JPH06134988A - Bubble-jet print head - Google Patents

Bubble-jet print head

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Publication number
JPH06134988A
JPH06134988A JP28867292A JP28867292A JPH06134988A JP H06134988 A JPH06134988 A JP H06134988A JP 28867292 A JP28867292 A JP 28867292A JP 28867292 A JP28867292 A JP 28867292A JP H06134988 A JPH06134988 A JP H06134988A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
insulating substrate
heating
print head
bubble
comb
Prior art date
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Pending
Application number
JP28867292A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Sadazumi Shiraishi
貞純 白石
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.)
Seiko Instruments Inc
Original Assignee
Seiko Instruments Inc
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Filing date
Publication date
Application filed by Seiko Instruments Inc filed Critical Seiko Instruments Inc
Priority to JP28867292A priority Critical patent/JPH06134988A/en
Publication of JPH06134988A publication Critical patent/JPH06134988A/en
Pending legal-status Critical Current

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Abstract

PURPOSE:To obtain the excellent printing quality without the printing-dot deviation by suppressing thermal interference between heating dots, and equalizing the timings of the generations of bubble films. CONSTITUTION:An insulating substrate 1, on which heating resistors 2 are formed, is fabricated in a comb shape. The heating resistors 2 are provided on the approximately entire surfaces of the edge surfaces of the comb teeth. Heat separating members 15 having the lower heat conductivity than the insulating substrate 1 are embedded in the comb-shaped gap parts furthermore.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明はインクジェットプリンタ
の一方式であるバブルジェットプリンタのプリントヘッ
ドに関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a print head of a bubble jet printer which is one type of ink jet printer.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来のバブルジェットプリントヘッドの
構成例とインクの吐出原理を図4に示す。図4において
1は絶縁性基板、2は発熱抵抗体、3は発熱抵抗体2に
通電するための電極、4は発熱抵抗体2を保護するため
の保護層である。絶縁性基板1と発熱抵抗体2との間に
は、通常絶縁性基板1を保護し、かつ適当な蓄熱を起こ
させるためのアンダーコート5が形成される。
2. Description of the Related Art FIG. 4 shows a configuration example of a conventional bubble jet print head and the principle of ink ejection. In FIG. 4, 1 is an insulating substrate, 2 is a heating resistor, 3 is an electrode for energizing the heating resistor 2, and 4 is a protective layer for protecting the heating resistor 2. An undercoat 5 is usually formed between the insulating substrate 1 and the heating resistor 2 for protecting the insulating substrate 1 and for causing appropriate heat storage.

【0003】電極3を介して印加された電圧パルスによ
って発熱抵抗体2に発生したジュール熱は保護層4を熱
し、保護層4の表面6は瞬時に高温に達する。このため
表面6に接したインクは沸騰し、気泡膜7が発生する。
気泡膜7の膨張によりインク8がオリフィス9より吐出
する。
The Joule heat generated in the heating resistor 2 by the voltage pulse applied through the electrode 3 heats the protective layer 4, and the surface 6 of the protective layer 4 instantly reaches a high temperature. Therefore, the ink in contact with the surface 6 boils and a bubble film 7 is generated.
The expansion of the bubble film 7 causes the ink 8 to be ejected from the orifice 9.

【0004】図5は図4A−A’面に沿った断面図であ
る。絶縁性基板1は平坦であり、発熱抵抗体間は分離さ
れていない。
FIG. 5 is a sectional view taken along the plane AA 'of FIG. The insulating substrate 1 is flat, and the heating resistors are not separated.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】気泡膜の発生原理を詳
しく説明する。バブルジェットプリンタで応用している
現象は膜沸騰現象である。液体(インク)と接する伝熱
面を急速に加熱し伝熱面を瞬時に液体の過熱限界TS に
まで昇温させると伝熱面と接した液体は沸騰し、膜状の
気泡が形成される。この気泡膜の初期内部圧力は非常に
高く、気泡膜は急激に膨張する。印加パルスと伝熱面温
度上昇および気泡膜発生のタイミングを図6に示す。気
泡膜は伝熱面の温度が過熱限界に達した直後に発生し始
める。従ってバブルジェットプリンタにおいてドットず
れのない印字を行うには、気泡膜の発生する時点tB
発熱体によらず一定にする必要がある。
The generation principle of the bubble film will be described in detail. The phenomenon applied in the bubble jet printer is the film boiling phenomenon. When the heat transfer surface in contact with the liquid (ink) is rapidly heated and the temperature of the heat transfer surface is instantly raised to the superheat limit TS of the liquid, the liquid in contact with the heat transfer surface is boiled and film-like bubbles are formed. . The initial internal pressure of this bubble film is very high, and the bubble film expands rapidly. FIG. 6 shows the timing of the applied pulse, the temperature rise of the heat transfer surface and the generation of the bubble film. The bubble film starts to be generated immediately after the temperature of the heat transfer surface reaches the overheat limit. Therefore, in order to perform printing without dot deviation in the bubble jet printer, it is necessary to make the time t B at which the bubble film is generated constant regardless of the heating element.

【0006】ここで従来のバブルジェットプリントヘッ
ドにおいて連続した5ドットが通電発熱する場合を考え
る。隣接したドット間には絶縁性基板,保護層を通じて
熱干渉が起こり、一つのドットを単独で通電発熱させた
場合よりは昇温速度が速くなり、ピーク温度も高くな
る。従って連続したドット(a)〜(e)を同時に通電
発熱させると、パルス印加中のある時点におけるドット
温度の分布は図7のようになり、中央ドット(c)の気
泡膜発生が最も早く、端部のドットが最も遅くなる。こ
れはプリントヘッドのオリフィスからインクが吐出する
タイミングが異なることを示し、印字ドットのずれを引
き起こす原因となる。
Here, consider the case where five consecutive dots in a conventional bubble jet print head are energized and generate heat. Thermal interference occurs between the adjacent dots through the insulating substrate and the protective layer, and the rate of temperature rise is higher and the peak temperature is also higher than when one dot is energized to generate heat. Therefore, when successive dots (a) to (e) are simultaneously energized and heated, the dot temperature distribution at a certain point during pulse application becomes as shown in FIG. 7, and the generation of the bubble film at the central dot (c) is the earliest. The dots at the edges are the slowest. This indicates that ink is ejected from the orifices of the print head at different timings, which causes deviation of print dots.

【0007】実際、本発明者らがストロボ観察により気
泡膜形状を調査したところ、気泡膜の成長過程において
は中央ドットの気泡膜が最も大きく、端部へ向かうほど
気泡膜は小さくなっていることが確認された。これは中
央ドットの気泡膜発生が最も速いことを示している。
In fact, when the present inventors investigated the shape of the bubble film by stroboscopic observation, it was found that the bubble film of the central dot was the largest and the bubble film became smaller toward the end during the growth process of the bubble film. Was confirmed. This indicates that the generation of the bubble film at the central dot is the fastest.

【0008】以上のように、従来のバブルジェットプリ
ントヘッドでは隣接する発熱抵抗体間の熱分離性が悪
く、熱干渉が生じやすいため、印字ドットのずれを引き
起こすという問題を有していた。
As described above, the conventional bubble jet print head has a problem that the heat separation between the adjacent heating resistors is poor and thermal interference is likely to occur, resulting in the deviation of print dots.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
め、本発明では高い熱伝導率を有する絶縁性基板を、櫛
歯状に形成し、櫛歯の先端面のほぼ全面に発熱抵抗体を
設けた、さらに櫛歯状の空隙部に絶縁性基板の熱伝導率
より低い熱伝導率を有する熱分離材が埋設されているこ
とを特徴とする。
In order to solve the above problems, according to the present invention, an insulating substrate having a high thermal conductivity is formed in a comb shape, and a heating resistor is formed on almost the entire tip surface of the comb teeth. And a thermal separator having a lower thermal conductivity than that of the insulating substrate is embedded in the comb-shaped void.

【0010】[0010]

【作用】上記の手段により、発熱ドット間の熱分離性を
高めることができ、複数ドットを同時に通電発熱させた
場合においても熱干渉を抑制することができるため、気
泡膜の発生タイミングは駆動ドットによらず一定とな
り、もって印字ドットのずれのない良好な印字品質を得
ることができる。
By the above means, the heat separation between the heating dots can be enhanced, and the thermal interference can be suppressed even when a plurality of dots are simultaneously energized and heated. The print quality is constant regardless of the above, and therefore good print quality without deviation of print dots can be obtained.

【0011】[0011]

【実施例】【Example】

(実施例1)図1に第1の実施例を示す。絶縁性基板1
を櫛歯状に形成し、櫛歯の先端面のほぼ全面に発熱体抵
抗体2が形成されている。このような構造で発熱抵抗体
2に通電すると、膜沸騰に供されない熱量は主に図中の
矢印の方向へ伝わりベース10へと拡散するため、隣接
ドットとの熱干渉は抑制される。
(Embodiment 1) FIG. 1 shows a first embodiment. Insulating substrate 1
Is formed in a comb shape, and the heating element resistor 2 is formed on almost the entire tip surface of the comb shape. When the heating resistor 2 is energized with such a structure, the amount of heat not used for film boiling is mainly transferred in the direction of the arrow in the figure and diffused to the base 10, so that thermal interference with adjacent dots is suppressed.

【0012】熱分離性は絶縁性基板1の櫛歯の深さDが
大きいほど高まる。絶縁性基板1にはノズル壁、インク
ホールの形成された天板11が接合されプリントヘッド
を構成する。 (実施例2)実施例1では絶縁性基板が断差をもつため
保護層のステップカバレッジが十分でない場合がある。
また、高密度なプリントヘッドを作製する場合には電圧
パルス印加のための電極配線を形成するスペースが不足
する、あるいはノズル壁との位置整合が困難になるなど
の問題が生じる可能性がある。
The thermal isolation increases as the depth D of the comb teeth of the insulating substrate 1 increases. A nozzle wall and a top plate 11 having ink holes are joined to the insulating substrate 1 to form a print head. (Example 2) In Example 1, since the insulating substrate has a gap, the step coverage of the protective layer may not be sufficient.
Further, when a high-density print head is manufactured, there is a possibility that a space for forming an electrode wiring for applying a voltage pulse is insufficient, or it becomes difficult to align a position with a nozzle wall.

【0013】この点を改良するため、実施例2では図2
に示すように絶縁性基板1の空隙に、絶縁性基板1の熱
伝導率λ1 よりも小さい熱伝導率λ2 を有する材料を熱
分離材15として埋設している。この熱分離材によって
平坦化された絶縁性基板1上に発熱抵抗体2、電極3、
保護層4が形成される。熱伝導率の比λ1 /λ2 が大き
いほど熱分離性は高くなり、印字品質向上に及ぼす効果
は大きい。
In order to improve this point, FIG.
As shown in FIG. 3, a material having a thermal conductivity λ2 smaller than the thermal conductivity λ1 of the insulating substrate 1 is embedded in the void of the insulating substrate 1 as the heat separating material 15. On the insulating substrate 1 flattened by this heat separating material, the heating resistor 2, the electrode 3,
The protective layer 4 is formed. The larger the thermal conductivity ratio λ 1 / λ 2 is, the higher the thermal separability is, and the greater the effect on the printing quality is.

【0014】絶縁性基板としてSi基板、熱分離材とし
てポリイミド樹脂を用いた場合の作製プロセスの例を図
3に示す。 Si基板12の熱酸化処理によりSiO2 層13を形
成する。該SiO2 層13は蓄熱層としても作用するた
め厚みは必要特性に応じて決定される。
FIG. 3 shows an example of a manufacturing process when a Si substrate is used as the insulating substrate and a polyimide resin is used as the heat separating material. The SiO 2 layer 13 is formed by thermal oxidation of the Si substrate 12. Since the SiO 2 layer 13 also functions as a heat storage layer, the thickness is determined according to the required characteristics.

【0015】フォトエッチングにより、 除去すべきS
i基板12に相当する部分のSiO2 層を取り除く。 エッチングによりSi基板12の不用部分を除去す
る。このとき、エッチング側面14が(111)面とな
るようにSi基板12を設計すれば、異方性エッチング
により深い溝を精度よく形成できる。
S to be removed by photoetching
The SiO2 layer corresponding to the i-substrate 12 is removed. The unnecessary portion of the Si substrate 12 is removed by etching. At this time, if the Si substrate 12 is designed so that the etched side surface 14 becomes the (111) plane, the deep groove can be accurately formed by anisotropic etching.

【0016】ワニス状ポリイミド樹脂16をスピンコ
ートし、キュアした後不用部分を除去しSi基板を平坦
化する。感光性ポリイミドを用いた場合は、露光,現像
により不用部分を除去することができる。 以上のように作製した絶縁性基板上に発熱抵抗体2、
電極3、保護層4を形成する。
A varnish-like polyimide resin 16 is spin-coated and cured, and then unnecessary portions are removed to flatten the Si substrate. When photosensitive polyimide is used, the unnecessary portion can be removed by exposure and development. On the insulating substrate manufactured as described above, the heating resistor 2,
The electrode 3 and the protective layer 4 are formed.

【0017】この場合、Si基板の熱伝導率λ1 は約1
70W/mk、ポリイミド樹脂の熱伝導率λ2 は約0.
1W/mkであるため両者の熱伝導率の比は非常に大き
く、発熱抵抗体2で発生した熱量のほとんどはSi基板
12を通じてベースへ拡散するため熱分離性を損なうこ
とは全くない。また保護層4としてSiO2 を用いたと
すると、SiO2 の熱伝導率は約1W/mkであり、S
i基板の熱伝導率よりはるかに低いので保護層を介して
の熱干渉もほとんど影響はない。
In this case, the thermal conductivity λ 1 of the Si substrate is about 1.
70W / mk, thermal conductivity λ2 of polyimide resin is about 0.
Since it is 1 W / mk, the ratio of the thermal conductivities of both is very large, and most of the heat generated in the heating resistor 2 is diffused to the base through the Si substrate 12 and does not impair the thermal separability at all. If SiO 2 is used as the protective layer 4, the thermal conductivity of SiO 2 is about 1 W / mk.
Since the thermal conductivity of the i substrate is much lower than that of the i substrate, thermal interference through the protective layer has almost no effect.

【0018】[0018]

【発明の効果】以上のように本発明では発熱体が形成さ
れる絶縁性基板の、発熱体間の空隙を設けたり絶縁性基
板より低い熱伝導率を有する熱分離材で置換し、隣接ド
ット間の熱干渉を抑制したため、複数の発熱体を同時に
発熱させる場合でも同一のタイミングで気泡膜を発生さ
せることができ、これにより印字ドットづれのない良好
な印字品質を得ることができるという効果をもたらす。
As described above, according to the present invention, the insulating substrate on which the heating element is formed is provided with a space between the heating elements or is replaced with a heat separating material having a lower thermal conductivity than the insulating substrate, and the adjacent dots are Since the heat interference between the heating elements is suppressed, a bubble film can be generated at the same timing even when a plurality of heating elements are heated at the same time, and thus, it is possible to obtain good print quality without print dot deviation. .

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

【図1】本発明の実施例の断面図である。FIG. 1 is a sectional view of an embodiment of the present invention.

【図2】本発明の他の実施例の断面図である。FIG. 2 is a sectional view of another embodiment of the present invention.

【図3】本発明の実施例の作製プロセスの断面図であ
る。
FIG. 3 is a cross-sectional view of the manufacturing process of the example of the present invention.

【図4】従来のバブルジェットプリントヘッドの構成例
である。
FIG. 4 is a structural example of a conventional bubble jet print head.

【図5】従来のバブルジェットプリントヘッドの構成例
である。
FIG. 5 is a structural example of a conventional bubble jet print head.

【図6】気泡膜発生のタイミング説明図である。FIG. 6 is a timing explanatory diagram of bubble film generation.

【図7】従来ヘッドの発熱分布図である。FIG. 7 is a heat generation distribution diagram of a conventional head.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 絶縁性基板 2 発熱抵抗体 3 電極 4 保護層 5 アンダーコート 6 保護層表面 7 気泡膜 8 インク 9 オリフィス 10 ベース 11 天板 12 Si基板 13 SiO2 層 14 Siエッチング側面 15 熱分離材 16 ポリイミド樹脂1 Insulating Substrate 2 Heating Resistor 3 Electrode 4 Protective Layer 5 Undercoat 6 Protective Layer Surface 7 Bubble Film 8 Ink 9 Orifice 10 Base 11 Top Plate 12 Si Substrate 13 SiO 2 Layer 14 Si Etching Side 15 Thermal Separation Material 16 Polyimide Resin

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 少なくとも絶縁性基板上に一列状に配置
された複数個の発熱抵抗体と該発熱抵抗体を発熱させる
手段と前記発熱抵抗体がそれぞれに対応して形成された
ノズルとを有し、該発熱抵抗体を発熱させることにより
該発熱抵抗体に接したインクを沸騰させ、生成された気
泡膜の膨張圧によりインクを吐出させるバブルジェット
プリントヘッドにおいて、前記絶縁性基板を櫛歯状に形
成し、該櫛歯の先端面のほぼ全面に前記発熱抵抗体を設
けたことを特徴とするバブルジェットプリントヘッド。
1. A plurality of heating resistors arranged in a line on at least an insulating substrate, means for heating the heating resistors, and nozzles formed corresponding to the heating resistors. In the bubble jet print head that heats the heating resistor to boil the ink in contact with the heating resistor and eject the ink by the expansion pressure of the generated bubble film, the insulating substrate is comb-shaped. A bubble jet print head, characterized in that the heating resistor is provided on substantially the entire tip surface of the comb tooth.
【請求項2】 前記櫛歯状の絶縁性基板の空隙部に、該
絶縁性基板の熱伝導率より低い熱伝導率を有する熱分離
材が埋設されていることを特徴とする請求項1記載のバ
ブルジェットプリントヘッド。
2. The heat separating material having a thermal conductivity lower than that of the insulating substrate is embedded in the void portion of the comb-shaped insulating substrate. Bubble jet print head.
JP28867292A 1992-10-27 1992-10-27 Bubble-jet print head Pending JPH06134988A (en)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20130083131A1 (en) * 2010-07-23 2013-04-04 Bradley D. Chung Thermal resistor fluid ejection assembly
US9120310B2 (en) 2009-03-25 2015-09-01 Canon Kabushiki Kaisha Recording element substrate, method of manufacturing the recording element substrate, and liquid ejection head

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