JPH09216355A - Ink jet head - Google Patents

Ink jet head

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Publication number
JPH09216355A
JPH09216355A JP2628896A JP2628896A JPH09216355A JP H09216355 A JPH09216355 A JP H09216355A JP 2628896 A JP2628896 A JP 2628896A JP 2628896 A JP2628896 A JP 2628896A JP H09216355 A JPH09216355 A JP H09216355A
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JP
Japan
Prior art keywords
substrate
ink
ink jet
jet head
board
Prior art date
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Pending
Application number
JP2628896A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Fuminao Matsumoto
文直 松本
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Ricoh Co Ltd
Original Assignee
Ricoh Co Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Ricoh Co Ltd filed Critical Ricoh Co Ltd
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Publication of JPH09216355A publication Critical patent/JPH09216355A/en
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  • Particle Formation And Scattering Control In Inkjet Printers (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To make it possible to deal with the increase in size and decrease in cost of an ink jet head by using a ceramic board in which the surface flatness of the board provided with an ink channel is specified. SOLUTION: The ink jet head 1 comprises ink channel grooves 12 having a predetermined depth with a nozzle 11 at the end of a board 10 and formed at a predetermined pitch, and a common channel groove 13 formed to primarily preserve ink in communication with the grooves 12.... A diaphragm 14 made of nickel is adhered onto the board 10, and piezoelectric elements 15... are provided corresponding to the channels 12... on the diaphragm 14. As the board 10, a ceramic board having surface flatness Ra of 100nm or less is used. The ceramics can be obtained by pulverizing raw material to powder, then molding it and baking it to provide various shapes different from crystal silicon.

Description

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

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明はインクジェットヘッ
ドに関し、特にインクジェットヘッドの基板に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an inkjet head, and more particularly to a substrate of the inkjet head.

【0002】[0002]

【従来の技術】インクジェット記録装置は、記録時の振
動、騒音が殆どなく、カラー化が容易なことから、コン
ピュータ等のデジタル処理装置のデータを出力するプリ
ンタの他、ファクシミリやコピー等にも用いられるよう
になっている。このようなインクジェット記録装置とし
ては、例えばインクを加圧して基板に設けたインク流路
を介して吐出口から液滴化したインク滴を吐出させるイ
ンクジェットヘッドを用いて、記録信号に応じてノズル
からインク滴を記録媒体(インク滴が付着するもの)に
吐出することによって、高速、高解像度、高品質の記録
を行なうようにしたものがある。
2. Description of the Related Art An ink jet recording apparatus has little vibration and noise at the time of recording and is easy to colorize. Therefore, it is used not only for a printer for outputting data of a digital processing device such as a computer but also for facsimile and copying. It is supposed to be. As such an ink jet recording apparatus, for example, an ink jet head is used which presses ink and ejects droplets of ink from an ejection port through an ink flow path provided on a substrate. There is a type in which high-speed, high-resolution, high-quality recording is performed by ejecting ink droplets onto a recording medium (those to which ink droplets adhere).

【0003】ここで、インクジェットヘッドをインク滴
を吐出させるアクチュエータ素子から分類すると、圧電
素子を用いるもの、静電力を用いるもの、発熱体素子を
用いるものに大別することができる。この内、発熱体素
子を用いて素子近傍のインクを沸騰させてその力でイン
ク滴を吐出させるものは、サーマルインクジェット(T
IJ)と称されている。
Here, the ink jet heads can be roughly classified into actuator elements for ejecting ink drops, those using a piezoelectric element, those using an electrostatic force, and those using a heating element. Among them, the one that uses an exothermic element to boil the ink in the vicinity of the element and eject the ink droplets by the force is a thermal ink jet (T
IJ).

【0004】このサーマルインクジェット方式のインク
ジェットヘッドにおいては、発熱体素子をガラス基板に
形成していたが、素子の高密度化、高速駆動化に伴っ
て、より熱伝導率の大きい結晶シリコンウエハが用いら
れるようになっている。また、セラミックス基板を使用
したものもあるが、一般にセラミックス基板の表面は表
面平坦性に乏しく、そのままではサーマルインクジェッ
トヘッドの発熱体素子を形成する基板として使用するこ
とができない。そこで、例えば特開昭64−1553号
公報に記載されているように熱発生部分を除いたセラミ
ックス基板の表面を45μmの厚さのグレース層(ガラ
ス層)で被覆するようにしている。
In this thermal ink jet type ink jet head, the heating element is formed on the glass substrate, but a crystalline silicon wafer having a higher thermal conductivity is used as the element becomes higher in density and driven at a higher speed. It is designed to be used. Some ceramic substrates use a ceramic substrate, but the surface of the ceramic substrate is generally poor in flatness and cannot be used as it is as a substrate for forming a heating element of a thermal inkjet head. Therefore, for example, as described in JP-A-64-1553, the surface of the ceramics substrate excluding the heat-generating portion is covered with a grace layer (glass layer) having a thickness of 45 μm.

【0005】一方、インクジェット記録装置を記録方法
から分類すると、インクジェットヘッドをキャリッジに
搭載して、このキャリッジを主走査方向に移動走査する
と共に、主走査方向と直交する副走査方向に記録媒体を
搬送することで、記録媒体に記録を行うシリアルスキャ
ン型記録装置と、主走査方向に記録媒体の幅と略同じ長
さを有するインクジェットヘッドを用いて、記録媒体を
副走査方向に搬送することでヘッドのスキャンを行うこ
となく記録を行うライン型記録装置とに大別される。
On the other hand, when the ink jet recording apparatus is classified according to the recording method, the ink jet head is mounted on the carriage, the carriage is moved and scanned in the main scanning direction, and the recording medium is conveyed in the sub scanning direction orthogonal to the main scanning direction. By doing so, a serial scan type recording apparatus for recording on a recording medium and an inkjet head having a length substantially the same as the width of the recording medium in the main scanning direction are used to convey the recording medium in the sub scanning direction. Is roughly classified into a line-type recording apparatus that performs recording without scanning.

【0006】このライン型記録装置におけるヘッド構成
としては、記録媒体の幅よりも大きい幅の基板を使用す
るものと、特開昭57−110450号公報、特開昭5
6−117682号公報等に記載されているように複数
の小さなヘッドをつなぎ合わせて記録媒体の幅より大き
くするものとがある。後者の小さなヘッドをつなぎ合わ
せる場合、高精度につなぎあわせることが困難であり、
製造コストが高くなるという不都合を生じている。
The head structure of this line type recording apparatus uses a substrate having a width larger than the width of the recording medium, and JP-A-57-110450 and JP-A-5-110450.
As disclosed in Japanese Laid-Open Patent Publication No. 6-117682, there is one in which a plurality of small heads are connected to each other to make the head larger than the width of the recording medium. When connecting the latter small heads, it is difficult to connect them with high precision.
This causes an inconvenience of high manufacturing cost.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】上述したようにサーマ
ルインクジェットヘッドにおいて、セラミックス基板の
表面を熱発生部分を除いてグレース層(ガラス層)で被
覆するようにした場合、熱発生部分が窪んでしまうため
に、インクジェットヘッドとして使用することが難しく
なり、また、インク吐出方式に制限を受ける他、数十μ
mもの段差を有する基板表面に発熱体素子やその駆動用
電極パターンを高精度に形成することが困難であり、実
用的ではない。
As described above, in the thermal ink jet head, when the surface of the ceramic substrate is covered with the grace layer (glass layer) excluding the heat-generating portion, the heat-generating portion is dented. Therefore, it is difficult to use as an inkjet head, and the ink ejection method is limited, and it is more than tens of μ.
It is difficult and highly practical to form the heating element and its driving electrode pattern on the surface of the substrate having m steps, which is not practical.

【0008】そこで、従前の結晶シリコンウエハを基板
に用いることが考えられるが、シリコンウエハが丸型で
あるために、特にライン型記録装置のインクジェットヘ
ッドのように、細長い長尺状のヘッドを製作する場合に
は、無駄になる部分が多くなって不経済であり、特にラ
イン型記録装置のインクジェットヘッドを構成する上で
は適当でない。
Therefore, it is conceivable to use a conventional crystalline silicon wafer as a substrate. However, since the silicon wafer is round, a long and slender head is manufactured, especially like an ink jet head of a line type recording apparatus. In such a case, many parts are wasted, which is uneconomical, and it is not suitable for constructing an inkjet head of a line-type recording apparatus.

【0009】このように、従来のインクジェットヘッド
における基板は、ヘッドの大型化や低コスト化などに対
応することができないという課題がある。
As described above, there is a problem that the substrate of the conventional ink jet head cannot cope with the increase in size and cost of the head.

【0010】本発明は上記の点に鑑みてなされたもので
あり、大型化、低コスト化に対応することが可能なイン
クジェットヘッドを提供することを目的とする。
The present invention has been made in view of the above points, and an object of the present invention is to provide an ink jet head which can cope with an increase in size and cost.

【0011】[0011]

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
め、請求項1のインクジェットヘッドは、インクを加圧
して基板に設けたインク流路を介して吐出口から液滴化
したインク滴を吐出させるインクジェットヘッドにおい
て、前記基板は表面平坦度が100nm以下のセラミッ
クス基板からなる構成とした。
In order to solve the above-mentioned problems, an ink-jet head according to a first aspect of the present invention applies ink pressure to ink droplets formed from an ejection port through an ink flow path provided on a substrate. In the ink jet head for discharging, the substrate was made of a ceramic substrate having a surface flatness of 100 nm or less.

【0012】請求項2のインクジェットヘッドは、上記
請求項1のインクジェットヘッドにおいて、前記基板の
熱伝導率が0.04W/cmK以上である構成とした。
According to a second aspect of the present invention, in the ink jet head according to the first aspect, the substrate has a thermal conductivity of 0.04 W / cmK or more.

【0013】請求項3のインクジェットヘッドは、上記
請求項2のインクジェットヘッドにおいて、前記基板の
線熱膨張率が3.0×10-6/K以上である構成とし
た。
According to a third aspect of the present invention, in the ink jet head according to the second aspect, the linear thermal expansion coefficient of the substrate is 3.0 × 10 -6 / K or more.

【0014】請求項4のインクジェットヘッドは、上記
請求項1乃至3のいずれかにのインクジェットヘッドに
おいて、前記基板表面に基板材料と異なる材質からなる
薄膜が成膜されている構成とした。
According to a fourth aspect of the present invention, there is provided an ink jet head according to any one of the first to third aspects, wherein a thin film made of a material different from a substrate material is formed on the surface of the substrate.

【0015】請求項5のインクジェットヘッドは、上記
請求項4のインクジェットヘッドにおいて、前記薄膜の
熱伝導率が前記基板の熱伝導率より小さい構成とした。
According to a fifth aspect of the present invention, in the ink jet head according to the fourth aspect, the thermal conductivity of the thin film is smaller than the thermal conductivity of the substrate.

【0016】[0016]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を添付
図面を参照して説明する。図1は本発明の第1実施例に
係るインクジェットヘッドを備えたインクジェット記録
装置の要部概略斜視図、図2はインクジェットヘッドの
概略平面図、図3は図2の略断面図である。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings. 1 is a schematic perspective view of an essential part of an inkjet recording apparatus including an inkjet head according to a first embodiment of the present invention, FIG. 2 is a schematic plan view of the inkjet head, and FIG. 3 is a schematic sectional view of FIG.

【0017】このインクジェット記録装置は、多数のノ
ズルを形成したインクジェットヘッド1をステップモー
タ2で左右(水平)方向に微小移動させ、搬送ローラ3
で主走査方向と直交する方向に記録媒体である記録紙4
を搬送しながら、インクジェットヘッド1のノズルから
インク滴5を吐出させて記録紙4上に所要の画像を記録
するライン型記録装置である。
In this ink jet recording apparatus, an ink jet head 1 having a large number of nozzles is finely moved in the left-right (horizontal) direction by a step motor 2 to convey a roller 3.
The recording paper 4 which is a recording medium in a direction orthogonal to the main scanning direction.
This is a line-type recording apparatus for recording a desired image on the recording paper 4 by ejecting ink droplets 5 from the nozzles of the inkjet head 1 while conveying the sheet.

【0018】インクジェットヘッド1は、図2及び図3
に示すように、基板10に先端部をノズル11とする所
定の深さを有するインク流路溝12を所定のピッチで形
成すると共に、各インク流路溝12,12……に連通し
てインクを一次保存するための共通流路溝13を形成
し、この基板10上にニッケルからなる振動板14を接
着して、この振動板14上に各インク流路溝12,12
……に対応して圧電素子15,15……を設けて構成し
ている。
The ink jet head 1 is shown in FIGS.
As shown in FIG. 3, the ink flow channel grooves 12 having a predetermined depth and having a nozzle 11 at the tip end are formed at a predetermined pitch on the substrate 10, and the ink flow channel grooves 12, 12 ... To form a common flow path groove 13 for primary storage, a diaphragm 14 made of nickel is adhered to the substrate 10, and the ink flow path grooves 12, 12 are formed on the diaphragm 14.
.. are provided correspondingly to the piezoelectric elements 15, 15.

【0019】ここで、基板10としては、表面平坦度R
aが100nm以下のセラミックス基板を用いている。
セラミックスとは、原材料を粉末化した後、成型、焼成
して得られるものであり、結晶シリコンと異なり、さま
ざまの形状を得ることができる。原材料としては、アル
ミナ、ジルコニア、二酸化硅素、酸化亜鉛等の酸化物
や、窒化アルミ、窒化ほう素、窒化硅素等の窒化物、炭
化チタン、炭化ほう素、炭化硅素等の炭化物等がある。
これらの原材料は単体ではなく、複合物を使用するが、
同一の原材料を使用しても、粉体の状態、成型条件、焼
成条件によって、種々の特性を示すセラミックスを得る
ことができる。
Here, the substrate 10 has a surface flatness R
A ceramic substrate having a of 100 nm or less is used.
Ceramics are obtained by pulverizing raw materials, then molding and firing, and different from crystalline silicon, various shapes can be obtained. Raw materials include oxides such as alumina, zirconia, silicon dioxide, and zinc oxide, nitrides such as aluminum nitride, boron nitride, and silicon nitride, and carbides such as titanium carbide, boron carbide, and silicon carbide.
These raw materials use composites, not single substances,
Even if the same raw material is used, ceramics showing various characteristics can be obtained depending on the state of powder, molding conditions, and firing conditions.

【0020】また、セラミックスは、気孔と呼ばれる空
隙を有するものが一般的であるが、形成条件によっては
気孔が殆どないものを得ることができる。そこで、アル
ミナ、ジルコニア、窒化硅素、炭化硅素等の様々な原料
を使用した厚さ1.5mm、30cm角のセラミックスプレ
ートを製作した。このうち、アルミナを原材料とするセ
ラミックスでは、ほぼ気孔のないものも得られ、研磨を
行わない状態で表面平坦度が100nm以下のものも得
られた。このように焼成したそのままでも高い表面平坦
度を呈するものもあるが、セラミックスプレートの表面
平坦度は研磨によって著しく向上することができる。
Further, although ceramics generally have voids called pores, it is possible to obtain ceramics having almost no pores depending on the forming conditions. Therefore, a ceramic plate having a thickness of 1.5 mm and a size of 30 cm is manufactured by using various raw materials such as alumina, zirconia, silicon nitride, and silicon carbide. Among these, ceramics made of alumina as a raw material were obtained with almost no pores, and with flatness of 100 nm or less without polishing. Although there are some that exhibit high surface flatness even if they are fired as they are, the surface flatness of the ceramic plate can be significantly improved by polishing.

【0021】この研磨は、水を分散させたダイアモンド
ペーストをつけたハブを高速回転させ、セラミックスプ
レートに一定の圧力で接触させて行うことができる。こ
の場合、段階的にダイアモンドの粒径が小さなペースト
を使用することで表面平坦度を高くすることができる。
また、セラミックスプレートの表面平坦度はどの段階ま
で研磨したか、つまり、使用したダイアモンドの粒径に
よって制御することができる。なお、基板の表面平坦度
は、触針式の膜厚測定装置で基板内の任意の場所を10
0μm走査したときのRaで表わす。
This polishing can be carried out by rotating a hub having a diamond paste in which water is dispersed at a high speed and bringing the hub into contact with a ceramic plate at a constant pressure. In this case, the surface flatness can be increased by using a paste having a small diamond grain size stepwise.
Further, the surface flatness of the ceramic plate can be controlled by the level of polishing, that is, the grain size of the diamond used. In addition, the surface flatness of the substrate is 10 at any place in the substrate by a stylus type film thickness measuring device.
It is represented by Ra when scanned at 0 μm.

【0022】そこで、本実施例では、アルミナを原材料
として、320μmピッチで幅40μm、深さ30μm
のインク流路溝12とインクを一次保存するための共通
流路溝13を有するセラミックス基板10を形成した。
これは、無研磨で80nmの表面平坦度を有するセラミッ
クス材料でインク流路溝12は215μmの範囲に設け
ている。そして、基板10に厚さ0.2mmの振動板14
を貼り合わせ、各流路溝12に対応するように総数67
2個の圧電素子15を設け、320μmのピッチでノズ
ル11を有するインクジェットヘッド1を構成した。
Therefore, in the present embodiment, alumina is used as a raw material, with a pitch of 320 μm, a width of 40 μm and a depth of 30 μm.
The ceramic substrate 10 having the ink flow channel 12 and the common flow channel 13 for temporarily storing the ink was formed.
This is a non-polished ceramic material having a surface flatness of 80 nm, and the ink flow channel 12 is provided in a range of 215 μm. Then, the diaphragm 14 having a thickness of 0.2 mm is formed on the substrate 10.
A total of 67 so as to correspond to each flow channel 12.
The inkjet head 1 having the two piezoelectric elements 15 and having the nozzles 11 at a pitch of 320 μm was configured.

【0023】このように構成したインクジェット記録装
置においては、320μmのノズルピッチを有するイン
クジェットヘッド1をステップモータ2で記録紙搬送方
向と直交する方向に32μmずつステッピングさせるこ
とで、800dpiの記録ドット密度で画像を記録するこ
とができる。なお、ステップモータに代えて圧電素子を
用いてインクジェットヘッド1を微小移動させることも
できる。
In the ink jet recording apparatus thus constructed, the ink jet head 1 having a nozzle pitch of 320 μm is stepped by the step motor 2 in steps of 32 μm in the direction orthogonal to the recording paper conveying direction, thereby achieving a recording dot density of 800 dpi. Images can be recorded. The ink jet head 1 can be moved minutely by using a piezoelectric element instead of the step motor.

【0024】次に、本発明の他の実施例について図4及
び図5を参照して説明する。先ず、上記実施例と同様に
してセラミックスからなる基板20を製作して、基板2
0の表面にrfスパッタ法により厚さ1μmの二酸化硅
素層を形成した。この二酸化硅素層は発熱体素子で発生
した熱を一次的に蓄積するための畜熱層と呼ばれるもの
で、この畜熱層を設けることにより発熱体素子で発生し
た熱を効率的にインクに伝達することができる。
Next, another embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. First, a substrate 20 made of ceramics is manufactured in the same manner as in the above embodiment, and the substrate 2
A 1 μm thick silicon dioxide layer was formed on the surface of No. 0 by the rf sputtering method. This silicon dioxide layer is called a heat storage layer for temporarily storing the heat generated in the heat generating element. By providing this heat storage layer, the heat generated in the heat generating element is efficiently transferred to the ink. can do.

【0025】そして、発熱層として窒化タンタルを、電
極層としてアルミニウム層を成膜し、フォトリソグラフ
ィーとエッチングによって発熱体素子21及び電極22
のパターンを形成した。更に、インクによる電極の腐食
を防止するため、基板全面に硬質炭素膜(DLC膜)を
プラズマCVD法によって形成した。ここで、形成した
発熱体素子21は215μm幅で5265個(600dp
i)である。
Then, tantalum nitride is formed as a heating layer and an aluminum layer is formed as an electrode layer, and the heating element 21 and the electrode 22 are formed by photolithography and etching.
Was formed. Further, a hard carbon film (DLC film) was formed on the entire surface of the substrate by a plasma CVD method in order to prevent the electrode from being corroded by the ink. Here, the formed heating element 21 has a width of 215 μm and 5265 pieces (600 dp).
i).

【0026】この発熱体素子21を形成した基板20上
に25μm厚の感光性樹脂でインク吐出用のインク流路
溝とインク補充用の共通流路溝の流路パターンを形成し
た後、厚さ0.2mmの薄板ガラスを貼りつけて、サーマ
ルインクジェットヘッドを製作した。
After forming a flow path pattern of an ink flow path groove for ink discharge and a common flow path groove for ink replenishment on the substrate 20 having the heating element 21 formed thereon with a photosensitive resin having a thickness of 25 μm, A 0.2 mm thin glass plate was attached to manufacture a thermal inkjet head.

【0027】この場合、基板20として種々の表面平坦
度を有する基板を用いてサーマルインクジェットヘッド
を製作し、初期不良箇所数、及び100時間の連続駆動
後における不良箇所数を計測した。この計測結果を図5
に示している。
In this case, a thermal ink jet head was manufactured by using substrates having various surface flatness as the substrate 20, and the number of initial defective points and the number of defective points after continuous driving for 100 hours were measured. This measurement result is shown in FIG.
Is shown in

【0028】同図から分かるように、表面平坦度Raが
100nmを越えると初期不良のビット数が増加する傾
向にある。また、Raが80nmより大きくなると、連
続駆動後の不良箇所が増加する。この不良原因について
は、初期不良の殆どが畜熱層の膜剥離であったのに対
し、連続駆動後の不良は発熱体素子の損傷であった。連
続駆動後の不良に関しては、発熱体材料、構成、使用条
件等にもよるため、必ずしも基板の表面性によるもので
はないが、上記の結果からすれば、Raが100nm以
下であること、好ましくは80nm以下であることが分
かる。
As can be seen from the figure, when the surface flatness Ra exceeds 100 nm, the number of bits of initial failure tends to increase. If Ra is greater than 80 nm, the number of defective points after continuous driving increases. Regarding the cause of this defect, most of the initial defects were film peeling of the heat storage layer, whereas the defect after continuous driving was damage to the heating element. The failure after continuous driving does not necessarily depend on the surface property of the substrate because it depends on the heating element material, configuration, use conditions, etc., but from the above results, Ra is preferably 100 nm or less, preferably It can be seen that the thickness is 80 nm or less.

【0029】また、サーマルインクジェットヘッドにお
いては、インク吐出用のアクチュエータ素子として発熱
体素子を用いているために、連続記録時にプリントヘッ
ドの温度が上昇して記録画像の品質が劣化することがあ
る。そのため、発熱体支持基板としては高い熱伝導性を
有する材料が好ましい。
Further, in the thermal ink jet head, since the heating element is used as the actuator element for ejecting ink, the temperature of the print head may rise during continuous recording and the quality of the recorded image may deteriorate. Therefore, a material having high thermal conductivity is preferable for the heating element supporting substrate.

【0030】そこで、上記種々の熱伝導性を有するセラ
ミックス基板を用いてサーマルインクジェットヘッドを
製作し、連続駆動時におけるプリントヘッドの温度変化
を計測した。なお、発熱体素子を支持する基板を厚さ7
mmのアルミニウムヒートシンクにシリコン系接着剤で固
定して計測した。この計測結果を図6に示している。
Therefore, a thermal ink jet head was manufactured using the above-mentioned ceramic substrates having various thermal conductivities, and the temperature change of the print head during continuous driving was measured. The substrate supporting the heating element has a thickness of 7 mm.
It was measured by fixing it to an aluminum heat sink of mm with a silicone adhesive. The measurement result is shown in FIG.

【0031】同図から分かるように、基板の熱伝導率が
0.04W/cmK以上の基板を使用した場合には、ある
一定の時間の後、基板の温度は一定になるが、熱伝導率
が0.04W/cmKより小さい基板を使用した場合に
は、駆動時間の経過に伴って基板温度が上昇し続けてい
る。したがって、セラミックス基板を用いる場合には熱
伝導率が0.04W/cmK以上の基板を用いることに
より、連続記録時の基板温度上昇による記録品質の低下
を防止することができる。
As can be seen from the figure, when a substrate having a thermal conductivity of 0.04 W / cmK or more is used, the temperature of the substrate becomes constant after a certain period of time. When a substrate having a temperature of less than 0.04 W / cmK is used, the substrate temperature continues to rise as the driving time elapses. Therefore, when a ceramic substrate is used, by using a substrate having a thermal conductivity of 0.04 W / cmK or more, it is possible to prevent deterioration of recording quality due to an increase in substrate temperature during continuous recording.

【0032】さらに、上述したようにサーマルインクジ
ェットヘッドでは、発熱体素子で発生した熱の一部は基
板を通じて外部へ放熱することによって記録中の基板温
度を一定に保っている。基板から熱を効率よく放出する
ために、より熱伝導性の高い材料からなるヒートシンク
に基板を接着するようにしている。熱伝導率の高い材料
としては銅やアルミニウムがあるが、銅は加工性に劣る
と共に錆が発生しやすいので、ヒートシンクにはアルミ
ニウムを使用することが多い。
Further, as described above, in the thermal ink jet head, a part of the heat generated in the heating element is radiated to the outside through the substrate to keep the substrate temperature during recording constant. In order to efficiently dissipate heat from the substrate, the substrate is adhered to a heat sink made of a material having higher thermal conductivity. Materials having high thermal conductivity include copper and aluminum, but since copper is inferior in workability and easily causes rust, aluminum is often used for the heat sink.

【0033】この場合、アルミニウムや銅のヒートシン
ク材料は熱膨張率が大きい(例えばアルミニウムで23
×10-6/K程度である。)が、セラミックス材料の熱
膨張率は金属材料より小さい。そのため、基板とヒート
シンクの熱膨張率の差が大きいと、記録時の温度上昇に
よって基板とヒートシンクとの間に応力が発生し、ヘッ
ドが変形したり、接着が剥離することがあり、この問題
は基板の大型化に従って顕著になる。
In this case, the heat sink material made of aluminum or copper has a large coefficient of thermal expansion (for example, aluminum is 23
It is about × 10 −6 / K. ), The coefficient of thermal expansion of ceramic materials is smaller than that of metal materials. Therefore, if the difference in the coefficient of thermal expansion between the substrate and the heat sink is large, stress may occur between the substrate and the heat sink due to the temperature rise during recording, and the head may be deformed or the adhesive may peel off. It becomes remarkable as the size of the substrate increases.

【0034】そこで、上記と同様な手法で種々の熱膨張
係数のセラミックス基板を作成して、300mm幅(73
50ドット)のサーマルインクジェットヘッドを製作し
た。そして、このヘッドをアルミニウム性のヒートシン
クに接着した後、ヒートサイクル試験を行った。この試
験の条件は、記録時のヘッド温度を考慮して0度・30
分→70度・30分→0度を500サイクルとした。こ
の試験結果を表1に示している。
Therefore, ceramic substrates having various coefficients of thermal expansion were prepared in the same manner as described above, and the width was set to 300 mm (73 mm).
A thermal inkjet head of 50 dots) was manufactured. Then, after bonding this head to an aluminum heat sink, a heat cycle test was conducted. The conditions for this test are 0 degrees and 30 degrees, considering the head temperature during recording.
Minutes → 70 degrees, 30 minutes → 0 degrees was set as 500 cycles. The test results are shown in Table 1.

【0035】[0035]

【表1】 [Table 1]

【0036】この表1から分かるように、セラミックス
基板の線熱膨張率は3.0×10-6/Kより小さいもの
は接着部分に剥離が見られるので、線熱膨張率が3.0
×10-6/K以上のセラミックス基板を用いることで、
記録時におけるプリントヘッドの反りやヒートシンクか
らの剥離を防止することができる。
As can be seen from Table 1, when the coefficient of linear thermal expansion of the ceramic substrate is smaller than 3.0 × 10 -6 / K, peeling is observed at the bonded portion, so the coefficient of linear thermal expansion is 3.0.
By using a ceramic substrate of × 10 -6 / K or more,
It is possible to prevent warping of the print head and separation from the heat sink during recording.

【0037】次に、本発明の更に他の実施例について図
7を参照して説明する。この実施例は、セラミックス基
板20上に前述した二酸化硅素層からなる畜熱層23を
成膜した後、この畜熱層23上にプラズマCVDで窒化
硅素膜100nmを成膜して保護膜24を形成したもの
である。
Next, still another embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In this embodiment, after the heat storage layer 23 made of the above-mentioned silicon dioxide layer is formed on the ceramic substrate 20, a 100 nm silicon nitride film is formed on the heat storage layer 23 by plasma CVD to form the protective film 24. It was formed.

【0038】すなわち、一般にセラミックスは耐薬品性
に優れているが、なかには酸やアルカリによって浸食さ
れるものがある。また、発熱体素子として使用される窒
化タンタルやタンタルと二酸化硅素の混合材料は、フッ
酸を含むエッチング液で加工するため、発熱体素子を形
成するときにセラミックス基板に損傷を与えることにな
る。これを防止するためには、ドライエッチングによっ
てパターン加工を行えば良いのであるが、ドライエッチ
ングはウエットエッチングに比べて設備価格が高く、ス
ループットが低下するという不都合を伴う。
That is, although ceramics are generally excellent in chemical resistance, some of them are corroded by acids or alkalis. Further, since tantalum nitride or a mixed material of tantalum and silicon dioxide used as a heating element is processed with an etching solution containing hydrofluoric acid, the ceramic substrate is damaged when the heating element is formed. In order to prevent this, pattern processing may be performed by dry etching, but dry etching has a disadvantage that the equipment cost is higher than that of wet etching and throughput is reduced.

【0039】そこで、上述したように基板20の最表面
に保護膜24を形成することによって、基板20の損傷
を防止することができる。この保護膜24として窒化硅
素膜を用いた場合、窒化硅素膜もフッ硝酸系のエッチン
グ液に溶解するが、そのエッチング速度は畜熱層として
使用している二酸化硅素膜に比べて非常に遅いので、保
護膜としての機能を発揮することができる。なお、保護
膜は、畜熱層を有する面にのみ形成するようにしても良
いし、或いは基板の裏面にも形成するようにしても良
い。
Therefore, by forming the protective film 24 on the outermost surface of the substrate 20 as described above, damage to the substrate 20 can be prevented. When a silicon nitride film is used as the protective film 24, the silicon nitride film is also dissolved in the hydrofluoric nitric acid-based etching solution, but its etching rate is much slower than that of the silicon dioxide film used as the heat storage layer. It can exhibit the function as a protective film. The protective film may be formed only on the surface having the heat storage layer, or may be formed on the back surface of the substrate.

【0040】このように、保護膜を形成することによっ
て、フッ酸系のウエットエッチングにおいても基板表面
に損傷を与えることなく、発熱体等のパターン加工をす
ることができる。
By forming the protective film in this manner, it is possible to pattern the heating element and the like without damaging the substrate surface even in hydrofluoric acid-based wet etching.

【0041】また、この場合、図8に示すように基板材
料よりも熱伝導率の小さい材料を用いた保護層25を設
けて、上記保護層24と畜熱層23とを兼ねることもで
きる。この保護層25は、例えばアルミナを原材料とす
るセラミックス基板の表面に1μm厚の酸化ジルコニウ
ム膜を反応性スパッタによって成膜して形成することが
できる。
Further, in this case, as shown in FIG. 8, a protective layer 25 made of a material having a thermal conductivity smaller than that of the substrate material may be provided to serve both as the protective layer 24 and the heat storage layer 23. The protective layer 25 can be formed, for example, by forming a 1 μm thick zirconium oxide film by reactive sputtering on the surface of a ceramic substrate made of alumina as a raw material.

【0042】この酸化ジルコニウムの熱伝導率はアルミ
ナセラミックスの熱伝導率よりも一桁以上小さいため、
保護膜としてだけでなく畜熱層の機能も果すことができ
るのである。このように、保護膜に畜熱層の機能を持た
せることにより、製造プロセスを簡略化し、製造コスト
を低減することができる。
Since the thermal conductivity of this zirconium oxide is smaller than that of alumina ceramics by one digit or more,
Not only can it function as a protective film, but it can also function as a heat storage layer. By thus providing the protective film with the function of the heat storage layer, the manufacturing process can be simplified and the manufacturing cost can be reduced.

【0043】[0043]

【発明の効果】以上説明したように、請求項1のインク
ジェットヘッドによれば、表面平坦度が100nm以下
のセラミックス基板を用いたので、安価に記録媒体と同
程度の記録幅を有する大型のヘッドを得ることができ、
記録装置の記録速度を向上することができる。
As described above, according to the ink jet head of the first aspect, since the ceramic substrate having the surface flatness of 100 nm or less is used, the large size head having a recording width comparable to that of the recording medium can be inexpensively manufactured. You can get
The recording speed of the recording device can be improved.

【0044】請求項2のインクジェットヘッドによれ
ば、上記請求項1のインクジェットヘッドにおいて、熱
伝導率が0.04W/cmK以上であるセラミックス基
板を用いたので、特に発熱体素子をアクチュエータ素子
とするインクジェットヘッドにおける連続記録時の基板
温度上昇を防止でき、記録品質の低下を防ぐことができ
る。
According to the ink jet head of the second aspect, in the ink jet head of the first aspect, since the ceramic substrate having the thermal conductivity of 0.04 W / cmK or more is used, the heating element is used as the actuator element. It is possible to prevent the substrate temperature from increasing during continuous recording in the inkjet head and prevent deterioration of recording quality.

【0045】請求項3のインクジェットヘッドによれ
ば、上記請求項2のインクジェットヘッドにおいて、線
熱膨張率が3.0×10-6/K以上であるセラミックス
基板を用いたので、記録時におけるヘッドの反りやヒー
トシンクからの剥離を防止することができる。
According to the ink jet head of the third aspect, in the ink jet head of the second aspect, since the ceramic substrate having the linear thermal expansion coefficient of 3.0 × 10 −6 / K or more is used, the head at the time of recording is used. It is possible to prevent the warp and peeling from the heat sink.

【0046】請求項4のインクジェットヘッドによれ
ば、上記請求項1乃至3のいずれかにのインクジェット
ヘッドにおいて、基板表面に基板材料と異なる材質から
なる薄膜を保護膜として成膜したので、基板の耐薬品性
を向上させ、ヘッドの製造プロセスのマージンを広げる
ことができる。
According to the ink-jet head of the fourth aspect, in the ink-jet head according to any one of the first to third aspects, a thin film made of a material different from the substrate material is formed as a protective film on the surface of the substrate. The chemical resistance can be improved and the margin of the head manufacturing process can be widened.

【0047】請求項5のインクジェットヘッドによれ
ば、上記請求項4のインクジェットヘッドにおいて、薄
膜の熱伝導率を基板の熱伝導率より小さくしたので、薄
膜に保護膜の機能と畜熱層の機能を併せ持たせることが
でき、製造プロセスの簡略化、製造コストの低減を図る
ことができる。
According to the ink jet head of the fifth aspect, in the ink jet head of the fourth aspect, the thermal conductivity of the thin film is smaller than the thermal conductivity of the substrate. Therefore, the thin film functions as a protective film and a heat storage layer. Therefore, the manufacturing process can be simplified and the manufacturing cost can be reduced.

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

【図1】本発明の一実施例に係るインクジェットヘッド
を備えたインクジェット記録装置の概略斜視図
FIG. 1 is a schematic perspective view of an inkjet recording apparatus including an inkjet head according to an embodiment of the present invention.

【図2】同インクジェットヘッドの概略平面図FIG. 2 is a schematic plan view of the inkjet head.

【図3】同インクジェットヘッドの概略断面図FIG. 3 is a schematic sectional view of the inkjet head.

【図4】本発明の他の実施例に係るインクジェットヘッ
ドの発熱体パターン形状を示す説明図
FIG. 4 is an explanatory view showing a heating element pattern shape of an inkjet head according to another embodiment of the present invention.

【図5】セラミックス基板の表面平坦度とヘッドの不良
箇所数の計測結果を示す線図
FIG. 5 is a diagram showing the measurement results of the surface flatness of the ceramic substrate and the number of defective parts of the head.

【図6】セラミックス基板の熱伝導率と連続記録時の基
板温度の温度変化を示す線図
FIG. 6 is a diagram showing the thermal conductivity of the ceramic substrate and the temperature change of the substrate temperature during continuous recording.

【図7】本発明の更に他の実施例に係るインクジェット
ヘッドの要部概略断面図
FIG. 7 is a schematic sectional view of an essential part of an inkjet head according to still another embodiment of the present invention.

【図8】図7の実施例の他の例を説明する要部概略断面
8 is a schematic sectional view of an essential part for explaining another example of the embodiment of FIG.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…インクジェットヘッド、2…ステップモータ、3…
搬送ローラ、4…記録紙、5…インク滴、10,20…
基板、11…ノズル、12…インク流路溝、13…共通
流路溝、14…振動板、15…圧電素子、21…発熱体
素子、22…電極、23…畜熱層、24…保護膜、25
…畜熱層を兼ねた保護膜。
1 ... Inkjet head, 2 ... Step motor, 3 ...
Conveyor rollers, 4 ... Recording paper, 5 ... Ink droplets, 10, 20 ...
Substrate, 11 ... Nozzle, 12 ... Ink flow channel, 13 ... Common flow channel, 14 ... Vibration plate, 15 ... Piezoelectric element, 21 ... Heating element, 22 ... Electrode, 23 ... Heat storage layer, 24 ... Protective film , 25
… A protective film that doubles as a heat storage layer.

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 インクを加圧して基板に設けたインク流
路を介して吐出口から液滴化したインク滴を吐出させる
インクジェットヘッドにおいて、前記基板は表面平坦度
が100nm以下のセラミックス基板からなることを特
徴とするインクジェットヘッド。
1. In an ink jet head for pressurizing ink to eject ink droplets from an ejection port through an ink flow path provided on the substrate, the substrate is a ceramic substrate having a surface flatness of 100 nm or less. An inkjet head characterized in that.
【請求項2】 請求項1に記載のインクジェットヘッド
において、前記基板の熱伝導率が0.04W/cmK以
上であることを特徴とするインクジェットヘッド。
2. The inkjet head according to claim 1, wherein the substrate has a thermal conductivity of 0.04 W / cmK or more.
【請求項3】 請求項2に記載のインクジェットヘッド
において、前記基板の線熱膨張率が3.0×10-6/K
以上であることを特徴とするインクジェットヘッド。
3. The ink jet head according to claim 2, wherein the substrate has a coefficient of linear thermal expansion of 3.0 × 10 −6 / K.
The above is an inkjet head.
【請求項4】 請求項1乃至3のいずれかに記載のイン
クジェットヘッドにおいて、前記基板表面に基板材料と
異なる材質からなる薄膜が成膜されていることを特徴と
するインクジェットヘッド。
4. The inkjet head according to any one of claims 1 to 3, wherein a thin film made of a material different from the substrate material is formed on the surface of the substrate.
【請求項5】 請求項4に記載のインクジェットヘッド
において、前記薄膜の熱伝導率が前記基板の熱伝導率よ
り小さいことを特徴とするインクジェットヘッド。
5. The inkjet head according to claim 4, wherein the thermal conductivity of the thin film is smaller than the thermal conductivity of the substrate.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2013038415A (en) * 2011-08-05 2013-02-21 Samsung Electro-Mechanics Co Ltd Thin film electrode ceramic substrate and method for producing the same

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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