JPH02158344A - Liquid jet recording head - Google Patents
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- B41J2/01—Ink jet
- B41J2/135—Nozzles
- B41J2/16—Production of nozzles
- B41J2/1621—Manufacturing processes
- B41J2/1626—Manufacturing processes etching
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B41—PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
- B41J—TYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
- B41J2/00—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed
- B41J2/005—Typewriters 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
- B41J2/01—Ink jet
- B41J2/135—Nozzles
- B41J2/16—Production of nozzles
- B41J2/1621—Manufacturing processes
- B41J2/164—Manufacturing processes thin film formation
- B41J2/1642—Manufacturing processes thin film formation thin film formation by CVD [chemical vapor deposition]
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Particle Formation And Scattering Control In Inkjet Printers (AREA)
Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
夜帆分災
本発明は、液体噴射記録ヘッドに関し、より詳細には、
サーマルインクジェットプリンターの記録ヘッドの発熱
体基板に関する。[Detailed Description of the Invention] The present invention relates to a liquid jet recording head, and more specifically,
The present invention relates to a heating element substrate for a recording head of a thermal inkjet printer.
従来技術
ノンインパクト記録法は、記録時における騒音の発生が
無視し得る程度に極めて小さいという点において、最近
関心を集めている。その中で、高速記録が可能であり、
而も所謂普通紙に特別の定着処理を必要とせずに記録の
行える所謂インクジェット記録法は極めて有力な記録法
であって、これまでにも様々な方式が提案され、改良が
加えられて商品化されたものもあれば、現在もなお実用
化への努力が続けられているものもある。Conventional non-impact recording methods have recently attracted attention because the noise generated during recording is so small that it can be ignored. Among them, high-speed recording is possible,
However, the so-called inkjet recording method, which allows recording on plain paper without the need for special fixing treatment, is an extremely powerful recording method, and various methods have been proposed, improved, and commercialized. Some have been developed, and efforts are still being made to put them into practical use.
この様なインクジェット記録法は、所謂インクと称され
る記録液体の小滴(droplet)を飛翔させ、記録
部材に付着させて記録を行うものであって、この記録液
体の小滴の発生法及び発生された記録液小滴の飛翔方向
を制御する為の制御方法によって幾つかの方式に大別さ
れる。In this type of inkjet recording method, recording is performed by causing droplets of a recording liquid called ink to fly and adhere to a recording member. There are several types of methods depending on the control method used to control the flight direction of the generated recording liquid droplets.
先ず第1の方式は、例えば米国特許第3060429号
明細書に開示されているもの(TClc type方式
)であって、記録液体の小滴の発生を静電吸引的に行い
、発生した記録液体小滴を記録信号に応じて電界制御し
、記録部材」二に記録液体小滴を選択的に付着させて記
録を行うものである。First, the first method is the one (TClc type method) disclosed in, for example, U.S. Pat. Recording is performed by controlling the droplets with an electric field in accordance with a recording signal to selectively attach recording liquid droplets to a recording member.
これに就いて、更に詳述すれば、ノズルと加速電極間に
電界を掛けて、−様に帯電した記録液体の小滴をノズル
より吐出させ、該吐出した記録液体の小滴を記録信号に
応じて電気制御可能な様に構成されたxy偏向電極間を
飛翔させ、電界の強度変化によって選択的に小滴を記録
部材上に付着させて記録を行うものである。To explain this in more detail, an electric field is applied between the nozzle and the accelerating electrode to eject a negatively charged recording liquid droplet from the nozzle, and the ejected recording liquid droplet is converted into a recording signal. Accordingly, the droplet is caused to fly between x and y deflection electrodes configured to be electrically controllable, and the droplet is selectively deposited on the recording member by changing the intensity of the electric field to perform recording.
第2の方式は、例えば米国特許第3596275号明細
書、米国特許第3298030号明細書等に開示されて
いる方式(Sweet方式)であって、連続振動発生法
によって帯電量の制御された記録液体の小滴を発生させ
、この発生された帯電量の制御された小滴を、−様の電
界が掛けられている偏向電極間を飛翔させることで、記
録部材上に記録を行うものである。The second method is a method (Sweet method) disclosed in, for example, U.S. Pat. No. 3,596,275, U.S. Pat. Recording is performed on a recording member by generating droplets with a controlled amount of charge and flying the generated droplets between deflection electrodes to which a negative electric field is applied.
具体的には、ピエゾ振動素子の付設されている記録ヘッ
ドを構成する一部であるノズルのオリフィス(吐出口)
の前に記録信号が印加されている様に構成した帯電電極
を所定距離だけ離して配置し、前記ピエゾ振動素子に一
定周波数の電気信号を印加することでピエゾ振動素子を
機械的に振動させ、前記吐出口より記録液体の小滴を吐
出させる。この時前記帯電電極によって吐出する記録液
体小滴には電荷が静電誘導され、小滴は記録信号に応じ
た電荷量で帯電される。帯電量の制御された記録液体の
小滴は、一定の電界が一様に掛けられている偏向電極間
を飛翔する時、付加された帯電量に応じて偏向を受け、
記録信号を担う小滴のみが記録部材上に付着し得る様に
されている。Specifically, the orifice (discharge port) of a nozzle, which is a part of the recording head to which the piezo vibrating element is attached.
A charged electrode configured to have a recording signal applied thereto is arranged at a predetermined distance in front of the piezo vibrating element, and an electric signal of a constant frequency is applied to the piezo vibrating element to mechanically vibrate the piezo vibrating element, A small droplet of recording liquid is ejected from the ejection port. At this time, charges are electrostatically induced in the recording liquid droplet discharged by the charging electrode, and the droplet is charged with an amount of charge corresponding to the recording signal. When a droplet of recording liquid with a controlled amount of charge flies between deflection electrodes to which a constant electric field is uniformly applied, it is deflected according to the amount of charge applied.
Only the droplets carrying the recording signal are allowed to deposit on the recording member.
第3の方式は1例えば米国特許第3416153号明細
書に開示されている方式(Hertz方式)であって、
ノズルとリング状の帯電電極間に電界を掛け、連続振動
発生法によって、記録液体の小滴を発生霧化させて記録
する方式である。即ちこの方式ではノズルと帯電電極間
に掛ける電界強度を記録信号に応じて変調することによ
って小滴の霧化状態を制御し、記録画像の階調性を出し
て記録する。The third method is the method (Hertz method) disclosed in, for example, US Pat. No. 3,416,153,
In this method, an electric field is applied between a nozzle and a ring-shaped charged electrode, and small droplets of recording liquid are generated and atomized using a continuous vibration generation method to perform recording. That is, in this method, the atomization state of droplets is controlled by modulating the electric field intensity applied between the nozzle and the charging electrode in accordance with the recording signal, and the gradation of the recorded image is produced.
第4の方式は、例えば米国特許第3747120号明細
書に開示されている方式(StBmme方式)で、この
方式は前記3つの方式とは根本的に原理が異なるもので
ある。The fourth method is, for example, the method disclosed in US Pat. No. 3,747,120 (StBmme method), and this method is fundamentally different in principle from the above three methods.
即ち、前記3つの方式は、何れもノズルより吐出された
記録液体の小滴を、飛翔している途中で電気的に制御し
、記録信号を担った小滴を選択的に記録部材上に付着さ
せて記録を行うのに対して、このStemme方式は、
記録信号に応じて吐出口より記録液体の小滴を吐出飛翔
させて記録するものである。That is, in all three methods, the droplets of recording liquid ejected from the nozzle are electrically controlled while they are in flight, and the droplets carrying the recording signal are selectively attached to the recording member. In contrast, this Stemme method
Recording is performed by ejecting small droplets of recording liquid from an ejection port in response to a recording signal.
一
つまり+ Stemme方式は、記録液体を吐出する吐
出口を有する記録ヘッドに付設されているピエゾ振動素
子に、電気的な記録信号を印加し、この電気的記録信号
をピエゾ振動素子の機械的振動に変え、該機械的振動に
従って前記吐出口より記録液体の小滴を吐出飛翔させて
記録部材に付着させることで記録を行うものである。In other words, the + Stemme method applies an electrical recording signal to a piezo vibrating element attached to a recording head that has an ejection port for discharging recording liquid, and converts this electrical recording signal into mechanical vibration of the piezo vibrating element. Instead, recording is performed by ejecting small droplets of recording liquid from the ejection port according to the mechanical vibrations and adhering them to the recording member.
これ等、従来の4つの方式は各々に特長を有するもので
あるが、又、他方において解決され得る可き点が存在す
る。These four conventional methods each have their own advantages, but there are also points that can be solved in the other method.
即ち、前記第1から第3の方式は記録液体の小滴の発生
の直接的エネルギーが電気的エネルギーであり、又、小
滴の偏向制御も電界制御である。That is, in the first to third methods, the direct energy for generating droplets of the recording liquid is electrical energy, and the deflection control of the droplets is also electric field control.
その為、第1の方式は、構成上はシンプルであるが、小
滴の発生に高電圧を要し、又、記録ヘッドのマルチノズ
ル化が困難であるので高速記録には不向きである。Therefore, although the first method is simple in structure, it requires a high voltage to generate droplets, and it is difficult to use a multi-nozzle recording head, making it unsuitable for high-speed recording.
第2の方式は、記録ヘッドのマルチノズル化が可能で高
速記録に向くが、構成上複雑であり、又記録液体小滴の
電気的制御が高度で困難であること、記録部材」二にサ
テライトドツトが生じ易いこと等の問題点がある。The second method allows the recording head to have multiple nozzles and is suitable for high-speed recording, but it has a complicated structure, and the electrical control of the recording liquid droplets is sophisticated and difficult. There are problems such as the tendency to generate dots.
第3の方式は、記録液体小滴を霧化することによって階
調性に優れた画像が記録され得る特長を有するが、他方
霧化状態の制御が困難であること、記録画像にカブリが
生ずること及び記録ヘッドのマルチノズル化が困難で、
高速記録には不向きであること等の諸問題点が存する。The third method has the advantage of being able to record images with excellent gradation by atomizing recording liquid droplets, but on the other hand, it is difficult to control the atomization state and fog occurs in the recorded image. In addition, it is difficult to create a multi-nozzle recording head.
There are various problems such as being unsuitable for high-speed recording.
第4の方式は、第1乃至第3の方式に比べ利点を比較的
多く有する。即ち、構成上シンプルであること、オンデ
マンド(on−demand)で記録液体をノズルの吐
出口より吐出して記録を行う為に、第1乃至第3の方式
の様に吐出飛翔する小滴の中、画像の記録に要さなかっ
た小滴を回収することが不要であること及び第1乃至第
2の方式の様に、導電性の記録液体を使用する必要性が
なく記録液体の物質上の自由度が大であること等の大き
な利点を有する。面乍ら、一方において、記録ヘッドの
加工上に問題があること、所望の共振数を有するピエゾ
振動素子のホ型化が極めて困難であること等の理由から
記録ヘッドのマルチノズル化が難しく、又、ピエゾ振動
素子の機械的振動という機械的エネルギーによって記録
液体小滴の吐出飛翔を行うので高速記録には向かないこ
と、等の欠点を有する。The fourth method has relatively many advantages compared to the first to third methods. In other words, the structure is simple, and since recording is performed by ejecting recording liquid from the ejection opening of the nozzle on-demand, it is possible to reduce the number of small droplets that fly as in the first to third methods. Second, it is not necessary to collect droplets that are not needed to record an image, and unlike the first and second methods, there is no need to use a conductive recording liquid, and the material of the recording liquid is It has great advantages such as a high degree of freedom. However, on the other hand, it is difficult to make the recording head multi-nozzle because there are problems in processing the recording head, and it is extremely difficult to make a piezo vibrating element having a desired resonance number into a E-shape. Furthermore, since the recording liquid droplets are ejected and ejected in flight using the mechanical energy of the mechanical vibration of the piezo vibrating element, it has the disadvantage that it is not suitable for high-speed recording.
更には、特開昭48−9622号公報(前記米国特許第
3747120号明細書に対応)には、変形例として、
前記のピエゾ振動素子等の手段による機械的振動エネル
ギーを利用する代わりに熱エネルギーを利用することが
記載されている。Furthermore, Japanese Patent Application Laid-Open No. 48-9622 (corresponding to the above-mentioned US Pat. No. 3,747,120) discloses, as a modification,
It is described that thermal energy is used instead of using mechanical vibration energy by means such as the piezo vibration element described above.
即ち、上記公報には、圧力上昇を生じさせる蒸気を発生
する為に液体を直接加熱する加熱コイルをピエゾ振動素
子の代りの圧力上昇手段として使用する所謂バブルジェ
ットの液体噴射記録装置が記載されている。That is, the above-mentioned publication describes a so-called bubble jet liquid jet recording device that uses a heating coil that directly heats liquid as a pressure increasing means instead of a piezo vibrating element to generate steam that causes a pressure increase. There is.
しかし、上記公報には、圧力上昇手段としての加熱コイ
ルに通電して液体インクが出入りし得る口が一つしかな
い袋状のインク室(液室)内の液体インクを直接加熱し
て蒸気化することが記載されているに過ぎず、連続繰返
し液吐出を行う場合は、どの様に加熱すれば良いかは、
何等示唆されるところがない。加えて、加熱コイルが設
けられている位置は、液体インクの供給路から遥かに遠
い袋状液室の最深部に設けられているので、ヘッド構造
上複雑であるに加えて、高速での連続繰返し使用には、
不向きとなっている。However, in the above publication, the liquid ink in the bag-shaped ink chamber (liquid chamber), which has only one opening through which liquid ink can go in and out, is directly heated and vaporized by energizing the heating coil as a pressure increasing means. However, when discharging liquid continuously and repeatedly, it is not clear how to heat it.
There is nothing to suggest. In addition, the heating coil is located at the deepest part of the bag-shaped liquid chamber far from the liquid ink supply path, which makes the head structure complicated and requires continuous high-speed printing. For repeated use,
It is not suitable.
しかも、上記公報に記載の技術内容からでは、実用」二
重要である発生する熱で液吐出を行った後に次の液吐出
の準備状態を速やかに形成することは出来ない。Moreover, with the technical content described in the above-mentioned publication, it is not possible to quickly prepare for the next liquid discharge after discharging the liquid using the generated heat, which is of paramount importance in practical use.
このように従来法には、構成上、高速記録化上、記録ヘ
ッドのマルチノズル化上、サテライ1〜Iくットの発生
および記録画像のカブリ発生等の点において一長一短が
あって、その長所を利する用途にしか適用し得ないとい
う制約が存在していた。As described above, the conventional method has advantages and disadvantages in terms of structure, high-speed recording, multi-nozzle recording head, generation of satellite 1 to I cuts, and fogging of recorded images. There was a restriction that it could only be applied to uses that benefit the public.
また、「バブルジェット記録素子」 (柴田誠。Also, "bubble jet recording element" (Makoto Shibata).
浅井朗、昭和62年電気学会全国大会S、7−35〜S
、7−38)にヒーターボードプロセスの説明があり、
シリコンフエハ上に熱酸化膜(SiO2)を形成するこ
とが開示されている。この5in2膜は蓄熱層として働
くものである。特開昭60− 」−59060号公報に
は、発熱抵抗層上に保護層を帯状に連続して形成する技
術の開示がある。特公昭63−26708号公報及び特
開昭60−116454号公報には、電極を有機材料で
保護する技術が開示されている。特開昭55−1322
52号公報には、絶縁層を設けたヘッド構造が開示され
ている。Akira Asai, 1986 National Institute of Electrical Engineers of Japan Conference S, 7-35~S
, 7-38) describes the heater board process.
It is disclosed that a thermal oxide film (SiO2) is formed on a silicon wafer. This 5in2 film functions as a heat storage layer. Japanese Unexamined Patent Application Publication No. 1986-59060 discloses a technique for continuously forming a protective layer in a band shape on a heating resistance layer. Japanese Patent Publication No. 63-26708 and Japanese Patent Application Laid-Open No. 60-116454 disclose techniques for protecting electrodes with organic materials. Japanese Patent Publication No. 55-1322
No. 52 discloses a head structure provided with an insulating layer.
以」二の従来技術は、いずれもサーマルヘッドの発熱体
基板上に形成される各種の層に関するものであり、ある
領域に平面状に形成されるものである。サーマルインク
ジェットでは、周知のように基板上に設けられた発熱素
子に画像情報に応じて通電や発熱がおこり、従って、発
熱体基板には、局部的あるいは基板全体に熱歪みが発生
し、基板の変形あるいは各Jケの熱歪みに起因する剥離
やクラックの発生等の問題点がある。しかしながら、上
記の従来技術には、それらに対する対処方法の記載がな
されていない。又、特公昭63−26708号公報には
、耐熱性を考慮して有機材料保護層が熱発生部にないこ
とが好ましい旨の記載があり、特開昭60−11645
4号公報には、耐熱性の面からと、熱伝導性の面から、
熱発生部に有機材料保護膜がないことが好ましい旨の記
載はあるものの熱歪みの問題についてはふれられていな
い。Both of the above two prior art techniques relate to various layers formed on a heating element substrate of a thermal head, and are formed in a planar shape in a certain area. In thermal inkjet, as is well known, a heating element provided on a substrate is energized and generates heat depending on image information. Therefore, thermal distortion occurs locally or on the entire substrate, causing damage to the substrate. There are problems such as peeling and cracking due to deformation or thermal strain of each J. However, the above-mentioned prior art does not describe how to deal with these problems. Furthermore, Japanese Patent Publication No. 63-26708 states that in consideration of heat resistance, it is preferable that the organic material protective layer not be present in the heat generating part.
Publication No. 4 states that from the aspects of heat resistance and thermal conductivity,
Although it is stated that it is preferable not to have an organic material protective film in the heat generating part, the problem of thermal distortion is not mentioned.
目 的
本発明は、上述のごとき実情に鑑みてなされたもので、
熱に起因する歪みの問題を解決し、発熱体基板(ひいて
はヘッド)の耐久性を向上させるためになされたもので
あり、発熱体基板に保護層パターンに切欠を入れたもの
で、電極を1つずつおりかえしていた従来の方法では達
成できなかった高密度配列(16本/mm以上)に特に
好適で、しかも容易に適用できる液体噴射記録ヘッドを
提供することを目的としてなされたものである。Purpose The present invention was made in view of the above-mentioned circumstances.
This was done to solve the problem of distortion caused by heat and improve the durability of the heating element board (and by extension, the head).The heating element board has a cutout in the protective layer pattern, and the electrode is This was done with the purpose of providing a liquid jet recording head that is particularly suitable for high-density arrays (16 lines/mm or more), which could not be achieved with the conventional method of repositioning the liquids one by one, and which can be easily applied.
構 戊
本発明は、」二記目的を達成するために、導入される記
録液体を収容するとともに、熱によって該記録液体に気
泡を発生させ、該気泡の体積増加にともなう作用力を発
生させる熱エネルギー作用部を付設した流路と、該流路
に連絡して前記記録液体を前記作用力によって液滴とし
て吐出させるためのオリフィスと、前記流路に連絡して
前記流路に市記紀録液体を導入するための液室と、該液
室に1前記記録液体を導入する導入手段とよりなる液体
噴射記録ヘッドにおいて、1枚の基板上に複数個の熱エ
ネルギー作用部を有し、該基板は、前記熱エネルギー作
用部の複数個にわたる領域に形成された蓄熱層を有し、
該蓄熱層は、熱による歪みを緩和するための逃がし構造
を有すること、或いは、前記液体噴射記録ヘッドにおい
て、1枚の基板上に複数個の熱エネルキー作用部を有し
、該基板は、前記熱エネルギー作用部の複数個にわたる
領域に形成された発熱体保護層を有し、該発熱体保FJ
R4は、熱による歪みを緩和するための逃がし構造を
有すること、或いは、前記液体噴射記録ヘラ1−におい
て、1枚の基板」−に複数個の熱エネルギー作用部及び
該複数個の熱エネルギー作用部に対応し、それらに接続
される複数の電極を有し、】4
該基板は、前記電極の複数個にわたる領域に形成された
電極保護層を有し、該電極保護層は、熱:、7よる歪み
を緩和するための逃がし構造を有すること、或いは、前
記液体噴射記録/\フットおいで1枚の基板上に複数個
の熱エネルギー作用部及び該複数個の熱エネルギー作用
部に対応し、それらに接続される複数の電極を有し、該
基板は、1);1記熱工ネルギー作用部および/もしく
は、前記電極の複数個にわたる領域に形成された絶縁層
を有し2、該絶縁層には熱による歪みを緩和するだめの
逃がし構造を有することを特徴としたものである。In order to achieve the second object, the present invention contains a recording liquid that is introduced, generates bubbles in the recording liquid by heat, and generates an action force as the volume of the bubbles increases. a flow path provided with an energy acting portion; an orifice connected to the flow path for causing the recording liquid to be ejected as droplets by the acting force; A liquid jet recording head comprising a liquid chamber for introducing the recording liquid and an introduction means for introducing the recording liquid into the liquid chamber, has a plurality of thermal energy acting parts on one substrate, has a heat storage layer formed in a plurality of regions of the thermal energy acting part,
The heat storage layer may have a relief structure for alleviating distortion due to heat, or the liquid jet recording head may have a plurality of thermal energy acting portions on one substrate, and the substrate may A heat generating element protective layer is formed in a plurality of areas of the thermal energy acting part, and the heat generating element protection layer is
R4 has a relief structure for alleviating distortion caused by heat, or, in the liquid jet recording spatula 1-, a plurality of thermal energy acting parts and a plurality of thermal energy acting parts on one substrate. [4] The substrate has an electrode protective layer formed in a region covering the plurality of electrodes, and the electrode protective layer has a plurality of electrodes connected to the electrodes. 7, or corresponds to a plurality of thermal energy application parts on one substrate and the plurality of thermal energy application parts at the liquid jet recording/\foot, The substrate has a plurality of electrodes connected thereto, and the substrate includes: 1) an insulating layer formed in a region covering a thermal energy acting portion and/or a plurality of the electrodes; The layer is characterized by having a relief structure that alleviates distortion caused by heat.
最初に、第2図に基づいてバブルジェットによるインク
噴射の原理について説明する。図中、21は蓋基板、2
2は発熱体基板、27は選択(独立)電極、28は共通
電極、29は発熱体、30はインク、31は気泡、32
は飛翔インク滴である。First, the principle of ink ejection using a bubble jet will be explained based on FIG. In the figure, 21 is a lid substrate, 2
2 is a heating element substrate, 27 is a selective (independent) electrode, 28 is a common electrode, 29 is a heating element, 30 is ink, 31 is a bubble, 32
is a flying ink droplet.
(a)は定常状態であり、オリフィス面でインク30の
表面張力と外圧とが平衡状態にある。(a) is a steady state, in which the surface tension of the ink 30 and the external pressure are in equilibrium on the orifice surface.
(b)はヒータ29が加熱されて、ヒータ29の表面温
度が急上昇し隣接インク層に沸騰現像が起きるまで加熱
され、微小気泡31が点在している状態にある。In (b), the heater 29 is heated until the surface temperature of the heater 29 rises rapidly and boiling development occurs in the adjacent ink layer, and microbubbles 31 are scattered.
((2)はヒータ29の全面で急激に加熱された隣接イ
ンク層が瞬時に気化し、沸騰膜を作り、この気泡31が
生長した状態である。この時、ノズル内の圧力は、気泡
の生長した分だけ上昇し、オリフィス面での外圧とのバ
ランスがくずれ、オリフィスよりインク柱が生長し始め
る。((2) is a state in which the adjacent ink layer that is rapidly heated on the entire surface of the heater 29 instantly vaporizes, forming a boiling film, and the bubbles 31 grow. At this time, the pressure inside the nozzle is It rises by the amount of growth, and the balance with the external pressure on the orifice surface is lost, and the ink column begins to grow from the orifice.
(、、I)は気泡が最大に生長した状態であり、オリフ
ィス面より気泡の体積に相当する分のインク30が押し
出される。この時、ヒータ29には電流が流れていない
状態にあり、ヒータ2.9の表面温度は降下しつつある
。気泡31の体積の最大値は電気パルス印加のタイミン
グからややおくれる。(,,I) is a state in which the bubble has grown to its maximum, and ink 30 corresponding to the volume of the bubble is pushed out from the orifice surface. At this time, no current is flowing through heater 29, and the surface temperature of heater 2.9 is decreasing. The maximum value of the volume of the bubble 31 is slightly delayed from the timing of electric pulse application.
(e)は気泡31がインクなどにより冷却されて収縮を
開始し始めた状態を示す。インク柱の先端部では押し出
された速度を保ちつつ前進し、後端部では気泡の収縮に
伴ってノズル内圧の減少によりオリフィス面からノズル
内へインクが逆流してインク柱にくびれが生じている。(e) shows a state in which the bubbles 31 are cooled by ink or the like and begin to contract. At the tip of the ink column, it moves forward while maintaining the extruded speed, and at the rear end, the ink flows backward from the orifice surface into the nozzle due to the decrease in nozzle internal pressure as the bubbles contract, creating a constriction in the ink column. .
(f)はさらに気泡31が収縮し、ヒータ面にインクが
接しヒータ面がさらに急激に冷却される状態にある。オ
リフィス面では、外圧がノズル内圧より高い状態になる
ためメニスカスが大きくノズル内に入り込んで来ている
。インク柱の先端部は液滴になり記録紙の方向へ5〜1
0m/secの速度で飛翔している。In (f), the air bubbles 31 are further contracted, the ink comes into contact with the heater surface, and the heater surface is cooled even more rapidly. At the orifice surface, the external pressure is higher than the nozzle internal pressure, so the meniscus is largely moving into the nozzle. The tip of the ink column becomes a droplet and drops 5 to 1 droplets toward the recording paper.
It is flying at a speed of 0m/sec.
(g)はオリフィスにインクが毛細管現象により再び供
給(リフィル)されて(a)の状態にもどる過程で、気
泡は完全に消滅している。In (g), the air bubbles have completely disappeared in the process of refilling the orifice with ink by capillary action and returning to the state of (a).
第3図は記録ヘッド斜視図、第4図は記録ヘッドを構成
する蓋基板(a)と発熱体基板(b)の分解斜視図、第
5図は蓋基板を裏側から見た斜視図で、図中、23は記
録液体流入口、24はオリフィス、25は流路、26は
液室を形成するための領域である。FIG. 3 is a perspective view of the recording head, FIG. 4 is an exploded perspective view of the lid substrate (a) and heating element substrate (b) that constitute the recording head, and FIG. 5 is a perspective view of the lid substrate seen from the back side. In the figure, 23 is a recording liquid inlet, 24 is an orifice, 25 is a flow path, and 26 is a region for forming a liquid chamber.
次に、第6図により従来の発熱体基板の製造方法を説明
する。なお、第7図には発熱部の断面図が示されている
。(a)シリコンウェハを熱的に酸化させ表面にSiC
2(蓄熱#)10を形成させた基板22上に、(b)H
fB2抵抗体、AIをM)Wし、フォトリソグラフィー
技術により発熱体29および電極27.28を形成する
。(c)次に、絶縁層、耐キヤビテーシヨン層として、
S]02、TaをAI電極のワイヤーポンディング部を
除いた部分に順次積層し、その後、Taのみをフォトリ
ソグラフィー技術により発熱体周辺に帯状にパターニン
グする。そして、Taの被覆されていない5102M上
にレジン層(保護層)1]をパターニングして発熱体基
板が完成する。Next, a conventional method of manufacturing a heat generating substrate will be explained with reference to FIG. Note that FIG. 7 shows a cross-sectional view of the heat generating section. (a) Thermal oxidation of a silicon wafer and SiC on the surface
(b) H
The fB2 resistor and AI are subjected to M)W, and a heating element 29 and electrodes 27 and 28 are formed by photolithography. (c) Next, as an insulating layer and an anti-cavitation layer,
S]02, Ta is sequentially laminated on the portion of the AI electrode excluding the wire bonding portion, and then only Ta is patterned in a band shape around the heating element by photolithography. Then, a resin layer (protective layer) 1] is patterned on the 5102M which is not coated with Ta to complete the heating element substrate.
このレジン層け11は、インクと電極との隔離性を高め
ることが目的であり、発熱体部には積層されない。The purpose of this resin layer 11 is to improve the isolation between the ink and the electrodes, and is not laminated on the heating element portion.
以上の説明は、従来例であって、たとえば、基板材料と
して、サーマルヘッド等の技術でよく利用されるグレー
ズ層付アルミナ基板を利用することも可能である。シリ
コン基板上のSiC2膜、アルミナ基板上のグレーズ層
(組成はカラスと同じ)はともに、蓄熱層として働く。The above description is a conventional example, and for example, it is also possible to use an alumina substrate with a glaze layer, which is often used in technologies such as thermal heads, as the substrate material. Both the SiC2 film on the silicon substrate and the glaze layer (composition is the same as the glass) on the alumina substrate function as a heat storage layer.
なお、5in2膜は熱酸化以外に、CVDによって形成
したり、あるいはスパッタリング等の手法によっても形
成される。本発明では、この蓄熱層が熱による歪みをう
けて、変形、基板からの剥離、あるいはクラック発生等
により、記録ヘッドの耐久性が低いという従来の問題点
に鑑みなされたものである。通常は、第6図(、)に示
したように、蓄熱層は、基板上全面に形成される。とこ
ろが、このような構成にすると、発熱体で発生した熱に
より局部的にあるいは発熱体基板全体が熱をもってきて
、基板と蓄熱層との熱膨張率の違いにより、前述のよう
に熱歪みが発生して不具合が生ずる。In addition to thermal oxidation, the 5in2 film can also be formed by CVD, sputtering, or other methods. The present invention has been developed in view of the conventional problem that the heat storage layer is subjected to thermal distortion, resulting in deformation, peeling from the substrate, or cracking, resulting in low durability of the recording head. Usually, as shown in FIG. 6(,), the heat storage layer is formed on the entire surface of the substrate. However, with such a configuration, the heat generated by the heating element brings heat locally or to the entire heating element substrate, and due to the difference in thermal expansion coefficient between the substrate and the heat storage layer, thermal distortion occurs as described above. Occurs and causes problems.
以下、本発明の実施例に基づいて説明する。Hereinafter, the present invention will be explained based on examples.
第1図は、本発明による記録ヘッドの一実施例の製造工
程を説明するための図で、蓄熱層に少なくとも1カ所熱
歪みを緩和するための逃がし構造として、スリット状抜
きパターン(丸でもよい)あるいは、端部に切り欠き状
の抜きパターンを設けるようにしたものである。(、)
はSi基板を示す図、(d)は(a)のA−A断面図、
(b)はSi基板上に蓄熱Jff (S ]、 02
) 10を形成した図、(e)は(b)のB−B断面図
、(c)は蓄熱層に逃がし構造としてのパターンを形成
した図、(f)は(c)のC−C断面図である。なお、
第1図(、’)のようにパターンを形成する方法は、フ
ォ1〜リソ技術及びエツチング技術により形成されるが
、ここではその方法の説明は省略する。又、第1図では
、スリノI〜状パターン、切り欠き状パターンともにド
の」、(板(S])までfli通してJ′9す、そのパ
ターン部ではSiが露出している構造を示しているが、
これは、後の工程でS」が露出していると都合が悪い場
合には、5102をエツチングする際、途中でやめて、
第8図に示すようなパターンの段差とすればよい。ある
いは、第9図のように、い−〕たんドまでエツチングし
た後、さらに薄<Si○、を形成してもよい(以−Lは
請求項1に対応)。FIG. 1 is a diagram for explaining the manufacturing process of an embodiment of the recording head according to the present invention, in which a slit-shaped punching pattern (or a round pattern is also available) is used as a relief structure for alleviating thermal strain in at least one place in the heat storage layer. ) Alternatively, a cutout pattern is provided at the end. (,)
is a diagram showing a Si substrate, (d) is a sectional view taken along line A-A in (a),
(b) shows the heat storage Jff (S ) on the Si substrate, 02
) 10 is formed, (e) is a BB sectional view of (b), (c) is a diagram where a pattern as a relief structure is formed in the heat storage layer, (f) is a C-C sectional view of (c) It is a diagram. In addition,
The pattern shown in FIG. 1(,') is formed by photolithography and etching techniques, but the explanation of the method will be omitted here. In addition, in Fig. 1, both the Surino I~-shaped pattern and the cutout-shaped pattern are passed through to J'9 (plate (S)), and Si is exposed in the pattern part. Although,
If it is inconvenient for S'' to be exposed in a later process, you can stop this process midway through etching 5102.
It is sufficient to form a step pattern as shown in FIG. 8. Alternatively, as shown in FIG. 9, after etching up to I-], a thinner layer <Si◯ may be formed (hereinafter, L corresponds to claim 1).
次に5発熱抵抗体について説明する。Next, the 5 heating resistor will be explained.
発熱抵抗体を構成する材料として有用なものには、たと
えは、タンタル−Sユ02の混合物、窒化タンタル、ニ
クロム、銀−パラジウム合金、シリコン半導体、あるい
はハフニウム、ランタン。Useful materials for forming the heating resistor include, for example, tantalum-SO2 mixtures, tantalum nitride, nichrome, silver-palladium alloys, silicon semiconductors, or hafnium and lanthanum.
ジルコニウム、チタン、タンタル、タングステン。Zirconium, titanium, tantalum, tungsten.
モリブデン、ニオブ、クロム、バナジウム等の金属の硼
化物があげられる。Examples include borides of metals such as molybdenum, niobium, chromium, and vanadium.
これらの発熱抵抗体を構成する材料の中、殊に金属硼化
物が優れたものとしてあげられることができ、その中で
も最も特性の優れているのが、硼化ハフニウムであり、
次いで、硼化ジルコニウム、硼化ランタン、硼化タンタ
ル、硼化バナジウム。Among the materials constituting these heating resistors, metal borides are particularly excellent, and among these, hafnium boride has the best properties.
Next, zirconium boride, lanthanum boride, tantalum boride, and vanadium boride.
硼化ニオブの順となっている。Niobium boride follows in this order.
発熱抵抗体は、上記の材料を用いて、電子ビーム蒸着や
スパッタリング等の手法を用いて形成することができる
。発熱抵抗体の膜厚は、単位時間当りの発熱量が所望通
りとなるように、その面積。The heating resistor can be formed using the above-mentioned materials by techniques such as electron beam evaporation and sputtering. The film thickness of the heating resistor is determined by its area so that the amount of heat generated per unit time is as desired.
材質及び熱作用部分の形状及び大きさ、更には実際面で
の消費電力等に従って決定されるものであるが、通常の
場合、0.001〜5μm、好適には0.01〜1μm
とされる。It is determined according to the material, the shape and size of the heat-acting part, and the actual power consumption, etc., but it is usually 0.001 to 5 μm, preferably 0.01 to 1 μm.
It is said that
次に本発明の発熱体保護層について説明する。Next, the heating element protective layer of the present invention will be explained.
保護層に要求される特性は、発熱抵抗体で発生された熱
を記録液体に効果的に伝達することを妨げずに、記録液
体より発熱抵抗体を保護するという二とである。保護層
を構成する材料として有用なものには、前述の8102
.Ta以外に、窒化シリコン、酸化マグネシウム、酸化
アルミニウム。The protective layer is required to have two characteristics: to protect the heat generating resistor from the recording liquid without hindering the effective transfer of heat generated by the heat generating resistor to the recording liquid. Materials useful as materials constituting the protective layer include the above-mentioned 8102.
.. In addition to Ta, silicon nitride, magnesium oxide, and aluminum oxide.
酸化タンタル7酸化ジルコニウム等があげられ、これら
は、電子ビーム蒸着やスパッタリング等の手法を用いて
形成することができる。保護層の膜厚は、通常は0.0
1−10μm、好適には0.1〜5μm、最適には0.
1〜3μmとするのが望ましい。Examples include tantalum oxide and zirconium heptoxide, and these can be formed using methods such as electron beam evaporation and sputtering. The thickness of the protective layer is usually 0.0
1-10 μm, preferably 0.1-5 μm, optimally 0.
It is desirable that the thickness be 1 to 3 μm.
第10図において 29a、29bは発熱抵抗層、13
.14はそれぞれ第1.第2の(発熱体)保護層である
が、図より明らかなように、帯状に、あるいは切れ目な
く平面状に形成されている。本発明を第10図の第2の
保護層14に適用した場合を第1]−図に示す。これは
、第10図の第2の保護層のみを書いたものであるが、
本発明では、熱歪みを緩和するために保護層パターンに
切欠き=21
を入れたものである。第12図にさらに別の実施例を示
す。この場合は、スリット状の開口を設けたものである
。いうまでもないことではあるが、本発明のスリット状
の開口あるいは切欠きパターンは、発熱体をはずした位
置に設けられる。第11図、第12図の実施例は、保護
層のパターンに切欠き状パターンあるいはスリン1〜状
の開ロバターンが抜かれた例であるが、蓄熱層に適用さ
れる例としては第8図、第9図で説明したように、パタ
ーンが完全に下まで抜けていなくて、途中でとまってい
るようなものでもよい。このような例を第13図(a)
(b)に示す。第13図(b)は(、)のD−D断面図
で、このような場合には、半抜きパターンであるためパ
ターンの位置が、下にある発熱体と一致していてもよい
。なお、第11図〜第13図のような完全に下まで抜け
たパターンあるいは途中でとまっているパターンは、フ
ォトリソ技術及びエツチング技術によって容易に形成さ
れ、その手法はすでに広く知られているのでここでは説
明は省略する。又、ここでは、第10図の第2の保護層
14を用いて説明したが、第1の保護層13にも本発明
は適用される。要するに、発熱体保護層が熱歪みによっ
て変形し、パターンの剥離あるいはクラックの発生を防
止するために、熱歪みを緩和するための逃げの構造を、
切欠き状パターンあるいはスリット状パターン開口を設
けて形成したことである(以上は請求項2に対応)。In FIG. 10, 29a and 29b are heating resistance layers, 13
.. 14 are the 1st. As is clear from the figure, the second (heat generating element) protective layer is formed into a band shape or a continuous planar shape. A case in which the present invention is applied to the second protective layer 14 in FIG. 10 is shown in FIG. This is only the second protective layer in Figure 10,
In the present invention, a notch=21 is provided in the protective layer pattern in order to alleviate thermal distortion. FIG. 12 shows yet another embodiment. In this case, a slit-shaped opening is provided. Needless to say, the slit-like opening or cutout pattern of the present invention is provided at a position away from the heating element. The embodiments shown in FIGS. 11 and 12 are examples in which a cutout pattern or an open pattern in the form of a sulin 1 is removed from the protective layer pattern, but as an example applied to a heat storage layer, the embodiment shown in FIG. As explained in FIG. 9, the pattern may not go all the way to the bottom, but may stop in the middle. Such an example is shown in Figure 13(a).
Shown in (b). FIG. 13(b) is a cross-sectional view taken along the line DD of (,), and in such a case, since it is a half-open pattern, the position of the pattern may coincide with the heating element below. Note that patterns that completely go all the way to the bottom or patterns that stop midway, as shown in Figures 11 to 13, can be easily formed using photolithography and etching techniques, and these techniques are already widely known, so they will not be discussed here. The explanation will be omitted. Although the second protective layer 14 in FIG. 10 has been described here, the present invention is also applicable to the first protective layer 13. In short, in order to prevent the heating element protective layer from deforming due to thermal strain and causing pattern peeling or cracking, a relief structure is provided to alleviate the thermal strain.
It is formed by providing a notch-like pattern or a slit-like pattern opening (the above corresponds to claim 2).
次に本発明の電極について説明する。Next, the electrode of the present invention will be explained.
電極を構成する材料としては、通常使用されている電極
材料の多くのものが有効に使用され、具体的には、たと
えば、Afl、Ag、Au、Pt、Cu等があげられ、
これらを使用して蒸着等の手法で所定位置に、所定の大
きさ、形状、厚さで設けられる。As the material constituting the electrode, many commonly used electrode materials can be effectively used, and specific examples include Afl, Ag, Au, Pt, Cu, etc.
Using these materials, they are provided in a predetermined position with a predetermined size, shape, and thickness by a method such as vapor deposition.
本発明ではさらに、上記電極をインクから保護するため
に、電極保護層が設けられる。以下その保護層(被膜)
について説明する。In the present invention, an electrode protective layer is further provided to protect the electrode from ink. Below is the protective layer (coating)
I will explain about it.
本発明において、リード電極上に被膜を形成する為の材
料としては、■成膜性が良いこと、■緻密な構造でかつ
ピンホールが少ないこと、■使用インクに対し膨張、溶
解しないこと、■電極層等の下層との接着性が良いこと
、場合によっては■耐熱性が高いこと(発熱体の発熱部
の近くに設けることを考慮して)等の物性を具備するこ
とが望ましく、例えば、シリコーン樹脂、フッ素樹脂、
芳香族ポリアミド、付加重合型ポリイミド、ポリベンズ
イミダゾール、金属キレート重合体、チタン酸エステル
、エポキシ樹脂、フタル酸樹脂、熱硬化性フェノール樹
脂、P−ビニルフェノール樹脂、ザイロック樹脂、トリ
アジン樹脂、BT樹脂(トリアジン樹脂とビスマレイミ
ド付加重合樹脂)等の樹脂が用いられる。これ等の樹脂
を成膜するには、該樹脂を溶剤で希釈した後、リード電
極上に、回転塗布、スプレー塗布、浸漬塗布等の手法を
用いて塗布した後、乾燥硬化させれば良い。In the present invention, the material for forming the film on the lead electrode is: 1) has good film formability, 2) has a dense structure with few pinholes, 2) does not expand or dissolve in the ink used, and 2) It is desirable to have physical properties such as good adhesion with lower layers such as electrode layers, and in some cases, high heat resistance (taking into account that it is installed near the heat generating part of the heating element). For example, silicone resin, fluororesin,
Aromatic polyamide, addition polymerization polyimide, polybenzimidazole, metal chelate polymer, titanate ester, epoxy resin, phthalate resin, thermosetting phenol resin, P-vinylphenol resin, Zyrock resin, triazine resin, BT resin ( Resins such as triazine resin and bismaleimide addition polymer resin are used. In order to form a film using these resins, the resin may be diluted with a solvent, applied onto the lead electrode by spin coating, spray coating, dip coating, or the like, and then dried and cured.
又、この他に、ポリキシンリレン樹脂及び、その誘導体
を蒸着によって成膜する方法も望まししA 。In addition to this, it is also desirable to form a film using a polyxin rylene resin or a derivative thereof by vapor deposition.
更に、種々の有機化合物モノマー、例えばチオウレア、
チオアセトアミド、ビニルフロセン、1゜3.5−トリ
クロロベンゼン、クロロベンゼン、スチレン、フェロセ
ン、ピコリン、ナフタレン、ペンタメチルベンゼン、ニ
トロトルエン、アクリロニトリル、ジフェニルセレナイ
ド、P−トルイジン、P−キシレン、N、N−ジメチル
−P−トルイジン、l−ルエン、アニリン、ジフェニル
マーキュリ−、ヘキサメチルベンゼン、マロノニトリル
、テトラシアノエチレン、チオフェン、ベンゼンセレノ
ール、テトラフルオロエチレン、エチレン、N−二I−
ロソジフェニルアミン、アセチレン、1.2.4−)−
リクロロベンゼン、プロパンをプラズマ重合法により、
リード電極上に成膜させても良い。Furthermore, various organic compound monomers such as thiourea,
Thioacetamide, vinylfurocene, 1°3.5-trichlorobenzene, chlorobenzene, styrene, ferrocene, picoline, naphthalene, pentamethylbenzene, nitrotoluene, acrylonitrile, diphenylselenide, P-toluidine, P-xylene, N,N-dimethyl- P-toluidine, l-luene, aniline, diphenylmercury, hexamethylbenzene, malononitrile, tetracyanoethylene, thiophene, benzeneselenol, tetrafluoroethylene, ethylene, N-2I-
Rosodiphenylamine, acetylene, 1.2.4-)-
Lichlorobenzene and propane are produced using plasma polymerization method.
A film may be formed on the lead electrode.
叙上の被膜の厚さは、乾燥後の膜厚で通常は0゜01μ
m−10μm、好適には0 、1 μm −5pm、最
適には0.1μm〜3μmがよい。The thickness of the film mentioned above is the film thickness after drying, and is usually 0°01μ.
m-10 μm, preferably 0.1 μm-5 pm, optimally 0.1 μm to 3 μm.
しかしながら、高密度マルチオリフィスタイプの記録ヘ
ッドを作成するのであれば、上記した有機質月料とは別
に微細フォトリソグラフィー加工が極めて容易とされる
有機質材料を使用するのが望ましい。そのような有機質
材料としては、具体的には、例えば、ポリイミドイソイ
ントロキナソリンジオン(商品名:PIQ、日立化成製
)、ポリイミド樹脂(商品名:PYRALIN、デュポ
ン製)、環化ポリブタジェン(商品名:JSR−CBR
,CBR−M 901.日本合成ゴム製)、フォトニ
ース(商品名二乗し製)、その他の感光性ポリイミド樹
脂等が好ましいものとして挙げられる。However, if a high-density multi-orifice type recording head is to be manufactured, it is desirable to use an organic material that is extremely easy to process using fine photolithography, in addition to the above-mentioned organic material. Specifically, such organic materials include, for example, polyimidoisointroquinasolinedione (trade name: PIQ, manufactured by Hitachi Chemical), polyimide resin (trade name: PYRALIN, manufactured by DuPont), and cyclized polybutadiene (trade name: :JSR-CBR
, CBR-M 901. Preferable examples include Nippon Synthetic Rubber Co., Ltd.), Photoneese (trade name: Square Co., Ltd.), and other photosensitive polyimide resins.
本発明では、上記のような材料を用いて形成された電極
保護層が熱歪みによって変形剥離、クラック発生等を防
止するために、特公昭63−26708号公報及び特開
昭60−116454号公報に記載されているように熱
発生部に前記保護層を設けないのはいうまでもなく、さ
らに、それだけでは充分ではないので、さらに熱歪みを
緩和するための逃がし構造として、電極保護層の下に電
極パターンのない箇所に、スリット状開口あるいは、切
欠きノミロバターンを設けたものである。In the present invention, in order to prevent the electrode protective layer formed using the above-mentioned materials from being deformed and peeled off, cracking, etc. due to thermal strain, the method disclosed in Japanese Patent Publication No. 63-26708 and Japanese Patent Application Laid-Open No. 60-116454 is used. It goes without saying that the protective layer is not provided in the heat-generating part as described in 2007, and since it is not sufficient on its own, it is necessary to provide a relief structure under the electrode protective layer to further alleviate thermal distortion. A slit-like opening or a notched chisel pattern is provided in the area where there is no electrode pattern.
第14図に電極保護層をもつ発熱体基板の従来例を示す
。図中、ハツチング部が上記材料を用いて形成した電極
保護層である。なお、この例では、共通電極部はインク
との接触がないので、電極保護層は設けていない。これ
に対して本発明では、第15図、第16図に示すように
、熱歪みを緩和するために スリノミ〜状開[コあるい
は切欠きノミロバターンを設けたものである。なお、こ
のパターンは、完全に]2まで抜けているものである。FIG. 14 shows a conventional example of a heating element substrate having an electrode protection layer. In the figure, the hatched portion is the electrode protective layer formed using the above material. In this example, since the common electrode part does not come into contact with ink, no electrode protective layer is provided. In contrast, in the present invention, as shown in FIGS. 15 and 16, a chisel-shaped open or notched chisel pattern is provided to alleviate thermal distortion. Note that this pattern completely omits up to ]2.
従って、これらのパターンは、下の電極パターンをはず
した位置に設けられる。第17図、第18図は、同様の
目的で形成したパターンであるが、完全に下まで抜けて
いない場合である。そのことは(a)のE−E断面図で
ある(b)図よりわかる。Therefore, these patterns are provided at positions away from the lower electrode patterns. FIGS. 17 and 18 show patterns formed for the same purpose, but the pattern does not go all the way to the bottom. This can be seen from Figure (b), which is a sectional view taken along line E-E in (a).
この場合も、熱歪み緩和に効果的である。なお、この半
抜はパターンの場合には、必ずしも、下の電極パターン
をさけて形成する必要はない(以」二、δI¥求項3に
対応)。This case is also effective in alleviating thermal strain. In addition, in the case of this half-cutting pattern, it is not necessarily necessary to form it while avoiding the lower electrode pattern (hereinafter, corresponds to δI\requirement 3).
次に、第19図に示すような電極を積ノー構造とし、間
にM!A縁層を有する発熱体基板をもつ記録へラドにつ
いて説明する。このような構造の記録ヘッドの詳細につ
いてはすでに本出願人により出願されている(特願昭6
2−274910号、特願昭63−87963号)。な
お、第19図に示した各jvの材料は一例で、これらは
、今まで述べてきた上記他の実施例であげた材料が適用
されることはいうまでもない。本発明では、第19図の
絶縁層に熱歪みを緩和するための逃がし構造として、上
下電極間あるいは隣接電極間の絶縁性を損なうことなく
、スリット状開口、あるいは切欠き状パターンを設けた
ものである。第20図、第21図にそれぞれ絶縁層に設
けられたスリット状開口及び切欠き状パターンの例を示
す。なお、本発明においても、上記他の実施例と同様に
各パターンは、下まで抜けている場合と同様に第22図
(a)。Next, the electrodes as shown in FIG. 19 are made into a product-no structure, and M! A recording head having a heating element substrate having an A-edge layer will be described. The details of a recording head having such a structure have already been filed by the present applicant (Japanese Patent Application No. 1983).
No. 2-274910, Japanese Patent Application No. 1987-87963). It should be noted that the materials for each jv shown in FIG. 19 are just examples, and it goes without saying that the materials listed in the other embodiments described above can be applied to these. In the present invention, a slit-like opening or a notch-like pattern is provided in the insulating layer shown in FIG. 19 as a relief structure for alleviating thermal strain without impairing the insulation between upper and lower electrodes or between adjacent electrodes. It is. FIGS. 20 and 21 show examples of slit-like openings and notch-like patterns provided in the insulating layer, respectively. In addition, in the present invention, as in the other embodiments described above, each pattern is cut out to the bottom as shown in FIG. 22(a).
(c)のF−F’断面図の(b)及び第23図に示すよ
うに途中でとまっている状態のものも効果的である(以
上は請求項4に対応)。As shown in FIG. 23 and FIG. 23, which is a sectional view taken along line FF' in FIG.
なお、上記すべての本発明において、実施例を説明する
ための図には、スリンノミ状開口、切欠き状パターンで
説明したが、パターン形状は、何もそれらに限定される
ことはなく、その他、第24図に示すように、いろいろ
な形状を取り得るもので、流路、各種(発熱体、電極等
)パターン形状、あるいは、それらの位置関係において
適当に選択されれば良い。In addition, in all of the above-mentioned inventions, although the figures for explaining the embodiments have been explained using a chisel-like opening and a notch-like pattern, the pattern shape is not limited to these, and other shapes can be used. As shown in FIG. 24, it can take various shapes, and may be appropriately selected depending on the shape of the flow path, various patterns (heating elements, electrodes, etc.), or their positional relationships.
本発明による実施例の説明は、それぞれ、蓄熱層、発熱
体保護層、電極保護層、絶縁層にわけて行なったが、そ
れらの発明をいくつか、あるいは全部を組合せることは
、より一層効果的である。Although the embodiments of the present invention have been explained separately for a heat storage layer, a heating element protective layer, an electrode protective layer, and an insulating layer, combining some or all of these inventions can be even more effective. It is true.
本発明を実際に適用したものと、従来のように、本発明
を使用しない場合の耐久試験結果を第1表に示す。Table 1 shows the results of durability tests in which the present invention was actually applied and in which the present invention was not used as in the past.
ここで示した試験結果の共通条件は以下のとおりである
。The common conditions for the test results shown here are as follows.
・オリフィス・J″法 口21μm
・連続励振周波数 fo=4.2KHz・水性系インク
(pH=9.8)・基板利料 Si
・蓄熱層月料 5in2(熱酸化膜)・発熱体材料
HfB2
・発熱体保%%)C’: S i○2(スパッタリ
ング膜)・電極材料 八〇
・電極保護層 ボリイミIく
・流路材料 デュポン製ドライフィルムレシス1
〜
・熱歪み緩和パターン形状 スリン1〜以上明らかな
ように、本発明を適用したものは、その吐出回数、つま
り連続耐久性において、本発明を適用しないものにくら
べて著しい効果のあることがわかる。なお、本発明を適
用しなかってサンプルを実験後調べたところ、各層にク
ラックがd忍ぬられた。・Orifice J″ method opening 21μm ・Continuous excitation frequency fo=4.2KHz ・Aqueous ink (pH=9.8) ・Substrate charge Si ・Heat storage layer monthly charge 5in2 (thermal oxide film) ・Heating element material HfB2 ・Heating element retention %) C': Si○2 (sputtering film), electrode material 80, electrode protective layer Boliimi I, channel material DuPont dry film Resis 1
~・Thermal strain relaxation pattern shape Surin 1~ As is clear from the above, the product to which the present invention is applied has a remarkable effect in terms of the number of discharges, that is, the continuous durability, compared to the product to which the present invention is not applied. . In addition, when the sample was examined after the experiment without applying the present invention, cracks were found in each layer.
効□−−果
以−ヒの説明から明らかなように、本発明によると、発
熱体基板の保護層パターンに切欠きを入れたので、電極
を1つずつ折り返していた従来の方法では達成できなか
った高密度配列(16本/mm以上)に特に好適であり
、熱歪みを緩和することにより、記録ヘッドの耐久性が
向上する。As is clear from the explanation of effects □--Effects--H, according to the present invention, notches are made in the protective layer pattern of the heating element substrate, which could not be achieved with the conventional method of folding back the electrodes one by one. It is particularly suitable for high-density arrays (16 lines/mm or more), which previously did not exist, and improves the durability of the recording head by alleviating thermal distortion.
第1図(、)〜(f)は、本発明による液体噴射記録ヘ
ッドにおける発熱体基板の蓄熱層の製造工程を説明する
ための図、第2図は、記録ヘッドのバブルジェットイン
クの吐出と気泡発生、消滅の原理を説明するための図、
第3図は、記録ヘッドの斜視図、第4図は、記録ヘッド
の分解構成図で、(a)は蓋基板、(b)は発熱体基板
を示す図、第5図は、記録ヘッドの蓋基板の裏面図、第
6図は、従来の発熱体基板の製造方法を説明するための
図、第7図は、その発熱部の断面図、第8図は、蓄熱層
の段差パターンを示す図、第9図は、第8図の段差パタ
ーンの他の製作方法による構成を示す図、第10図は、
従来の発熱体保護Jケを説明するための図、第11図は
、本発明による発熱体保護層のパターンを示す図、第1
2図は、他の保護層パターンを示す図、第13図は、他
の保護層で完全に抜けていないパターンを示す図で、(
a)は全体図、(b)は(a)のD−D断面図、第1−
4図は、電極保護層を有する従来の発熱体基板を示す図
、第15図は、本発明によるスリット状開口の発熱体基
板を示す図、第15図は、切欠き開ロバターンの発熱体
基板を示す図、第17図は、スリット状半抜はパターン
の発熱体基板を示す図で、(a)は全体構成図、(b)
は(a)のE−E断面図、第18図は、切欠き状半抜は
パターンの発熱体基板を示す図、第1−9図は、電極が
積層構造で、間に絶縁層を有する発熱体基板を示す図、
第20図は、その絶縁層に、スリット状開口が下まで抜
けているパターンを設けた実施例を示す図、第21図は
、絶縁層に切欠き状が下まで抜けているパターンを設け
た他の実施例を示す図。
第22図は、スリット状開口が下まで完全に抜けていな
いパターンを設けた他の実施例を示す図で、(a)はそ
の全体図、(b)は(a)のF−F断面図、第23図は
、切欠き状が下まで完全に抜けていないパターンを設け
た他の実施例を示す図、第24図は、各種パターン形状
例を示す図である。
10・・・蓄熱層、11・・・電極保護層、12・・・
絶縁層。
13・・・第1発熱体保護層、14 ・第2発熱体保護
層、21・・・蓋基板、22・・・発熱体基板、23・
・・記録液体流入口、24・オリフィス、25・・流路
。
27・・・選択(独立)電極、28・・共通電極、29
・・発熱体(抵抗WJ)、30・・・インク。
特許出願人 株式会社 リコー1(,) to (f) are diagrams for explaining the manufacturing process of the heat storage layer of the heat generating substrate in the liquid jet recording head according to the present invention, and FIG. 2 is a diagram showing the ejection of bubble jet ink of the recording head and A diagram to explain the principle of bubble generation and disappearance,
FIG. 3 is a perspective view of the recording head, FIG. 4 is an exploded configuration diagram of the recording head, where (a) shows the lid substrate, (b) shows the heating element substrate, and FIG. 5 shows the recording head. A back view of the lid substrate, FIG. 6 is a diagram for explaining the conventional manufacturing method of the heat generating body substrate, FIG. 7 is a cross-sectional view of the heat generating part, and FIG. 8 shows the step pattern of the heat storage layer. Figures 9 and 9 are diagrams showing the structure of the step pattern of Figure 8 by another manufacturing method, and Figure 10 is
FIG. 11 is a diagram for explaining the conventional heating element protection layer, and FIG.
Figure 2 is a diagram showing another protective layer pattern, and Figure 13 is a diagram showing another pattern in which the protective layer is not completely removed.
a) is the overall view, (b) is the DD sectional view of (a), 1st-
Fig. 4 shows a conventional heating element substrate having an electrode protection layer, Fig. 15 shows a heating element substrate with a slit-like opening according to the present invention, and Fig. 15 shows a heating element substrate with a cutout open pattern. Figure 17 is a diagram showing a heating element board with a slit-shaped half-cut pattern, (a) is an overall configuration diagram, (b)
is a cross-sectional view taken along line E-E in (a), Figure 18 is a diagram showing a heating element substrate with a notch-shaped half-cut pattern, and Figures 1-9 are diagrams in which the electrodes have a laminated structure with an insulating layer between them. A diagram showing a heating element board,
Fig. 20 shows an example in which the insulating layer is provided with a pattern in which slit-like openings extend all the way to the bottom, and Fig. 21 shows an example in which the insulating layer is provided with a pattern in which notch-like openings extend all the way to the bottom. The figure which shows another Example. FIG. 22 is a diagram showing another embodiment in which a pattern in which the slit-shaped opening does not go all the way to the bottom is provided, in which (a) is an overall view, and (b) is a cross-sectional view taken along line FF in (a). , FIG. 23 is a diagram showing another embodiment in which a pattern in which the notch shape does not go all the way to the bottom is provided, and FIG. 24 is a diagram showing examples of various pattern shapes. 10... Heat storage layer, 11... Electrode protective layer, 12...
insulation layer. 13... First heating element protective layer, 14. Second heating element protective layer, 21... Lid substrate, 22... Heat generating element substrate, 23.
...Recording liquid inlet, 24. Orifice, 25.. Channel. 27... Selection (independent) electrode, 28... Common electrode, 29
... Heating element (resistance WJ), 30... Ink. Patent applicant Ricoh Co., Ltd.
Claims (1)
て該記録液体に気泡を発生させ、該気泡の体積増加にと
もなう作用力を発生させる熱エネルギー作用部を付設し
た流路と、該流路に連絡して前記記録液体を前記作用力
によって液滴として吐出させるためのオリフィスと、前
記流路に連絡して前記流路に前記記録液体を導入するた
めの液室と、該液室に前記記録液体を導入する導入手段
とよりなる液体噴射記録ヘッドにおいて、1枚の基板上
に複数個の熱エネルギー作用部を有し、該基板は、前記
熱エネルギー作用部の複数個にわたる領域に形成された
蓄熱層を有し、該蓄熱層は、熱による歪みを緩和するた
めの逃がし構造を有することを特徴とする液体噴射記録
ヘッド。 2、導入される記録液体を収容するとともに、熱によっ
て該記録液体に気泡を発生させ、該気泡の体積増加にと
もなう作用力を発生させる熱エネルギー作用部を付設し
た流路と、該流路に連絡して前記記録液体を前記作用力
によって液滴として吐出させるためのオリフィスと、前
記流路に連絡して前記流路に前記記録液体を導入するた
めの液室と、該液室に前記記録液体を導入する導入手段
とよりなる液体噴射記録ヘッドにおいて、1枚の基板上
に複数個の熱エネルギー作用部を有し、該基板は、前記
熱エネルギー作用部の複数個にわたる領域に形成された
発熱体保護層を有し、該発熱体保護層は、熱による歪み
を緩和するための逃がし構造を有することを特徴とする
液体噴射記録ヘッド。 3、導入される記録液体を収容するとともに、熱によっ
て該記録液体に気泡を発生させ、該気泡の体積増加にと
もなう作用力を発生させる熱エネルギー作用部を付設し
た流路と、該流路に連絡して前記記録液体を前記作用力
によって液滴として吐出させるためのオリフィスと、前
記流路に連絡して前記流路に前記記録液体を導入するた
めの液室と、該液室に前記記録液体を導入する導入手段
とよりなる液体噴射記録ヘッドにおいて、1枚の基板上
に複数個の熱エネルギー作用部及び該複数個の熱エネル
ギー作用部に対応し、それらに接続される複数の電極を
有し、該基板は、前記電極の複数個にわたる領域に形成
された電極保護層を有し、該電極保護層は、熱による歪
みを緩和するための逃がし構造を有することを特徴とす
る液体噴射記録ヘッド。 4、導入される記録液体を収容するとともに、熱によっ
て該記録液体に気泡を発生させ、該気泡の体積増加にと
もなう作用力を発生させる熱エネルギー作用部を付設し
た流路と、該流路に連絡して前記記録液体を前記作用力
によって液滴として吐出させるためのオリフィスと、前
記流路に連絡して前記流路に前記記録液体を導入するた
めの液室と、該液室に前記記録液体を導入する導入手段
とよりなる液体噴射記録ヘッドにおいて、1枚の基板上
に複数個の熱エネルギー作用部及び該複数個の熱エネル
ギー作用部に対応し、それらに接続される複数の電極を
有し、該基板は、前記熱エネルギー作用部および/もし
くは、前記電極の複数個にわたる領域に形成された絶縁
層を有し、該絶縁層は、熱による歪みを緩和するための
逃がし構造を有することを特徴とする液体噴射記録ヘッ
ド。[Scope of Claims] 1. A flow path that accommodates the recording liquid introduced and is provided with a thermal energy acting section that generates bubbles in the recording liquid using heat and generates an acting force as the volume of the bubbles increases. an orifice that communicates with the flow path and causes the recording liquid to be ejected as droplets by the acting force; and a liquid chamber that communicates with the flow path and introduces the recording liquid into the flow path. In a liquid jet recording head comprising an introduction means for introducing the recording liquid into the liquid chamber, a plurality of thermal energy acting parts are provided on one substrate, and the substrate has a plurality of thermal energy acting parts. 1. A liquid jet recording head comprising a heat storage layer formed in a region extending over the entire area, the heat storage layer having a relief structure for relieving distortion caused by heat. 2. A flow channel that accommodates the recording liquid to be introduced and is provided with a thermal energy acting section that generates bubbles in the recording liquid using heat and generates an acting force as the volume of the bubbles increases; an orifice that communicates with the flow path to eject the recording liquid as a droplet by the acting force; a liquid chamber that communicates with the flow path and introduces the recording liquid into the flow path; A liquid jet recording head comprising an introduction means for introducing liquid, which has a plurality of thermal energy acting parts on one substrate, and the substrate is formed in an area spanning the plurality of thermal energy acting parts. 1. A liquid jet recording head comprising a heat generating element protective layer, the heat generating element protective layer having a relief structure for alleviating distortion due to heat. 3. A flow path that accommodates the recording liquid to be introduced and is provided with a thermal energy acting section that generates bubbles in the recording liquid using heat and generates an acting force as the volume of the bubbles increases; an orifice that communicates with the flow path to eject the recording liquid as a droplet by the acting force; a liquid chamber that communicates with the flow path and introduces the recording liquid into the flow path; In a liquid jet recording head comprising an introduction means for introducing liquid, a plurality of thermal energy acting parts and a plurality of electrodes corresponding to and connected to the plurality of thermal energy acting parts are arranged on one substrate. A liquid jetting method characterized in that the substrate has an electrode protective layer formed in a region covering a plurality of the electrodes, and the electrode protective layer has a relief structure for mitigating distortion due to heat. recording head. 4. A flow path that accommodates the recording liquid to be introduced and is provided with a thermal energy acting section that generates bubbles in the recording liquid using heat and generates an acting force as the volume of the bubbles increases; an orifice that communicates with the flow path to eject the recording liquid as a droplet by the acting force; a liquid chamber that communicates with the flow path and introduces the recording liquid into the flow path; In a liquid jet recording head comprising an introduction means for introducing liquid, a plurality of thermal energy acting parts and a plurality of electrodes corresponding to and connected to the plurality of thermal energy acting parts are arranged on one substrate. The substrate has an insulating layer formed in a region covering a plurality of the thermal energy acting parts and/or the electrodes, and the insulating layer has a relief structure for mitigating distortion due to heat. A liquid jet recording head characterized by:
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP31432988A JP2812966B2 (en) | 1988-12-12 | 1988-12-12 | Liquid jet recording head |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP31432988A JP2812966B2 (en) | 1988-12-12 | 1988-12-12 | Liquid jet recording head |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH02158344A true JPH02158344A (en) | 1990-06-18 |
JP2812966B2 JP2812966B2 (en) | 1998-10-22 |
Family
ID=18052021
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP31432988A Expired - Lifetime JP2812966B2 (en) | 1988-12-12 | 1988-12-12 | Liquid jet recording head |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2812966B2 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR100938303B1 (en) * | 2002-04-10 | 2010-01-22 | 소니 주식회사 | Liquid dispenser and printer |
JP2010023505A (en) * | 2008-06-18 | 2010-02-04 | Canon Inc | Liquid ejection head and method of manufacturing the same |
-
1988
- 1988-12-12 JP JP31432988A patent/JP2812966B2/en not_active Expired - Lifetime
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR100938303B1 (en) * | 2002-04-10 | 2010-01-22 | 소니 주식회사 | Liquid dispenser and printer |
JP2010023505A (en) * | 2008-06-18 | 2010-02-04 | Canon Inc | Liquid ejection head and method of manufacturing the same |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2812966B2 (en) | 1998-10-22 |
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