JPH0343254A - Printing head of thermal ink jet - Google Patents

Printing head of thermal ink jet

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Publication number
JPH0343254A
JPH0343254A JP17611490A JP17611490A JPH0343254A JP H0343254 A JPH0343254 A JP H0343254A JP 17611490 A JP17611490 A JP 17611490A JP 17611490 A JP17611490 A JP 17611490A JP H0343254 A JPH0343254 A JP H0343254A
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JP
Japan
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ink
printhead
channels
heating
thermal
Prior art date
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Pending
Application number
JP17611490A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Gary A Kneezel
ゲイリィ エイ.ニーゼル
Thomas A Tellier
トーマス エイ.テリアー
Richard V Ladonna
リチャード ブイ.ラドンナ
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Xerox Corp
Original Assignee
Xerox Corp
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Filing date
Publication date
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Abstract

PURPOSE: To keep the operation temp. of a printhead constant during printing operation by applying energy pulses of a degree not generating steam so as not to eject ink liquid droplets to a heating member to apply complementary heat value to the printhead. CONSTITUTION: A thermal ink jet printhead 10 of a system having an ink supply manifold 24 and a plurality of parallel ink channels equipped with nozzles 27 and heating members 34 is held to constant operation temp. to be improved. One end openings of elongated V-shaped groove recessed parts 20 form the nozzles 27 and the other ends of the V-shaped groove recessed parts 20 are held to a closed state by end parts 21. The end parts 21 of the channels 20 forming each of sets by the alignment and bonding of wafers are directly positioned on the elongated recessed parts in the insulating layer 18 of a thick film to permit the flow of ink into the channels from the manifold 24 as shown by an arrow 23. The temp. of the improved printing head is kept substantially constant even in such a case that liquid droplets are not allowed to emit at the moving limit position of a carriage.

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は熱インクジェットのプリント装置に関わり、更
に詳しくは、液滴寸法即ちピクセル寸法が温度によって
変化しないように一定の作動温度にインクジェットされ
る改良された印字ヘッドに関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION Field of the Invention The present invention relates to thermal inkjet printing devices, and more particularly to an improved thermal inkjet printing system for inkjet printing at a constant operating temperature so that the droplet size or pixel size does not vary with temperature. Regarding print heads.

従来技術、および発明が解決しようとする課題熱インク
ジェットによるプリントは、一般に液滴を流出するイン
ク充満チャンネルの中に蒸気泡を発生させるために熱エ
ネルギーを使用した、指令に応じて滴下させる(ドロッ
プ−オン−デマンド)形式のインクジェットプリントで
ある。熟エネルギー発生器即ち加熱部材、通常は抵抗器
、はノズルの近くで該ノズルから予め定めた距離にてチ
ャンネル内に配置されている。この抵抗器は電気的パル
スを個別に付与できるようになされており、瞬時にイン
クを蒸発させて気泡を形威し、この気泡でインク液滴を
流出させるようになっている。
PRIOR ART AND PROBLEM SOLVED BY THE INVENTION Thermal inkjet printing generally uses thermal energy to generate vapor bubbles within an ink-filled channel through which the droplets exit. -on-demand) format inkjet printing. A thermal energy generator or heating element, usually a resistor, is placed in the channel near the nozzle at a predetermined distance from the nozzle. The resistors are adapted to individually apply electrical pulses that instantaneously evaporate the ink to form a bubble that causes the ink droplet to flow out.

このように気泡が成長すると、インクはノズルから膨ら
み出て、表面張力によってメニスカス即ち凸形に保持さ
れる。このような気泡が潰れると、ノズルと気泡の発生
開始位置との間のチャンネル内に位置するインクは潰れ
た気泡に向かって移動を開始し、ノズルに於いてインク
の体積的な収縮を引き起こして脹らんだインク部分を液
滴として切り離すことになるのである。気泡が成長して
いる間にノズルから出るインクの加速度がその液滴のペ
ーパーのような記録媒体に向かう実質的に直線的な運動
量および速度を与えるのである。
As the bubble grows, the ink bulges out of the nozzle and is held in a meniscus or convex shape by surface tension. When such a bubble collapses, the ink located in the channel between the nozzle and the bubble starting point starts moving toward the collapsed bubble, causing volumetric contraction of the ink in the nozzle. The swollen part of the ink is separated into droplets. The acceleration of the ink exiting the nozzle during bubble growth imparts substantially linear momentum and velocity to the droplet toward a recording medium, such as paper.

従って熱インクジェット装置は、インクと接触している
加熱部分をパルス付勢し、気泡が凝集されてインク液滴
をペーパーに向けて流出するようになすことで作動され
るのである。印字テストでは印字品質が装置の加熱昇温
に応じて損なわれることが見出されている。特に、この
装置が高過ぎる温度に迄加熱されると(例えば、長時間
にわたり高密度での印字が行われる間)、供給が損なわ
れて印字ヘッドに於ける1つ又はそれ以上のインクチャ
ンネルが液滴流出を止めることになる傾向を見せている
。致命的な欠点は少ないが、印字品質を低下させること
の1つは、プリントスポット即ちピクセル寸法が装置温
度の関数として大きくなることである。この現象の研究
を通じて、液滴の質量および速度の両方が装置温度によ
って増大されること、およびその質量および速度の両方
がペーパー上のビクセル寸法を大きくすることに関与し
ていること、が見出された。十分に大きな印字密度を有
するキャリッジ形式のインクジェットプリンターに関し
ては、スポット寸法はキャリッジが紙面上を移動する際
に大きくなるのである。しかる後にそれが移動端部にて
停止し反対方向に移動を開始する際にわずかながら冷却
され、従って次のライン、即ち戻り行程に於けるプリン
ト跡に於いては、反対の方向に向かってビクセル寸法が
太きくなる。このことは明るい帯状部分と暗い帯状部分
とを形成することになり、これはペーパーエツジに於い
て最も強調されることになるのである。
Thermal inkjet devices therefore operate by pulsing a heated portion in contact with the ink, causing air bubbles to coalesce and eject ink droplets onto the paper. Print tests have found that print quality deteriorates as the device heats up. In particular, if the device is heated to too high a temperature (e.g., during long periods of high-density printing), the supply may be compromised and one or more ink channels in the printhead may become It shows a tendency to stop the droplet outflow. Although not a fatal drawback, one of the things that reduces print quality is that the print spot or pixel size increases as a function of device temperature. Through the study of this phenomenon, it was found that both the mass and velocity of the droplet are increased by the device temperature, and that both the mass and velocity are responsible for increasing the vixel dimensions on the paper. It was done. For carriage-based inkjet printers with sufficiently large printing densities, the spot size increases as the carriage moves across the paper. It then stops at the end of its travel and cools down slightly as it starts moving in the opposite direction, so that in the next line, i.e. the return stroke, the print traces will have more pixels in the opposite direction. The dimensions become thicker. This results in the formation of light and dark bands, which are most accentuated at the paper edge.

同様に、その他の密度の高低によるプリントパターンは
装置温度に伴うピクセル寸法の増大によって品質が低下
されることになるのである。
Similarly, other densely printed patterns will be degraded by the increase in pixel size with device temperature.

多くの従来技術による装置は十分大きな熱容量でしかも
熱抵抗が十分に小さなヒートシンクを備えている。この
ような装置の温度は過度に上昇することはない。ヒート
シンクを備えた熱インクジェットの印字ヘッドの1つの
例として、ブシュバンブその他に付与された米国特許明
細書第4.831,390号を参照されたい。この方法
は致命的なプリント欠陥モードを排除した。しかしなが
ら、ペーパーを一方向に横断するキャリッジ移動に関し
て時間スケールによる明白な装置温度の上昇がないよう
にヒートシンクに至る熱抵抗を十分に小さくするために
、パッケージとされた方法を取ることが必要とされてお
り、この方法はコストを高めるか、そうでなければプリ
ンターのデザインを望ましくないように強制するのであ
る。この温度上昇は、熱的に生じるスポット寸法が一様
でないために無視できるような品質低下が生じる程度に
維持されねばならないのである。
Many prior art devices include heat sinks with sufficiently large thermal capacities and sufficiently low thermal resistances. The temperature of such devices does not rise excessively. For one example of a thermal inkjet printhead with a heat sink, see U.S. Pat. No. 4,831,390 to Buschbamb et al. This method eliminated the fatal print defect mode. However, in order to ensure that the thermal resistance to the heat sink is low enough that there is no appreciable increase in device temperature over time for carriage movement across the paper in one direction, it is necessary to take a packaged approach. This approach either increases cost or otherwise forces undesirable printer designs. This temperature increase must be maintained to such an extent that negligible quality degradation occurs due to thermally induced spot size non-uniformity.

ラシュケに付与された米国特許明細書第4.326,2
06号はインクジェットアレーに於けるパルス放出装置
によって駆動される圧電素子の間の相互作用(即ちクロ
ストーク)を最少限に抑える方法を開示している。素子
に対する駆動パルスは好ましいパルス幅を選定すること
によって最適化されるのである。
U.S. Pat. No. 4.326,2, issued to Raschke.
No. 06 discloses a method for minimizing interaction (ie, crosstalk) between piezoelectric elements driven by pulse emitting devices in an inkjet array. The drive pulse for the device is optimized by selecting a preferred pulse width.

マルノその他に付与された米国特許明細書第4.712
,930号は、漸次的熱印字ヘッドと、熱印字ヘッドに
付与される信号パルス電圧の電圧又はパルス幅を変化さ
せるためのエネルギー制御手段を使用した漸次的熱移動
プリント装置とを開示している。このプリント装置は更
に漸次的熱印字ヘッドのための電力供給源と、記録信号
に応じて熱印字ヘッドに付与される電圧パルスの幅を制
御するためのエネルギー制御手段とを備えている。
U.S. Patent No. 4.712 to Marno et al.
, 930 discloses a progressive thermal printhead and a progressive thermal transfer printing apparatus that uses energy control means to vary the voltage or pulse width of a signal pulse voltage applied to the thermal printhead. . The printing apparatus further includes a power supply for the progressive thermal printhead and energy control means for controlling the width of voltage pulses applied to the thermal printhead in response to the recording signal.

チー−シューエン・リーその他に付与された米国特許明
細書第4,499,479号は複数の別々に作動できる
部分を有する圧電素子を含むインクジェットプリント装
置を開示している。滴下量を制御するために、駆動信号
の強さが変化されるのである。駆動信号の強さを変化す
るだけでなく、駆動信号のパルス幅をも変化させること
によって、更に一層の細かい改善がなされている。
U.S. Pat. No. 4,499,479 to Chi-Hsuen Li et al. discloses an inkjet printing device that includes a piezoelectric element having a plurality of separately actuatable portions. The strength of the drive signal is varied to control the drop volume. Further finer improvements have been made by varying not only the strength of the drive signal, but also the pulse width of the drive signal.

本発明の目的は、プリント作動の間にそれ自体を実質的
に一定した作動温度に維持することのできる改良された
インクジェットの印字ヘッドを提供することである。
It is an object of the present invention to provide an improved inkjet printhead that is capable of maintaining itself at a substantially constant operating temperature during printing operations.

本発明の他の目的は、インク液滴を流出することのない
ように蒸気を発生させることのない程度のエネルギーパ
ルスを少なくとも幾つがの加熱部材に対して与えること
によって補足熱量を印字ヘッドに対して付与し、これに
よってプリント作動の間に印字ヘッドの作動温度を一定
に維持することである。
It is another object of the present invention to provide a supplemental amount of heat to the printhead by providing at least a number of heating elements with energy pulses of a magnitude that does not cause the generation of vapor so as not to expel ink droplets. temperature, thereby maintaining a constant operating temperature of the printhead during printing operations.

課題を遠戚するための手段 本発明に於いては、インク供給マニホールド、およびノ
ズルと加熱部材とをそれぞれ備えた複数の平行なインク
チャンネル、を有する形式の熱インクジェットの印字ヘ
ッドは、その印字ヘッドを実質的に一定した作動温度に
維持することによって改良されるのである。プリントモ
ードに於いては、この印字ヘッドは、付勢された加熱部
材に接触するインクを瞬時に蒸発させるのに十分に強力
な電気的エネルギーパルスを加熱部材に選択的に付勢し
て、一時的に形式された蒸気泡がインク液滴を流出させ
るようになすことによって、要求に応じてインク液滴を
流出させるのである。この改良点は、インク液滴の流出
のために加熱部材が付勢されていない間に、インクを蒸
発させるには不十分な強さのエネルギーパルスによって
予め定めた加熱部材を時々付勢して補足加熱を行い、印
字ヘッドを実質的に一定の作動温度に保持するようにな
すことである。これに代えて、この補足熱量は印字ヘッ
ドの1つもしくはそれ以上の数の追加の加熱装置を付勢
して供給することができるのである。これらの加熱装置
は熱量だけを供給するために備えられるのであって、イ
ンクを蒸発させて液滴流出の状態に至らせるのに使用さ
れるのではない。
SUMMARY OF THE INVENTION In accordance with the present invention, a thermal ink jet printhead of the type having an ink supply manifold and a plurality of parallel ink channels each having a nozzle and a heating member is provided. This is achieved by maintaining the operating temperature at a substantially constant operating temperature. In print mode, the printhead temporarily energizes the heating element by selectively energizing the heating element with a pulse of electrical energy powerful enough to instantaneously evaporate ink that contacts the energized heating element. The ink droplets are ejected on demand by allowing the shaped vapor bubbles to eject the ink droplets. This improvement involves energizing the predetermined heating element from time to time with energy pulses of insufficient intensity to vaporize the ink, while the heating element is not energized for ink droplet ejection. Supplemental heating is provided to maintain the printhead at a substantially constant operating temperature. Alternatively, this supplemental heat may be provided by energizing one or more additional heating devices in the printhead. These heating devices are provided to provide heat only and are not used to evaporate the ink to a droplet ejection condition.

本発明の更に完全な理解は添付図面に関連した以下の説
明を考慮することによって得られるであろう。添付図面
に於いて同じ部材は同じ符号を付されている。
A more complete understanding of the invention may be obtained by considering the following description in conjunction with the accompanying drawings. Identical parts are designated by the same reference numerals in the accompanying drawings.

好ましい実施例の説明 本発明の改良されたインクジェット印字ヘッド10の前
面の拡大した概略斜視図が、液滴流出ノズル27のアレ
ーを示すようにして第1図に示されている。又、第2図
を参照すれば、後述される下部の電気的絶縁基体、即ち
加熱装置プレート28、が多重層とされた熱素子36を
有している。この熱素子36は、加熱部材34と、表面
3o上にパターン形成されたアドレス電極33とを含ん
でなる。一方、上部基体、即ちチャンネルプレート31
は平行な溝即ちチャンネル20を形式されていて、これ
らの溝は1つの方向に延在し且つ上部基体の前面エツジ
29を貫通している。これらの溝の他端は傾斜壁面21
にて終端している。内方の凹部24は毛細管の詰まった
インクチャンネル20のためのインク供給マニホールド
として使用されており、インク溜穴として使用するため
に開口底部25を有している。溝の形成されたチャンネ
ルプレートの表面は加熱装置プレート28に整合されて
結合されている。これにより、加熱部材34のそれぞれ
1つが溝および下部基体即ち加熱装置プレートによって
形式されている1つのチャンネル内に位置されるように
なされているのである。インクは凹部24および下部基
体28によって形成されているマニホールドの中に充填
開口25を通して進入し、毛細管作用によって厚いフィ
ルム絶縁層18に形成されている細長い凹部38を流動
してチャンネル2oを充満するのである。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An enlarged schematic perspective view of the front side of the improved inkjet printhead 10 of the present invention is shown in FIG. 1 showing the array of droplet exit nozzles 27. Referring also to FIG. 2, the lower electrically insulating substrate, heater plate 28, described below, includes a multilayer thermal element 36. This thermal element 36 comprises a heating member 34 and address electrodes 33 patterned on the surface 3o. On the other hand, the upper base, that is, the channel plate 31
are formed with parallel grooves or channels 20 that extend in one direction and pass through the front edge 29 of the upper substrate. The other ends of these grooves are inclined wall surfaces 21
It terminates at. The inner recess 24 is used as an ink supply manifold for the capillary filled ink channel 20 and has an open bottom 25 for use as a sump hole. The grooved surface of the channel plate is aligned and coupled to the heater plate 28. This causes each one of the heating elements 34 to be located within a channel defined by the groove and the lower substrate or heater plate. The ink enters the manifold formed by the recess 24 and the lower substrate 28 through the filling opening 25 and flows by capillary action through the elongated recess 38 formed in the thick film insulation layer 18, filling the channels 2o. be.

各ノズルの位置にてインクは凸面即ちメニスカスを形成
し、その表面張力がインク供給部の僅かな負圧と協働し
てそこからインクが流れ出るのを防止している。下部基
体即ちチャンネルプレート28上のアドレス電極33は
ターミナル32にて終端している。上部基体即ちチャン
ネルプレート31は下部基体よりは小さく、電極ターミ
ナル32を露出させて子ボード(daughter b
oard ) 19上の電極14に対して結合線15を
取付けできるようになしている。
At each nozzle location, the ink forms a convex surface or meniscus whose surface tension cooperates with the slight negative pressure in the ink supply to prevent ink from flowing therefrom. Address electrodes 33 on the lower substrate or channel plate 28 terminate at terminals 32. The upper substrate or channel plate 31 is smaller than the lower substrate and exposes the electrode terminals 32 to connect to the daughter board.
The coupling wire 15 can be attached to the electrode 14 on the electrode 19.

この子ボード19の上に印字ヘッド10が永久的に固定
されているのである。層18は後述するように厚いフィ
ルムの不動態化された層であって、上部基体と下部基体
との間に挾み込まれている。この層はエツチング加工さ
れて加熱部材を露出させるようになっていて、これによ
り加熱部材をピット26内に位置させており、又、エツ
チング加工されて細長い凹部38を形成してインクがマ
ニホールド24とインクチャンネル20との間を流れる
ことができるようになしている。更に、この厚いフィル
ムの絶縁層はエッチ7ング加工されて電極ターミナルを
露出させるようになっている。
The print head 10 is permanently fixed onto this slave board 19. Layer 18 is a thick film passivated layer, as described below, that is sandwiched between the upper and lower substrates. This layer is etched to expose the heating element, thereby locating the heating element within the pit 26, and is etched to form an elongated recess 38 to allow ink to enter the manifold 24. The ink can flow between the ink channel 20 and the ink channel 20. Additionally, the thick film insulation layer is etched to expose the electrode terminals.

第1図の横断面が1つのチャンネルを通る線2−2の視
図として第2図に示されており、インクがマニホールド
24から溝20の端部21を回って矢印23によって示
されるように流れる状態を示している。トーペイその他
に付与された米国特許明細舎弟4,638,337号に
開示されているように、複数の気泡を発生させる加熱部
材34およびそれと組み合うアドレス電極33は1側面
を研磨100シたシリコンウェーハの研磨面上にパター
ン形成されている。多重セットをなす印字ヘッド電極3
3、加熱部材として働く抵抗物質34および共通の戻り
回路即ちリターン35をパターン形成する前に、ウェー
ハの研磨面は約2pmの厚さに二酸化シリコンのような
下塗り層39を被覆される。この抵抗物質は化学蒸着(
CVD)によって沈着されたドープ処理された多結晶シ
リコン或いはその他の硼化ジルコニウム(Zr13z)
のような良く知られた抵抗物質とされることができる。
The cross-section of FIG. 1 is shown in FIG. 2 as a view of line 2-2 through one channel, with ink passing from manifold 24 around end 21 of groove 20 as indicated by arrow 23. It shows a state of flow. As disclosed in U.S. Pat. A pattern is formed on the polished surface. Print head electrodes 3 forming multiple sets
3. The polishing surface of the wafer is coated with a subbing layer 39, such as silicon dioxide, to a thickness of about 2 pm before patterning the resistive material 34, which acts as a heating element, and the common return circuit or return 35. This resistive material is deposited by chemical vapor deposition (
Doped polycrystalline silicon or other zirconium boride (Zr13z) deposited by CVD
It can be used as a well-known resistance material such as .

共通のリターンおよびアドレス電極は典型的にはアルミ
ニウムリード線であって、下塗りの上で加熱部材のエツ
ジの上から沈着される。
The common return and address electrodes are typically aluminum leads and are deposited over the edges of the heating element over the base coat.

共通のリターンの端部即ちターミナル37およびアドレ
ス電極32は予め定めた位置に配置され、チャンネルプ
レート31が取付けられて印字ヘッドを構成した後に、
子ボード19の電極14に対する結合線による結合を行
うための間隙が形成されるようになされる。この共通の
リターンは35およびアドレス電極33は0.5〜3p
mの厚さに沈着されるのであり、好ましい厚さは1.5
pmである。
The common return ends or terminals 37 and address electrodes 32 are placed in predetermined positions and after the channel plate 31 is installed to form the print head.
A gap is formed for coupling the child board 19 to the electrode 14 by a coupling line. This common return is 35 and the address electrode 33 is 0.5 to 3p.
The preferred thickness is 1.5 m.
It is pm.

好ましい実施例に於いて、下部基体即ち加熱装置プレー
ト28はシリコンで、熱酸化物(thermaloxi
de )又はその他の適当な二酸化シリコンのような絶
縁層である下塗り層39を備えている。ポリシリコンの
加熱部材34が形成され、又、他の上塗り層13が下塗
り層およびその上の加熱部材の上から沈着される。この
上塗り層13は二酸化シリコン、熱酸化物、或いは再流
動即ちリフローイングの処理をされたポリシリコンガラ
ス(PSG)の何れかとされることができる。熱酸化物
の層は典型的には0.5〜lpmの厚さに迄成長されて
加熱部材を導電性インクから保護し絶縁するのである。
In the preferred embodiment, the lower substrate or heater plate 28 is silicon and thermal oxide.
A subbing layer 39 is provided, which may be an insulating layer such as silicon dioxide or other suitable silicon dioxide. A polysilicon heating element 34 is formed and another overcoat layer 13 is deposited over the basecoat layer and the heating element thereon. This overcoat layer 13 can be either silicon dioxide, thermal oxide, or reflowed polysilicon glass (PSG). A layer of thermal oxide is typically grown to a thickness of 0.5 to lpm to protect and insulate the heating element from the conductive ink.

リフローイング処理されたポリシリコンガラス(PSG
 )は通常は約2pmの厚さとされる。上塗り層はマス
キングされてエツチング処理され、加熱部材のエツジ近
くに経路を形成して、これによりアルミニウム(Aaの
アドレス電極33とアルミニウム(Ae)の共通リター
ン電極35との電気的インターフェースを形成するよう
になされる。更に、加熱部材34の気泡発生領域に於け
る上塗り層13がそれと同時に除去されるのである。硼
化ハフニウムや硼化ジルコニウムのような他の抵抗物質
が加熱部材として使用されるならば、他の適当な良く知
られた絶縁物質を使用することができるのである。
Reflowed polysilicon glass (PSG)
) is typically approximately 2 pm thick. The overcoat layer is masked and etched to form a pathway near the edge of the heating element, thereby forming an electrical interface between the aluminum (Aa) address electrode 33 and the aluminum (Ae) common return electrode 35. Furthermore, the overcoat layer 13 in the bubble generation region of the heating element 34 is removed at the same time.If other resistive materials such as hafnium boride or zirconium boride are used as the heating element, For example, other suitable well-known insulating materials can be used.

熱素子を製造するに於ける次の段階は熱分解する窒化シ
リコン層17を露出されているポリシリコン加熱部材の
上から直接に沈着させることである。これに続いて、1
¥1mの厚さのタンタル層12が沈着されて熱分解する
窒化シリコン層17のキビチージョン応力の保護を行う
ようになされる。
The next step in fabricating the thermal element is to deposit a pyrolytic silicon nitride layer 17 directly over the exposed polysilicon heating element. Following this, 1
A tantalum layer 12 with a thickness of 1 m is deposited to provide protection against the cracking stress of the thermally decomposing silicon nitride layer 17.

熱分解する窒化シリコンは2つの非常に有用な機能を果
たすのである。先ず第1に、これは非常の良好な熱伝導
性を有しており、抵抗体と接触して直接に沈着された場
合には熱的に有効な抵抗構造を形成するのである。第2
に、Taエツチングに抵抗する数少ない物質の1つであ
る。
Pyrolytic silicon nitride serves two very useful functions. First of all, it has very good thermal conductivity and forms a thermally effective resistive structure when deposited directly in contact with a resistor. Second
In addition, it is one of the few materials that resist Ta etching.

多重層とされた熱素子の構造は4重量%の化学蒸着(C
VD)ポリシリコンガラス(PSG )か、又は、好ま
しくはプラズマニトライド鉛不動態化金属の何れかによ
って完成される。これらの物質の何れもA(結合パッド
および抵抗面積部分を除去して選択的にエツチング処理
することができる。
The structure of the multilayer thermal element is 4% by weight chemical vapor deposition (C
VD) either polysilicon glass (PSG) or preferably plasma nitride lead passivated metal. Any of these materials can be selectively etched to remove bond pads and resistive areas.

電極の不動態化のために、2pmの厚さのリンを含むド
ープ処理された化学蒸着(CVD)の二酸化シリコンフ
ィルム16が加熱部材プレート、即ち複数のセットをな
す加熱部材およびアドレス電極を含むウェーハシリコン
、の全体の上から沈着される。この不動態化フィルム1
6はイオンバリヤを形式する。このイオンバリヤが露出
された電極をインクから保護するのである。その他のイ
オンバリヤ、例えばポリイミド、プラズマニトライド、
が上述したリンを含むドープ処理された二酸化シリコン
と同様に使用されることができる。或いは、その何れか
の組み合わせが使用できるのである。
For passivation of the electrodes, a 2 pm thick phosphorus-containing doped chemical vapor deposited (CVD) silicon dioxide film 16 is attached to the heating member plate, i.e. the wafer containing the heating member and address electrodes in sets. Silicon is deposited over the entire surface. This passivation film 1
6 forms an ion barrier. This ion barrier protects the exposed electrodes from the ink. Other ion barriers such as polyimide, plasma nitride,
can be used as well as the phosphorous-doped silicon dioxide described above. Alternatively, any combination can be used.

有効なイオンバリヤ層は、厚さが1000オングストロ
ーム〜10pmの間とされ、好ましくはlpmの厚さと
されることによって、達成される。不動態化フィルム即
ち層16は共通リターンおよびアドレス電極のターミナ
ル端部をエツチング処理によって除去されて、しかる後
の子ボード電極に対する線結合に備えられるのである。
An effective ion barrier layer is achieved with a thickness between 1000 angstroms and 10 pm, preferably 1 pm thick. The passivation film or layer 16 is removed by etching the terminal ends of the common return and address electrodes in preparation for subsequent line bonding to the daughter board electrodes.

この二酸化シリコンフィルムのこのエツチング処理は湿
潤方法又は乾燥方法の何れかによって行われことができ
る。これに代えて、電極の不動態化はプラズマ沈着され
り窒化シリコン(si3:N、 )によって達成するこ
とができる。
This etching treatment of the silicon dioxide film can be carried out either by a wet method or by a dry method. Alternatively, electrode passivation can be achieved with plasma deposited silicon nitride (si3:N, ).

次に、厚いフィルムの形式の、例えばR15ton (
R録商標)、Vacrel (登録商標)、Probi
mer 52 (登録商標)、或いはポリイミドのよう
な絶縁層18が、1011m 〜1100pの厚さで、
好ましくは25pm 〜5011mの範囲の厚さで、不
動態化層16の上から形式される。この絶縁層18はフ
ォトリソグラフのように処理され、エツチングされて各
加熱部材の上の(凹部26を形式する)各々の部分、マ
ニホールド24からインクチャンネル20へ至るインク
通路を形式する細長い凹部38、そして各電極ターミナ
ル32.37の上の層18の部分、を除去することがで
きるようになされる。細長い凹部38は厚いフィルム層
18のそれらの部分を除去することによって形式される
のである。
Next, in the form of a thick film, for example R15ton (
R registered trademark), Vacrel (registered trademark), Probi
An insulating layer 18, such as mer 52 (registered trademark) or polyimide, has a thickness of 1011 m to 1100 p,
Formed over the passivation layer 16, preferably with a thickness in the range 25 pm to 5011 m. This insulating layer 18 is photolithographically processed and etched to form respective portions (forming recesses 26) over each heating element, elongated recesses 38 forming ink passageways from manifold 24 to ink channels 20; The portion of layer 18 above each electrode terminal 32, 37 is then allowed to be removed. The elongated recesses 38 are formed by removing those portions of the thick film layer 18.

厚いフィルム層18に於いては、ビット26は、多重層
とされた熱素子36の気泡発生領域の各々を露出させる
壁面と、マニホールドに対してインクチャンネルを開口
する細長い凹部38を形式している壁面とを有して、形
成される。凹部壁面42は凹部26の底部に位置された
パルス付勢される加熱部材によって発生された気泡の各
々が横方向に移動するのを禁止し、これによって垂直方
向に気泡が成長するのを助成するのである。それ故に、
米国特許明細書画4,638,337号に開示されてい
るように、空気の摂取を引き起こす加熱部材の作動欠陥
を最終的にもたらすことになる蒸発したインクのバース
トを解放するバーンアウト現象は回避されるのである。
In the thick film layer 18, the bits 26 are in the form of elongated recesses 38 that open the ink channels to the manifold and the walls exposing each of the bubble generating regions of the multilayered thermal elements 36. It is formed with a wall surface. The recess walls 42 inhibit lateral movement of each of the bubbles generated by the pulse-energized heating element located at the bottom of the recess 26, thereby promoting bubble growth in the vertical direction. It is. Therefore,
As disclosed in U.S. Pat. It is.

不動態化されたアドレス電極はその長さの大部分に沿っ
てインクに露出され、正常な電極不動態化層16に何ら
かのピンホールが形式されていれば電極33を電気分解
の状態に露出することになる。
The passivated address electrode is exposed to ink along most of its length, and any pinholes formed in the normal electrode passivation layer 16 expose the electrode 33 to electrolytic conditions. It turns out.

これは最終的にその電極によってアドレスされている加
熱部材の作動欠陥をもたらすことになる。
This will ultimately lead to operational failure of the heating element addressed by that electrode.

従って、アドレス電極に対して追加の保護が厚いフィル
ム層18によって与えられるのである。何故ならば、そ
れらの電極は2つの重ね合わされた層、即ち不動態化層
16と厚いフィルム層18、によって不動態化されてい
るからである。
Additional protection for the address electrodes is therefore provided by the thick film layer 18. This is because the electrodes are passivated by two superimposed layers: passivation layer 16 and thick film layer 18.

参照することでここに組み入れられる米国再発行特許第
32,572号および第4,638,337号に開示さ
れているように、チャンネルプレートは100のシリコ
ンウェーハから形式されて印字ヘッドのための複数の上
部基体31を作りだす。加熱部材プレート28も1つの
ウェーハから又は複数のウェーハを含むウェーハ寸法構
造体(図示せず)から形式されるのである。比較的大き
な四角い貫通凹部および複数のセットをなす等しい間隔
に隔てられている平行な■形溝凹部がウェーハ(図示せ
ず)の一方の面にエツチングで形式される。これらの凹
部は最終的には印字ヘッドのインクマニホールド24お
よびインクチャンネル20となる。ウェーハを含むチャ
ンネルプレートおよび加熱部材プレートは互いに整合さ
れて結合され、次にダイスによって加工されて複数の個
別の印字ヘッドを形成される。ダイスカットによる一方
が端面29を形成し、細長い■溝凹部20の一端の開口
がノズル27を形成する。■溝凹部20の他端は端部2
1によって閉じた状態のままとされる。しかしながら、
上述したウェーハの整゛合および結合によって各セット
をなすチャンネル20の端部21は第2図に示すように
厚いフィルムの絶縁層18に於ける細長い凹部38の上
に直接に位置されることになり、矢印23で示すように
マニホールド24からチャンネルの中へのインクの流れ
を可能にするのである。
As disclosed in U.S. Reissue Pat. An upper base body 31 is created. Heating member plate 28 may also be formed from a single wafer or from a wafer-sized structure (not shown) containing multiple wafers. Relatively large square through-hole recesses and sets of equally spaced parallel square groove recesses are etched into one side of a wafer (not shown). These recesses ultimately become the ink manifold 24 and ink channels 20 of the printhead. The channel plate containing the wafer and the heating member plate are aligned and bonded together and then processed by a die to form a plurality of individual printheads. One side formed by the die cutting forms an end face 29, and the opening at one end of the elongated square groove recess 20 forms a nozzle 27. ■The other end of the groove recess 20 is the end 2
1, it remains closed. however,
By aligning and bonding the wafers as described above, the ends 21 of each set of channels 20 are positioned directly over the elongated recesses 38 in the thick film insulating layer 18, as shown in FIG. This allows ink to flow from manifold 24 into the channels as shown by arrow 23.

改良された印字ヘッドの温度は、キャリッジの移動限界
位置に於いて液滴を流出させていない場合に於いてすら
、実質的に一定に維持されるのである。レザンカに付与
され且つ又第3図に示されている米国特許明細書画4,
571,599号に開示されているように、多色の熱イ
ンクジェットプリンター11が示されていて、これは幾
つかの使い捨てのインク供給カートリッジ22を備えて
いる。各インク供給カートリッジは本発明の印字ヘッド
10に一体的に取付けられている。このカートリッジお
よび印字ヘッドの組み合わせ体は移動可能なカートリッ
ジ40に対して取外し可能に取付けられるのである。プ
リントモードに於いては、カートリッジは例えば矢印4
5で示すように記録媒体間に平行なガイドレール43上
を前後に往復移動される。例えばペーパーのような記録
媒体は静止状態に保持され、これに対してカートリッジ
は一方向へ移動されるのであり、カートリッジが反対方
向に移動される前にペーパーは矢印46の方向へ段階的
に移動されるのである。この段階的な移動距離は、ペー
パーを一方向に横断する間に印字ヘッド10によってプ
リントされるデータの印字帯幅(swath )の高さ
に等しい。インク液滴は要求に応じて、印字ヘッドの前
面29のノズル27から軌道47に沿ってペーパーへ流
出即ち噴出される。印字ヘッドの前面はペーパーから0
.254 mm〜2.54 mm (0,01〜0.1
インチ)の距離だけ隔てられている。0.508 mm
 (0,02インチ)の距離とされるのが好ましい。ペ
ーパーのステップ移動の公差および印字ヘッドの直線的
な偏向公差は、情報の連続した印字帯幅が間隙や重なり
を生じないでプリントできるようになされるための許容
限界内に維持される。
The temperature of the improved printhead remains substantially constant even when the carriage is at the extremes of travel and is not discharging droplets. U.S. Patent Specification Drawing 4, issued to Rezanka and also shown in FIG.
No. 571,599, a multicolor thermal inkjet printer 11 is shown that includes several disposable ink supply cartridges 22. Each ink supply cartridge is integrally attached to the printhead 10 of the present invention. This cartridge and printhead combination is removably attached to a movable cartridge 40. In print mode, the cartridge is marked e.g. by arrow 4.
As shown at 5, the recording medium is reciprocated back and forth on a guide rail 43 parallel to the recording medium. The recording medium, e.g. paper, is held stationary while the cartridge is moved in one direction, and the paper is moved stepwise in the direction of arrow 46 before the cartridge is moved in the opposite direction. It will be done. This step distance is equal to the height of the swath of data printed by printhead 10 while traversing the paper in one direction. Ink droplets are ejected or ejected from nozzles 27 on the front face 29 of the printhead along a track 47 onto the paper on demand. The front of the print head is zero from the paper.
.. 254 mm~2.54 mm (0.01~0.1
separated by a distance of inches). 0.508 mm
(0.02 inches). Paper stepping tolerances and printhead linear deflection tolerances are maintained within acceptable limits to allow continuous swath widths of information to be printed without gaps or overlaps.

各キャリッジ40は異なる色インク、即ち1つの黒のカ
ートリッジおよび1つから3つ迄の異なる色の選択され
た追加のカートリッジを備えている。
Each carriage 40 is equipped with a different color of ink, ie, one black cartridge and selected additional cartridges of one to three different colors.

カートリッジと印字ヘッドとの組み合せ体はカートリッ
ジに於けるインク供給が失われた後に取り出されて廃棄
される。この実施例では、幾つかのノズルは1回の完全
なカートリッジの横方向移動の間に液滴を噴出すること
がなく、ペーパーエツジを越えて印字ヘッドが移動した
ときにはノズルは全く液滴噴出を行わないのである。キ
ャリッジの横方向移動に於けるこのような終端において
、ペーパーが印字帯幅の高さだけ矢印46の方向に段階
的に移動される間に僅かな休止時間が与えられる。従っ
て、上述したように従来技術の印字ヘッドは冷却される
のである。しかしながら本発明の印字ヘッドは、インク
を蒸発させるには不十分な強さの電気的な即ちエネルギ
ーパル、スが液滴を流出させないように加熱部材に対し
て付与されることによって、一定の作動温度に維持され
るのである。この補足熱量は印字ヘッドの作動温度を一
定に保持する。使用されていない加熱部材の個数、パル
ス幅、および!又は補足パルスの出力が、プリントモー
ドにある印字ヘッドの作動温度を制御する。
The cartridge and printhead combination is removed and discarded after the ink supply to the cartridge is lost. In this embodiment, some nozzles do not eject any drops during one complete lateral movement of the cartridge, and some nozzles do not eject any drops at all when the printhead moves past the paper edge. They don't do it. At this end of the lateral movement of the carriage, a short pause is allowed during which the paper is moved stepwise in the direction of arrow 46 by the height of the swath width. Therefore, as discussed above, prior art printheads are cooled. However, the printhead of the present invention requires constant operation by applying electrical or energy pulses of insufficient strength to evaporate the ink to the heating member so as not to cause droplets to escape. temperature is maintained. This supplemental heat maintains a constant operating temperature of the printhead. Number of unused heating elements, pulse width, and! Alternatively, the output of the supplemental pulses controls the operating temperature of the printhead in print mode.

プリントの間に印字ヘッドの温度を一定に維持するため
に補足熱量を使用する結果、その平均的な装置温度はそ
うしない場合に比較して高くなる。しかしながら、この
温度がプリント欠陥が生じるような予め定めた最高温度
以下に保持されるならば、このことは有利となるのであ
る。この最高温度はエチレングリコールおよびベースで
ある水が使用されているインクの場合には、約70°C
である。しかしインク組成の相違やインクチャンネルの
幾何学形状によって変化する。70°C以下では、温度
が高い程液滴速度は一層一定となる。
As a result of using supplemental heat to maintain a constant printhead temperature during printing, the average device temperature is higher than it would otherwise be. However, it is advantageous if this temperature is kept below a predetermined maximum temperature at which print defects occur. This maximum temperature is approximately 70°C for inks using ethylene glycol and water as a base.
It is. However, it varies due to differences in ink composition and ink channel geometry. Below 70°C, the droplet velocity becomes more constant at higher temperatures.

20°Cでは、水ベースのインク組成を有する印字ヘッ
ドの幾つかのチャンネルに於いて、ぎりぎりで許容でき
る液滴速度が践察された。印字ヘッドの温度の速い上昇
によって液滴速度は非常に広い範囲で高まる。理想的な
作動点は、インクと装置との温度に依存し、この場合に
はざっと30’Cから50’Cであるように見られてい
る。高い温度での作動に於ける更に他の利点は、インク
の粘性が低下し、チャンネルの再充填時間が短縮されて
、プリント周期を高めることが可能となることである。
At 20°C, marginally acceptable drop velocities were observed in some channels of printheads with water-based ink compositions. A rapid increase in printhead temperature increases drop velocity over a very wide range. The ideal operating point depends on the temperature of the ink and device, and in this case appears to be roughly 30'C to 50'C. Yet another advantage of operating at elevated temperatures is that ink viscosity is reduced, reducing channel refill time and allowing for increased print cycles.

第4図には、本発明の1つの実施例が示されている。こ
れに於いて、例えば48個のジェット即ちチャンネルの
印字ヘッドが使用されており、同時に2つのチャンネル
迄プリント作動できるようになされている。エネルギー
補償パルス計画のこの実施例に於いては、48個のチャ
ンネルは1度に2個ずつパルス付勢され、又、チャンネ
ル(1,2,3,24゜25、26および48)がプリ
ントを行っていると仮定されている。補償サイクルの間
に短いパルスが与えられ、この時間間隔内に48個のビ
クセルに関して放散された全エネルギーが一定となるよ
うにされる。キャリッジは連続して移動するので、1つ
のビクセルから次のピクセルへと僅かな時間内に48個
の全てのジェットのプリント作動を終えることが必要と
なる。さもなければ、ドツト即ちピクセルのパターンは
過度にギザギザな状態になってしまう。2 kHzでの
作動では、1つのビクセル位置から次のピクセル位置へ
至るのに500マイクロ秒が得られ、3 kHzでは3
33マイクロ秒が得られる。比較すれば、プリントサイ
クルは5マイクロ秒の24回にわたる時間間隔(全体で
120マイクロ秒)で構成され、この間に2つ迄のチャ
ンネルが約3マイクロ秒の持続パルスを使用して1度に
作動される、即ち付勢されるのである。プリントサイク
ルの間に放散されるエネルギーは、48ビクセル迄のセ
ットにより、EP=nPtPとなる。ここで、nは作動
されたチャンネル数(0〜48)、Pはプリントパルス
当りの出力、t、はパルス幅(この例では3マイクロ秒
)である。放散される最大エネルギーはE、x=NPt
Pとなる。ここで、この例ではN=48である。厳密に
一定したエネルギー人力に関しては、m個の短いパルス
が一般にF休止時期」の間に付与され(気泡を発生させ
るほど大きいものはない)、Ep+EC=nPtP+m
Pto=Emax=NPt、となる。ここで、ECは補
償エネルギーで、toは補償パルスのパルス幅、即ち持
続時間、である。例えば、jc= tP/4(0,75
マイクロ秒)であるならば、n + m/4 = 48
となり、プリントが行われていないときの(n=0)時
間内には192の短いパルスが必要となるのである。2
kHzの作動では、エネルギー補償サイクルは350マ
イクロ秒(120マイクロ秒のプリントサイクルと30
マイクロ秒の設定時間が許容される)となる。エネルギ
ー補償サイクルの間に1度に2個迄の加熱部材に対して
パルス付勢を行うことによって、プリントサイクルの間
に行われるように、96個のパルス間隔が生じ、短いパ
ルスは、75マイクロ秒にわたってオンされ、2.9マ
イクロ秒にわたってオフされるようになされる。関心を
引く他の場合が表1に示されている。120マイクロ秒
のプリントサイクルおよび30マイクロ秒の設定時間で
あると仮定している。選定の基準は、見の間に気泡は発
生されないが、駆動トランジスターは十分に速いことで
ある。
FIG. 4 shows one embodiment of the invention. In this, for example, a 48 jet or channel printhead is used, with up to two channels being able to print at the same time. In this example of an energy compensated pulse scheme, the 48 channels are pulsed two at a time and channels (1, 2, 3, 24° 25, 26 and 48) are printed. It is assumed that this is done. A short pulse is applied during the compensation cycle so that the total energy dissipated for the 48 pixels within this time interval remains constant. Since the carriage moves continuously, it is necessary to finish printing all 48 jets from one pixel to the next within a short period of time. Otherwise, the pattern of dots or pixels will become excessively jagged. Operating at 2 kHz gives 500 microseconds to get from one pixel location to the next, while at 3 kHz it takes 3.
33 microseconds is obtained. By comparison, a print cycle consists of 24 time intervals of 5 microseconds (120 microseconds total) during which up to two channels are activated at once using pulses of approximately 3 microsecond duration. In other words, it is energized. The energy dissipated during the print cycle is EP=nPtP by setting up to 48 pixels. where n is the number of activated channels (0-48), P is the power per print pulse, and t is the pulse width (3 microseconds in this example). The maximum energy dissipated is E, x = NPt
It becomes P. Here, in this example, N=48. For a strictly constant energy force, m short pulses are typically applied during the F rest period (none large enough to generate bubbles), and Ep+EC=nPtP+m
Pto=Emax=NPt. Here, EC is the compensation energy and to is the pulse width or duration of the compensation pulse. For example, jc=tP/4(0,75
microseconds), then n + m/4 = 48
Therefore, 192 short pulses are required during the time (n=0) when no printing is being performed. 2
For kHz operation, the energy compensation cycle is 350 microseconds (120 microsecond print cycle and 30
(setting times in microseconds are allowed). By pulsing up to two heating elements at a time during the energy compensation cycle, as is done during the printing cycle, 96 pulse intervals are produced, with short pulses of 75 microns. It is turned on for 2.9 microseconds and turned off for 2.9 microseconds. Other cases of interest are shown in Table 1. Assuming a 120 microsecond print cycle and a 30 microsecond setup time. The selection criteria is that no bubbles are generated in between, but that the drive transistor is sufficiently fast.

様々な方法およびれがエネルギー補償パルスに関する論
理を実行する上で具現された。1つの方法はプリントサ
イクルの間にパルス数を計数し、補償サイクルに関して
カウンターを減じることである。この方法は加熱部材が
作動されるトラックを維持せず、十分な補償パルスが付
勢される迄、加熱部材が液滴噴出に使用されないような
簡単なサイクルである。好ましい実施例では、この方法
はプリントデータに対しrNOTJ作動を遂行し、又、
これを補償サイクルのデータとして使用し、プリントし
なかった加熱部材のみがエネルギー補償に使用されるよ
うになすのである。これによれば、加熱部材の寿命を一
層予測可能とする。
Various methods and techniques have been implemented in implementing the logic for energy compensation pulses. One method is to count the number of pulses during the print cycle and decrement the counter on compensation cycles. This method does not maintain a track in which the heating element is actuated and is a simple cycle in which the heating element is not used for drop ejection until sufficient compensation pulses are energized. In a preferred embodiment, the method performs an rNOTJ operation on the print data;
This is used as data for the compensation cycle so that only the unprinted heating elements are used for energy compensation. According to this, the life of the heating member can be further predicted.

本発明はEp+ EC= ”maxの場合に限定される
ものではない。成る1つに関して、EcはEfflaX
 Epよりも恐らく多少小さくなる。何故ならば、補償
サイクルの間に液滴が噴出されることによってエネルギ
ーが持ち去られることがないからである。更に、印字ヘ
ッド温度を正確に一定に保持することは必要ではないの
である。Emaxより゛も小さい補償の上限で十分であ
ることが見出されているのである。小さなエネルギー補
償を使用することの利点は、長期間にわたって上限の作
動温度に接近しないような熱平衡を容易に維持できると
いうことである。
The invention is not limited to the case where Ep + EC = "max. For one, Ec is EfflaX
It will probably be slightly smaller than Ep. This is because no energy is carried away by ejecting droplets during the compensation cycle. Furthermore, it is not necessary to hold the printhead temperature precisely constant. It has been found that an upper limit of compensation even less than Emax is sufficient. The advantage of using a small energy compensation is that it is easier to maintain thermal equilibrium such that the upper operating temperature is not approached for long periods of time.

エネルギー補償はプリントが行われているか行われよう
としているときは常に要求される。特に、エネルギー補
償はカートリッジが移動の終端位置にて停止する間に最
大限にて継続されねばならない。又、プリントの開始の
直前にも行われねばならない。暖機時間は不快なほどに
長くてはならず、1分間当り1頁のプリンターの場合に
は1〜5秒で、3秒以内に大部分の部材の温度が上昇す
るようになされることで満足されるべきである。ヒート
シンクは、装置温度がその大部分の部材に於いて数秒以
内に上昇し、しかる後はゆっくりと上昇するように設計
されねばならない。エネルギー補償は長い時間の加熱効
果を得るためにも付与されねばならず、例えば、プリン
トされたライン毎にパルスの正確な数をカウンター減少
させて行われる。
Energy compensation is required whenever printing is occurring or is about to occur. In particular, energy compensation must continue to a maximum extent while the cartridge is stopped at the end of its travel. It must also be done just before the start of printing. The warm-up time should not be uncomfortably long; it should be 1 to 5 seconds for a one-page-per-minute printer, with the temperature of most parts rising within three seconds. should be satisfied. The heat sink must be designed so that the device temperature rises in most of its parts within a few seconds and then slowly. Energy compensation must also be applied to obtain long-term heating effects, for example by counter-decrementing the exact number of pulses for each printed line.

エネルギー補償はパルス幅、見、を変更することによっ
ても制御できるのであり、これはプリントサイクルの間
に付勢されたチャンンル数に依存する。1つの実施例で
は、短い補償パルスは補償サイクルの間にのみ付与され
る。他の実施例に於いては、短い補償パルスはプリント
サイクルの間も同様に付勢され、プリントが望まれるチ
ャンネルに対してはパルス幅が拡げられるのである。最
小のパルス幅増分量は、装置の最速の時計によって決め
られるのであり、典型的には10〜20 kHzである
。エネルギー補償を制御する他の方法はパルスの出力を
変更することであるが、これは実行が一層困難である。
Energy compensation can also be controlled by changing the pulse width, which depends on the number of channels energized during the print cycle. In one embodiment, short compensation pulses are applied only during compensation cycles. In other embodiments, short compensation pulses may be activated during the print cycle as well, with the pulse width broadened for channels where printing is desired. The minimum pulse width increment is determined by the fastest clock on the device and is typically 10-20 kHz. Another way to control energy compensation is to change the power of the pulses, but this is more difficult to implement.

補償エネルギーはプリント作業&!関与するのと同じ加
熱部材で与えられると仮定したが、これは必要条件では
ない。補償熱量を供給することにのみ関与する1つもし
くはそれ以上の個数の特別な加熱部材(図示せず)が加
熱部材プレート28の何れかの場所に形成され得るので
ある。それらはインクと接触しない位置に配置されるの
が好ましい。
Compensation energy is printed work &! Although it has been assumed that this is provided by the same heating element involved, this is not a necessary condition. One or more special heating elements (not shown), which are solely responsible for providing a compensating amount of heat, can be formed anywhere on the heating element plate 28. Preferably, they are placed in a position where they do not come into contact with the ink.

本発明の補償パルスの意図する計画の利点は次の通りで
ある。即ち、 1、温度センサーや特別な加熱部材を必要とすることな
く実行できる。
The advantages of the intended scheme of compensation pulses of the present invention are as follows. That is, 1. It can be carried out without requiring a temperature sensor or a special heating member.

2、熱的に生じるスポット寸法の変化および幅を無視す
ることができるようになされる。
2. Thermal induced spot size changes and widths are made negligible.

3、装置からヒートシンクに至る熱抵抗の小さな経路を
得るための熱的パッケージングが重要でなくなる。
3. Thermal packaging becomes less important to provide a low thermal resistance path from the device to the heat sink.

4、スポット寸法がプリントパルス状態と同様に差温度
に伴って増大することから、気泡を発生させるためのピ
ーク出力が低減できる。
4. Since the spot size increases with differential temperature similar to the print pulse condition, the peak power for bubble generation can be reduced.

5、上昇温度での作動が液滴温度を均一にするように改
善され、良好な性能の製造が改善される。
5. Operation at elevated temperature is improved to make the droplet temperature uniform, improving production of good performance.

6、上昇温度に於ける作動が装置内部のインク粘性を低
減すると予測され、チャンネルの再充填時間が改善され
る。
6. Operation at elevated temperatures is expected to reduce ink viscosity inside the device, improving channel refill time.

有用であることが立証されるその他の特徴は、絶対温度
を装填する温度センサーである。エネルギー補償計画は
これにより、例えば見取り表を使用して大気温度やプリ
ントの行われている時間的な長さに関係なく所要の装置
温度を与えるように、変更されることができる。このよ
うな温度センサー(図示せず)はインクジェットプリン
ターの内部か又は印字ヘッド自体の上に物理的に配置さ
れることができるのである。
Another feature that may prove useful is a temperature sensor with absolute temperature loading. The energy compensation plan can then be modified, for example using a chart, to provide the required device temperature regardless of the ambient temperature or the length of time that printing is taking place. Such a temperature sensor (not shown) can be physically located inside the inkjet printer or on the printhead itself.

多くの変更や変形が本発明の前述した記載から明らかと
なるのであって、このような変更および変形は本発明の
範囲に包含することが意図されている。
Many modifications and variations will become apparent from the foregoing description of the invention and such modifications and variations are intended to be included within the scope of the invention.

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

第1図は、本発明を具現する印字ヘッドの概略的な部分
的斜視図。 第2図は、第1図の線2−2に沿った視図の横断面図。 第3図は、使い捨てのインクカートリッジに一体に取付
けられた第1図の印字ヘッドを有するキャリッジ形式の
多色の熱インクジェットプリンターの概略的な斜視図。 第4図は、印字ヘッドに要求される熱を付加するための
例示のエネルギー補償パルスの技術のサンプルプロット
を示す図面。 10・・・印字ヘッド、11・・・プリンター16・・
・不動態化フィルム層、 18・・・フィルム絶縁層、 1つ・・・子ボード、20・・・チャンネル即ち溝、2
4・・・凹部即ちマニホールド、27・・・ノズル、2
8・・・加熱装置プレート、 31・・・チャンネルプレート、32.37・・・ター
ミナル、33・・・アドレス電極、34・・・加熱部材
、35・・・戻り即ちリターン電極、 36・・・熱素子、 38・・・凹部、 40・・・カートリッジ、 44・・・記録媒体、47・・・軌道。
FIG. 1 is a schematic partial perspective view of a printhead embodying the invention. FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line 2--2 of FIG. FIG. 3 is a schematic perspective view of a carriage-type multicolor thermal inkjet printer having the printhead of FIG. 1 integrally attached to a disposable ink cartridge. FIG. 4 is a diagram illustrating a sample plot of an exemplary energy compensated pulse technique for adding the required heat to a printhead. 10...Print head, 11...Printer 16...
・Passivation film layer, 18... Film insulation layer, 1... Child board, 20... Channel or groove, 2
4... Concavity, ie, manifold, 27... Nozzle, 2
8... Heating device plate, 31... Channel plate, 32. 37... Terminal, 33... Address electrode, 34... Heating member, 35... Return electrode, 36... Thermal element, 38... Concavity, 40... Cartridge, 44... Recording medium, 47... Orbit.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)インク供給マニホールドと、一端にて前記マニホ
ールドと連通し、他端はノズルにて終端されている複数
の毛細管の詰まった平行なインクチャンネルと、各イン
クチャンネル内に1つずつ配置された加熱部材の直線的
なアレーとを有し、付勢された加熱部材に接触するイン
クを瞬時に蒸発させるのに十分に強力な電気的エネルギ
ーパルスを加熱部材に選択的に付勢して、一時的に蒸気
泡が形成されてインク液滴を流出させるようになすこと
によって、要求に応じてインク液滴を流出させる形式の
改良された熱インクジェットの印字ヘッドであって、 インク液滴の流出のために加熱部材が付勢されていない
間に、インクを蒸発させるには不十分な強さのエネルギ
ーパルスで予め定めた加熱部材を時々付勢して印字ヘッ
ドに対する補足加熱を行い、印字ヘッドが印字モードと
されている間は印字ヘッドを実質的に一定の作動温度に
保持するようになす、 ことを特徴とする熱インクジェットの印字ヘッド。
(1) an ink supply manifold, a plurality of parallel ink channels filled with capillary tubes communicating with the manifold at one end and terminating in a nozzle at the other end, one ink channel disposed within each ink channel; a linear array of heating members, and selectively energizing the heating members with pulses of electrical energy powerful enough to instantaneously evaporate ink that contacts the energized heating members. an improved thermal inkjet printhead of the type that ejects ink droplets on demand by causing vapor bubbles to form and eject the ink droplets; While the heating element is not energized, the predetermined heating element is occasionally energized with energy pulses of insufficient intensity to evaporate the ink to provide supplemental heating to the printhead. A thermal inkjet printhead characterized in that the printhead is maintained at a substantially constant operating temperature while in a print mode.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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EP0700790A2 (en) 1994-09-09 1996-03-13 Canon Kabushiki Kaisha Printing apparatus and method for controlling the temperature of the printing head of such printing apparatus
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