JPH0632263B2 - 液体噴射記録ヘッド - Google Patents

液体噴射記録ヘッド

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JPH0632263B2
JPH0632263B2 JP60212703A JP21270385A JPH0632263B2 JP H0632263 B2 JPH0632263 B2 JP H0632263B2 JP 60212703 A JP60212703 A JP 60212703A JP 21270385 A JP21270385 A JP 21270385A JP H0632263 B2 JPH0632263 B2 JP H0632263B2
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resistor
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electrodes
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Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は、液体噴射記録ヘッドに関し、特に熱エネルギ
ーを記録液に与えて気泡を発生させ、これにより記録液
を吐出させて記録を行う液体噴射記録ヘッドに関する。
[従来の技術] 発熱抵抗体を用いて熱エネルギーを記録液に与えて液体
を噴射させる液体噴射記録ヘッドの使用寿命を延ばすた
めには使用している発熱抵抗層の使用寿命を長くするこ
とが重要である。従来発熱抵抗体の損傷は、発熱量分布
が一様でないために、起ることが多かった。発熱抵抗体
に導電体である電極層を設けてなる電気熱変換体とし
て、電極を設ける際に断線が生じないように、また保護
層等のステップカバレージ性をあげ、耐久性能を向上さ
せる等の目的で、電極が設けられる発熱抵抗体の幅を電
極幅より広げることが提案されている(特開昭59-19485
9 号公報参照)。しかしこのような形状の電気熱変換体
においては電極間を流れる電流の密度が一様にならず、
一部に集中する場合があり、この場合には発熱量が一様
にならず、発熱量が大きくなる部分が生ずることがあっ
た。そしてこの発熱量が過大になる部分から損傷が生
じ、結果的に抵抗体の寿命が短くなるという問題が生ず
る場合があった。
[発明が解決しようとする問題点] 本発明は上述した従来の問題点を除去し、発熱抵抗体の
発熱量分布をできるだけ一様にし、発熱抵抗体の寿命、
延いては液体噴射記録ヘッドの寿命を伸ばすことを目的
とする。
[問題点を解決するための手段] 前記目的を達成するための本発明は、層状の抵抗体と、
該抵抗体上に積層され、該抵抗体の幅より狭い幅を有す
る一対の層状の電極とを有し、該一対の電極間に電圧を
印加して電極間の抵抗体に熱を生じせしめ、該熱を液体
に作用させて気泡を発生させることにより、液体を吐出
する液体噴射記録ヘッドにおいて、前記抵抗体表面上に
直角座標系X−Yをとり、φ(x,y)を抵抗体表面上
の点(x,y)おけるポテンシャル値とし、該抵抗体の
周囲境界のうち、前記一対の電極の一方との境界に、あ
る境界値を与え、他方の電極との境界に前記境界値とは
異なる境界値を与え、そのほかの境界に該境界の法線方
向に対するφの微分係数が0である境界条件を与え、抵
抗体領域を対象としてラプラス方程式 ∂φ/∂x+∂φ/∂y=0 を解いたとき、φの傾きの大きさ の最大値の、抵抗体中央におけるφの傾きの大きさ に対する比が1.4以下である形状を前記電極と前記抵
抗体が有していることを特徴とする液体噴射記録ヘッド
である。
[作用] 低抗体におけるφの傾きの最大値の、電極間の抵抗体の
中央におけるφの傾きに対する比を1.4以下にするこ
とにより、電極間の抵抗体の発熱量の分布をできるだけ
一様にし、発熱抵抗体延いては記録ヘッドの寿命を伸ば
すことができる。
[実施例] 以下に、図面を参照して本発明を詳細に説明する。
実施例1 第1 図(a) 〜第1 図(c) は本発明の一実施例を示す図
で、発熱抵抗体により記録液に熱エネルギーを与え発泡
させることにより液滴を噴射するヘッドのうち、抵抗体
付近を示したものである。
図中、1は基板,2は蓄熱層、3は層状の発熱抵抗体、
4は発熱抵抗体上に積層され、この発熱抵抗体の幅より
狭い幅を有する一対の層状の電極、5,6 は保護膜で各層
を構成する物質名および厚さを第1 表に示す。同図(a)
は横断面図、同図(b) は保護膜5,6 を除いた部分の平面
図、同図(c) は同図(b) のA,B 付近の拡大図である。図
中Wは抵抗体中央部における抵抗体3 の幅であり、W1
は抵抗体端部における抵抗体の幅、Dは電極先端におけ
る電極4 の幅、D1 は抵抗体端部における電極4 の幅で
あり、L1は2 ケ所ある抵抗体の幅が段階的に変化する位
置の間の距離、L2は電極先端間の距離である。本実施例
の場合、W=32μm,W1 =58μm,D=32μm,D1
=50μm,L1 =150 μm,L2 =150μmであり、電極
先端における電極幅D と抵抗体中央部における抵抗体の
幅Wが等しいことと、電極の先端位置を抵抗体の幅が段
階的に変化する位置に一致させていること、抵抗体の幅
が変化する凹部に比較的大きな曲率半径をもたせること
が特徴である。第1図(c) においてd= 8μmで、曲率部
の曲率半径は約D/10とした。
さて、第1 図(b) において、発熱抵抗体表面上に直角座
標系X-Y をとり、φ(x,y) と抵抗体表面上の点(x,y) に
おけるポテンシャル値とし、一対の電極のうち、一方の
電極と発熱抵抗層との境界(3a)に、ある境界値φ1
を、他方の電極と発熱抵抗層との境界(3b)にφ1
異なる値の境界値φ2 を与え、発熱抵抗層のこれらの他
の境界にこの境界の法線方向に対するφの微分係数が0
である境界条件を与え、発熱抵抗体領域を対象としてφ
を未知数とするラプラス方程式を解いたとき、φの傾き
の大きさ(電流密度)は、図示のB点において最大とな
り、その値は抵抗体の中央におけるφの傾きの大きさの
1.13倍である。
この場合、直角座標系X-Y が抵抗体の面上にあれば、座
標の原点およびX-Y の方向をどのようにとっても、また
異なる境界値φ1 ,φ2 の大きさを変化させても、φの
傾きが最大となる位置およびその点でのφの傾きと抵抗
体中央におけるφの傾きの比は変らない。
実施例2〜実施例6 次に第1図においてD と L2 を変化させた実施例2ない
し実施例6について、φの傾きの最大値と抵抗体中央に
おける傾きの大きさとの比rを、実施例1の結果と共に
第2表に示す。同表に示した寸法の範囲においてはrは
すべて1.4 以下になっている。第2表に示すように、φ
の傾きが最大となる位置は、発熱抵抗体と電極の形状に
よって、抵抗体3が電極4と接する側の端部A,または
抵抗体3の平行部の端部Bとなる。そしてその点におけ
るφの傾きの大きさと抵抗体中央におけるφの傾きの大
きさとの比rは、発熱抵抗体の形状に従って変化する。
実施例7 第2図(a),(b) は本発明の別の実施例を示す。横断面図
は第1図(a) のものと同様であるので、保護膜5,6 を除
いた部分の平面図を第2図(a) に、第2図(a) における
A,B付近の拡大図を第2図(b) に示す。本実施例の場
合、W=32μm,W1 =58μm,D=32μm,D1 =50
μm,L1 =150 μm,L2 =158μm,d=13μmであ
り、 L2 > L1 となっている。本実施例の場合φの傾き
の最大の位置はB,r=1.36であり、1.4 以下になってい
る。
比較例1 さて実施例1 ないし実施例7で述べた本発明の効果を次
に示す。第3図は比較のために示した従来の形状の発熱
抵抗体である。横断面図は第1図(a) と同様であるか
ら、第2図(a),(b) と同様保護膜5,6 を除いた平面図を
第3図(a) に、第3図(a) の中でA′,B′付近の拡大図
を第3図(b) に示す。図中、 L1 =150μm,L2 =158μ
m,W=32μm,W1 =58μm,D=D1 =50μmであ
る。この比較例の形状は、図示のように抵抗体の角の曲
率半径が小さく、また抵抗体の幅Wが電極の幅D より小
さい。本比較例の場合φの傾きの最大の位置はB′であ
り、r値は1.71であった。
第3表は、第1図,第2表,第2図に示した実施例1〜
7および第3図に示した比較例1の発熱抵抗体を液体噴
射記録ヘッドに用いて実際に液体の吐出を行い、発熱抵
抗体の耐久試験を行った結果である。なお、発熱抵抗体
に印加する電圧は、おのおのの抵抗体について、液体噴
射を行うのに必要最小限の電圧を測定し、その電圧に1.
15を乗じたものとした。またパルス幅は 8μsec 、パル
ス周波数は1kHzであった。
第3表からわかるように、r値が小さいほど抵抗体の耐
久性が優れており、r値が1.4 をこえると耐久性が急変
している。
実施例8 第4 図(a) 〜第4 図(c) は本発明の他の実施例を示し、
発熱抵抗体により記録液に熱エネルギーを与え発泡させ
ることにより液滴を噴射するヘッドの抵抗体付近を示し
たものであるが、第1図〜第3図に示した例とは膜構成
が異なる。第4図(a) は本実施例の層構成を示したもの
で、10は基板、11は蓄熱層、12は層状の発熱抵抗体、
13は発熱抵抗体上に積層され、この発熱抵抗体の幅よ
り狭い幅を有する一対の層状の電極、14は電極保護膜、
15は抵抗体保護膜であり、各層を構成する物質および厚
さをは第4表に示す。第4図(b) は抵抗体形状を示し、
同図(c) は同図(b) の左上部の拡大図である。抵抗体の
曲率部の曲率半径は第1図の例よりやや大きい、また電
極の幅はD=D1 となっている。本実施例の場合φの傾き
の最大の位置は図示のBであり、r値は1.25であった。
実施例9 第5図(a),(b) は抵抗体の形状の異なる別の実施例を示
す。膜構成は第4図と同じである。同図(a) は抵抗体形
状を示し、同図(b) は同図(a) の左上部拡大図である。
本実施例の場合、φの傾きの最大の位置は図示のBであ
り、r値は1.40であった。
比較例2 第6図(a),(b) は比較例を示し、膜構成は第4図(a) と
同じである。第6図(a) は抵抗体形状を示し、同図(b)
は同図(a) の左上部の拡大図である。本例の場合、φの
傾きの最大の位置は図示のB′であり、r値は1.55であ
った。なお実施例8,実施例9の各寸法値を第5表に示
す。比較例2の寸法はW=52μmで他は第5 表と同じで
ある。
第4図(a) 〜第6図(b) に示した実施例8,実施例9 およ
び比較例2 について第1図(a) 〜第3図(c) に示した実
施例1 〜実施例7 、比較例1 の場合と同様の方法により
耐久試験を行った。その結果を第6表に示す。同表から
わかるようにr値が耐久性を支配しておりrが1.4 をこ
えると耐久性が急変している。本3例の場合、第1図〜
第3図の例と膜構成が異なっているにもかかわらずr値
が耐久性を強く支配していることがわかる。
発熱抵抗体をはじめ各層の材質は第1表および第4表に
示したものに限定されず、適宜選択できる。
本発明においては、発熱抵抗層の厚さは、一般的に発熱
抵抗体として使用される範囲の厚さを使用できる。また
その厚さの分布は、平均厚さの±5%以内とされること
が好ましい。
[発明の効果] 以上説明したように、層状の発熱抵抗体上にこの発熱抵
抗体より幅の狭い一対の電極を積層した液体噴射記録ヘ
ッドにおいて、発熱抵抗体表面上に直角座標系X-Y をと
りφ(x,y) を抵抗体表面上の点(x,y) におけるポテンシ
ャル値とし、抵抗体の周囲境界のうち一方の電極に接す
る部分にある値の境界値を与え、他方の電極に接する部
分に前記境界値とは異なる値の境界値を与え、どちらの
電極にも接していない部分に境界の法線方向に対するφ
の微分係数が0 である境界条件を与え、発熱抵抗体領域
を対象としてラプラス方程式 ∂φ/∂x+∂φ/∂y=0を解いたとき、φ
の傾きの大きさ の最大値と抵抗体中央における との比が1.4以下となるように発熱抵抗体と電極の形状
を決定すれば、電極間の抵抗体の発熱分布をほぼ一様に
でき、耐久性の優れた抵抗体を有する液体噴射記録ヘッ
ドを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
第1図(a) 〜第1図(c) は本発明の実施例を示し、 第1 図(a) は発熱抵抗体の横断面図、 第1 図(b) は抵抗体の平面形状を示す図、 第1 図(c) は第1 図(b) の一部拡大図、 第2 図(a) ,第2図(b) は本発明の他の実施例を示し、 第2 図(a) は抵抗体の平面形状を示す図、 第2 図(b) は第2 図(a) の一部拡大図、 第3 図(a),第3 図(b) は比較例を示し、 第3 図(a) は抵抗体の平面形状を示す図、 第3 図(b) は第3 図(a) の一部拡大図、 第4 図(a) 〜第4 図(c) は本発明の他の実施例を示し、
第4 図(a) は発熱抵抗体の横断面図、 第4 図(b) は抵抗体の平面形状を示す図、 第4 図(c) は第4 図(b) の一部拡大図、 第5 図(a),第5 図(b) は本発明のさらに他の実施例を示
し、 第5 図(a) は抵抗体の平面形状を示す図、 第5 図(b) は第5 図(a) の一部拡大図、 第6 図(a),第6 図(b) は他の比較例を示し、 第6 図(a) は抵抗体の平面形状を示す図、 第6 図(b) は第6 図(a) の一部拡大図である。 1……基板、 2……蓄熱層、 3……発熱抵抗体、 4……電極、 5,6 ……保護膜 10……基板、 11……蓄熱層、 12……発熱抵抗体、 13……電極、 14……電極保護膜、 15……抵抗体保護膜。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H05B 3/20 396

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】層状の抵抗体と、該抵抗体上に積層され、
    該抵抗体の幅より狭い幅を有する一対の層状の電極とを
    有し、該一対の電極間に電圧を印加して電極間の抵抗体
    に熱を生じせしめ、該熱を液体に作用させ気泡を発生さ
    せることにより液体を吐出する液体噴射記録ヘッドにお
    いて、 前記抵抗体表面上に直角座標系X−Yをとり、φ(x,
    y)を抵抗体表面上の点(x,y)におけるポテンシャ
    ル値とし、該抵抗体の周囲境界のうち、前記一対の電極
    の一方との境界に、ある境界値を与え、他方の電極との
    境界に前記境界値とは異なる境界値を与え、そのほかの
    境界に該境界の法線方向に対するφの微分係数が0であ
    る境界条件を与え、抵抗体領域を対象としてラプラス方
    程式 ∂φ/∂x+∂φ/∂y=0 を解いたとき、φの傾きの大きさ の最大値の、抵抗体中央におけるφの傾きの大きさ に対する比が1.4以下である形状を前記電極と前記抵
    抗体が有していることを特徴とする液体噴射記録ヘッ
    ド。
JP60212703A 1985-09-27 1985-09-27 液体噴射記録ヘッド Expired - Lifetime JPH0632263B2 (ja)

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US06/910,727 US4719478A (en) 1985-09-27 1986-09-23 Heat generating resistor, recording head using such resistor and drive method therefor
DE19863632848 DE3632848A1 (de) 1985-09-27 1986-09-26 Heizwiderstand sowie aufzeichnungskopf mit diesem widerstand und ansteuerungsverfahren hierfuer

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JPH062414B2 (ja) * 1983-04-19 1994-01-12 キヤノン株式会社 インクジェットヘッド
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