JPH07186403A - Double liquid chamber head - Google Patents

Double liquid chamber head

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Publication number
JPH07186403A
JPH07186403A JP33243193A JP33243193A JPH07186403A JP H07186403 A JPH07186403 A JP H07186403A JP 33243193 A JP33243193 A JP 33243193A JP 33243193 A JP33243193 A JP 33243193A JP H07186403 A JPH07186403 A JP H07186403A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
dye
solution
flow path
ink
solution containing
Prior art date
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Pending
Application number
JP33243193A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Takumi Suzuki
工 鈴木
Shuji Koyama
修司 小山
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.)
Canon Inc
Original Assignee
Canon Inc
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Filing date
Publication date
Application filed by Canon Inc filed Critical Canon Inc
Priority to JP33243193A priority Critical patent/JPH07186403A/en
Publication of JPH07186403A publication Critical patent/JPH07186403A/en
Pending legal-status Critical Current

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Abstract

PURPOSE:To improve a printing quality and make reproducibility of density gradation favorable, by a method wherein a solution which is in the first flow path and does not contain a coloring matter and a solution which is in the second flow path and contains the coloring matter are mixed up with each other and the mixed solutions are discharged at a time. CONSTITUTION:A solution obtained by mixing up a coloring matter such as the coloring matter or a pigment with a solvent is foamed or antifoamed every pixel. Out of the mixed solution, which is foamed or antifoamed, only the solution, which is in front of a bubble, is emitted to a medium by making use of an on-demand type ink-jet head and a letter or an image is made printable. On this occasion, the first flow path possesses a discharge device comprised of a heating resistor, the second flow path is opened in the vicinity of the first flow path, at the time of discharge, the solution which does not contain a coloring matter and is in the first flow path and the solution which contains the coloring matter and is in the second flow path are mixed up with each other by changing quantities of them. As for the solution containing the coloring matter, positive water head pressure is applied to the solution containing the coloring matter, the solution containing the coloring matter is supplied to the discharge part by a method wherein a device comprised of the heating resistor is provided in the second flow path.

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、インクジェットヘッド
の構造とそれを用いた装置に関し、特にインクジェット
ヘッドの特性改善と多値画像の印刷を可能とするインク
ジェット装置の改善に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a structure of an ink jet head and an apparatus using the same, and more particularly, to improvement of ink jet head characteristics and improvement of an ink jet apparatus capable of printing multi-valued images.

【0002】[0002]

【従来の技術】米国特許第4723129号明細書や米
国特許第4740796号明細書等に記載されているイ
ンクジェット方式(即ち、バブルジェット方式)は、高
速高密度で高精細高画質の記録が可能で、且つカラー
化、コンパクト化に適しており、近年とみに注目を集め
ている。この方式を用いる装置の代表例においては、イ
ンク(記録用液体等)を熱エネルギーを利用して吐出さ
せるため、インクに熱を作用させる熱作用部が存在す
る。即ち、インク路に対応して熱作用部を有する発熱抵
抗体を設け、この発熱抵抗体から発生した熱エネルギー
を利用してインクを急激に過熱して発泡させ、この発泡
によってインクを吐出するものである。
2. Description of the Related Art The ink jet method (that is, the bubble jet method) described in U.S. Pat. No. 4,723,129 and U.S. Pat. No. 4,740,796 is capable of high-speed, high-density, high-definition and high-quality recording. In addition, it is suitable for colorization and compactness, and has recently attracted attention. In a typical example of an apparatus using this method, since ink (recording liquid or the like) is ejected by using thermal energy, there is a heat acting portion that applies heat to the ink. That is, a heating resistor having a heat acting portion is provided corresponding to the ink path, the heat energy generated from the heating resistor is used to rapidly heat the ink to cause foaming, and the ink is ejected by this foaming. Is.

【0003】また日本国特許公告昭61−58312に
あるように被加熱液体を気化して被印刷物に向けて飛翔
させ、かつ被記録用液体をも飛翔させるものや、日本国
特許公開昭57−189857のように濃度の低いイン
クと濃度の高いインクを混合して被印刷物に飛翔させる
ポンプを用いたインクジェット装置などが提案されてい
る。
Further, as disclosed in Japanese Patent Publication No. 61-58312, a liquid to be heated is vaporized and ejected toward a material to be printed, and also a liquid for recording is ejected, and Japanese Patent Publication No. 57-57-. An ink jet device using a pump, such as 189857, which mixes a low density ink and a high density ink and flies the material to be printed has been proposed.

【0004】このインク吐出機構部は、対象物に熱を作
用させるという観点から、従来のいわゆるインクジェッ
トヘッドの構成と異なり、熱作用部がインクに直接接す
る点や、熱作用部がインクの発泡と消泡の繰り返しによ
る機械的衝撃(キャビテーションエロージョン)にさら
されるという点、また熱作用部が10-1〜10μsec
というオーダーの極めて短い時間に1000度近い温度
の上昇及び下降にさらされるといった点などで、圧電を
用いたインクジェット装置とはその根本技術が大きく異
なる。従って、圧電使用のインクジェット技術をバブル
ジェット技術にそのまま適用することができないことは
言うまでもない。また、前述の加熱用液体を気化して飛
翔させるインクジェット装置は、気化した液体が全て飛
翔してしまうために、前述のように発泡と消泡の繰り返
しによる機械的衝撃がないなど一概に論じることは出来
ない。
This ink discharge mechanism is different from the conventional so-called ink jet head structure in that heat is applied to an object, that is, the heat acting part is in direct contact with the ink, or the heat acting part causes foaming of the ink. It is exposed to mechanical impact (cavitation erosion) due to repeated defoaming, and the heat acting part is 10 -1 to 10 μsec.
The fundamental technology is greatly different from the inkjet device using a piezoelectric device in that it is exposed to a temperature rise and fall of about 1000 degrees in an extremely short time of the order. Therefore, it goes without saying that the inkjet technology using piezoelectric cannot be directly applied to the bubble jet technology. Also, in the inkjet device that vaporizes and flies the heating liquid described above, all vaporized liquid flies, so there is no mechanical shock due to repeated foaming and defoaming as described above. I can't.

【0005】前述の様に電気熱変換器を用いた熱インク
ジェット装置が、ランニングコストの点、印字スピード
の点の優位性から、今後のインクジェットプリント装置
の主流になると言われている。
As described above, the thermal ink jet device using the electrothermal converter is said to be the mainstream of the ink jet printing device in the future because of its superior running cost and printing speed.

【0006】更に、従来のインクジェット装置において
は多値印刷を行う場合、ノズルの形状を小さくし一画素
を複数の小さい点で形成しその黒/白面積比により濃淡
を出す方法と、ノズル形状を小さくして同一点に複数回
印刷して濃度を変更する方法がある。
Further, in the case of performing multi-valued printing in a conventional ink jet device, the nozzle shape is made small and one pixel is formed by a plurality of small points, and the nozzle shape is made to be a shade by the black / white area ratio. There is a method of reducing the density and changing the density by printing at the same point multiple times.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】前述のインクジェット
ヘッドにおいては、熱インクジェットではインクを吐出
するために、インクを過熱してあわを出し、その勢いを
利用するので、インク内の染料や顔料が熱分解を起こし
ヒーター上に焦げが発生し、吐出するインクの量が減少
して印字品位が低下する欠点を有し、これを回避するた
め吐出するためのインクの染料濃度を2〜5%程度しか
混合できず、被印刷物にインクが到達してもすぐに乾燥
することはなく、にじみ濃度の不足などの問題を有して
いる。
In the above-mentioned ink jet head, in the case of thermal ink jet, the ink is overheated to generate blisters, and the momentum is used. Disassembly causes charring on the heater, which reduces the amount of ejected ink and lowers the printing quality. To avoid this, the dye concentration of the ejected ink is only 2 to 5%. The ink cannot be mixed and does not dry immediately when the ink reaches the printing object, which causes a problem such as insufficient bleeding density.

【0008】またインクジェット装置全般では、印刷間
隔が長い場合吐出口にインクが長時間滞留して、インク
内部の水分、有機溶剤分などのうち沸点の低いものが蒸
発してインクの粘度が増加し、次に印字しようとすると
きに印字不能となる問題があり、これを解決する方法と
して、使用しないときに吐出口にキャップ(蓋)をした
り、一定時間ごとにインクを吸引(吐出口から陰圧でイ
ンクを引く)するなどの方法や、前述の低濃度のインク
と高濃度のインクを混合して印刷し、印刷後は低濃度の
インクを吐出口に充填する方法が開示されている。しか
し、この方法は前述のように圧電を用いたインクジェッ
ト装置では用いられるが、本発明のようなバブルジェッ
ト装置では、ヒーター上の染料の焦げの堆積による吐出
効率の低下、印字品位の低下の解決にはならない。また
低濃度のインクであっても、長時間吐出口に滞留すれば
染料の濃度が上昇し、固着状態(吐出不能)になる問題
も解決していない。したがって、この方法によると、吐
出口をキャップで塞ぐなどの印刷に無関係な装置を設け
る必要があるので、コストがかかる問題がある。
Further, in the general ink jet apparatus, when the printing interval is long, the ink stays at the ejection port for a long time, and water having a low boiling point such as water and organic solvent in the ink evaporates to increase the viscosity of the ink. However, there is a problem that printing becomes impossible the next time you try to print, and as a method to solve this, put a cap (lid) on the discharge port when not in use or suck ink at regular intervals (from the discharge port). A method of drawing ink with a negative pressure), a method of printing by mixing the above-described low-concentration ink and high-concentration ink, and filling the ejection port with the low-concentration ink after printing is disclosed. . However, although this method is used in the ink jet device using piezoelectric as described above, in the bubble jet device such as the present invention, the reduction of the ejection efficiency due to the accumulation of the charred dye on the heater and the reduction of the print quality are solved. It doesn't. Further, even with low-concentration ink, the problem that the concentration of the dye rises and remains fixed (discharging impossible) if the ink stays at the ejection port for a long time has not been solved. Therefore, according to this method, it is necessary to provide a device irrelevant to printing such as closing the ejection port with a cap, which causes a problem of high cost.

【0009】更に、加熱用液体を気化して飛翔させ、記
録用液体と共に前記加熱用液体を被印刷物に飛翔させる
インクジェットヘッドの場合、気化した加熱用液体を記
録用液体と共に飛翔させる必要があり、構造上加熱用ヒ
ーターと吐出口の距離を短くする(例えば20μm以
下)必要があるので、記録用液体を供給する供給口を設
けることが非常に難しい欠点がある。
Further, in the case of an ink jet head in which the heating liquid is vaporized and ejected and the recording liquid is ejected onto the printing material, the vaporized heating liquid must be ejected together with the recording liquid. Since it is necessary to shorten the distance between the heater for heating and the discharge port due to the structure (for example, 20 μm or less), it is very difficult to provide a supply port for supplying the recording liquid.

【0010】また、多値印刷を行う方式では、複数の点
で面積により濃淡を出す方法は、一画素を形成するのに
複数回印刷するので従来の印刷より印刷時間がかかる、
または印刷時間を従来と等しくするため、印刷周期を短
くする方法もあるが、短時間で発熱抵抗体は従来より高
温にさらされ、寿命が短くなるなどの問題がある。
Further, in the method of performing multi-valued printing, the method of producing light and shade depending on the area at a plurality of points requires a longer printing time than the conventional printing because printing is performed a plurality of times to form one pixel.
Alternatively, there is a method of shortening the printing cycle in order to make the printing time equal to that of the conventional one, but there is a problem that the heating resistor is exposed to a higher temperature than before and the life is shortened.

【0011】更に、同一点に多数回印字して濃淡を出す
方法では、印刷回数と濃度の上昇が一様でないため濃度
諧調を再現性良く実現させることが難しい問題がある。
Further, in the method of printing the same point a number of times to obtain the light and shade, there is a problem that it is difficult to realize the density gradation with good reproducibility because the number of times of printing and the increase of the density are not uniform.

【0012】本発明が解決しようとする問題は、吐出口
をキャップで塞がなくとも、長期に使用しない場合にも
インクの濃度が上昇して吐出不能とならない手段を講ず
ることと、被印刷物にインクが到着すればすぐに乾燥す
るインクの使用を可能として印字品位を向上させること
と、濃度諧調を再現良く実現することを可能とすること
にある。
[0012] The problem to be solved by the present invention is to take measures to prevent ejection failure due to increase in ink density even when the ejection port is not closed with a cap even when it is not used for a long time. It is possible to improve the printing quality by making it possible to use the ink that dries as soon as the ink arrives, and to realize the density gradation with good reproducibility.

【0013】[0013]

【課題を解決するための手段】すなわち本発明は、溶媒
に色素、顔料などの色素を混合した溶液を用い、この溶
液を画素ごとに発泡消泡させ、その泡の前方にある溶液
のみを飛翔させて被印刷物に到着させ、文字や画像を印
刷可能とするオンデマンド型インクジェットヘッドにお
いて、色素を含まない溶液と色素を含有する溶液をそれ
ぞれ吐出可能なインク吐出部に導く色素を含まない溶液
用の第1の流路と色素含有溶液用の第2の流路を備え、
該第1の流路には発熱抵抗体からなる吐出手段を有し、
該第2の流路は第1の流路の吐出部付近に開口し、吐出
させる際に、第1の流路の色素を含まない溶液と第2の
流路の色素含有溶液の量を変化させて混合することを特
徴とするインクジェットヘッドを提供する。本発明にお
いて、色素を含まない溶液の一例としてはDEG20
%、エタノ−ル5%、水75%の溶液が用いられる。色
素を含有する溶液は、この溶液に2〜50%の色素を加
えたものである。本発明のインクジェットヘッドでは、
色素含有溶液は次の各方法によって吐出部に供給され
る。 1)色素含有溶液に正の水頭圧を加える。 2)色素含有溶液の第2の流路に発熱抵抗体からなる吐
出手段を設ける。 3)第2の流路の開口を第1の流路の吐出手段より吐出
口側に設け、吐出後にインクがインク供給側に戻る力を
利用する。 さらに本発明は、上記インクジェットヘッドを用いて、
印刷信号が一定期間以上ヘッドに通電されない場合、色
素を含まない溶液のみを吐出するインクジェット装置、
さらに、色素含有溶液と色素を含まない溶液の混合比を
変更して印刷濃度を変えることにより多値印刷を可能と
するインクジェット装置を提供する。
That is, the present invention uses a solution in which a dye such as a dye or a pigment is mixed in a solvent, foams and defoams this solution for each pixel, and only the solution in front of the bubble is flown. For an on-demand type ink jet head that enables printing of characters and images by arriving on the printing material and for a solution that does not contain a pigment that leads to an ink ejection unit that can eject a solution that does not contain a pigment and a solution that contains a pigment. And a second channel for the dye-containing solution,
The first flow path has a discharge means composed of a heating resistor,
The second flow path opens near the discharge part of the first flow path, and when discharging, the amount of the dye-free solution of the first flow path and the dye-containing solution of the second flow path are changed. An inkjet head is provided which is characterized in that it is mixed. In the present invention, as an example of a solution containing no dye, DEG20 is used.
%, Ethanol 5%, water 75% solution is used. The solution containing the dye is obtained by adding 2 to 50% of the dye to this solution. In the inkjet head of the present invention,
The dye-containing solution is supplied to the discharge part by the following methods. 1) Apply positive head pressure to the dye-containing solution. 2) Discharge means including a heating resistor is provided in the second flow path of the dye-containing solution. 3) The opening of the second flow path is provided closer to the discharge port than the discharge means of the first flow path, and the force of returning the ink to the ink supply side after discharge is used. Further, the present invention uses the above inkjet head,
An ink jet device that ejects only a solution containing no dye when the print signal is not energized to the head for a certain period or longer.
Further, the present invention provides an ink jet device that enables multi-valued printing by changing the print density by changing the mixing ratio of the dye-containing solution and the dye-free solution.

【0014】本発明は、発泡と消泡を繰り返すことでイ
ンクのみを飛翔させ、発生した泡は吐出ノズル内に残る
よう加熱ヒーターと吐出口の距離を比較的長く(50μ
m以上)して、色素含有溶液を吐出部に供給することを
より平易にすることからなり、また、染料顔料等の色素
を含まない溶液と色素を含む溶液を吐出口付近で混合す
ることにより、その混合比率を変えることで濃度諧調を
行い、また一定期間以上吐出しないときは色素を含まな
い溶液をあらかじめ吐出し、色素濃度が上昇することに
よる吐出口付近の固着(インク濃度の上昇による吐出不
能)を防止するようにしたものである。さらに、本発明
は、色素を含まない溶液のみに熱エネルギーを与え発泡
させることで加熱ヒーターより吐出口側の色素を含有す
る溶液と、含まない溶液の混合液を吐出する事で、染
料、顔料の加熱ヒーター上に付着する焦げを少なくする
ことで安定な吐出を提供できるようにしたものである。
In the present invention, only the ink is ejected by repeating foaming and defoaming, and the generated heater remains in the discharge nozzle with a relatively long distance between the heater and the discharge port (50 μm).
m or more) to make it easier to supply the dye-containing solution to the discharge part, and to mix the dye-free solution such as a dye pigment with the dye-containing solution near the discharge port. The density is adjusted by changing the mixing ratio, and when the ink is not ejected for a certain period of time, a solution containing no pigment is ejected in advance, and the pigment concentration is fixed in the vicinity of the ejection port (ejection due to an increase in ink concentration). Impossible). Furthermore, the present invention is a dye, a pigment by discharging a mixed solution of a solution containing a dye and a solution containing a dye on the discharge port side from a heating heater by applying heat energy only to a solution containing no dye and foaming the solution. It is possible to provide stable discharge by reducing the charring that adheres to the heater.

【0015】本発明は、染料顔料等の色素を含まない溶
液を導く第1の流路と色素を含む溶液を導く第2の流路
を設け、吐出口付近で両溶液を混合し、その混合比によ
って濃度を変えることを可能とすること、また吐出を一
定時間以上行わない場合に色素を含まない溶液のみを吐
出して吐出口付近には染料、顔料がない溶液のみを満た
しておくことにより、色素の濃度上昇による固着を防ぐ
ヘッドの実現を可能とするものである。
According to the present invention, a first flow path for introducing a solution containing no dye such as a dye pigment and a second flow path for introducing a solution containing a dye are provided, and both solutions are mixed in the vicinity of the discharge port, and the mixture is mixed. By making it possible to change the concentration depending on the ratio, and when the ejection is not performed for a certain time or more, only the solution containing no dye is ejected and the vicinity of the ejection port is filled with only the solution containing no dye or pigment. It is possible to realize a head that prevents sticking due to an increase in dye concentration.

【0016】[0016]

【実施例】以下に実施例により本発明を詳しく説明す
る。
EXAMPLES The present invention will be described in detail below with reference to examples.

【0017】(実施例1)図1は、本発明のインクジェ
ットヘッドの1実施例の斜視図である。また図2は図1
のA−A′方向の断面図であって、図において1は基
板、2は抵抗層、3は配線導体、4は発熱抵抗体保護
膜、5は耐キャビテーション膜である。
(Embodiment 1) FIG. 1 is a perspective view of an embodiment of an ink jet head of the present invention. 2 is shown in FIG.
2 is a sectional view taken along line AA ′ of FIG. 1, in which 1 is a substrate, 2 is a resistance layer, 3 is a wiring conductor, 4 is a heating resistor protective film, and 5 is a cavitation resistant film.

【0018】図1及び2を用いて本発明のインクジェッ
トヘッドの作成方法を説明する。熱酸化膜付Siウェハ
ー1上にHfB2 2、Ti、Al3を順次スパッタし、
フォトリソ法によりレジストパターンを形成、Alを硝
酸、燐酸系のエッチング液でエッチングする。次いで、
Alのレジストを剥離した後HfB2 のレジスト形成を
行う。HfB2 のエッチングはRIEを用いてドライエ
ッチングを行う。アッシングによってレジストを剥離し
てから、発熱抵抗体2の高温での酸化とインクのあわが
消える時発生するキャビテーションから抵抗体を保護す
る膜として、Si34 4とTa5を順次スパッタす
る。先ず上部のTa膜をエッチングするレジストパター
ンを形成する。
A method of manufacturing the ink jet head of the present invention will be described with reference to FIGS. Sequentially sputtered HfB 2 2, Ti, Al @ 3 on the Si wafer 1 with a thermal oxide film,
A resist pattern is formed by the photolithography method, and Al is etched with a nitric acid / phosphoric acid-based etching solution. Then
After peeling off the Al resist, HfB 2 resist is formed. The HfB 2 is etched by dry etching using RIE. After removing the resist by ashing, Si 3 N 4 4 and Ta 5 are sequentially sputtered as a film for protecting the resistor from cavitation that occurs when the heating resistor 2 is oxidized at high temperature and ink bubbles disappear. First, a resist pattern for etching the upper Ta film is formed.

【0019】次いで、保護膜の下にある配線3と外部と
の接続用のスルーホール21を保護膜に開けるためレジ
ストパターンを形成し、Si34 をエッチングする。
インク流路10の形成は、先ずこのウェハー状態でドラ
イフィルム6を溶着後ノズルパターンを露光しその後現
像にて不必要な部分は取り除く。インク流路をふさぐた
めの第1の天板7の流路側にドライフィルム8を溶着し
て吐出口11から液室12までの距離b+aを正確にす
るための流路上部壁8を形成する。この壁とは逆側にド
ライフィルム13を溶着して色素含有溶液をためるため
の部屋(液室)14を形成する。ついでこれらの上部を
ふさぐために更に第2の天板9を溶着して位置を合わせ
た後、配線部の形成されたヒーターボードと接着する。
そして、インク中のごみやヘッド形成過程におけるごみ
の混入を防ぐためのフィルター(図示せず)を貼り、切
断してインク供給系(図示せず)を接着し本発明による
ヘッドは完成する。
Next, a resist pattern is formed to open a through hole 21 for connecting the wiring 3 under the protective film to the outside, and Si 3 N 4 is etched.
The ink flow path 10 is formed by first welding the dry film 6 in this wafer state, exposing the nozzle pattern, and then removing unnecessary portions by development. The dry film 8 is welded to the flow path side of the first top plate 7 for blocking the ink flow path to form the flow path upper wall 8 for making the distance b + a from the ejection port 11 to the liquid chamber 12 accurate. A dry film 13 is welded to the opposite side of this wall to form a chamber (liquid chamber) 14 for storing the dye-containing solution. Then, a second top plate 9 is further welded to align these parts so as to close their upper parts, and the positions thereof are aligned, and then the second top plate 9 is bonded to a heater board having a wiring part formed thereon.
Then, a filter (not shown) for preventing dust in the ink or dust in the head formation process is attached, cut and adhered to an ink supply system (not shown) to complete the head according to the present invention.

【0020】本発明の色素含有溶液は、図2−(B)に
示す第2の流路16を通り色素を含まない溶液の第1の
流路17上のヒーター部18に導かれる。吐出する場
合、あわ20が流路10の開口を塞ぐため吐出するとき
にはその前に混合されたインクが、紙に向かって飛翔す
る。その後、発生した泡は温度低下と共に体積減少を起
こしまわりのインク(溶液)を引っ張る。このとき色素
含有溶液は正の水頭圧により吐出部に流入し、色素含有
溶液と色素を含まない溶液が混合され次の吐出のための
インクが形成される。
The dye-containing solution of the present invention passes through the second flow path 16 shown in FIG. 2- (B) and is guided to the heater section 18 on the first flow path 17 of the solution containing no dye. In the case of discharging, the bubble 20 closes the opening of the flow path 10, and the ink mixed before that discharges toward the paper. After that, the generated bubbles cause a decrease in volume with a decrease in temperature and pull the surrounding ink (solution). At this time, the dye-containing solution flows into the ejection portion by the positive head pressure, and the dye-containing solution and the solution containing no dye are mixed to form the ink for the next ejection.

【0021】しばらく(一定期間以上)ヘッドを使用し
ない場合には、色素含有溶液の液室の圧力を負圧とする
ことで色素含有溶液が吐出部に流れ込まない様にした
後、色素を含まない溶液のみを吐出すると吐出部は色素
を含まない溶液が満たされ、色素濃度の上昇による粘度
増加が原因の不吐出ないしはヘッドの固着を防ぐことが
できる。
When the head is not used for a while (more than a certain period of time), the pressure of the dye-containing solution chamber is set to a negative pressure so that the dye-containing solution does not flow into the ejection portion, and then the dye is not contained. When only the solution is ejected, the ejection portion is filled with the solution containing no pigment, and it is possible to prevent non-ejection or sticking of the head due to an increase in viscosity due to an increase in pigment concentration.

【0022】(実施例2)図3は、本発明の他の実施
例、すなわち、色素含有溶液側にも吐出手段を有する例
の断面図であって1は基板、2は抵抗層、3は配線導
体、4は発熱抵抗体保護膜、5は耐キャビテーション膜
である。
(Embodiment 2) FIG. 3 is a sectional view of another embodiment of the present invention, that is, an example in which a discharge means is also provided on the dye-containing solution side. The wiring conductor, 4 is a heating resistor protective film, and 5 is a cavitation resistant film.

【0023】図を用いて本発明のインクジェットヘッド
の作成方法を説明する。熱酸化膜付Siウェハー上にH
fB2 、Ti、Alを順次スパッタし、フォトリソ法に
よりレジストパターンを形成、Alを硝酸、燐酸系のエ
ッチング液でエッチングする。次いで、Alのレジスト
を剥離した後HfB2 のレジスト形成を行う。HfB 2
のエッチングはRIEを用いてドライエッチングを行
う。アッシングによってレジストを剥離してから、抵抗
の高温での酸化とインクのあわが消える時発生するキャ
ビテーションから抵抗を保護する膜として、Si34
とTaを順次スパッタする。先ず上部のTa膜をエッチ
ングするレジストパターンを形成する。
The inkjet head of the present invention will be described with reference to the drawings.
Explain how to create. H on Si wafer with thermal oxide film
fB2 , Ti, Al are sputtered one after another and the photolithography method is used.
More resist pattern is formed, Al is nitric acid, phosphoric acid type
Etching with etching solution. Then Al resist
After peeling off HfB2 Forming resist. HfB 2 
Is dry etched using RIE.
U After removing the resist by ashing, the resistance
Is generated when the ink fluff disappears due to oxidation at high temperature.
Si is used as a film to protect resistance from pitting.3 NFour 
And Ta are sequentially sputtered. First, etch the Ta film on top
Forming a resist pattern to be patterned.

【0024】次いで、保護膜の下にある配線と外部との
接続用のスルーホールを保護膜に開けるためレジストパ
ターンを形成し、Si34 をエッチングする。インク
流路の形成は、先ずこのウェハー状態でドライフィルム
を溶着後ノズルパターンを露光その後現像にて不必要な
部分は取り除く。インク流路をふさぐための天板の流路
側にドライフィルムを溶着して吐出口から液室までの距
離を正確にするための流路上部壁を形成する。この壁と
は逆側に色素含有溶液を吐出部に送り込むための吐出手
段として、発熱抵抗体を形成する。その後この発熱抵抗
体を含む面にドライフィルムを溶着して色素含有溶液を
ためるための部屋を形成する。ついでこれらの上部をふ
さぐために更に天板を溶着して位置を合わせた後、配線
部の形成されたヒーターボードと接着する。そして、イ
ンク中のごみやヘッド形成過程におけるごみの混入を防
ぐためのフィルターを貼り、切断してインク供給系(図
示せず)を接着し本発明によるヘッドは完成する。
Next, a resist pattern is formed in order to open a through hole for connecting the wiring under the protective film and the outside to the protective film, and Si 3 N 4 is etched. The ink flow path is formed by first welding a dry film in this wafer state, exposing the nozzle pattern, and then developing to remove unnecessary portions. A dry film is welded to the flow path side of the top plate for closing the ink flow path to form a flow path upper wall for accurately adjusting the distance from the ejection port to the liquid chamber. A heating resistor is formed on the side opposite to this wall as a discharging means for sending the dye-containing solution to the discharging portion. After that, a dry film is welded to the surface containing the heating resistor to form a chamber for storing the dye-containing solution. Then, a top plate is further welded to align these parts so as to close their upper parts, and the positions thereof are aligned with each other, and then they are adhered to a heater board having a wiring part formed thereon. Then, a filter for preventing dust in the ink and dust in the process of forming the head is attached, cut, and an ink supply system (not shown) is adhered to complete the head according to the present invention.

【0025】図4は、本実施例の色素含有溶液側のヒー
ター(発熱抵抗体)の駆動ダイヤグラムとその場合のタ
イミングチャート及びその時の色素含有溶液と色素を含
まない溶液の混合具合をモデルで示した。色素含有溶液
の吐出用ヒーター駆動用ICにパルス幅の異なるスイッ
チ(ENABLE1〜3)を設け、色の濃淡を表現する
ために前記スイッチの開閉時間を変化させて色素含有溶
液の色素を含まない溶液への流入量をコントロールす
る。
FIG. 4 shows a driving diagram of the heater (heating resistor) on the dye-containing solution side of this embodiment, a timing chart in that case, and a model of the mixture of the dye-containing solution and the solution containing no dye at that time. It was The dye-containing solution driving heater driving IC is provided with switches (ENABLE 1 to 3) having different pulse widths, and the dye-containing solution does not contain a dye by changing the opening / closing time of the switch to express the shade of color. Control the inflow to the.

【0026】一定時間使用しない時には、色素含有溶液
のヒーターを駆動しないで色素を含まない溶液だけを飛
ばすことで実施例1に述べたような不吐出ないしはヘッ
ドの固着も防止できる。
When the dye-containing solution is not used for a certain period of time, the heater for the dye-containing solution is not driven and only the solution containing no dye is ejected to prevent the non-ejection or the fixation of the head as described in the first embodiment.

【0027】(実施例3)図5はさらに本発明による他
の実施例、すなわち、色素含有溶液の流路開口を吐出部
の前方に設けたインクジェットヘッドであって、図にお
いて1は基板、2は抵抗層、3は配線導体、4は発熱抵
抗体保護膜、5は耐キャビテーション膜である。
(Embodiment 3) FIG. 5 shows another embodiment according to the present invention, that is, an ink jet head in which a flow path opening for a dye-containing solution is provided in front of a discharge section, in which 1 is a substrate and 2 is a substrate. Is a resistance layer, 3 is a wiring conductor, 4 is a heating resistor protective film, and 5 is an anti-cavitation film.

【0028】図を用いて本発明のインクジェットヘッド
の作成方法を説明する。熱酸化膜付Siウェハー上にH
fB2 、Ti、Alを順次スパッタし、フォトリソ法に
よりレジストパターンを形成、Alを硝酸、燐酸系のエ
ッチング液でエッチングする。次いで、Alのレジスト
を剥離した後HfB2 のレジスト形成を行う。HfB 2
のエッチングはRIEを用いてドライエッチングを行
う。アッシングによってレジストを剥離してから、抵抗
の高温での酸化とインクのあわが消える時発生するキャ
ビテーションから抵抗を保護する膜として、Si34
とTaを順次スパッタする。先ず上部のTa膜をエッチ
ングするレジストパターンを形成する。
The inkjet head of the present invention will be described with reference to the drawings.
Explain how to create. H on Si wafer with thermal oxide film
fB2 , Ti, Al are sputtered one after another and the photolithography method is used.
More resist pattern is formed, Al is nitric acid, phosphoric acid type
Etching with etching solution. Then Al resist
After peeling off HfB2 Forming resist. HfB 2 
Is dry etched using RIE.
U After removing the resist by ashing, the resistance
Is generated when the ink fluff disappears due to oxidation at high temperature.
Si is used as a film to protect resistance from pitting.3 NFour 
And Ta are sequentially sputtered. First, etch the Ta film on top
Forming a resist pattern to be patterned.

【0029】次いで、保護膜の下にある配線と外部との
接続用のスルーホールを保護膜に開けるためレジストパ
ターンを形成し、Si34 をエッチングする。インク
流路の形成は、先ずこのウェハー状態でドライフィルム
を溶着後ノズルパターンを露光その後現像にて不必要な
部分は取り除く。インク流路をふさぐための天板の流路
側にドライフィルムを溶着して吐出口から液室までの距
離を正確にするための流路上部壁を形成する。この壁と
は逆側にドライフィルムを溶着して色素含有溶液をため
るための部屋を形成する。ついでこれらの上部をふさぐ
ために更に天板を溶着して位置を合わせた後、配線部の
形成されたヒーターボードと接着する。そして、インク
中のごみやヘッド形成過程におけるごみの混入を防ぐた
めのフィルターを貼り、切断してインク供給系(図示せ
ず)を接着し本発明によるヘッドは完成する。
Next, a resist pattern is formed to open a through hole for connecting the wiring under the protective film and the outside to the protective film, and Si 3 N 4 is etched. The ink flow path is formed by first welding a dry film in this wafer state, exposing the nozzle pattern, and then developing to remove unnecessary portions. A dry film is welded to the flow path side of the top plate for closing the ink flow path to form a flow path upper wall for accurately adjusting the distance from the ejection port to the liquid chamber. A dry film is welded to the opposite side of the wall to form a chamber for storing the dye-containing solution. Then, a top plate is further welded to align these parts so as to close their upper parts, and the positions thereof are aligned with each other, and then they are adhered to a heater board having a wiring part formed thereon. Then, a filter for preventing dust in the ink and dust in the process of forming the head is attached, cut, and an ink supply system (not shown) is adhered to complete the head according to the present invention.

【0030】図5−(B)は吐出の各段階状態を示した
ものである。本発明の色素含有溶液は16の流路を通り
吐出部に導かれる。吐出する場合、あわ20が流路17
の出口を塞ぐため吐出するときにはその前に混合された
インクが、紙に向かって飛翔する。 この時前述の実施
例1で述べた混合溶液は図6−(A)に示すように、色
素含有溶液が拡散して出来る溶液β部と色素を含まない
αの溶液の混合となる。この時飛翔する溶液は、図の点
で示したヒーターの中央から吐出口側にあるものが殆ど
飛ぶ。従って、飛翔した溶液の全量に対する色素の量は
β/(α+β)となる。この比はインク濃度を示すこと
になる。
FIG. 5- (B) shows the state of each stage of ejection. The dye-containing solution of the present invention is guided to the discharge section through 16 channels. When discharging, the foam 20 forms the flow path 17.
When the ink is ejected to close the outlet of, the ink mixed before that ejects toward the paper. At this time, as shown in FIG. 6- (A), the mixed solution described in the first embodiment is a mixture of the solution β part formed by diffusion of the dye-containing solution and the solution of α containing no dye. At this time, most of the flying solution flies from the center of the heater shown in the figure to the discharge port side. Therefore, the amount of the dye with respect to the total amount of the flying solution is β / (α + β). This ratio will indicate the ink density.

【0031】此れに対して実施例3のヒーターより前に
色素を含む溶液が導入されると、図6−(B)に示すよ
うに、色素を含まない量γは前述のαより少なくなる。
そして飛翔した溶液の全量に対する色素の量はβ/(α
+β)で表されるのでβ/(α+β)<β/(α+β)
となる。したがって、色素の含有量と比重、粘度等の要
因が関係するが、同一溶液であれば実施例3のほうが、
濃い色のインクを吐出出来、より色素の少ない溶液を使
用可能とするヘッドを構築できる。
On the other hand, when the solution containing the dye is introduced before the heater of Example 3, the amount γ containing no dye becomes smaller than the above α as shown in FIG. 6- (B). .
And the amount of the dye is β / (α
+ Β), so β / (α + β) <β / (α + β)
Becomes Therefore, although factors such as the content of the dye and the specific gravity and the viscosity are related, in the case of the same solution, the example 3 is
It is possible to construct a head that can eject dark color ink and can use a solution with less dye.

【0032】しばらく(一定期間以上)使用しない場合
には、色素含有溶液の液室の圧力を負圧とすることで色
素含有溶液が吐出部に流れ込まない様にした後、色素を
含まない溶液のみを吐出すると吐出部は色素を含まない
溶液が満たされ、色素濃度の上昇による粘度増加が原因
の不吐出ないしはヘッドの固着を防ぐことができる。
When the dye-containing solution is not used for a while (more than a certain period of time), the pressure in the liquid chamber of the dye-containing solution is set to a negative pressure so that the dye-containing solution does not flow into the discharge part, and then only the solution containing no dye is used. When the ink is ejected, the ejection portion is filled with a solution containing no pigment, and it is possible to prevent non-ejection or sticking of the head due to an increase in viscosity due to an increase in pigment concentration.

【0033】[0033]

【発明の効果】以上説明したように本発明のインクジェ
ットヘッドは、色素含有溶液と色素を含まない溶液を混
合し、一定期間以上使用しないときには色素を含まない
溶液のみを吐出することで色素の濃度上昇による不吐出
を防止し更には、色素含有溶液と色素を含まない溶液の
混合比率を変更することで濃度諧調を得ることが出来
る。従って、プリンタに不吐出防止の機構を設ける必要
がなくなるので安価となり、また濃度諧調をドットピッ
チを変更することなく実現することが可能となり高速で
印字品位の良いプリンタを実現できる所の効果は大き
い。
As described above, the ink jet head of the present invention mixes the dye-containing solution and the dye-free solution and ejects only the dye-free solution when the dye-free solution is not used for a certain period of time or more. It is possible to prevent the non-ejection due to the rise and to obtain the concentration gradation by changing the mixing ratio of the dye-containing solution and the dye-free solution. Therefore, since it is not necessary to provide a non-ejection preventing mechanism in the printer, it is inexpensive, and the density gradation can be realized without changing the dot pitch, and the effect of being able to realize a printer with high printing quality at high speed is great. .

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

【図1】本発明のインクジェットヘッドの一実施例、す
なわち、色素含有溶液を正の水頭圧で吐出部に供給する
例を説明する斜視図である。
FIG. 1 is a perspective view illustrating an embodiment of an inkjet head of the present invention, that is, an example in which a dye-containing solution is supplied to a discharge unit with a positive head pressure.

【図2】図1のヘッドのA−A′方向で切った状態を説
明する断面図である。(A)図1のヘッドの断面図。
(B)吐出部付近における溶液供給状況を説明する概略
図。
FIG. 2 is a cross-sectional view illustrating a state of the head of FIG. 1 cut in the AA ′ direction. (A) A sectional view of the head of FIG. 1.
FIG. 6B is a schematic diagram illustrating a solution supply state in the vicinity of the discharge unit.

【図3】本発明のインクジェットヘッドの他の実施例、
すなわち、色素含有溶液側にも吐出手段を有する例を説
明する断面図である。
FIG. 3 is another embodiment of the inkjet head of the present invention,
That is, it is a cross-sectional view illustrating an example in which the dye-containing solution side also has a discharging unit.

【図4】図3のインクジェットヘッドの色素含有溶液側
のヒーターの駆動ダイヤグラムとその場合のタイミング
チャート及び溶液の混合具合のモデルを説明する図であ
る。(A)色素含有溶液吐出ダイヤグラム。(B)タイ
ミングチャート。 (C)溶液の混合具合を示すモデ
ル。
FIG. 4 is a diagram illustrating a driving diagram of a heater on the dye-containing solution side of the inkjet head of FIG. 3, a timing chart in that case, and a model of the mixing degree of the solution. (A) Dye-containing solution discharge diagram. (B) Timing chart. (C) A model showing how the solution is mixed.

【図5】本発明のインクジェットヘッドの他の実施例、
すなわち、色素含有溶液の流路開口を吐出部(ヒータ
ー)の前方に設けた例を説明する断面図である。(A)
インクジェットヘッドの断面図。(B)吐出部付近にお
ける吐出の各段階状況を説明する概略図。
FIG. 5 is another embodiment of the inkjet head of the present invention,
That is, it is a cross-sectional view illustrating an example in which a flow path opening for a dye-containing solution is provided in front of a discharge unit (heater). (A)
Sectional drawing of an inkjet head. FIG. 6B is a schematic diagram illustrating each stage of discharge in the vicinity of the discharge unit.

【図6】実施例1と実施例3におけるインク濃度を比較
説明する摸式図である。 (A)実施例1の場合。
(B)実施例3の場合。
FIG. 6 is a schematic diagram for comparing and explaining the ink densities in Example 1 and Example 3. (A) In the case of Example 1.
(B) In the case of Example 3.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 基板(Siウェハー) 2 発熱抵抗体 3 配線導体(Al) 4 発熱抵抗体保護膜(Si34 ) 5 耐キャビテーション膜(Ta) 6 インク流路用ドライフィルム 7 流路を塞ぐ天板 8 天板上のドライフィルム 9 最上層の天板 10 インク流路 11 吐出口部 12 色素を含まない溶液の液室 13 ドライフィルム 14 色素含有液の液室 15 天板 16 色素含有溶液の流路 17 色素を含まない溶液の流路 18 ヒーター 20 泡 21 スルーホール1 Substrate (Si Wafer) 2 Heating Resistor 3 Wiring Conductor (Al) 4 Heating Resistor Protective Film (Si 3 N 4 ) 5 Cavitation Resistant Film (Ta) 6 Dry Film for Ink Flow Path 7 Top Plate for Blocking Flow Path 8 Dry film on top plate 9 Top plate 10 Ink flow path 11 Discharge port 12 Liquid chamber for solution containing no dye 13 Dry film 14 Liquid chamber for dye-containing liquid 15 Top plate 16 Flow path for dye-containing solution 17 Dye-free solution flow path 18 Heater 20 Bubble 21 Through hole

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 B41J 3/04 103 X ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (51) Int.Cl. 6 Identification code Office reference number FI technical display location B41J 3/04 103 X

Claims (7)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 溶媒に色素、顔料等の色素を混合した溶
液を用い、この溶液を画素ごとに発泡消泡させ、その泡
の前方にある溶液のみを飛翔させて被印刷物に到着さ
せ、文字や画像を印刷可能とするオンデマンド型インク
ジェットヘッドにおいて、色素を含まない溶液と色素を
含有する溶液をそれぞれ吐出可能なインク吐出部に導
く、色素を含まない溶液用の第一の流路と色素を含有す
る溶液用の第2の流路を備え、該第1の流路には発熱抵
抗体からなる吐出手段を有し、該第2の流路は第1の流
路の吐出口付近に開口し、吐出させる際に、第1の流路
の色素を含まない溶液と第2の流路の色素を含有する溶
液を混合し、該混合溶液を同時に吐出するインクジェッ
トヘッド。
1. A solution prepared by mixing a dye and a dye such as a pigment into a solvent is used to foam and defoam each pixel, and only the solution in front of the bubble is made to fly to reach a printing object. In an on-demand type inkjet head capable of printing images and images, a first flow path for a dye-free solution and a dye that guides a dye-free solution and a dye-containing solution to an ink ejecting unit that can eject each A second flow path for a solution containing a liquid, and the first flow path has a discharge means composed of a heating resistor, and the second flow path is near the discharge port of the first flow path. An inkjet head that mixes a dye-free solution in a first channel with a solution containing a dye in a second channel and ejects the mixed solution at the same time when the liquid is opened and ejected.
【請求項2】 該発泡が、該第1の流路に設けられた発
熱抵抗体からなる吐出手段により色素を含まない溶液に
よって起る請求項1に記載のインクジェットヘッド。
2. The ink jet head according to claim 1, wherein the bubbling is caused by a dye-free solution by a discharge means including a heating resistor provided in the first flow path.
【請求項3】 該色素を含有する溶液が、正の水頭圧に
よりインク吐出部に供給される請求項1に記載のインク
ジェットヘッド。
3. The ink jet head according to claim 1, wherein the solution containing the dye is supplied to the ink ejection section by a positive head pressure.
【請求項4】 該色素を含有する溶液が、第2の流路に
設けられた発熱抵抗体からなる吐出手段により第1の流
路のインク吐出部に供給される請求項1に記載のインク
ジェットヘッド。
4. The inkjet according to claim 1, wherein the solution containing the dye is supplied to the ink discharge section of the first flow path by a discharge means including a heating resistor provided in the second flow path. head.
【請求項5】 該第2の流路の開口が第1の流路の吐出
手段より吐出口側に設けられ、吐出後にインクがインク
供給側に戻る力を利用することにより該色素を含有する
溶液がインク吐出部に供給される請求項1に記載のイン
クジェットヘッド。
5. The second flow path is provided on the ejection port side of the ejection means of the first flow path, and the pigment is contained by utilizing the force of the ink returning to the ink supply side after ejection. The inkjet head according to claim 1, wherein the solution is supplied to the ink ejection unit.
【請求項6】 請求項1に記載のインクジェットヘッド
を用い、印刷信号が一定期間以上ヘッドに通でんされな
い場合、色素を含まない溶液のみを吐出する事を特徴と
するインクジェット装置。
6. An ink jet device using the ink jet head according to claim 1, wherein when a print signal is not transmitted to the head for a certain period or longer, only a solution containing no dye is ejected.
【請求項7】 請求項1に記載のインクジェットヘッド
を用い、色素を含有する溶液と色素を含まない溶液の混
合比を変更して印刷濃度を変えることにより多値印刷を
可能とすることを特徴とするインクジェット装置。
7. The ink jet head according to claim 1, wherein multi-value printing is enabled by changing a mixing ratio of a solution containing a dye and a solution containing no dye to change a printing density. Inkjet device.
JP33243193A 1993-12-27 1993-12-27 Double liquid chamber head Pending JPH07186403A (en)

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