JPH04118248A - Thermal ink jet head - Google Patents
Thermal ink jet headInfo
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
(産業上の利用分野)
本発明は、サーマルインクジェット記録装置におけるヘ
ッド構造、特に、バブルの発生する方向を規定するビッ
トと呼ばれる凹部構造を有するサーマルインクジェット
ヘッドに関するものである(従来の技術)
インクジェット記録方式において、ヒーターの発熱によ
り発生する蒸気バブルの圧力によってインクドロップを
噴射させるサーマルインクジェット記録方式は、その構
造的な特徴から高密度で高速記録が十分可能であり、か
つ、マルチノズル化、製作容易性において優れており、
多方面で開発が行なわれている。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION (Field of Industrial Application) The present invention relates to a head structure in a thermal inkjet recording device, and particularly to a thermal inkjet head having a concave structure called a bit that defines the direction in which bubbles are generated. (Prior Art) In the inkjet recording method, the thermal inkjet recording method, in which ink drops are ejected by the pressure of vapor bubbles generated by heat generated by a heater, is capable of high-density and high-speed recording due to its structural characteristics. It is excellent in multi-nozzle design and ease of production.
Development is underway in many areas.
ヒーターの発熱により発生する蒸気バブルは、ヒーター
の上面に広がりながら発生するが、特開昭62−336
48号公報に記載されているように、バブルの発生する
方向を規定する凹部構造を有したヘッド構造が知られて
いる。Steam bubbles generated by the heat generated by the heater spread over the top surface of the heater.
As described in Japanese Patent No. 48, a head structure having a concave structure that defines the direction in which bubbles are generated is known.
第4図は、凹部を有するサーマルインクジェットヘッド
の一例を示すもので、一部を切断した斜視図である。図
中、1はチャンネル基板、2はヒーター基板、3はヒー
ター、4はインク流路、5はノズル口、6はインク供給
口、7はビット層、8は凹部(ビット)である。なお、
電極、保護膜等は図示を省略した。FIG. 4 is a partially cutaway perspective view showing an example of a thermal inkjet head having a recessed portion. In the figure, 1 is a channel substrate, 2 is a heater substrate, 3 is a heater, 4 is an ink flow path, 5 is a nozzle port, 6 is an ink supply port, 7 is a bit layer, and 8 is a recess (bit). In addition,
Electrodes, protective films, etc. are not shown.
チャンネル基板1とヒーター基板2とを、位置合わせし
て、接着することによりサーマルインクジェットヘッド
が構成されているが、ビット層7はヒーター基板上に形
成される。A thermal inkjet head is constructed by aligning and bonding a channel substrate 1 and a heater substrate 2, and the bit layer 7 is formed on the heater substrate.
第5図は、凹部近傍の概略を説明するためのものであり
、同図(A)は平面図、同図(B)は、同図(A)のb
−b断面図である。ヒーター3は、凹部8の底部に設け
られている。ヒーター3の加熱により、バブル9が発生
し、インク10をノズル口5より噴射させるが、凹部8
により、バブルの横方向への成長を制限して、ノズルか
ら逸出、空気の吸い込みを防止している。FIG. 5 is for explaining the outline of the vicinity of the recess; FIG. 5 (A) is a plan view, and FIG.
-b sectional view. The heater 3 is provided at the bottom of the recess 8. Due to the heating of the heater 3, a bubble 9 is generated and the ink 10 is ejected from the nozzle port 5, but the concave portion 8
This limits the lateral growth of bubbles, prevents them from escaping from the nozzle, and prevents air from being sucked in.
しかしながら、ヒーターを取り囲む凹部は、ヒーターの
発熱中心線3aに対し対称な構造であるため、バブルは
、ヒーター上方に、はぼ垂直に成長する。このバブルの
成長方向は、インク滴の噴射方向に対して90度である
ため、バブルの膨張エネルギーが十分に噴射エネルギー
とならず、エネルギーロスがあり、インク滴の噴射速度
が低い原因となっている。However, since the concave portion surrounding the heater has a symmetrical structure with respect to the heat generation center line 3a of the heater, the bubble grows almost perpendicularly above the heater. Since the growth direction of this bubble is 90 degrees with respect to the ink droplet jetting direction, the expansion energy of the bubble does not become sufficient jetting energy, resulting in energy loss and causing the ink droplet jetting speed to be low. There is.
特開昭63−312843号公報に記載されたサーマル
インクジェットヘッドでは、エネルギー効率の向上、イ
ンクリフィル向上のために、バブル形成がノズルに向か
うよう発熱抵抗エレメントを覆う熱遅延手段を設けてい
るが、熱遅延層の形成のための工程が増加し、コストを
高いものとする問題を有している。In the thermal inkjet head described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 63-312843, in order to improve energy efficiency and ink refill, a thermal inkjet head is provided with a heat delaying means that covers the heating resistor element so that bubble formation is directed toward the nozzle. There is a problem in that the number of steps for forming the heat retardation layer increases, making the cost high.
(発明が解決しようとする課題)
本発明は、上述した問題点を解決するためになされたも
ので、バブルの逸脱や空気の吸い込みがないよう、ヒー
ター上にビットと呼ばれる凹部を有したヘッド構造にお
いて、インク滴噴射速度を向上させ、噴射エネルギー効
率をさらに高めようとすることを目的とするものである
。(Problems to be Solved by the Invention) The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and has a head structure that has a recess called a bit on the heater to prevent bubble deviation and air intake. The purpose of this invention is to improve the ink droplet ejection speed and further increase the ejection energy efficiency.
(課題を解決するための手段)
本発明は、インク流路に凹部を有し、この凹部の底部に
発熱素子が設けられているサーマルインクジェットヘッ
ドにおいて、凹部を形成する内壁の形状が、発生したバ
ブルをノズル方向に向けるよう構成されていることを特
徴とするものである。(Means for Solving the Problems) The present invention provides a thermal inkjet head that has a recess in the ink flow path and a heating element is provided at the bottom of the recess. It is characterized by being configured to direct the bubble toward the nozzle.
ヒーターの中心に対し、凹部内容積をノズル方向に向か
って大きくすることにより、発生したバブルをノズル方
向に向けるようにすることができる。By increasing the internal volume of the recess toward the nozzle with respect to the center of the heater, generated bubbles can be directed toward the nozzle.
凹部の内壁をノズル方向に向かうよう傾斜させて発生し
たバブルをノズル方向に向けるようにすることができる
。The inner wall of the recess can be inclined toward the nozzle so that generated bubbles can be directed toward the nozzle.
(作 用)
発熱素子から発生するバブルは、あらゆる方向に膨張し
ようとするが、インク流路に設けられたビットと呼ばれ
る凹部は、膨張するバブルが横方向に広がるのに制限を
与える。(Function) Bubbles generated from the heating element try to expand in all directions, but a concave portion called a bit provided in the ink flow path restricts the expanding bubble from spreading laterally.
凹部内壁が垂直に形成された角柱状である場合は、バブ
ルは凹部壁に制限され上方へ高く成長する。したがって
、凹部上部において前後に広がる成分は少ない。When the inner wall of the recess is vertically formed into a prismatic shape, the bubble is restricted by the wall of the recess and grows high upward. Therefore, the component that spreads back and forth in the upper part of the recess is small.
凹部内壁を、発生したバブルがノズル方向に向けるよう
構成すると、バブルが上方へ成長する成分が少なくなり
、インク滴の吐出エネルギーを大きくでき、噴出効率が
より高く、インク滴噴射速度も速くなる。If the inner wall of the recess is configured so that generated bubbles are directed toward the nozzle, the component that causes bubbles to grow upward is reduced, the ejection energy of ink droplets can be increased, the ejection efficiency is higher, and the ink droplet ejection speed is increased.
(実施例)
第1図は、本発明のサーマルインクジェットヘッドの一
実施例を説明するためのもので、同図(A)は平面図、
同図(B)は、同図(A)のb−す断面図である。図中
の符号は、第5図と同様な部分には同じ符号を付した。(Example) FIG. 1 is for explaining one example of the thermal inkjet head of the present invention, and FIG. 1 (A) is a plan view,
Figure (B) is a sectional view taken along line b in Figure (A). The same reference numerals in the figure are given to the same parts as in FIG. 5.
ヒーター基板2はSiウェハ、チャンネル基板1もSi
ウェハを用いる。ノズル口5を形成するインク流路4と
、インク供給口は、Siの結晶方位に依存してエツチン
グ速度が違うことを利用した異方性エツチング法(OD
E法)によりチャンネル基板に作製される。凹部8を形
成するビット層7は、この実施例では感光性樹脂で作製
した。The heater substrate 2 is a Si wafer, and the channel substrate 1 is also a Si wafer.
Uses wafer. The ink flow path 4 forming the nozzle port 5 and the ink supply port are etched using an anisotropic etching method (OD
A channel substrate is fabricated using the E method). The bit layer 7 forming the recess 8 was made of photosensitive resin in this example.
まず、感光性樹脂をヒーター基板2上にスピンコードし
、溶剤除去を目的とした加熱を行なう。次にマスクを用
いて露光を行ないパターニングし、エツチングを行ない
平面形状が台形の凹部8を形成する。次に、硬化のため
加熱を行ない、その後、インク流路4やインク供給口6
が形成されたチャンネル基板1をアライメント接合して
ヘッドが作製できる。First, a photosensitive resin is spin-coded onto the heater substrate 2, and heated for the purpose of removing the solvent. Next, exposure is performed using a mask for patterning, and etching is performed to form a recess 8 having a trapezoidal planar shape. Next, heating is performed for curing, and then the ink flow path 4 and the ink supply port 6 are heated.
A head can be manufactured by aligning and bonding the channel substrate 1 on which is formed.
凹部8は、第1図(A)に示したように、平面形状は台
形である。長寸法の底辺を例えば65μm、短寸法の上
辺を例えば25μmとし、長寸法の底辺がノズル口5側
に位置するようにする。As shown in FIG. 1(A), the recessed portion 8 has a trapezoidal planar shape. The base of the long dimension is, for example, 65 μm, the upper side of the short dimension is, for example, 25 μm, and the base of the long dimension is positioned on the nozzle port 5 side.
凹部8の形状をこのようにすると、発熱素子3上から発
生成長するバブル9はあらゆる方向に広がろうとする。When the recess 8 is shaped like this, the bubble 9 generated and grown from above the heating element 3 tends to spread in all directions.
ここで、凹部8内のノズル側のバブルは、横方向にもあ
る程度法がることができるため、上方への成長は少ない
。しかし、その反対側のインク供給口側のバブルは、横
方向に広がれず、すべて上方に成長するためより高く成
長する。Here, since the bubbles on the nozzle side in the recess 8 can extend laterally to some extent, their growth upward is small. However, the bubbles on the opposite side of the ink supply port do not spread laterally and all grow upwards, so they grow higher.
このバブルの上方への成長高さの差により、バブル9は
、同図(B)に示すように、その成長方向は、全体的に
ノズル口側に向かって成長し、インクを噴射方向に近い
方向に移動させる。したがって、噴射エネルギー効率が
良くなる。Due to the difference in the height of the upward growth of the bubbles, the bubble 9 grows generally toward the nozzle opening, as shown in FIG. move in the direction. Therefore, the injection energy efficiency is improved.
台形形状の寸法は、上述した値に限定されるものではな
い。また、平面形状も台形に限らず、三角形等、ノズル
側の凹部面積が大きくなる形状であれば良い。The dimensions of the trapezoidal shape are not limited to the values mentioned above. Further, the planar shape is not limited to a trapezoid, but may be any shape such as a triangle that increases the area of the recess on the nozzle side.
第2図は、本発明のサーマルインクジェットヘッドの他
の実施例を説明するためのもので、同図(A)は平面図
、同図(B)は、同図(A)のb−す断面図である。図
中の符号は、第5図と同様な部分には同じ符号を付した
。FIG. 2 is for explaining another embodiment of the thermal inkjet head of the present invention, in which (A) is a plan view and (B) is a cross section taken along the line B in (A) It is a diagram. The same reference numerals in the figure are given to the same parts as in FIG. 5.
この実施例では、凹部のノズル口方向側が段差をもって
広がっている構造にした。段差を形成するため、ビット
層を2層とし、第1ビット層7aにより形成される凹部
に対して、第2ビット層7bにより形成される凹部は、
ノズル口側に広がった形状とした。発生されるバブル9
は、第1ビット層7aまでは上方に成長するのみである
が、第2ビット層7bにバブル9が到達すると、ノズル
口側方向にバブルが成長する。これにより第1図で説明
したと同様に、噴射エネルギー効率が高くなり、インク
滴噴射速度も向上する。In this embodiment, the concave portion has a structure in which the side toward the nozzle opening widens with a step. In order to form a step, two bit layers are used, and the recess formed by the second bit layer 7b is formed by the recess formed by the first bit layer 7a.
It has a shape that widens toward the nozzle mouth side. Bubble 9 generated
The bubbles 9 only grow upward up to the first bit layer 7a, but when the bubbles 9 reach the second bit layer 7b, they grow toward the nozzle mouth side. This increases the ejection energy efficiency and improves the ink droplet ejection speed, as described in FIG. 1.
凹部の製作方法は、第1回目の感光性樹脂の塗布、露光
パターニング、エツチング、加熱硬化で第1ビット層を
15μm厚に作製し、その上に第2回目の感光性樹脂の
塗布、露光バターニング、エツチング、加熱硬化をして
第2ビット層を25μm厚に作製した。凹部層の厚さは
、これに限定されるものではない。The method for producing the recesses is to create a first bit layer with a thickness of 15 μm by applying the photosensitive resin for the first time, exposing it to patterning, etching it, and curing it with heat. A second bit layer having a thickness of 25 μm was prepared by etching, etching, and heat curing. The thickness of the recess layer is not limited to this.
第3図(A)〜(C)は、それぞれビット層に形成され
る凹部の他の実施例を説明するための断面図である。第
5図と同様な部分には同じ符号を付して説明を省略する
。FIGS. 3A to 3C are cross-sectional views for explaining other embodiments of recesses formed in the bit layer. Components similar to those in FIG. 5 are designated by the same reference numerals, and their explanation will be omitted.
第3図(A)は、凹部8のノズル口側が発熱素子のない
領域にまで存在するようにしたものである。発熱素子が
ない領域へ向かってバブル9が成長するので、バブル9
の成長方向をノズル口側に向けることができる。In FIG. 3(A), the nozzle opening side of the recess 8 extends to an area where there is no heating element. Since the bubble 9 grows toward the area where there is no heating element, the bubble 9
The growth direction can be directed toward the nozzle opening.
第3図(B)は、凹部8の前後の内壁をノズル口側に向
けて傾斜した形状としたものである。傾斜壁に沿って、
バブル9が成長するから、成長方向をノズル口側に向け
ることができる。In FIG. 3(B), the front and rear inner walls of the recess 8 are inclined toward the nozzle opening. Along the sloping wall
Since the bubble 9 grows, the growth direction can be directed toward the nozzle mouth side.
また、第3図(C)に示すように、凹部8の内壁の傾斜
角を、前後で異なる形状、例えば、前方壁が、よりノズ
ル口側に向けて傾斜し、後方壁はほぼ垂直な壁とした形
状としてもよい。Further, as shown in FIG. 3(C), the inclination angle of the inner wall of the recess 8 may be different in the front and back, for example, the front wall is inclined more toward the nozzle opening, and the rear wall is a substantially vertical wall. It may also be shaped like this.
(発明の効果)
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、噴射
エネルギー効率がよく、インク滴噴射速度が速いサーマ
ルインクジェットヘッドを提供できる効果がある。(Effects of the Invention) As is clear from the above description, the present invention has the effect of providing a thermal inkjet head with good ejection energy efficiency and high ink droplet ejection speed.
また、凹部を有した構造であるから、バブルのノズルか
らの逸出、空気取り込みが発生せず、噴射特性が安定し
た高性能なヘッドが得られるという効果もある。Further, since the structure has a concave portion, escape of bubbles from the nozzle and intake of air do not occur, and a high-performance head with stable jetting characteristics can be obtained.
第1図は、本発明のサーマルインクジェットヘッドの一
実施例の凹部を説明するためのもので、同図(A)は平
面図、同図(B)は、同図(A)のb−b断面図、第2
図は、本発明のサーマルインクジェットヘッドの他の実
施例の凹部を説明するためのもので、同図(A)は平面
図、同図(B)は、同図(A)のb−b断面図、第3図
は、本発明のサーマルインクジェットヘッドのさらに他
の実施例の凹部の断面図、第4図は、凹部を有するサー
マルインクジェットヘッドの一例の一部を切断した斜視
図、第5図は、第4図の凹部近傍の概略を説明するため
のものであり、同図(A)は平面図、同図(B)は、同
図(A)のb−b断面図である。
1・・・チャンネル基板、2・・・ヒーター基板、3・
・・発熱素子、4・・・インク流路、5・・・ノズル口
、6・・・インク供給口、7・・・ビット層、8・・・
凹部、9・・・バブル。
特許出願人 富士ゼロックス株式会社FIG. 1 is for explaining the recessed portion of one embodiment of the thermal inkjet head of the present invention. Cross section, 2nd
The figures are for explaining the recessed portion of another embodiment of the thermal inkjet head of the present invention, where (A) is a plan view and (B) is a cross section taken along line bb in Figure (A). 3 is a sectional view of a recessed portion of still another embodiment of a thermal inkjet head of the present invention, FIG. 4 is a partially cutaway perspective view of an example of a thermal inkjet head having a recessed portion, and FIG. 5 4A is a plan view, and FIG. 4B is a sectional view taken along line bb in FIG. 4A. 1... Channel board, 2... Heater board, 3...
... Heat generating element, 4... Ink channel, 5... Nozzle port, 6... Ink supply port, 7... Bit layer, 8...
Concavity, 9...bubble. Patent applicant Fuji Xerox Co., Ltd.
Claims (1)
設けられているサーマルインクジェットヘッドにおいて
、凹部を形成する内壁の形状が、発生したバブルをノズ
ル方向に向けるよう構成されていることを特徴とするサ
ーマルインクジェットヘッド。In a thermal inkjet head that has a recess in the ink flow path and a heating element provided at the bottom of the recess, the shape of the inner wall forming the recess is configured to direct generated bubbles toward the nozzle. Features a thermal inkjet head.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP23840890A JP2889342B2 (en) | 1990-09-08 | 1990-09-08 | Thermal inkjet head |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
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JP2889342B2 JP2889342B2 (en) | 1999-05-10 |
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Legal Events
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