JP3495649B2 - Inkjet head - Google Patents

Inkjet 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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heater
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ink
head
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B41PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
    • B41JTYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, 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】Detailed Description of the Invention

【0001】[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 1. Field of the Invention The present invention relates to a bubble jet type ink jet head in which ink is heated and foamed by a heating element to eject the ink.

【0002】[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。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。
2. Description of the Related Art Conventionally, there has been a bubble jet type ink jet head as a recording head (inkjet head) of an ink jet printer. In this bubble jet type inkjet head, a pulse current is applied to a heating element (heater) to generate heat, whereby the ink is foamed and ejected to the outside.

【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、
消費電力が増大するという問題があった。
In this bubble jet type ink jet head, the heat of the heater is diffused to the substrate of the ink jet head, so that the amount of heat contributing to the heating of the ink is reduced and the rise in the temperature of the ink is hindered. Since it was necessary to increase the amount of electricity to make up for it,
There is a problem that power consumption increases.

【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。
Therefore, in order to solve this problem, in the structure disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 7-227968, a heat insulating space as a heat insulating layer is provided below the heater to prevent heat diffusion to the substrate. It is like this.

【0005】また、特許第2759447号公報には、
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。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, Japanese Patent No. 2759447 discloses that
It is disclosed that two types of layers having different thermal conductivities are provided between the heater and the substrate to suppress heat diffusion to the substrate. Further, as a technique for obtaining the same effect, there is also a technique in which a glass glaze layer having a low thermal conductivity is arranged below the heater.

【0006】[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、
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。
However, in the ink jet head as described above, it is difficult to lower the temperature of the heater which has once generated heat and has risen in temperature. Therefore, even if a pulse current is applied to the heater, the temperature is not so high. The next pulse current will be applied while it is not decreasing,
There is a problem in that the heater intermittently generates heat and becomes in an overheated state, the response frequency of the heater is lowered, and the ink ejection amount cannot be controlled.

【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。
The present invention has been made in order to solve such a problem, and it is possible to prevent the heat diffusion of the heater when the heat is generated and to surely raise the temperature, and to lower the temperature of the heater after the heat is generated. The purpose of this is to make it possible to carry out reliably in a short time.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】上述した目的を達成する
ための本発明のインクジェットヘッドは、発熱体を発
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
ノズルプレートと、該ノズルプレートと対向しスペーサ
を介してインクを封入するためのヘッド基板との間に、
上記発熱体を介在させ、 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。
[Means for Solving the Problems] To achieve the above-mentioned object.
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
Nozzle plate and spacer facing the nozzle plate
Between the head substrate for encapsulating the ink via
With the heating element interposed, the head substrate is provided with the heating element.
A recess for constituting a covered space in provided, the space portion
A communication hole communicating with the outside atmosphere is provided in the substrate, and the heating element is configured to buckle in the void due to thermal expansion due to temperature rise.

【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、
発熱体の温度低下を短時間で行うことが可能となる。
Therefore, when the ink is heated, the heat insulating effect of the voids suppresses the diffusion of the heat of the heating element and enables a rapid temperature rise, and after the ink is ejected, the heating of the heating element is caused by the buckling of the heating element and the head substrate. By radiating heat through
It is possible to reduce the temperature of the heating element 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。
The heating element of the present invention comprises a heater, a protective film that protects the heater, and an insulating film that insulates the heater, and each component is formed of materials having substantially the same linear expansion coefficient.

【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。
Therefore, it is possible to prevent the occurrence of cracks due to the 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。
The heating element of the present invention is arranged so as to regulate the thickness of both end portions and the movement of the thickness in the direction at right angles.

【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。
Therefore, it is possible to reliably buckle the heating element in the void.

【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。
The heating element of the present invention is configured to come into contact with the head substrate when buckled in the void.

【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。
Therefore, the heat of the heating element can be satisfactorily diffused by heat conduction to the head substrate.

【0016】[0016]

【0017】[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。
According to the present invention, the head substrate is provided with a communication hole for communicating the void with the outside.

【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。
Therefore, it is possible to radiate the heat in the void to the outside 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。
Therefore, it is possible to surely deform the heating element into the void.

【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 outgoing 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。
Therefore, it is possible to surely deform the heating element into the void portion.

【0024】また、上述した目的を達成するための本発
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ノズルプレ
ートと、該ノズルプレートと対応しスペーサを介してイ
ンクを封入するためのヘッド基板との間に、上記発熱体
を介在させ、 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、他端側を上記空間部と対向す
るように配置している。
Further , the present invention for achieving the above-mentioned object
Nozurupure Ming inkjet head, by causing the heating element originating heated, in an inkjet head for ejecting ink, the nozzles for ejecting ink provided
And a nozzle corresponding to the nozzle plate via a spacer.
The heating element between the head substrate and the
The interposed, on the head substrate, corresponding to the said nozzle
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
One end is fixed to the rate side and the other end is opposed to the above space.
Are arranged 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。
Therefore, it is possible to surely deform the heating element into the void.

【0026】[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。図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。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION A first embodiment of a general bubble jet type ink jet head as an ink jet head of the present invention will be described with reference to FIGS. Figure 1
2 is a top view showing the ink jet head of Embodiment 1, and FIG. 2 is a 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。
In the ink jet head of the first embodiment, the heating element 4 is arranged between the nozzle plate 1 and the substrate 2 via the spacers 3 and 3.

【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。
A cavity 5 for enclosing the ink is provided between the spacers 3 and 3, and a nozzle 6 for ejecting the ink is provided in the central 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。この空隙部7は、基板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。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。
Further, a void portion 7 as a heat insulating layer is formed below the heating element 4. The void 7 is formed on the substrate 2
Is a concave portion formed in the above, and is a space between the substrate 2 and the heating element 4. The void 7 has a function of reducing heat conduction between 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。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
からインクを噴射するようになっている。
The ink jet head having such a configuration is set so that the heating element 4 heats in a pulsed manner by a pulse current applied from a pulse power source (not shown) during ink ejection. As a result, the ink in the cavity 5 is instantaneously boiled and foamed, and the nozzle 6
It is designed to eject 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, the heating element 4 of the ink jet head will be described.

【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。
As shown in FIG. 2, the heating element 4 has its both ends fixed to the spacer 3 and the substrate 2, and is composed of a protective film 11, a heater 12 and an 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。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。ヒータ12は、
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。
The protective film 11 is for preventing the ink in the cavity 5 from adhering to the heater 12. The insulating film 13 prevents the pulse current applied to the heater 12 from leaking to the substrate 2. The heater 12 is
It is a thin film made of a metal having a high coefficient of thermal expansion and a high electric resistance value.

【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
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。
The heater 12 generates heat by the pulse current applied from the pulse power source, and the temperature of the entire heating element 4 at which the ink in the cavity 5 can be foamed by film boiling (hereinafter referred to as the foaming temperature). It is set to heat up to (referred 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。
Wirings 14 for supplying a pulse current from the pulse power source to the heater 12 are arranged at both ends of the heater 12.

【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。
Further, when the temperature of the heating element 4 exceeds the bubbling temperature, the heater 12 buckles due to thermal energy (thermal expansion), deforming the entire shape of the heating element 4, and part of it is transferred to the substrate 2. It has the 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。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
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
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。
That is, as shown in FIG. 3, below the foaming temperature, the heating element 4 maintains a horizontal state (adiabatic state) on the substrate 2. When the foaming temperature is exceeded, as shown in FIG. 4, the heating element 4 buckles due to the buckling of the heater 12.
Is in a state of being bent toward the void 7 until it comes into contact with the substrate 2. Due to this bending, part of the heating element 4 (heater 12) comes into contact with the substrate 2 (heat radiation state), and the heat of the heating element 4 (heater 12) is transferred to the substrate. Two
And the heat is dissipated, 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。
The heater 12 is made of nickel having a thickness of 6.5 μm and a length of 150 μm, and is heated to about 500 degrees with respect to the buckling start temperature of 370 degrees to eject 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,SiO2,SiNなど、
配線14としてはTa,Ni,Au,Alなど、ヒータ
12としてはTa,Ni,HfB2など、絶縁膜13と
してはポリイミド,SiO2,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。
The nozzle plate 1 is a stainless etching plate, a nickel electroformed plate, a photosensitive glass, precision molded plastic, etc., the spacer 3 is polyimide, nickel plating, a dry film, etc., and the protective film 11 is polyimide, SiO 2 , SiN, etc.
The wiring 14 is Ta, Ni, Au, Al, etc., the heater 12 is Ta, Ni, HfB 2, etc., the insulating film 13 is polyimide, SiO 2 , SiN, etc., and the substrate 2 is glass, ceramic, stainless steel, nickel, etc. Materials such as silicon can be used.

【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。
As described above, the ink jet head is provided with the void portion 7 between the heating element 4 and the substrate 2, thereby preventing heat conduction between the heating element 4 and the substrate 2. Therefore, the temperature of the heating element 4 can be instantaneously raised to the foaming temperature.

【0041】さらに、発泡温度に達した後、ヒータ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。
Further, after the foaming temperature is reached, the heater 12
Since the heating element 4 is buckled along with the buckling of the heating element 4 and a part of the heating element 4 contacts the substrate 2, the heat of the heating element 4 is radiated in a very short time, and The temperature drops in a short time and returns to an adiabatic state.

【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。
As a result, in the ink jet head of the first embodiment, the response frequency of the heater 12 can be made substantially equal to the frequency of the applied pulse current, so that the ink ejection amount can be controlled very accurately.

【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。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。
In the first embodiment, the heating element 4 is composed of the protective film 11, the heater 12 and the insulating film 13. However, materials having thermal expansion coefficients substantially equal to each other should be used as these materials. Is preferred. This is to suppress the generation of cracks due to heat cycles.

【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。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。
Further, it is preferable to apply silicon oil to the contact portion between the heating element 4 and the substrate 2. Thereby, heat diffusion from the heating element 4 to the substrate 2 can be promoted.

【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。
しかしながら、発熱体4の設置状態はこれに限らない。
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。
In the first embodiment, both ends of the heating element 4 are fixed to the spacer 3 and the substrate 2.
However, the installation state of the heating element 4 is not limited to this.
The heating element 4 may be installed in any way as long as it is restricted from moving in a direction perpendicular to the thickness direction (direction perpendicular to the plane of the paper in FIG. 2, or left-right direction).

【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。
In the first embodiment, when the temperature of the heating element 4 exceeds the buckling temperature, the heater 12 buckles and the heating element 4 comes into 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。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
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。
However, the buckling of the heater 12 does not have to be accompanied by such a large deformation. That is, when the heating element 4 exceeds the buckling temperature, the heater 12 heats the heating element 4
The heating element 4 (heater 12) can be cooled by heat diffusion to the substrate 2 if the distance between the heating element 4 and the substrate 2 is shortened. be able to.

【0048】また、実施形態1では、空隙部7が基板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。
Further, in the first embodiment, the gap 7 is formed on the substrate 2
However, the configuration of the void portion 7 is not limited to this, and for example, as shown in the second embodiment of FIGS. 5 and 6, the substrate 7 communicates the void portion 7 with the outside atmosphere. You may make it provide such a communicating hole 8.

【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
2)の冷却を促進することができる。
In this way, the pressure rise in the void 7 due to the deformation of the heating element 4 can be avoided, so that the buckling of the heating element 4 is facilitated, and the ventilation in the void 7 communicates with this. Because of the holes 8, the heating element 4 (heater 1
The cooling of 2) can be promoted.

【0050】[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。
In the first embodiment, the heater 12 is made of a metal thin film having a high coefficient of thermal expansion and a high electric resistance, but the heater 12 may be a laminated film made of a plurality of metal thin films.

【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)。
That is, as shown in the third embodiment of FIG. 7, two kinds of metals A and B having different thermal expansion coefficients can be laminated and used as the heater 12 (in FIG. 7, the insulating film 13 is used). Is 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。
By forming the heater 12 into such a bimetal structure, the deformation direction of the heater 12 can be controlled well.

【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。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
の最下層に形状記憶合金(SMP:Shape Mem
ory Arroy)15の薄膜を配設するようにして
もよい。
In the first embodiment, the heater 12 buckles when the temperature of the heater 12 exceeds the buckling temperature. However, the configuration of the heating element 4 is not limited to this, and for example, as shown in the fourth embodiment of FIG.
Shape memory alloy (SMP: Shape Mem)
You may make it arrange | position the thin film of ory Arrow15.

【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。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。
That is, the shape memory alloy 15 is in a horizontal state (see FIG. 8A) with the substrate 2 at a low temperature, and is in a deformed state (see FIG. 8B) when the deformation temperature is exceeded. When set to, the deformation and cooling of the heating element 4 can be realized well. If such a shape memory alloy 15 is used, it is not necessary to use a material having a high coefficient of thermal expansion as the material of the heater 12.

【0056】また、実施形態1では、発熱体4を基板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。すなわち、ヒータ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。
In the first embodiment, the heating element 4 is connected to the substrate 2
In order to bring the heater 12 into contact with the heater 12 to cool the heater 12, the spontaneous shape change of the heating element 4 is used. That is, the heater 12
Alternatively, the material of the shape memory alloy 15 can be selected so as to be deformed in the void portion 7 at a temperature exceeding the deformation temperature, whereby the contact between the heater 12 and the substrate 2 can be realized.

【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。
However, the construction of the ink jet head of the first embodiment is not limited to this, and for example, the ink jet head may be of a type in which the piezoelectric element is used to forcefully push the heating element 4 into the space 7.

【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。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。
FIG. 9 is an explanatory view showing the construction of the fifth embodiment of the ink jet head when this system is adopted. As shown in FIG. 9, in this configuration, the piezoelectric element 21 is provided on the nozzle plate 1 so that the heating element 4 faces 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。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。
The piezoelectric element 21 is set so as to extend toward the heating element 4 when a voltage is applied by a power source (not shown). Then, it has a function of pushing the heating element 4 into the space 7 and bringing it into contact with the substrate 2.

【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。また、発熱体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。
According to this structure, it is possible to realize the contact between the heating element 4 and the substrate 2 regardless of the material of the heater 12 and without using the SMP 15. Also, the heating element 4
Since the displacement amount and the contact time with the substrate 2 can be set arbitrarily, the response frequency of the heater 12 can be controlled with extremely high accuracy, and the ink ejection amount can be adjusted with extremely high accuracy.

【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。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。
As the piezoelectric element 21, it is preferable to use a laminated piezoelectric element in which a plurality of piezoelectric elements are laminated. Further, in this case, it is preferable to press the heating element 4 by the displacement of each piezoelectric element in the thickness direction.

【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。したがって、
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。
In this way, the voltage applied to the piezoelectric element 21 can be reduced to 40 V or less, and the shape of the piezoelectric element 21 can be changed at high speed. Therefore,
The response frequency in the heater 12 can be controlled with higher accuracy.

【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。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)
となっている。
Further, as the piezoelectric element 21, a thin film piezoelectric element 21 may be used. For example, in the configuration shown in the sixth embodiment of FIG. 10, the piezoelectric element 21 has a laminated structure (bimorph structure) of the first piezoelectric film 22 and the second piezoelectric film 23.
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。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。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。
The piezoelectric element 21 is set so that the first piezoelectric film 22 extends in the direction parallel to the film surface while the second piezoelectric film 23 contracts in the same direction by the application of a voltage. Accordingly, by applying a voltage, the pressing portion 31 formed at the end of the piezoelectric element 21 presses the heating element 4 downward, and the heating element 4 and the substrate 2 can be brought into contact with each other. By doing so, the structure of the inkjet head can be simplified and the assembling workability can be improved.

【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
rconium titanate)を用いることがで
きる。
The material of the first piezoelectric film 22 and the second piezoelectric film 23 is, for example, PZT (lead zi).
rconium titanate) can be used.

【0066】また、図10に示した構成において、第1
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)。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 the configuration shown in FIG. 10, the first
Instead of the piezoelectric film 22, a metal thin film such as stainless steel may be used (unimorph structure). Also in this configuration, the displacement of the piezoelectric element 21 can be favorably realized, and the structure of the piezoelectric element 21 can be simplified to reduce the manufacturing cost.

【0067】[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。この場合、
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
いるので、空隙部内の熱を連通孔を介して外部へ放熱さ
せることができ、発熱体の放熱効率を向上させることが
できる。
According to the present invention , when the ink is heated, the adiabatic effect of the void portion suppresses the diffusion of heat of the heating element and enables a rapid temperature rise, and after the ink is ejected, the heating element buckles to generate heat. By radiating the heat of the body through the head substrate, the temperature of the heating element can be lowered in a short time, and the ink ejection control can be reliably performed. in this case,
Provide a communication hole to communicate the void of the head substrate with the outside.
Therefore, the heat in the void is radiated to the outside through the communication hole.
Can improve the heat dissipation efficiency of the heating element.
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。
The heating element of the present invention comprises a heater, a protective film for protecting the heater, and an insulating film for insulating the heater, and each of the constituent members is made of materials having substantially the same linear expansion coefficient. It is possible to prevent the occurrence of cracks due to heat cycles.

【0069】[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。
Since the heating element of the present invention is constructed so as to come into contact with the head substrate when buckling into the void, the heat of the heating element can be diffused satisfactorily by heat conduction due to contact with the head substrate. It is possible to control the ink ejection amount with high accuracy.

【0071】[0071]

【0072】[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。
Further , since the heating element has a bimetal structure made of a plurality of metal materials so as to be deformed into a void due to a temperature rise, the direction of deformation of the heating element can be easily set, and the deformation into the void can be ensured. Therefore, it is possible to control the ejection amount 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、
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。
Further , by providing the shape memory alloy layer on the heating element so as to be deformed toward the void side when the temperature exceeds the predetermined temperature,
The deformation direction of the heating element can be easily set, the heating element can be surely deformed into the void portion, and the ink ejection amount can be controlled with high accuracy.

【0075】また、本発明によれば、圧電素子を設ける
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。
Further , according to the present invention, a piezoelectric element is provided.
As a result, the heating element can be reliably deformed into the void portion, and the ink ejection amount can be controlled with high accuracy.

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

【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。
FIG. 1 is a top view showing a first embodiment of an inkjet head of the 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。
FIG. 2 is a sectional view showing Embodiment 1 of the inkjet 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。
FIG. 3 is an explanatory diagram showing a heat insulating state of the first embodiment of the inkjet 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。
FIG. 4 is an explanatory diagram showing a heat radiation state of the first embodiment of the inkjet 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。
FIG. 5 is a top view showing Embodiment 2 of the inkjet 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。
FIG. 6 is a sectional view showing Embodiment 2 of the inkjet 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。
FIG. 7 is a sectional view showing Embodiment 3 of the inkjet 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。
FIG. 8A is a sectional view showing a heat insulating state of an inkjet head according to a fourth embodiment of the present invention, and FIG. 8B is a sectional view showing a heat radiating 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。
FIG. 9 is a sectional view showing Embodiment 5 of the inkjet 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
を示す断面図である。
FIG. 10 is a sixth embodiment of the inkjet head of the present invention.
FIG.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

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 1 nozzle plate 2 substrates 3 spacers 4 heating element 5 cavities 6 nozzles 7 Void 11 Protective film 12 heater 13 Insulating film 14 wiring

Claims (6)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 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ート
と、該ノズルプレートと対向しスペーサを介してインク
を封入するためのヘッド基板との間に、上記発熱体を介
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
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
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。
By 1. A causing the heating element originating heated, in
In the inkjet head that ejects click, a nozzle plate in which the nozzles for ejecting ink is provided
And ink through the spacer facing the nozzle plate.
The heating element is inserted between the head substrate for enclosing
And a space portion covered by the heating element is formed on the head substrate.
And a communication hole through which the space communicates with the external atmosphere in the substrate.
An inkjet head , wherein the heating element is configured to buckle in the void due to thermal expansion due to temperature rise.
【請求項2】 上記発熱体は、ヒータと、ヒータを保護
しノズル側に位置する保護膜と、ヒータをヘッド基板よ
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。
2. The heating element protects the heater and the heater.
Install the protective film on the nozzle side and the heater from the head substrate.
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。
3. The ink jet head according to claim 1, wherein the heating element is configured to come into contact with the head substrate when buckled in the void.
【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. The ink jet head according to claim 1, wherein the heating element has a bimetal structure made of a plurality of metal materials so as to be deformed into the voids due to a temperature rise.
【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
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
トヘッド。
5. A shape memory alloy layer is formed on the space side so that the heating element is deformed to the void side when the temperature exceeds a predetermined temperature.
The ink jet head according to claim 1, wherein the ink jet heads are laminated .
【請求項6】 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ート
と、該ノズルプレートと対応しスペーサを介してインク
を封入するためのヘッド基板との間に、上記発熱体を介
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
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
、上記ノズルプレート側に一端を固定し、他端側を上
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。
By 6.] be a heating element originating heated, Inn
In the inkjet head that ejects click, a nozzle plate in which the nozzles for ejecting ink is provided
And ink through the spacer corresponding to the nozzle plate
The heating element is inserted between the head substrate for enclosing
Zaisa allowed, in the head substrate, space so as to correspond with the nozzle
A piezoelectric element that forms a concave portion that presses the heating element and deforms it toward the void portion is fixed at one end to the nozzle plate side, and the other end is raised.
An ink jet head, which is arranged so as to face the storage space .
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