2, the shorter the distance between the heating element 4 and the substrate 2, to realize the cooling of the heating element 4 (heater 12) by thermal diffusion to the substrate 2 be able to. 【0048】また、実施形態1では、空隙部7が基板2 [0048] In the first embodiment, the gap portion 7 is the substrate 2
に形成された凹部であるが、空隙部7の構成はこれに限らず、例えば、図5及び図6の実施形態2に示すように、基板2に空隙部7と外部の大気とを連通するような連通孔8を設けるようにしてもよい。 Is a recess formed in the configuration of the air gap 7 is not limited to this, for example, as shown in the embodiment 2 of FIG. 5 and FIG. 6, communicates the gap portion 7 and the outside atmosphere to the substrate 2 it may be provided with a communication hole 8 as. 【0049】このようにすれば、発熱体4の変形による空隙部7の気圧上昇を回避することができるので、発熱体4の座屈が容易となり、さらに、空隙部7内の換気がこの連通孔8によりなされるため、発熱体4(ヒータ1 [0049] In this way, it is possible to avoid a pressure increase in the air gap 7 due to the deformation of the heating member 4, the buckling of the heating element 4 is facilitated and further, ventilation in the gap portion 7 is the communication since made by the holes 8, the heating element 4 (the heater 1
2)の冷却を促進することができる。 It can promote cooling of 2). 【0050】 【0051】また、実施形態1では、ヒータ12を熱膨張率及び電気抵抗値の高い金属薄膜から構成するとしているが、ヒータ12として複数の金属薄膜からなる積層膜を用いてもよい。 [0050] [0051] In the first embodiment, but that it will constitute a heater 12 from a high metallic thin film thermal expansion coefficient and electrical resistivity may be a multilayer film composed of a plurality of metal thin film as the heater 12 . 【0052】すなわち、図7の実施形態3に示すように、熱膨張率が互いに異なる2種類の金属A・Bを積層して、ヒータ12として使用することもできる(図7では、絶縁膜13は省略している)。 [0052] That is, as shown in the embodiment 3 of FIG. 7, the thermal expansion coefficient by laminating two different kinds of metals A · B, may be used as the heater 12 (in FIG. 7, the insulating film 13 are omitted). 【0053】このヒータ12をこのようなバイメタル構造とすることによって、ヒータ12の変形方向を良好に制御することができる。 [0053] By the heater 12 such a bimetal structure, it is possible to satisfactorily control the deformation direction of the heater 12. 【0054】また、実施形態1では、ヒータ12の温度が座屈温度を超えたときに、ヒータ12が座屈するとしている。 [0054] In the first embodiment, when the temperature of the heater 12 exceeds the buckling temperature, and a heater 12 buckles. しかしながら、発熱体4の構成はこれに限らず、例えば、図8の実施形態4に示すように、発熱体4 However, construction of the heating member 4 is not limited to this, for example, as shown in the embodiment 4 of FIG. 8, the heating element 4
の最下層に形状記憶合金(SMP:Shape Mem Lowermost layer to the shape memory alloy (SMP: Shape Mem
ory Arroy)15の薄膜を配設するようにしてもよい。 ory Arroy) 15 thin film may be disposed. 【0055】すなわち、形状記憶合金15を、低温で基板2と水平な状態(図8(a)参照)であって、変形温度を超えると変形した状態(図8(b)参照)となるように設定すれば、発熱体4の変形及び冷却を良好に実現することができる。 [0055] That is, the shape memory alloy 15, a horizontal state and the substrate 2 at low temperature (see FIG. 8 (a)), a deformed state exceeds deformation temperature (see FIG. 8 (b)) and so as is set to, can be satisfactorily realized deformation and cooling of the heating element 4. このような形状記憶合金15を用いれば、ヒータ12の材料として、熱膨張率の高いものを用いる必要はない。 By using such a shape memory alloy 15, as the material of the heater 12 is not necessary to use a high thermal expansion coefficient. 【0056】また、実施形態1では、発熱体4を基板2 [0056] In the first embodiment, the heating element 4 substrate 2
に接触させてヒータ12を冷却するために、発熱体4の自発的な形状変化を用いている。 Brought into contact with and to cool the heater 12, it is used spontaneous shape change of the heat generating element 4. すなわち、ヒータ12 In other words, the heater 12
あるいは形状記憶合金15の材料として、変形温度を超える温度で空隙部7内に変形するものを選択することで、ヒータ12と基板2との接触を実現することができる。 Or as a material of the shape memory alloy 15, by selecting the one that deforms into the gap portion 7 at a temperature above the deformation temperature, it is possible to realize a contact between the heater 12 and the substrate 2. 【0057】しかしながら、実施形態1のインクジェットヘッドの構成はこれに限らず、例えば、インクジェットヘッドを圧電素子によって発熱体4を強制的に空隙部7内に押し込む方式としてもよい。 [0057] However, not limited to this configuration of the ink jet head of the embodiment 1, for example, may be a method to push the ink jet head is forced to the gap portion 7 a heating element 4 by the piezoelectric element. 【0058】図9は、この方式を採用した場合のインクジェットヘッドの実施形態5の構成を示す説明図である。 [0058] Figure 9 is an explanatory view showing a configuration of a fifth embodiment of the ink jet head in the case of adopting this method. この図9に示すように、この構成では、ノズルプレート1に発熱体4の方向を向けて圧電素子21が設けられている。 As shown in FIG. 9, in this configuration, the piezoelectric element 21 is provided toward the direction of the heat generating element 4 to the nozzle plate 1. 【0059】この圧電素子21は、図示しない電源により電圧が印加されると、発熱体4に向かって延びるように設定されている。 [0059] The piezoelectric element 21, when a voltage is applied by a power supply (not shown), are set so as to extend toward the heating element 4. そして、発熱体4を空隙部7内に押し込んで基板2に接触させる機能を有している。 Then, it has a function of contact with the substrate 2 by pushing the heating element 4 to the gap portion 7. 【0060】この構成によれば、ヒータ12の材料によらず、またSMP15を用いることなく、発熱体4と基板2との接触を実現することができる。 [0060] According to this configuration, regardless of the material of the heater 12, also without using SMP15, it is possible to realize a contact between the heating element 4 and the substrate 2. また、発熱体4 In addition, the heating element 4
の変位量及び基板2との接触時間を任意に設定できるため、ヒータ12の応答周波数を非常に高精度に制御でき、インク噴射量を極めて精度よく調節することができる。 The amount of displacement and for arbitrarily setting the contact time with the substrate 2, can be controlled with very high accuracy response frequency of the heater 12 can be adjusted better very accurately the amount ink ejection. 【0061】また、圧電素子21としては、複数の圧電素子が積層されてなる積層型圧電素子を用いることが好ましい。 [0061] As the piezoelectric element 21, it is preferable to use a laminated piezoelectric element in which a plurality of piezoelectric elements are laminated. また、この場合、各圧電素子における厚み方向の変位によって、発熱体4を押圧することが好ましい。 In this case, it is preferable that the displacement in the thickness direction at the piezoelectric elements, to press the heating element 4. 【0062】このようにすれば、圧電素子21への印加電圧を40V以下にできるとともに、圧電素子21の形状を高速に変化させることが可能となる。 [0062] In this way, it is possible to the voltage applied to the piezoelectric element 21 below 40V, it is possible to change the shape of the piezoelectric element 21 at a high speed. したがって、 Therefore,
ヒータ12における応答周波数をさらに高精度に制御することができる。 It can be controlled more accurately the response frequency of the heater 12. 【0063】また、圧電素子21として、薄膜状の圧電素子21を用いるようにしてもよい。 [0063] Further, the piezoelectric element 21, may be used thin-film piezoelectric element 21. 例えば、図10の実施形態6に示す構成では、圧電素子21が第1圧電膜22と第2圧電膜23との積層構造(バイモルフ構造) For example, in the configuration shown in the embodiment 6 of FIG. 10, the laminated structure of the piezoelectric element 21 and the first piezoelectric film 22 and the second piezoelectric film 23 (bimorph)
となっている。 It has become. 【0064】そして、この圧電素子21は、電圧の印加によって、第1圧電膜22が膜面に平行な方向に沿って延びる一方、第2圧電膜23が同方向に縮むように設定されている。 [0064] Then, the piezoelectric element 21, by the application of a voltage, a first piezoelectric film 22 while extending along a direction parallel to the film surface, the second piezoelectric film 23 is configured to contract in the same direction. これにより、電圧を印加することで、圧電素子21の端部に形成された押圧部31が発熱体4を下方に押圧し、発熱体4と基板2との接触を実現することができる。 Thus, by applying a voltage, it is possible to push portion 31 formed at an end of the piezoelectric element 21 presses the heating member 4 downwards, to realize a contact between the heating element 4 and the substrate 2. このようにすれば、インクジェットヘッドの構造が簡素化され組み立て加工性を向上させることができる。 In this way, the structure of the ink jet head can be improved assembling workability is simplified. 【0065】なお、これら第1圧電膜22・第2圧電膜23の材料としては、例えば、PZT(lead zi [0065] As these materials of the first piezoelectric film 22, the second piezoelectric layer 23 is, for example, PZT (lead zi
rconium titanate)を用いることができる。 rconium titanate) can be used. 【0066】また、図10に示した構成において、第1 [0066] In the configuration shown in FIG. 10, the first
圧電膜22に変えて、ステンレス等の金属薄膜を用いるようにしてもよい(ユニモルフ構造)。 Instead of the piezoelectric film 22 may be used a metal thin film such as stainless steel (unimorph structure). この構成においても、圧電素子21の変位を良好に実現することができるとともに、圧電素子21の構造を簡略化して製造コストを低減することができる。 In this configuration, it is possible to satisfactorily realize the displacement of the piezoelectric element 21, it is possible to reduce the manufacturing cost by simplifying the structure of the piezoelectric element 21. 【0067】 【発明の効果】本発明によれば、インクの加熱時には空隙部の断熱効果により、発熱体の熱の拡散を抑制し急激な温度上昇を可能とし、インク噴射後は発熱体の座屈により発熱体の熱をヘッド基板を介して放熱させることにより、発熱体の温度低下を短時間で行うことができ、インクの噴射制御を確実に行うことができる。 [0067] According to the present invention, the heat insulating effect of the air gap at the time of heating the ink to suppress the diffusion of the heat of the heating element to enable a rapid temperature rise, the seat after the ink jet heating element by radiating the heat of the heating element via the head substrate by bending, it is possible to perform a temperature drop of the heating element in a short time, it is possible to reliably injection control of the ink. この場合、 in this case,
ヘッド基板の空隙部を外部と連通させる連通孔を設けて Provided communicating hole for the air gap portion of the head substrate communicate with the outside
いるので、空隙部内の熱を連通孔を介して外部へ放熱さ Because there, of radiating heat in the air gap to the outside through the communication hole
せることができ、発熱体の放熱効率を向上させることが So that it is, to improve the heat dissipation efficiency of the heating element
できる。 it can. 【0068】本発明の発熱体は、ヒータと、ヒータを保護する保護膜と、ヒータを絶縁する絶縁膜とから構成し、各構成部材を互いに線膨張係数のほぼ等しい材料で形成しるので、ヒートサイクルによるクラックの発生を防止することができる。 [0068] Heating elements of the invention, a heater, a protective film for protecting the heater is constituted of an insulating film for insulating the heater, since know formed at approximately equal material of each constituent member of linear expansion coefficient to each other, it is possible to prevent the occurrence of cracks due to heat cycle. 【0069】 【0070】本発明の発熱体は、空隙部への座屈時にヘッド基板に接触するよう構成されているので、発熱体の熱をヘッド基板との接触による熱伝導により良好に拡散させることができ、インクの噴射量を高精度に制御することができる。 [0069] [0070] Heating elements of the invention, which is configured to contact the head substrate to the buckling of the gap portion, to satisfactorily diffuse the heat of the heating element by heat conduction due to contact with the head substrate it can, it is possible to control the injection quantity of ink with high accuracy. 【0071】 【0072】 【0073】 また、発熱体を温度上昇により空隙部に変形するよう複数の金属材料からなるバイメタル構造としているので、発熱体の変形方向を容易に設定することができ、空隙部への変形を確実に行うことができ、インクの噴射量を高精度に制御することができる。 [0071] [0072] [0073] Also, since the bimetal structure consisting of a plurality of metal material to deform the void portion by the temperature rise of the heating element, it is possible to set the deformation direction of the heating element easily, voids deformation of the parts can be reliably performed, it is possible to control the injection quantity of ink with high accuracy. 【0074】 また、発熱体に所定温度を越えたときに空隙部側へ変形するよう形状記憶合金層を設けることで、 [0074] Further, by providing the shape memory alloy layer to deform into the gap portion when exceeding the predetermined temperature to the heating element,
発熱体の変形方向を容易に設定することができ、発熱体の空隙部への変形を確実に行うことができ、インクの噴射量を高精度に制御することができる。 The deformation direction of the heating element can be easily set, the deformation of the gap portion of the heating element can be surely carried out, it is possible to control the injection quantity of ink with high accuracy. 【0075】 また、本発明によれば、圧電素子を設ける [0075] Further, according to the present invention, provided the piezoelectric element
ことで、発熱体を空隙部へと確実に変形させることができ、インクの噴射量を高精度に制御することができる。 It is, the heating element can be reliably deformed into the gap portion, it is possible to control the injection quantity of ink with high accuracy.

【図面の簡単な説明】 【図1】本発明のインクジェットヘッドの実施形態1を示す上面図である。 It is a top view showing a first embodiment of the ink jet head BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS [Figure 1] present invention. 【図2】本発明のインクジェットヘッドの実施形態1を示す断面図である。 2 is a sectional view showing a first embodiment of the ink jet head of the present invention. 【図3】本発明のインクジェットヘッドの実施形態1の断熱状態を示す説明図である。 3 is an explanatory diagram showing the adiabatic state of the first embodiment of the ink jet head of the present invention. 【図4】本発明のインクジェットヘッドの実施形態1の放熱状態を示す説明図である。 4 is an explanatory view showing a heat radiation state according to the first embodiment of the ink jet head of the present invention. 【図5】本発明のインクジェットヘッドの実施形態2を示す上面図である。 5 is a top view showing a second embodiment of the ink jet head of the present invention. 【図6】本発明のインクジェットヘッドの実施形態2を示す断面図である。 6 is a sectional view showing a second embodiment of the ink jet head of the present invention. 【図7】本発明のインクジェットヘッドの実施形態3を示す断面図である。 7 is a sectional view showing a third embodiment of the ink jet head of the present invention. 【図8】(a)は本発明のインクジェットヘッドの実施形態4の断熱状態を示す断面図、(b)は放熱状態を示す断面図である。 8 (a) is a sectional view showing the adiabatic state of the fourth embodiment of the ink jet head of the present invention, is a cross-sectional view showing a (b) heat dissipation state. 【図9】本発明のインクジェットヘッドの実施形態5を示す断面図である。 9 is a sectional view showing a fifth embodiment of the ink jet head of the present invention. 【図10】本発明のインクジェットヘッドの実施形態6 Embodiment of an inkjet head of the present invention; FIG 6
を示す断面図である。 It is a sectional view showing a. 【符号の説明】 1 ノズルプレート2 基板3 スペーサ4 発熱体5 キャビティ6 ノズル7 空隙部11 保護膜12 ヒータ13 絶縁膜14 配線 [EXPLANATION OF SYMBOLS] 1 nozzle plate 2 substrate 3 spacer 4 heating element 5 cavity 6 nozzle 7 the gap portion 11 the protective film 12 heater 13 insulating film 14 wirings

Claims (1)

  1. (57)【特許請求の範囲】 【請求項1】 発熱体を発熱させることによって、 イン (57) By Claims We claim: 1. A heated originating a heating element, in
    クを噴射するインクジェットヘッドにおいて、 インクを噴射するノズルが設けられたノズルプレート In the inkjet head that ejects click, a nozzle plate in which the nozzles for ejecting ink is provided
    と、該ノズルプレートと対向しスペーサを介してインク If, it faces the said nozzle plate via a spacer ink
    を封入するためのヘッド基板との間に、上記発熱体を介 Between the head substrate for encapsulating, through the heating element
    在させ、 上記ヘッド基板に、上記発熱体で覆われた空間部を構成 Zaisa allowed, configured on the head substrate, a space portion covered by the heating body
    する凹部を設け、 上記空間部が外部の大気と連通する連通孔を上記基板に A recess provided a communicating hole which the space portion communicates with the outside atmosphere above the substrate
    設け、上記発熱体を温度上昇にともなう熱膨張により上記空隙部に座屈するよう構成したことを特徴とするインクジェットヘッド。 Provided, the ink jet head, characterized by being configured to buckle the gap portion due to thermal expansion with the heating element temperature rises. 【請求項2】 上記発熱体は、ヒータと、ヒータを保護 Wherein said heating element protection and heater, the heater
    しノズル側に位置する保護膜と、ヒータをヘッド基板よ A protective film disposed on the nozzle side, the head substrate heater
    絶縁する絶縁膜とから構成し、各構成部材を互いに線膨張係数のほぼ等しい材料で形成したことを特徴とする請求項1記載のインクジェットヘッド。 Ri is composed of an insulating insulating film, ink jet head according to claim 1, characterized in that formed at substantially equal material from each other linear expansion coefficient of each component. 【請求項3】 上記発熱体は、空隙部への座屈時にヘッド基板に接触するよう構成されていることを特徴とする請求項1記載のインクジェットヘッド。 Wherein said heating element, an ink jet head according to claim 1, characterized in that it is configured to contact the head substrate to the buckling of the gap portion. 【請求項4】 上記発熱体を温度上昇により上記空隙部に変形するよう複数の金属材料からなるバイメタル構造としたことを特徴とする請求項1記載のインクジェットヘッド。 4. An ink jet head according to claim 1, characterized in that a bimetal structure consisting of a plurality of metal material to deform to the gap portion due to the temperature rise of the heating body. 【請求項5】 上記発熱体に所定温度を越えたときに上記空隙部側へ変形するよう形状記憶合金層を空間部側に 5. The shape memory alloy layer to deform into the gap portion when exceeding the predetermined temperature to the heating element to the space portion
    積層したことを特徴とする請求項1記載のインクジェッ<br>トヘッド。 Inkjet <br> Toheddo of claim 1, wherein a stacked. 【請求項6】 発熱体を発熱させることによって、 イン By 6.] be a heating element originating heated, Inn
    クを噴射するインクジェットヘッドにおいて、 インクを噴射するノズルが設けられたノズルプレート In the inkjet head that ejects click, a nozzle plate in which the nozzles for ejecting ink is provided
    と、該ノズルプレートと対応しスペーサを介してインク If, in correspondence with the nozzle plate via a spacer ink
    を封入するためのヘッド基板との間に、上記発熱体を介 Between the head substrate for encapsulating, through the heating element
    在させ、 上記ヘッド基板に、上記ノズルと対応するように空間部 Zaisa allowed, in the head substrate, space so as to correspond with the nozzle
    を構成する凹部を設け、上記発熱体を押圧し上記空隙部側へ変形させる圧電素子を、上記ノズルプレート側に一端を固定し、他端側を上 A recess for constituting the provided piezoelectric element for deforming the heating element to the pressing and the void portion, one end fixed to the nozzle plate side, top end side
    記空間部と対向するように配置したことを特徴とするインクジェットヘッド。 Ink jet head, characterized in that arranged so as to face the serial space.
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