JP3820794B2 - Inkjet printhead. - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、熱核気泡の圧力でインク滴を吐出する際の熱エネルギー効率の良いルーフシュータ型のインクジェットプリントヘッドに関する。
【0002】
【従来の技術】
近年、インクジェット方式のプリンタが広く用いられている。このインクジェット方式によるプリンタは、インクを加圧して吐出するための加圧部を備えている。この加圧部の構成には、気泡の発生する力でインク滴を飛ばすサーマルジェット方式や、ピエゾ抵抗素子(圧電素子)の変形によってインク滴を飛ばすピエゾ方式等がある。
【0003】
これらの構成による印字方式は、色材たるインクをインク滴にして直接記録紙に向かって吐出するという工程により、粉末状の印材であるトナーを用いる電子写真方式と比較した場合、印字エネルギーが低くて済み、インクの混合によってカラー化が容易であり、印字ドットを小さくできるので高画質であり、印字に使用されるインクの量に無駄が無くコストパフォーマンスに優れており、このため特にパーソナル用プリンタとして広く用いられている印字方式である。
【0004】
そして、上記のサーマルジェット方式には、インク滴の吐出方向により二通りの構成がある。すなわち、加圧部としての発熱部の発熱面に平行な方向へインクを吐出する構成のものと、発熱部の発熱面に垂直な方向にインクを吐出する構成のものとがある。
【0005】
図8(a),(b),(c) は、発熱部の発熱面に平行な方向へ吐出する構成のものであり、同図(d),(e),(f) は、発熱部の発熱面に垂直な方向に吐出する構成のものをそれぞれ模式的に示している。同図(a) 又は(d) に示すように、シリコン基板1上には発熱部(発熱素子)2が形成されており、シリコン基板1に対向してオリフィス板3が形成されている。そして、同図(a) では発熱素子2の側方に、同図(d) では発熱素子2に対向して、オリフィス4が形成されている。上記の発熱素子2は不図示の電極に接続されており、発熱素子2が設けられているインク流路にはインク5が常時供給されている。
【0006】
このオリフィス4からインク滴を吐出させるには、先ず、同図(b) 又は(e) に示すように、画像情報に応じた通電により、▲1▼発熱素子2を熱してこの発熱素子2上に核気泡を発生させ、▲2▼この核気泡が合体して膜気泡6が発生し、▲3▼この膜気泡6が断熱膨脹して成長し周囲のインクを押し遣り、これによりオリフィス4からインク5′が押し出され、この押し出されたインク5′は、同図(c) 又は(f) に示すように、インク滴7となってオリフィス4から紙面に向けて吐出される。この後、▲4▼上記の成長した膜気泡が周囲のインクに熱を取られて収縮し、▲5▼ついには膜気泡が消滅し、次の発熱素子の加熱を待機する。この一連の工程▲1▼〜▲5▼は、瞬時に行われる。
【0007】
上記の発熱素子の発熱面に垂直な方向にインク滴を吐出する構成のものは、ルーフシュータ型サーマルインクジェットヘッドと呼称されており、消費電力が極めて小さくて済むことが知られている。また、このルーフシュータ型のサーマルインクジェットヘッドの製法としては、シリコンウエハ上に区画された多数(例えば6インチ以上の直径のウエハで90個以上)のチップ基板の上に、シリコンLSI形成技術と薄膜形成技術を利用して、複数の発熱素子、これらを個々に駆動する駆動回路、及びこれに対応するオリフィスを、一括してモノリシックに形成する方法がある。
【0008】
図9(a) は、そのようにして作成されたルーフシュータ型サーマルインクジェットヘッド(以下、単にインク吐出ヘッドという)の概略の構成を示す側断面図であり、同図(b) は、同図(a) のA−A′断面矢視図、同図(c) はその一部を取り除いて示す縮小平面図である。
【0009】
図10は、上記従来のインクジェットプリンタヘッドの内部構造を分かりやすく示すためオリフィス板を上に切り離して示す拡大斜視図である。
これら図9(a),(b),(c) 及び図10に示すように、インク吐出ヘッド10は、チップ基板11上に形成されたLSIからなる駆動回路12(図9(a) 参照)と、薄膜からなる発熱抵抗体13、その発熱抵抗体13と上記駆動回路12を接続する個別配線電極14及び接地用共通配線である共通電極15、並びにこれらの上に積層された隔壁16、17(17a、17b)と、更にこれらの上に積層されたオリフィス板18を備えている。このオリフィス板18には吐出ノズル(オリフィス)19が形成されている。
【0010】
上記の各発熱抵抗体13は、個別配線電極14側に形成された櫛状の隔壁17の櫛の胴部に当る隔壁17aとこれから伸び出す幅wの櫛の歯部に当る隔壁17bにより区画形成された小房21内に配置されて、隣接する他の発熱抵抗体13から隔離されている。そして、発熱抵抗体13の並設方向に平行し、上記の小房21の開口部側に、インク流路22が形成され、このインク流路22に連通してインク供給溝23が穿設され、更に、このインク供給溝23に連通し基板下面に貫通するインク供給孔24が穿設されている。
【0011】
上記のように夫々隔離された小房21内の発熱抵抗体13に、基板裏面のインク供給孔24に連結される不図示のインクカートリッジ等から、インク供給孔24、インク供給溝23及びインク流路22を介してインクが供給される。発熱抵抗体13は、駆動回路12により個別配線電極14を介し選択的に駆動されて発熱し、膜気泡を発生して、その圧力によりインクを吐出ノズル19から不図示の用紙面に向けて吐出する。
【0012】
ところで、近年の如くプリンタのカラー化が進んで来ると、これに対応して、プリンタには720dpiあるいは800dpi以上の高解像度が要求されるようになる。このような高い印字ドット密度を実現するには、加圧部(発熱抵抗体13)の並設密度をより密にする必要がある。そのためには、隔壁17bの幅wを(小さく)狭くして小房21間の間隔を詰め、抵抗発熱部13の並設密度を上げなければならない。つまり、隔壁17bの幅wと高さtとのアスペクト比t/wを大きくしなければならない。
【0013】
しかし、アスペクト比t/wを「t/w=1.0」以上に設定すると、製造工程中の特にフォトリソグラフィーの現像工程で、隔壁17bが強度不足となって、潰れたり倒れたりして所望の形状の隔壁が形成されず、小房21内へのインクの流通に障害を引き起こしてしまう。つまり、アスペクト比t/wが「t/w=1.0」以上になるように隔壁17bを形成することは、隔壁の素材である感光性樹脂の強度の上から見て困難であった。
【0014】
したがって、発熱抵抗体13の配置密度を高くし且つ隔壁17bのアスペクト比t/wを1.0より小さくするには、隔壁17bの幅wを変更せずに従来通り維持したままその隔壁17bで区画する小房21の方を狭くすることによって発熱抵抗体13の配置密度をより密にする方法以外には、高解像度化に対応する方法がないと考えられていた。
【0015】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このように発熱抵抗体13の配置密度を上げるために隔壁17bで区画する小房21の寸法を狭くすると、その小房21内に配置される発熱抵抗体13の寸法も狭くなってしまう。そうすると、適正にインク滴を吐出するために必要な発熱抵抗体13の面積を確保することが困難になるという問題が新たに発生した。
【0016】
また、他方では、図9(c) に示すように、小房21は、インク流路22側に隔壁が無く、四方のうちこのインク流路22側一方向を全面開放しているため、発熱抵抗体13の加熱による熱核気泡発生時にその加熱初期から、インク吐出用の気泡の圧力が、垂直のインク吐出方向とは異なる水平方向の上記全面開放部からインク給送用のインク流路22を逆流するように一部分散してしまう。このため、インクを吐出するエネルギー効率が低下するという問題を有していた。この問題を解決する為の方策として、インク流入口部に圧力の逸散を防止する隔壁を設けることが提案されているが、このような隔壁は、上述した隔壁と同様或いは単独立設であるために隔壁以上に製造工程で倒壊し易いという問題を備えている。
【0017】
本発明の課題は、上記従来の実情に鑑み、エネルギー効率良くインク滴を吐出できると共に、隔壁等を高アスペクト比で正確且つ容易に立設でき高印字密度化に有利なルーフシュータ型のインクジェットプリントヘッドを提供することである。
【0018】
【課題を解決するための手段】
以下に、本発明のインクジェットプリントヘッドの構成を述べる。
本発明のインクジェットプリントヘッドは、基板上の所定位置に配設されたインクを吐出するための熱エネルギーを発生する複数の発熱素子と、縦断面が矩形を呈し、該複数の発熱素子を個々にその水平方向全周囲に亙って連続して囲繞すると共に少なくとも1箇所に開口を備え、各発熱素子により気泡を発生させてインクに圧力を加える加圧室を夫々区画形成する隔壁と、該隔壁を介し前記基板に対向させて設けられ前記発熱素子に対応する位置にインク吐出ノズルを穿設されたオリフィス板と、上記加圧室の夫々に上記開口を通じて連通され該加圧室に供給すべきインクを給送する共通流路とを有し、前記隔壁は前記発熱素子を矩形状に囲繞し、前記開口は前記隔壁の前記共通流路とは反対側の一辺を除く3辺に亙って、その縁端面が平坦且つ水平方向の同一面となるように設けられているものである。
【0019】
上記開口は、例えば請求項2記載のように、上記隔壁における上記オリフィス板側の端部を除去して形成され、また、例えば請求項3記載のように、上記隔壁における上記基板側の端部を除去して形成されている。この基板側端部を除去する場合は、上記隔壁の上記開口が設けられている部分は、例えば請求項4記載のように、上記オリフィス板に設置される。
【0021】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照しながら説明する。
図1(a),(b),(c) は、第1の実施の形態におけるサーマルインクジェットヘッドの製造方法を工程順に示す図であり、それぞれ一連の工程においてシリコンチップの基板上に形成されていく状態の概略の平面図と断面図を模式的に示している。尚、これらの図には、説明の便宜上、いずれもフルカラー用のサーマルインクジェットヘッドの1個の印字ヘッド(モノクロ用インクジェットヘッドの構成と同じ)のみを示しているが、実際には後述するように、このような印字ヘッドが複数個(通常は4個)連なった形状のものが、1個の基板(シリコンチップ)上に形成される。また、同図(c) には36個のインク吐出ノズル(オリフィス)44を示しているが、実際には128個又は256個が一列に形成されているものである。
【0022】
図2(a),(b),(c) は、上段に図1(a),(b),(c) の平面図をそれぞれ拡大して詳細に示しており、図2(a),(b),(c) の中段は上段のA−A′断面矢視図(同図(a) 参照)、下段は上段のB−B′断面矢視図(同図(a) 参照)である。また、同図(a),(b),(c) の中段に示す断面図は、それぞれ図1(a),(b),(c) の下に示す断面図と同一のものである。尚、図2(a),(b),(c) には、図示する上での便宜上、128個又は256個のオリフィスを、5個のオリフィスで代表させて示している。
【0023】
このサーマルインクジェットヘッドの製造方法は、先ず、工程1として、4インチ以上のシリコン基板にLSI形成処理により駆動回路とその端子を形成すると共に、厚さ1〜2μmの酸化膜を形成し、次に、工程2として、薄膜形成技術を用いて、Ta(タンタル)−Si(シリコン)−O(酸素)からなる抵抗膜と、Ti/Wによる電極膜を形成し、ホトリソ技術によって電極膜には配線部分のパターンを形成し、抵抗膜には微細な発熱抵抗体(加圧部)のパターンを形成する。この工程で発熱抵抗体の位置が決められる。
【0024】
図1(a) 及び図2(a) は、上記の工程1及び工程2が終了した直後の状態を示している。すなわち、チップ基板31上には共通電極32、共通電極給電端子33(図1(a) 参照)、個別配線電極34、多数の発熱抵抗体35、駆動回路36及び駆動回路端子37(図1(a) 参照)が形成されている。
【0025】
続いて、工程3として、個々の発熱素子35に対応するインク溜り(小房)を形成すべく感光性ポリイミドなどの有機材料からなる隔壁部材をコーティングにより高さ20μm程度に形成し、これを2枚ののマスクを用いて2段階にエッチングしてパターン化した後に、300℃〜400℃の熱を30分〜60分加えるキュア(乾燥硬化、焼成)を行い、高さ10μmの上記感光性ポリイミドによるシール隔壁とこれよりも高さの低い区画用の隔壁をチップ基板上に形成・固着させる。尚、このパターン化は、レーザー加工によっても可能である。
【0026】
更に、工程4として、ウェットエッチングまたはサンドブラスト法などにより上記チップ基板の面に溝状のインク供給路を形成し、更にこのインク供給路に連通し下面に開口するインク給送孔を形成する。
【0027】
図1(b) 及び図2(b) は、上述の工程3及び工程4が終了した直後の状態を示している。すなわち、溝状のインク供給路38及びインク給送孔39が形成され、インク供給路38の左側に位置する共通電極32部分と、右方の個別配線電極34が配設されている部分にインクを内部に封止するためのシール隔壁40が形成され、これよりも1/3だけ低い形状で各発熱抵抗体35と発熱抵抗体35を区画するための区画隔壁40−2及びその区画をインク流路から隔てる流路側隔壁40−1が連設されている。
【0028】
図3は、上記図1(b) 及び図2(b) に示す工程3及び工程4が終了した直後の状態を分かりやすく示すための拡大斜視図である。図2(b) 及びこの図3に示すように、上記各発熱抵抗体35間に伸び出して積層される区画隔壁40−2は、流路側隔壁40−1を櫛の胴とすれば、櫛の歯に相当する形状をなし、櫛の歯の先端はシール隔壁40に当接して一体化している。
【0029】
これにより、櫛の歯を仕切り壁として、その歯と歯の間に発熱抵抗体35が位置する微細な区画(小房)41が発熱抵抗体35の数だけ形成される。上記のシール隔壁40は、小房41を形成する隔壁の一辺を兼ねている。
【0030】
この後、工程5として、ポリイミドからなる厚さ10〜30μmのフィルムのオリフィス板を、その片面に接着剤としての熱可塑性ポリイミドを極薄に例えば厚さ2〜5μmにコーテングし、上記積層構造の最上層に張り付けて、390〜300℃で加熱しながら加圧してオリフィス板を固着させる。続いて、Ni、Cu又はAlなどの厚さ0.5〜1μm程度の金属膜を形成する。
【0031】
更に、工程6として、オリフィス板の上の金属膜をパターン化して、ポリイミドを選択的にエッチングするマスクを形成し、続いて、オリフィス板をECRなどのドライエッチングなどにより上記の金属膜マスクに従って40μmφ〜39μmφの孔空けをして多数のノズル孔(オリフィス)を一括形成する。尚、孔空けはエキシマレーザなどを用いて行ってもよい。
【0032】
図1(c) 及び図2(c) は、上述した工程5と工程6が終了した直後の状態を示している。すなわち、オリフィス板43が給電端子33及び37の部分を除く全領域を覆っており、シール隔壁40、区画隔壁40−2、及び流路側40−1によって形成されている小房41も上を覆われて、シール隔壁40の厚さ(高さ)10μmに対応する高さの微細な個別房を形成し、流路側隔壁40−1及び区画隔壁40−2が、上から下までの隔壁のオリフィス板43側の端部を除去された形状になって配置され、その除去部分が小房41の開口部を形成している。
【0033】
そして、小房41の開口部とインク供給路38とを連通させる高さ10μmのインク流路42が形成されている。また、オリフィス板43には、発熱抵抗体35に対応する部分にインク吐出ノズル(オリフィス)44がドライエッチングによって形成されている。
【0034】
これにより、128個又は256個のインク吐出ノズル44を1列に備えた多数のモノカラーヘッド45がシリコンウエハ上に完成する。
尚、ドライエッチングのマスクはNi、Cu、又はAlなどの金属膜を使うことで樹脂と金属膜との選択比が概略100程度得られる。したがって、39〜40μmのポリイミドフィルムのエッチングには1μm以下の金属膜でマスクを形成することで十分である。
【0035】
ここまでが、ウエハの状態で処理される。そして、最後に、工程7として、ダイシングソーなどを用いてシリコンウエハをカッテングして、チップ基板単位毎に個別に分割し、実装基板にダイスボンデングし、端子接続して、実用単位のインクジェットヘッドが完成する。
【0036】
上記のように1列のインク吐出ノズル44を備えたモノカラーヘッド45はモノクロ用インクジェットヘッドの構成であるが、通常フルカラー印字においては、減法混色の三原色であるイエロー(Y)、マゼンタ(M)、シアン(C)の3色に、文字や画像の黒部分に専用されるブラック(Bk)を加えて合計4色のインクを必要とする。したがって最低でも4列のノズル列が必要である。そして上述した製造方法によれば4列のモノカラーヘッド45をモノリシックに4個連設してフルカラーヘッドを構成することは可能であり、各列の位置関係も今日の半導体の製造技術により正確に配置することが可能である。
【0037】
上記の図3に示すように、このインクジェットプリントヘッドは、その小房41が、三辺の上方に開口部分を持ち、且つ水平方向の周囲を連続する隔壁で囲まれているので、発熱抵抗体35の加熱による熱核気泡発生時には、インク吐出用の気泡の圧力が垂直方向に誘導されてオリフィス44方向に集中する。したがって、気泡発生の熱エネルギーを無駄なくインクの吐出に使用することが出来、エネルギー効率が向上する。
【0038】
また、小房41を形成する流路側隔壁40−1と区画隔壁40−2は、高さが低いので(隔壁の高さは上から下までの2/3)アスペクト比t/wが小さくなり、これにより、焼成・硬化の過程で欠落や倒壊が発生せず歩留りが向上する。
【0039】
また、区画隔壁40−2は、水平方向の両端をシール隔壁40及び流路側隔壁40−1によって支持されて補強されているので、アスペクト比t/wが「1」を或る程度まで超えても焼成・硬化の過程で欠落や倒壊が発生しない。つまり、区画隔壁の幅を狭くして、その分だけ小房41の間隔を詰めることができる。これにより、発熱抵抗体35の発熱機能を現状と同等に維持したまま間隔を詰めて高解像度の印字ヘッドを作成することができる。
【0040】
なお、例えばシール隔壁40と流路側隔壁10−1及び区画隔壁40−2とで高さが異なる上述の隔壁のように、部分的に高さが違う隔壁は、マスクを違えて2段階にエッチングすることにより容易に形成することができる。
【0041】
図4(a),(b) は、それぞれ上記のように三辺に開口部を持ち且つ水平方向の周囲を連続する隔壁で囲まれた小房41の構成の他の例を示す図である。同図(a) は、流路側隔壁47−1及び区画隔壁47−2を、上から下までの隔壁のチップ基板31側を除去した形状にして配置し、開口部46を下方に設けた例を示している。実際にこの形状の流路側隔壁47−1及び区画隔壁47−2を作成するには、流路側隔壁47−1及び区画隔壁47−2を、同図には図示を省略したオリフィス板43の裏面に予め形成して、そのオリフィス板43を基板上に位置合わせして積層する。
【0042】
また、同図(b) は、流路側隔壁及び区画隔壁を、上から下までの隔壁の中間を除去した形状にして配置し、開口部48を中央部に設けた例を示している。結果として同図(b) のように上下に分かれて配置される流路側隔壁49−1、50−1及び区画隔壁49−2、50−2の作成では、上方の流路側隔壁49−1と区画隔壁49−2をオリフィス板側に配設し、下方の流路側隔壁50−1と区画隔壁50−2を基板31側に配設する。
【0043】
図5(a),(b),(c) は、それぞれ流路側隔壁に開口部を持ち且つ全体として水平方向の周囲を連続する隔壁で囲まれた小房41の構成の例を示す図である。同図(a),(b),(c) に示すように、区画隔壁51−2は共通した形状であり上から下まで連続した形状で配設される。そして、同図(a) では流路側隔壁51−1が上端部を除去されて上開口部52を形成し、同図(b) では流路側隔壁51−1′が下端部を除去されて下開口部53を形成し、同図(c) では、流路側隔壁51−1″が中間部を除去されて中開口部54を形成している。
【0044】
この構成も、水平方向の周囲を連続する隔壁で囲まれているので、発熱抵抗体35の加熱による熱核気泡発生時には、インク吐出用の気泡の圧力が垂直方向に誘導されてオリフィス44方向に集中し気泡発生の熱エネルギーを無駄なくインクの吐出に使用することが出来てエネルギー効率が向上する。
【0045】
図6(a) は、小房41を1個だけ示す平面図、同図(b) は上述した流路側隔壁及び区画隔壁が採り得る形状の側面図、同図(c) は区画隔壁が更に採り得る形状の側面図、同図(d) は流路側隔壁及び区画隔壁のいずれにも不適は形状の側面図である。ここで、図6(a) に示す小房41の隔壁の位置を、流路側隔壁40−1(又は47−1、49−1、50−1、51−1、51−1′、51−1″)の部分を位置A、区画隔壁40−2(又は47−2、49−2、50−2、51−2)の部分を位置Bとする。
【0046】
図7(a),(b),(c) は、流路側隔壁部の位置A及び区画隔壁部の位置Bが採り得る隔壁の形状の組み合わせを破線で結んで示す図である。以下、これについて説明する。図6(a) に示す小房41の流路側の位置Aには開口部が必要である。ここに開口部が無いと隣接する小房間で吐出状態が影響され合うクロストークが発生する虞がある。
【0047】
したがって、位置Aには、図6(c) に示す形状k4は採り得ないが、図6(b) に示す形状k1、k2又はk3のいずれも採り得るものである。図7(a),(b),(c) はこのことを示している。
【0048】
また、位置Bは開口部が有ってもよく又無くても良いから、図6(b) に示す形状k1、k2又はk3の他に同図(c) に示す形状k4も採り得るものである。上記同様に図7(a),(b),(c) はこのことを示している。
【0049】
そして、図6(d) に示す形状k5は、位置A又は位置Bのいずれにおいても、小房41を囲む隔壁が水平方向に連続しない、つまり、位置Aでも又は位置Bでも、隣の隔壁から切り離された形状となる。この形状は、オリフィス板が設置される前の段階では基板上に単独で立った状態となるから、隔壁のアスペクト比t/wが或る程度小さくても、焼成・硬化の過程で隔壁の欠落や倒壊が発生するので採用できない。図7(a),(b),(c) で形状k5に破線の結び付けが無いのはこのことを示している。
【0050】
図7の破線組合せ図で分かるように、流路側隔壁と区画隔壁の採り得る形状は、図3に示した位置AとB共に形状k1の場合、図4(a) に示した位置AとB共に形状k2の場合、図4(b) に示した位置AとB共に形状k3の場合、図5(a),(b),(c) に示した位置Aが形状k1、k2又はk3で位置Bが形状k4の場合、と限るわけではない。位置Aと位置Bで、形状k1、k2又はk3のうちの互いに異なる形状を組み合わせた構成であってもよい。
【0051】
なお、隔壁k2またはk3のオリフィス側の壁は、オリフィス板と一体に形成することもできる。
【0052】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明によれば、加圧室(小房)を、一部に開口を有し且つ水平方向に連続する隔壁で囲んで形成するので、加圧室(小房)への円滑なインクの供給を維持したまま吐出エネルギーをノズルの在る垂直方向へ集約させることができ、これにより、吐出エネルギーを無駄なくインクの吐出に使用することが出来てエネルギー効率が向上する。
【0053】
また、加圧室を囲む隔壁が水平方向に連続して孤立した部分がなく各部が支え合っているので、アスペクト比t/wが「1」を或る程度まで超えても焼成・硬化の過程で欠落や倒壊が発生せず、したがって隔壁幅を狭くしてその分だけ加圧室の間隔を密にすることができ、これにより、加圧室の機能を維持したまま間隔を詰めて高解像度の印字ヘッドを正確且つ容易に製造することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 (a),(b),(c) は第1の実施の形態におけるサーマルインクジェットヘッドの製造方法を工程順に模式的に示す概略の平面図と断面図である。
【図2】 (a),(b),(c) は夫々上段は図1(a),(b),(c) の平面図を拡大した図、中段は上段のA−A′断面矢視図、下段は上段のB−B′断面矢視図である。
【図3】製造工程3及び4が終了した直後の状態を分かりやすく示すための拡大斜視図である。
【図4】 (a),(b) は三辺に開口部を持ち且つ水平方向の周囲を連続する隔壁で囲まれた小房の構成の他の例を示す図である。
【図5】 (a),(b),(c) は流路側隔壁に開口部を持ち且つ全体として水平方向の周囲を連続する隔壁で囲まれた小房の構成の例を示す図である。
【図6】 (a) は小房を1個だけ示す平面図、(b) は流路側隔壁及び区画隔壁が採り得る形状の側面図、(c) は区画隔壁が更に採り得る形状の側面図、(d) は流路側隔壁及び区画隔壁のいずれにも不適は形状の側面図である。
【図7】 (a),(b),(c) は流路側隔壁及び区画隔壁が採り得る形状の組み合わせを示す組み合わせ結線図である。
【図8】 (a),(b),(c) は発熱部の発熱面に平行な方向へインクを吐出する構成を示す図、(d),(e),(f) は発熱部の発熱面に垂直な方向にインクを吐出する構成を示す図である。
【図9】 (a) は従来のルーフシュータ型サーマルインクジェットヘッドの概略の構成を示す側断面図、(b) は(a) のA−A′断面矢視図、(c) はその一部を取り除いて示す縮小平面図である。
【図10】従来構成のルーフシュータ型サーマルインクジェットヘッドの本発明が工夫の対象とする内部構造を分かりやすく示すためオリフィス板を上に切り離して示す拡大斜視図である。
【符号の説明】
1 シリコン基板
2 発熱部(発熱素子)
3 オリフィス板
4 オリフィス(インク吐出孔)
5、5′ インク
6 膜気泡
7 インク滴
10 インク吐出ヘッド
11 チップ基板
12 駆動回路
13 抵抗発熱部
14 個別配線電極
15 共通電極
16、17(17a、17b) 隔壁
18 オリフィス板
19 吐出ノズル(オリフィス)
21 小房
22 インク流路
23 インク供給溝
24 インク供給孔
31 チップ基板
32 共通電極
33 共通電極給電端子
34 個別配線電極
35 発熱抵抗体
36 駆動回路
37 駆動回路端子
38(38a、38b、38c、38d) インク供給路
39 インク給送孔
40 シール隔壁
40−1 流路側隔壁
40−2 区画隔壁
41 区画(小房)
42 インク流路
43 オリフィス板
44 インク吐出ノズル(オリフィス)
45 モノカラー印字ヘッド
46 開口部
47−1、49−1、50−1、51−1、51−1′、51−1″ 流路側隔壁
47−2、49−2、50−2、51−2 区画隔壁
A、B 隔壁位置
k1、k2、k3、k4、k5 隔壁の形状
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a roof shooter-type ink jet print head with good thermal energy efficiency when ejecting ink droplets with the pressure of thermonuclear bubbles.
[0002]
[Prior art]
In recent years, ink jet printers have been widely used. The ink jet printer includes a pressure unit for pressurizing and discharging ink. The configuration of the pressurizing unit includes a thermal jet system that ejects ink droplets with a force generated by bubbles and a piezo system that ejects ink droplets by deformation of a piezoresistive element (piezoelectric element).
[0003]
The printing method with these configurations has a lower printing energy than the electrophotographic method using toner, which is a powdery printing material, due to the process of ejecting ink, which is a color material, as ink droplets directly toward the recording paper. It is easy to colorize by mixing ink, and the print dots can be made small, so the image quality is high, the amount of ink used for printing is low, and the cost performance is excellent. As a printing method widely used as
[0004]
The thermal jet system has two configurations depending on the ink droplet ejection direction. That is, there are a configuration in which ink is ejected in a direction parallel to the heat generating surface of the heat generating portion as the pressurizing portion, and a configuration in which ink is discharged in a direction perpendicular to the heat generating surface of the heat generating portion.
[0005]
8 (a), (b), and (c) are configured to discharge in a direction parallel to the heat generating surface of the heat generating portion. FIGS. 8 (d), (e), and (f) are the heat generating portions. FIG. 6 schematically shows a configuration for discharging in a direction perpendicular to the heat generation surface. As shown in FIG. 2A or FIG. 4D, a heat generating portion (heat generating element) 2 is formed on the silicon substrate 1, and an orifice plate 3 is formed facing the silicon substrate 1. An orifice 4 is formed on the side of the heat generating element 2 in FIG. 5A and opposite the heat generating element 2 in FIG. The heating element 2 is connected to an electrode (not shown), and the ink 5 is always supplied to the ink flow path in which the heating element 2 is provided.
[0006]
In order to eject ink droplets from the orifice 4, first, as shown in FIG. 5B or FIG. 5E, the heating element 2 is heated by energization according to the image information. (2) The membrane bubbles are combined to form a membrane bubble (6), and (3) the membrane bubble 6 is adiabatically expanded and grows, pushing the surrounding ink away from the orifice 4. The ink 5 'is pushed out, and the pushed out ink 5' is ejected from the orifice 4 toward the paper surface as ink droplets 7 as shown in FIG. Thereafter, (4) the grown film bubbles are shrunk by heat taken by the surrounding ink, and (5) the film bubbles finally disappear, and the next heating element is awaited to be heated. This series of steps (1) to (5) is performed instantaneously.
[0007]
A structure that ejects ink droplets in a direction perpendicular to the heat generating surface of the heat generating element is called a roof shooter type thermal ink jet head, and is known to consume very little power. As a method for manufacturing this roof shooter type thermal ink jet head, a silicon LSI formation technique and a thin film are formed on a large number of chip substrates (for example, 90 or more wafers having a diameter of 6 inches or more) partitioned on a silicon wafer. There is a method in which a plurality of heat generating elements, a drive circuit for individually driving these elements, and an orifice corresponding to the plurality of heating elements are collectively formed monolithically using a forming technique.
[0008]
FIG. 9 (a) is a side sectional view showing a schematic configuration of a roof shooter type thermal ink jet head (hereinafter simply referred to as an ink discharge head) produced as described above, and FIG. (a) AA 'cross-sectional arrow view, (c) is a reduced plan view with a part thereof removed.
[0009]
FIG. 10 is an enlarged perspective view showing the orifice plate separated upward in order to easily understand the internal structure of the conventional ink jet printer head.
As shown in FIGS. 9 (a), (b), (c) and FIG. 10, the ink discharge head 10 is a drive circuit 12 made of LSI formed on a chip substrate 11 (see FIG. 9 (a)). A thin-film heating resistor 13, an individual wiring electrode 14 connecting the heating resistor 13 and the drive circuit 12, a common electrode 15 serving as a common wiring for grounding, and partition walls 16 and 17 stacked thereon. (17a, 17b) and an orifice plate 18 laminated thereon. A discharge nozzle (orifice) 19 is formed on the orifice plate 18.
[0010]
Each of the heating resistors 13 is partitioned by a partition wall 17a that contacts the comb body of the comb-shaped partition wall 17 formed on the individual wiring electrode 14 side, and a partition wall 17b that contacts the comb tooth portion of the width w extending from the partition wall 17a. It arrange | positions in the made small bunches 21, and is isolated from the adjacent other heating resistor 13. An ink flow path 22 is formed on the opening side of the small tuft 21 parallel to the direction in which the heating resistors 13 are arranged, and an ink supply groove 23 is formed in communication with the ink flow path 22. In addition, an ink supply hole 24 communicating with the ink supply groove 23 and penetrating the lower surface of the substrate is formed.
[0011]
The heating resistor 13 in the small chamber 21 isolated as described above is connected to the ink supply hole 24, the ink supply groove 23 and the ink flow from the ink cartridge (not shown) connected to the ink supply hole 24 on the back surface of the substrate. Ink is supplied through the path 22. The heat generating resistor 13 is selectively driven by the drive circuit 12 via the individual wiring electrodes 14 to generate heat, generate film bubbles, and discharge the ink from the discharge nozzle 19 toward the paper surface (not shown) by the pressure. To do.
[0012]
By the way, as colorization of printers progresses as in recent years, in response to this, printers are required to have a high resolution of 720 dpi or 800 dpi or more. In order to realize such a high printing dot density, it is necessary to make the juxtaposition density of the pressurizing portions (heating resistors 13) denser. For that purpose, the width w of the partition wall 17b must be (smaller) narrowed to narrow the space between the tubules 21, and the parallel density of the resistance heating portions 13 must be increased. That is, the aspect ratio t / w between the width w and the height t of the partition wall 17b must be increased.
[0013]
However, if the aspect ratio t / w is set to “t / w = 1.0” or more, the partition wall 17b becomes insufficient in strength in the photolithography development process during the manufacturing process, and is desired to be crushed or collapsed. The partition wall of the shape is not formed, which causes an obstacle to the flow of ink into the tubule 21. That is, it is difficult to form the partition wall 17b so that the aspect ratio t / w becomes “t / w = 1.0” or more from the viewpoint of the strength of the photosensitive resin that is the material of the partition wall.
[0014]
Therefore, in order to increase the arrangement density of the heating resistors 13 and reduce the aspect ratio t / w of the partition wall 17b to less than 1.0, the partition wall 17b can maintain the width w of the partition wall 17b without changing the width. It was thought that there was no method corresponding to high resolution other than the method of making the arrangement density of the heating resistors 13 denser by narrowing the partitioning chamber 21.
[0015]
[Problems to be solved by the invention]
However, if the size of the tubule 21 partitioned by the partition wall 17b is reduced in order to increase the arrangement density of the heating resistors 13 as described above, the size of the heating resistor 13 arranged in the tubule 21 is also reduced. . As a result, there arises a new problem that it becomes difficult to ensure the area of the heating resistor 13 necessary for properly ejecting ink droplets.
[0016]
On the other hand, as shown in FIG. 9 (c), the small tuft 21 has no partition wall on the ink flow path 22 side, and one side of the ink flow path 22 side of the four sides is open to the entire surface. When thermonuclear bubbles are generated due to heating of the resistor 13, the ink discharge ink flow path 22 from the entire open surface in the horizontal direction in which the pressure of the ink discharge bubbles is different from the vertical ink discharge direction from the initial heating stage. Will be partly dispersed so as to flow backward. For this reason, there has been a problem that the energy efficiency of ejecting ink is lowered. As a measure for solving this problem, it has been proposed to provide a partition wall that prevents pressure dissipation at the ink inlet, but such a partition wall is similar to the above-described partition wall or is provided independently. Therefore, it has a problem that it is more likely to collapse in the manufacturing process than the partition.
[0017]
An object of the present invention is to provide a roof shooter-type ink jet print that can eject ink droplets with high energy efficiency and can stand up partition walls and the like accurately and easily with high aspect ratio, which is advantageous for high printing density. Is to provide a head.
[0018]
[Means for Solving the Problems]
The configuration of the ink jet print head of the present invention will be described below.
An inkjet print head according to the present invention includes a plurality of heating elements that generate thermal energy for discharging ink disposed at predetermined positions on a substrate, and a vertical cross section that is rectangular. A partition wall that continuously surrounds the entire circumference in the horizontal direction and has an opening at least at one place, and forms a pressurizing chamber for generating air bubbles by each heating element and applying pressure to the ink, and the partition wall An orifice plate provided opposite to the substrate through which an ink discharge nozzle is formed at a position corresponding to the heating element, and the pressurizing chamber communicate with each other through the opening and should be supplied to the pressurizing chamber A common flow path for feeding ink, the partition wall surrounding the heat generating element in a rectangular shape, and the opening extending over three sides excluding one side of the partition opposite to the common flow path. , So that the edge surface is flat and the same surface in the horizontal direction It is provided.
[0019]
The opening is formed, for example, by removing an end portion of the partition wall on the orifice plate side as described in claim 2, and, for example, the end portion of the partition wall on the substrate side, as described in claim 3. It is formed by removing. When the substrate side end is removed, the part of the partition where the opening is provided is installed on the orifice plate, for example, according to claim 4.
[0021]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
FIGS. 1A, 1B, and 1C are views showing the manufacturing method of the thermal ink-jet head in the first embodiment in the order of steps, each formed on a silicon chip substrate in a series of steps. A schematic plan view and a cross-sectional view of the state are schematically shown. In these drawings, for convenience of explanation, only one print head of the thermal ink jet head for full color (same as the configuration of the monochrome ink jet head) is shown, but actually, as will be described later. A print head having a plurality of (usually four) print heads is formed on a single substrate (silicon chip). FIG. 6 (c) shows 36 ink discharge nozzles (orifices) 44, but actually 128 or 256 are formed in a line.
[0022]
2 (a), (b), and (c) are enlarged top plan views of FIGS. 1 (a), (b), and (c), respectively. The middle row of (b) and (c) is an AA 'cross-sectional arrow view (see Fig. (a)), and the lower row is an BB' cross-sectional view (see Fig. (a)) of the upper row. is there. In addition, the cross-sectional view shown in the middle of FIGS. 1 (a), (b), and (c) is the same as the cross-sectional view shown in FIGS. 1 (a), (b), and (c), respectively. In FIGS. 2A, 2B, and 2C, for convenience of illustration, 128 or 256 orifices are represented by 5 orifices.
[0023]
In the manufacturing method of this thermal ink jet head, first, as a step 1, a driver circuit and its terminals are formed on a silicon substrate of 4 inches or more by an LSI formation process, and an oxide film having a thickness of 1 to 2 μm is formed. In step 2, using a thin film formation technique, a resistance film made of Ta (tantalum) -Si (silicon) -O (oxygen) and an electrode film made of Ti / W are formed, and wiring is formed on the electrode film by photolithography. A partial pattern is formed, and a fine heating resistor (pressurizing portion) pattern is formed on the resistance film. In this step, the position of the heating resistor is determined.
[0024]
FIG. 1A and FIG. 2A show a state immediately after the above steps 1 and 2 are completed. That is, on the chip substrate 31, a common electrode 32, a common electrode power supply terminal 33 (see FIG. 1A), an individual wiring electrode 34, a number of heating resistors 35, a drive circuit 36, and a drive circuit terminal 37 (see FIG. 1). a) see) is formed.
[0025]
Subsequently, as step 3, a partition wall member made of an organic material such as photosensitive polyimide is formed to have a height of about 20 μm by coating so as to form an ink reservoir (tuft) corresponding to each heating element 35. After patterning by etching in two steps using a single mask, curing (dry curing, baking) applying heat at 300 ° C. to 400 ° C. for 30 minutes to 60 minutes is performed, and the above photosensitive polyimide having a height of 10 μm A partition wall for sealing and a partition wall having a lower height are formed and fixed on the chip substrate. This patterning can also be performed by laser processing.
[0026]
Further, as step 4, a groove-like ink supply path is formed on the surface of the chip substrate by wet etching or sand blasting, and an ink supply hole which is open to the lower surface in communication with the ink supply path is formed.
[0027]
FIG. 1B and FIG. 2B show a state immediately after the above-described step 3 and step 4 are finished. That is, a groove-shaped ink supply path 38 and an ink supply hole 39 are formed, and the ink is formed in the portion where the common electrode 32 portion located on the left side of the ink supply passage 38 and the right individual wiring electrode 34 are disposed. The partition wall 40-2 for partitioning each heat generating resistor 35 and the heat generating resistor 35 in a shape lower by 1/3 than the above is formed. A flow path side partition wall 40-1 separated from the flow path is continuously provided.
[0028]
FIG. 3 is an enlarged perspective view for easy understanding of the state immediately after the process 3 and the process 4 shown in FIGS. 1 (b) and 2 (b) are completed. As shown in FIG. 2 (b) and FIG. 3, the partition walls 40-2 extending and stacked between the heating resistors 35 are comb-shaped if the flow path side partition 40-1 is a comb body. The tip of the comb tooth is in contact with and integrated with the seal partition 40.
[0029]
As a result, comb teeth are used as partition walls, and minute sections (small bunches) 41 in which the heating resistors 35 are located between the teeth are formed by the number of the heating resistors 35. The seal partition 40 also serves as one side of the partition that forms the tubule 41.
[0030]
Thereafter, as step 5, an orifice plate of a film made of polyimide having a thickness of 10 to 30 μm is coated with a thermoplastic polyimide as an adhesive on one side thereof to an extremely thin thickness of, for example, 2 to 5 μm. The orifice plate is stuck to the uppermost layer and pressed while heating at 390 to 300 ° C. to fix the orifice plate. Subsequently, a metal film having a thickness of about 0.5 to 1 μm such as Ni, Cu or Al is formed.
[0031]
Further, as a step 6, the metal film on the orifice plate is patterned to form a mask for selectively etching the polyimide, and then the orifice plate is 40 μmφ according to the above metal film mask by dry etching such as ECR. A large number of nozzle holes (orifices) are formed at once by making holes of ~ 39 μmφ. The hole formation may be performed using an excimer laser or the like.
[0032]
FIG. 1C and FIG. 2C show a state immediately after the above-described step 5 and step 6 are finished. That is, the orifice plate 43 covers the entire area except the portions of the power supply terminals 33 and 37, and the tuft 41 formed by the seal partition 40, the partition partition 40-2, and the flow path side 40-1 also covers the top. Thus, a fine individual cell having a height corresponding to a thickness (height) of 10 μm of the seal partition 40 is formed, and the flow path side partition 40-1 and the partition partition 40-2 are formed from the top to the bottom of the partition orifice. The end portion on the side of the plate 43 is disposed in a removed shape, and the removed portion forms the opening of the small chamber 41.
[0033]
An ink flow path 42 having a height of 10 μm is formed to communicate the opening of the tubule 41 with the ink supply path 38. Further, an ink discharge nozzle (orifice) 44 is formed on the orifice plate 43 by dry etching at a portion corresponding to the heating resistor 35.
[0034]
As a result, a large number of monocolor heads 45 having 128 or 256 ink ejection nozzles 44 in one row are completed on the silicon wafer.
The dry etching mask uses a metal film such as Ni, Cu, or Al, so that the selectivity of the resin to the metal film is approximately 100. Therefore, it is sufficient to form a mask with a metal film of 1 μm or less for etching a 39-40 μm polyimide film.
[0035]
Up to this point, the wafer is processed. Finally, as step 7, the silicon wafer is cut using a dicing saw or the like, divided into individual chip substrate units, die-bonded to a mounting substrate, terminal-connected, and an inkjet head in a practical unit. Is completed.
[0036]
As described above, the mono-color head 45 including the one row of ink discharge nozzles 44 is a monochrome ink jet head. Normally, in full-color printing, the subtractive three primary colors yellow (Y) and magenta (M) are used. , Cyan (C), and black (Bk) dedicated to the black portion of characters and images are added to require a total of four colors of ink. Therefore, at least four nozzle rows are required. According to the manufacturing method described above, it is possible to form a full color head by continuously connecting four rows of monocolor heads 45 in a monolithic manner, and the positional relationship of each row can be accurately determined by today's semiconductor manufacturing technology. It is possible to arrange.
[0037]
As shown in FIG. 3 above, this inkjet print head has a tuft 41 having an opening above the three sides and surrounded by a continuous partition wall in the horizontal direction. When thermonuclear bubbles are generated by heating 35, the pressure of the bubbles for ink ejection is induced in the vertical direction and concentrated in the direction of the orifice 44. Therefore, the thermal energy generated by bubbles can be used for ink ejection without waste, and energy efficiency is improved.
[0038]
Moreover, since the flow path side partition 40-1 and the partition partition 40-2 which form the tuft 41 are low in height (the height of the partition is 2/3 from the top to the bottom), the aspect ratio t / w becomes small. As a result, there is no loss or collapse during firing and curing, and the yield is improved.
[0039]
Further, since the partition partition 40-2 is reinforced by being supported at both ends in the horizontal direction by the seal partition 40 and the flow channel partition 40-1, the aspect ratio t / w exceeds “1” to some extent. Also, there is no loss or collapse during firing and curing. That is, the width of the partition wall can be narrowed, and the interval between the tubules 41 can be reduced accordingly. As a result, it is possible to create a high-resolution print head by reducing the interval while maintaining the heat generation function of the heat generation resistor 35 at the same level as the current state.
[0040]
In addition, for example, the partition walls partially different in height, such as the above-described partition walls having different heights in the seal partition wall 40, the flow path side partition wall 10-1, and the partition partition wall 40-2, are etched in two stages using different masks. By doing so, it can be easily formed.
[0041]
FIGS. 4 (a) and 4 (b) are diagrams showing another example of the configuration of the tubule 41 having openings on three sides and surrounded by a partition wall that is continuous in the horizontal direction as described above. . FIG. 6A shows an example in which the flow path side partition 47-1 and the partition partition 47-2 are arranged in a shape in which the chip substrate 31 side of the partition from the top to the bottom is removed and the opening 46 is provided below. Is shown. In order to actually form the flow path side partition wall 47-1 and the partition wall partition 47-2 having this shape, the flow path side partition wall 47-1 and the partition wall partition 47-2 are formed on the back surface of the orifice plate 43 which is not shown in the drawing. The orifice plate 43 is aligned and laminated on the substrate.
[0042]
FIG. 2B shows an example in which the flow path side partition and the partition partition are arranged in a shape in which the middle of the partition from the top to the bottom is removed, and the opening 48 is provided at the center. As a result, in the production of the flow path side partition walls 49-1, 50-1 and the partition partition walls 49-2, 50-2 which are arranged separately in the vertical direction as shown in FIG. The partition wall 49-2 is disposed on the orifice plate side, and the lower flow path side partition wall 50-1 and the partition wall 50-2 are disposed on the substrate 31 side.
[0043]
5 (a), (b), and (c) are diagrams showing an example of the configuration of the tubule 41 that has an opening in the flow path side partition wall and is surrounded by a partition wall that is continuous in the horizontal direction as a whole. is there. As shown in (a), (b), and (c) of the figure, the partition walls 51-2 have a common shape and are arranged in a continuous shape from top to bottom. In FIG. 9A, the flow path side partition wall 51-1 is removed from the upper end portion to form the upper opening 52, and in FIG. 5B, the flow path side partition wall 51-1 ′ is removed from the lower end portion. An opening 53 is formed, and in FIG. 5C, the flow path side partition wall 51-1 ″ is removed from the intermediate portion to form an intermediate opening 54.
[0044]
This configuration is also surrounded by a continuous partition wall in the horizontal direction. Therefore, when a thermonuclear bubble is generated by heating the heating resistor 35, the pressure of the bubble for ink ejection is induced in the vertical direction to the direction of the orifice 44. Energy efficiency can be improved by concentrating and using the thermal energy generated by generating bubbles without waste.
[0045]
FIG. 6 (a) is a plan view showing only one tubule 41, FIG. 6 (b) is a side view of the shape that can be adopted by the above-mentioned flow path side partition and the partition wall, and FIG. The side view of the shape that can be taken, FIG. 4 (d) is a side view of the shape that is inappropriate for both the flow path side partition wall and the partition partition wall. Here, the position of the partition wall of the tubule 41 shown in FIG. 6 (a) is changed to the flow path side partition wall 40-1 (or 47-1, 49-1, 50-1, 51-1, 51-1 ', 51-). 1 ″) is a position A, and a partition wall 40-2 (or 47-2, 49-2, 50-2, 51-2) is a position B.
[0046]
FIGS. 7A, 7B, and 7C are diagrams showing combinations of partition wall shapes that can be taken by the position A of the flow path side partition wall portion and the position B of the partition partition wall portion by broken lines. This will be described below. An opening is required at the position A on the flow channel side of the tubule 41 shown in FIG. 6 (a). If there is no opening here, there is a risk of crosstalk in which the discharge state is affected between adjacent tubules.
[0047]
Therefore, the position k cannot take the shape k4 shown in FIG. 6 (c), but can take any of the shapes k1, k2, or k3 shown in FIG. 6 (b). FIGS. 7 (a), (b) and (c) show this.
[0048]
Further, since the position B may or may not have an opening, the shape k4 shown in FIG. 6 (c) can be adopted in addition to the shape k1, k2 or k3 shown in FIG. 6 (b). is there. Similarly to the above, FIGS. 7A, 7B, and 7C show this.
[0049]
The shape k5 shown in FIG. 6 (d) is such that the partition wall surrounding the small tubule 41 is not continuous in the horizontal direction at either position A or position B, that is, from the adjacent partition wall at either position A or position B. It becomes a separated shape. Since this shape stands alone on the substrate before the orifice plate is installed, even if the partition aspect ratio t / w is somewhat small, the partition is missing during the firing and curing process. It cannot be used because it will collapse. In FIG. 7 (a), (b), (c), the fact that the broken line is not connected to the shape k5 indicates this.
[0050]
As can be seen from the broken line combination diagram of FIG. 7, the shapes which can be taken by the flow path side partition and the partition partition are the positions A and B shown in FIG. 4 (a) when the positions A and B shown in FIG. When both of the shapes are k2 and the positions A and B shown in FIG. 4B are both the shapes k3, the positions A shown in FIGS. 5A, 5B, and 5C are the shapes k1, k2, or k3. The position B is not limited to the shape k4. A configuration in which different shapes among the shapes k1, k2, or k3 are combined at the position A and the position B may be used.
[0051]
The wall on the orifice side of the partition wall k2 or k3 can be formed integrally with the orifice plate.
[0052]
【The invention's effect】
As described above in detail, according to the present invention, the pressurizing chamber (small chamber) is formed by being surrounded by a partition wall having a part of an opening and continuous in the horizontal direction. ) Can be concentrated in the vertical direction where the nozzles are located while maintaining a smooth supply of ink to the nozzles. This allows energy to be used for ink ejection without waste, improving energy efficiency. To do.
[0053]
In addition, since the partition wall surrounding the pressurizing chamber does not have an isolated part in the horizontal direction and each part supports each other, the baking / curing process is performed even when the aspect ratio t / w exceeds “1”. Therefore, the gap between the pressurizing chambers can be made narrower and the pressurizing chambers can be made closer to each other. The print head can be manufactured accurately and easily.
[Brief description of the drawings]
FIGS. 1A, 1B, and 1C are a schematic plan view and a cross-sectional view schematically showing a method of manufacturing a thermal ink jet head in a first embodiment in order of steps.
[Fig. 2] (a), (b), and (c) are enlarged views of the top view of Fig. 1 (a), (b), and (c), and the middle row is an AA 'cross-sectional arrow of the upper row. The lower view is a view taken along the line B-B 'of the upper view.
FIG. 3 is an enlarged perspective view for easy understanding showing a state immediately after manufacturing steps 3 and 4 are completed.
FIGS. 4A and 4B are diagrams showing another example of a configuration of a tubule having openings on three sides and surrounded by a partition wall that is continuous in the horizontal direction.
5 (a), (b), and (c) are diagrams showing an example of a configuration of a tubule having an opening in a flow channel side partition wall and surrounded by a partition wall that is continuous in the horizontal direction as a whole. .
6A is a plan view showing only one tubule, FIG. 6B is a side view of a shape that can be taken by a flow path side partition and a partition wall, and FIG. 6C is a side view of a shape that can be further taken by a partition wall. (D) is a side view of a shape inappropriate for both the flow path side partition and the partition partition.
7 (a), (b), and (c) are combined connection diagrams showing combinations of shapes that can be taken by a flow path side partition and a partition partition.
FIGS. 8A, 8B, and 8C are diagrams showing a configuration in which ink is ejected in a direction parallel to the heat generation surface of the heat generating portion, and FIGS. It is a figure which shows the structure which discharges an ink in the direction perpendicular | vertical to a heat generating surface.
9A is a side sectional view showing a schematic configuration of a conventional roof shooter type thermal ink jet head, FIG. 9B is a sectional view taken along the line AA ′ in FIG. 9A, and FIG. It is a reduction | restoration top view which removes and shows.
FIG. 10 is an enlarged perspective view of the conventional roof shooter type thermal ink-jet head, with the orifice plate cut away so as to clearly show the internal structure to be devised by the present invention.
[Explanation of symbols]
1 Silicon substrate
2 Heating part (heating element)
3 Orifice plate
4 Orifice (ink ejection hole)
5, 5 'ink
6 Membrane bubbles
7 Ink drops
10 Ink ejection head
11 Chip substrate
12 Drive circuit
13 Resistance heating part
14 Individual wiring electrodes
15 Common electrode
16, 17 (17a, 17b) Bulkhead
18 Orifice plate
19 Discharge nozzle (orifice)
21 Kobo
22 Ink flow path
23 Ink supply groove
24 Ink supply hole
31 Chip substrate
32 Common electrode
33 Common electrode feed terminal
34 Individual wiring electrodes
35 Heating resistor
36 Drive circuit
37 Drive circuit terminal
38 (38a, 38b, 38c, 38d) Ink supply path
39 Ink feed hole
40 Seal bulkhead
40-1 Channel side bulkhead
40-2 Partition wall
41 sections (small tufts)
42 Ink flow path
43 Orifice plate
44 Ink discharge nozzle (orifice)
45 Monocolor print head
46 opening
47-1, 49-1, 50-1, 51-1, 51-1 ', 51-1 "Channel side partition
47-2, 49-2, 50-2, 51-2 Partition wall
A, B Bulkhead position
k1, k2, k3, k4, k5 Bulkhead shape

Claims (4)

基板上の所定位置に配設されたインクを吐出するための熱エネルギーを発生する複数の発熱素子と、縦断面が矩形を呈し、該複数の発熱素子を個々にその水平方向全周囲に亙って連続して囲繞すると共に少なくとも1箇所に開口を備え、各発熱素子により気泡を発生させてインクに圧力を加える加圧室を夫々区画形成する隔壁と、該隔壁を介し前記基板に対向させて設けられ前記発熱素子に対応する位置にインク吐出ノズルを穿設されたオリフィス板と、前記加圧室の夫々に前記開口を通じて連通され該加圧室に供給すべきインクを給送する共通流路とを有し、前記隔壁は前記発熱素子を矩形状に囲繞し、前記開口は前記隔壁の前記共通流路とは反対側の一辺を除く3辺に亙って、その縁端面が平坦且つ水平方向の同一面となるように設けられていることを特徴とするインクジェットプリントヘッド。A plurality of heating elements that generate thermal energy for ejecting ink disposed at predetermined positions on the substrate, and a longitudinal section of the heating element are rectangular, and the plurality of heating elements are individually spread all around the horizontal direction. A partition wall that continuously surrounds and has an opening in at least one place, and generates a bubble by each heating element to apply pressure to the ink, respectively, and a wall facing the substrate through the partition wall An orifice plate provided with an ink discharge nozzle provided at a position corresponding to the heat generating element, and a common flow path that communicates with each of the pressurizing chambers through the opening and supplies ink to be supplied to the pressurizing chambers The partition surrounds the heat generating element in a rectangular shape, and the opening extends over three sides excluding one side of the partition opposite to the common flow path, and the edge surface is flat and horizontal. et disposed such that the direction of the same surface And inkjet printhead, characterized in that are. 前記開口は、前記隔壁における前記オリフィス板側の端部を除去して形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プリントヘッド。  2. The ink jet print head according to claim 1, wherein the opening is formed by removing an end of the partition wall on the orifice plate side. 前記開口は、前記隔壁における前記基板側の端部を除去して形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プリントヘッド。  The ink jet print head according to claim 1, wherein the opening is formed by removing an end of the partition wall on the substrate side. 前記隔壁の前記開口が設けられている部分は、前記オリフィス板に設置されていることを特徴とする請求項3記載のインクジェットプリントヘッド。  4. The ink jet print head according to claim 3, wherein a portion of the partition where the opening is provided is installed on the orifice plate.
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