JPS5836465A - Ink jet printer - Google Patents

Ink jet printer

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JPS5836465A
JPS5836465A JP57139667A JP13966782A JPS5836465A JP S5836465 A JPS5836465 A JP S5836465A JP 57139667 A JP57139667 A JP 57139667A JP 13966782 A JP13966782 A JP 13966782A JP S5836465 A JPS5836465 A JP S5836465A
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JP
Japan
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ink
resistor
substrate
orifice
width
Prior art date
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Application number
JP57139667A
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Japanese (ja)
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Eru Bauto Jiyon
ジヨン・エル・バウト
Eru Kuroutaa Furanku
フランク・エル・クロウタ−
Kei Donarudo Deebitsudo
デ−ビツド・ケイ・ドナルド
Dee Meiyaa Jiyon
ジヨン・デ−・メイヤ−
Ei Tatsukurindo Kurisutofua
クリストフア・エイ・タツクリンド
Eichi Tabu Howaado
ホワ−ド・エイチ・タブ
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Hewlett Packard Japan Inc
Original Assignee
Yokogawa Hewlett Packard Ltd
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Publication date
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    • B41J2002/14169Bubble vented to the ambience

Abstract

PURPOSE:To provide the titled printer having a large array independent of electric conductivity of ink and a high resolving property and a high by composing an ink holding means of a film body and a substrate and arranging a heating means facing ink through the film body. CONSTITUTION:A part of one surface of a substrate 11 such as sapphire etc. is covered with a metallized film layer 13. A narrow D1 wide A narrow nonconductive strip 14 D1 width and a conductive strip D2 width are provided to make a resistance 16 in a layer 13. About 3OMEGA is suitable as the resistance. Capillary blocks 15 are joined on the surface of the layer 13 and the width of channel 17 is made to correspond to the width of the nonconductive strip 14. An ink storing part 19 is arranged on the back of the block 15 and on the upper part of the substrate 11. Expansion of the bubble made on the resistance 16 makes impulses.

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はノンインパクト方式インクジェットのプリンタ
に係り、特にプリントヘッドの構成に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a non-impact inkjet printer, and more particularly to the configuration of a printhead.

データ処理技術の発達と共に、出力データを恒久記録す
る多数の装置が開発されてきている。現在、ノンインパ
クト(非機械的衝撃式)方式忙よぎる。これらの中でも
特に重要なものはインクジェット式である。何故ならば
、この方式はプリント出力を電子的に、簡単且つ直接的
に制御できるからであり、さらに無接触、高速、そして
平坦なC; 紙−への印字雌特に適しているからである。
As data processing technology advances, numerous devices have been developed to permanently record output data. Currently, we are busy with non-impact (non-mechanical impact) methods. Among these, the most important one is the inkjet type. This is because the print output can be easily and directly controlled electronically, and it is also contactless, high speed, and particularly suitable for printing on flat paper.

そして、インクジェット方式は次の3つの基本的な型式
に分類できる。■連続方式(インクに一定圧力を加え、
定速で連続的にインク液滴を発生する)、■電界制御方
式、■オンデマンド方式(インパルスジェット方式)。
The inkjet method can be classified into the following three basic types. ■Continuous method (applies constant pressure to ink,
(generates ink droplets continuously at a constant speed), ■Electric field control method, ■On-demand method (impulse jet method).

本発明はオンデマンド方式に係る。The present invention relates to an on-demand method.

従来、オンデマンド方式においては、狭い断面のチュー
ブのオリアイスからインクを噴射するのに圧電結晶を使
用し゛〔いた。この方式は、例えば米国特許第3.83
2.579号に述べられており、そこでは、小さな円筒
状の圧電トランスジューサが円筒状ノズルの外側表面に
固着されている。インクはノズルの広い端部とインク貯
蔵部とを結ぶインク・ホースによ−ってそのノズル端部
に運ばれる。
Traditionally, on-demand systems have used piezoelectric crystals to eject ink from an oriice in a narrow cross-section tube. This method is used, for example, in U.S. Patent No. 3.83.
No. 2.579, in which a small cylindrical piezoelectric transducer is affixed to the outer surface of a cylindrical nozzle. Ink is conveyed to the nozzle end by an ink hose connecting the wide end of the nozzle to an ink reservoir.

トランスジューサが電気的インパルスを受けるとき、そ
れはノズルの両端に向け′Cインクを加速する圧力波を
発生する。インク圧力波がそのノズルの小さな端部のオ
リフィスにおける半月板の表面張力を越えるときに、イ
ンク液滴が形成される。
When the transducer receives an electrical impulse, it generates a pressure wave that accelerates the 'C ink toward the ends of the nozzle. An ink droplet is formed when an ink pressure wave overcomes the surface tension of the meniscus at the small end orifice of the nozzle.

この圧電式インクジェット装置における問題点は圧電ト
ランスジューサとインクジェット・オリフィスとの間で
の寸法上の相対的不一致に関連している。即ち、一般に
トランジューサはそのオリフィスよりも実質的に大きい
ので、各ジェット部間の最小分離距離又は所定のプリン
トヘッド五に装着しうるジェット数のいづれかを制限し
てしまう。更に、圧電トランスジューサは製置するのに
比較的高価であり、モして境在の半導体製作技術の多(
に適合していない。
A problem with this piezoelectric inkjet device is related to the relative dimensional mismatch between the piezoelectric transducer and the inkjet orifice. That is, the transducer is generally substantially larger than its orifice, limiting either the minimum separation distance between each jet or the number of jets that can be mounted on a given printhead. Additionally, piezoelectric transducers are relatively expensive to fabricate and are difficult to implement with many existing semiconductor fabrication techniques.
is not compliant.

従来の別の型のオンデマンド方式は米国特許第3.17
4.042号に述べられており、この方式は複数個のイ
ンク包含チューブを利用している。それらチューブ内の
電極はインクに接触しており、トリガ信号の発生に応答
して、電流がインク自体を通し−〔流れる。この電流は
高いI2R損(ここで、■は電流値、Rはインクの抵抗
値である)によってそのインクを加熱し、それらのチュ
ーブ内におけるインクの一部分を蒸発させ、そしてイン
クおよびインク気体をそれらのチューブから噴射させる
Another type of conventional on-demand method is U.S. Patent No. 3.17.
No. 4.042, this system utilizes multiple ink-containing tubes. Electrodes within the tubes are in contact with the ink and, in response to the occurrence of a trigger signal, current flows through the ink itself. This current heats the ink with high I2R losses (where ■ is the current value and R is the resistance value of the ink), vaporizes a portion of the ink in the tubes, and causes the ink and ink gas to flow through them. Inject it from the tube.

この蒸気型方式の主な欠点は、高導電性インクは所望の
気体化を達成するのに大きな電流を必要とするので、イ
ンク霧を制御するのが困難であり、またインクの導電率
に制限が生ずることである。
The main drawbacks of this vapor-type method are that the ink mist is difficult to control since highly conductive inks require large currents to achieve the desired vaporization, and there are also limitations on the conductivity of the ink. This is what happens.

従って、そこで使用されるインクの種類は極度に制限さ
れる。
Therefore, the types of ink that can be used are extremely limited.

上述した各方式については長年研究されてきたにもかか
わらず、オンデマンド形インクジェット技術は解決され
なければならない多くの基本的問題をなおもかかえてい
る。
Despite many years of research into each of the above-mentioned systems, on-demand inkjet technology still has many fundamental problems that must be resolved.

本発明はオンデマンド式インクジェットプリンタに係り
、本発明はインクを吐出するためのオリフィスを持つイ
ンク包含毛細管と、そのオリフィスに近接配置されたイ
ンク加熱機構(例えば、その毛細管に又はそれに隣接し
て置かれる抵抗器)とを有するインクジェット・プリン
タを提供する。
The present invention relates to an on-demand inkjet printer, and the present invention relates to an ink-containing capillary tube having an orifice for ejecting ink and an ink heating mechanism disposed proximate to the orifice (e.g., disposed in or adjacent to the capillary tube). Provided is an inkjet printer having an inkjet printer.

動作の概略に・ついて説明する。インク加熱部が敏速に
加熱され、そこで生成されたエネルギをインクに伝達し
、それによりそのインクの一部分を気化しそしCその毛
細管内にバブルを発生させる。
An overview of the operation will be explained. The ink heating section heats rapidly and transfers the energy generated therein to the ink, thereby vaporizing a portion of the ink and generating bubbles within the capillary.

そし°ここのバブルはインク液滴をそのオリフィスから
近くに位置する紙面上へと推進させる圧力波を作り出す
。インク加熱部とオリフィスとの相対的位置関係を適切
に選択し且つそのエネルギ転送を綿密に制御することに
より、バブルは、インク気体がそのオリフィスから逃げ
る前にそのインク加熱部−ヒか又はその近くですみやか
に消滅する。
The bubble then creates a pressure wave that propels the ink droplet from its orifice onto a nearby paper surface. By properly selecting the relative position of the ink heating section and the orifice and by closely controlling the energy transfer, the bubbles will be able to move to or near the ink heating section before the ink gas escapes from the orifice. It disappears quickly.

本発明によるプリンタに対しては、他のドラ)−マトリ
クス印字装置を実施するのに使用される多くの現存する
ハードウェアおよびソフトウェアを容易に適用できる。
Much of the existing hardware and software used to implement other printer-matrix printing devices can be readily adapted to printers according to the present invention.

本発明の実施例は基本的に2つの幾何学的構成に分けら
れる。第1の構成において、インクは毛細管の端部に位
置されたオリフィスから吐出される。第2の構成におい
゛(、インク毛細管は本質的に平面を規定し、インクは
その平面に対して直角の方向に、オリフィスから吐出さ
れる。こうした構成の各々は、標準の電子式製造技術を
用いて大瞳生産しうる点において、従来技術に比べて利
点な持っている。更K、本発明の原理を用いて作り出さ
れるプリントヘッドの寸法は事実−E無制限であって、
空間を取る圧電性結晶を必要としないために、非常に大
きなアレイおよび非常に高い分解能が可能である。更に
、この技術では、使用するインクの導電性には無関係で
ある。以下図面を用いて本発明を説明する。
Embodiments of the invention are basically divided into two geometric configurations. In a first configuration, ink is ejected from an orifice located at the end of a capillary tube. In a second configuration (the ink capillary essentially defines a plane and the ink is ejected from the orifice in a direction perpendicular to that plane), each of these configurations uses standard electronic manufacturing techniques. It has an advantage over the prior art in that it can be used to produce large pupils.Furthermore, the dimensions of printheads produced using the principles of the present invention are virtually unlimited;
Very large arrays and very high resolutions are possible because there is no need for space-consuming piezoelectric crystals. Furthermore, this technique is independent of the conductivity of the ink used. The present invention will be explained below using the drawings.

第1図は本発明の一実施例によるインクジェット・プリ
ンタのプリントヘッドの分解斜視図、第2図は組立後の
全体斜視図である。11は基板であり、サファイア、ガ
ラス、又は不活性複合材料(例えば、被複金槁或は被覆
ケイ素)で構成される基板11の片面の一部分は薄模金
属化層13でおおわれている。この薄膜金属化層13は
、層13内に抵抗器16を作り出すべく、幅DI(〜約
0.1關)の狭い非導電性ス) +Jツブ14と、幅D
2(〜約Q、 l u+ )の導電性ス) IJツブと
を与えるように構成される。抵抗値としては約3Ωが適
当である。典型的な構成において、抵抗器16は基板1
1の縁部から距離D3(公称とし°〔は約Q、 I n
+だが、一般的には約11.05fil(D3<Jo、
25uの範囲)だけ離れた位置に作られる。薄膜金属化
層13の上面に毛細管ブロック15が結合される。毛細
管ブロック15は一般にガラスから作られ、各端部にオ
リフィスを伴なう毛細管チャネル17を持つ。
FIG. 1 is an exploded perspective view of a print head of an inkjet printer according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is an overall perspective view after assembly. Reference numeral 11 denotes a substrate, and a portion of one side of the substrate 11 made of sapphire, glass, or an inert composite material (for example, composite gold or coated silicon) is covered with a thin simulated metallization layer 13 . This thin film metallization layer 13 has a narrow non-conductive tube 14 of width DI (~0.1 degrees) and a width D to create a resistor 16 within layer 13.
2 (~about Q, l u+ ) of IJ tube. Approximately 3Ω is suitable as the resistance value. In a typical configuration, resistor 16 is connected to substrate 1
Distance D3 (nominal) from the edge of 1 is approximately Q, I n
+, but generally about 11.05fil (D3<Jo,
25u range). A capillary block 15 is bonded to the top surface of the thin film metallization layer 13 . Capillary block 15 is generally made of glass and has capillary channels 17 with orifices at each end.

チャネル170幅は約0.08JLl、深さは約0.0
8mで、その幅は金属化層13の非導電性ス) IJツ
ブ14の幅に対応する。
Channel 170 width is approximately 0.08JLl, depth is approximately 0.0
8 m, its width corresponds to the width of the non-conductive layer 14 of the metallization layer 13.

毛細管ブロック15の背後でしかも基板11の上部に、
毛細管ブロック15と平行して、インクを保持するため
の貯蔵部19が配置される。チャネル」7は、貯蔵部1
9の反対側にあるオリフィスの近辺へ、毛細管作用によ
ってインクをその貯蔵部から引き出す。第2図において
見られる如く、完成された構成において、プリンタは薄
膜金属化層13に取付けられた2つの電極23および2
5を持ち、該電極は抵抗器16を横切って電位差を6え
る。第3図は、第1および第2図に示したインクジェッ
ト・プリンタの断面図であり、インク21、毛細管ブロ
ック15、抵抗器16そして印字表面27の相対的位置
関係を示している。動作において、プリンタ・オリフィ
スと印字表面27との間の距離D5は約0.8 mmで
ある。
Behind the capillary block 15 and above the substrate 11,
A reservoir 19 for holding ink is arranged parallel to the capillary block 15. Channel 7 is the reservoir 1
The ink is drawn from its reservoir by capillary action into the vicinity of the orifice on the opposite side of 9. As seen in FIG. 2, in the completed configuration the printer has two electrodes 23 and 2 attached to the thin film metallization layer 13.
5, and the electrode creates a potential difference of 6 across the resistor 16. FIG. 3 is a cross-sectional view of the inkjet printer shown in FIGS. 1 and 2, showing the relative positions of ink 21, capillary block 15, resistor 16, and printing surface 27. FIG. In operation, the distance D5 between the printer orifice and the printing surface 27 is approximately 0.8 mm.

第4図はプ“リント動作の1サイクル中におけるインク
液滴の発生過程を示した一部断面図であム電圧が電極2
3および25に印加されると、抵抗器16を通る電流が
ジュール熱を発生させて、インクを加熱する。そして第
4a図に示されているように抵抗器16上にバブル12
を作り出す。バブルは、第4b図に示される如く、オリ
フィスの方向に急速に膨張し続ける。しかしその膨張は
インクに伝達されるエネルギによって制限される。
Figure 4 is a partial cross-sectional view showing the process of ink droplet generation during one cycle of printing operation.
3 and 25, the current through resistor 16 generates Joule heat, heating the ink. and bubble 12 on resistor 16 as shown in FIG. 4a.
create. The bubble continues to rapidly expand in the direction of the orifice, as shown in Figure 4b. However, its expansion is limited by the energy transferred to the ink.

この全エネルギを注意深く制御し、そして抵抗器16に
供給されるエネルギの時間配分を制御することにより、
種々の大きさのバブルを形成できる。
By carefully controlling this total energy and controlling the time distribution of the energy delivered to resistor 16,
Bubbles of various sizes can be formed.

しかしながら、インクによって吸収される全エネルギが
、気体をオリフィスから追い出す程大きくならないよう
に制御することが必要である。バブルは第4C図に示さ
れている如く抵抗器16に向い且つその上で収縮し始め
、他方、バブルの膨張によりインクに与えられた前向き
の運動量はオリフィスからインク小滴を吐出させる(し
かしながら、使用されるインク、オリフィスの幾何学的
構造および印加電圧に依存して1つ又はそれ以上の後続
するインク液滴が生ずることを注目すべきでの近くまで
収縮し消滅する。インクは毛細管作用により再充填し始
め(第4e図)、一方インク液滴は印字面上にのる。第
4f図は、次のサイクルの用意として、もとの位置まで
インクが満たされたチャネルを示している。印字は適当
なシーケンスで抵抗器16に電圧を連続的に印加するこ
とKより達成される。オリフィスと印字面とは所望の印
字パターンを作り出すために相対的に移動される。
However, it is necessary to control the total energy absorbed by the ink so that it is not so great as to force gas out of the orifice. The bubble begins to deflate toward and above resistor 16 as shown in FIG. 4C, while the forward momentum imparted to the ink by the expansion of the bubble causes an ink droplet to be ejected from the orifice (however, It should be noted that depending on the ink used, the orifice geometry and the applied voltage, one or more subsequent ink droplets are produced that shrink and disappear to near zero. Refilling begins (Figure 4e), while the ink droplet rests on the printing surface. Figure 4f shows the channel filled with ink back to its original position in preparation for the next cycle. Printing is accomplished by continuously applying voltage to resistor 16 in the appropriate sequence. The orifice and printing surface are moved relative to each other to produce the desired printing pattern.

なお、基板寸法、毛細管ブロック寸法および毛細管チャ
ル寸法等の寸法は、所望の質量、構造材料および技術く
液滴寸法、毛細管充填速度、インク粘性および表面張力
等に依存して広範囲に変えられることは明らかである。
It should be noted that dimensions such as substrate dimensions, capillary block dimensions, and capillary charge dimensions can be varied over a wide range depending on the desired mass, construction materials and technology, droplet size, capillary filling rate, ink viscosity and surface tension, etc. it is obvious.

又、従来装置と対比して、インクの導電率を高いIt(
熱損失に釣り合せたり、インクを導電性とする必要は全
くない。
In addition, compared to the conventional device, the conductivity of the ink is increased by increasing It(
There is no need to balance heat losses or to make the ink conductive.

本発明の本質的特長は、インク液滴をオリフィスから吐
出するのに必要とするインパルスが、圧電性結晶又は他
の素子によって与えられる圧力波によるのではなく、バ
ブルの膨張によって作り出されることである。抵抗器1
6からインクへのエネルギ転送を注意深く制御すること
により、インク気体がインク液滴と共にオリアイスから
逃げないよう纜することができる。パズルはインク気体
の飛び散りを防止するように、それ自身で消滅する。更
に、エネルギ転送の時間的シーケンスを綿密に制御する
ことが極めて重要である。
An essential feature of the invention is that the impulse required to eject an ink droplet from an orifice is created by the expansion of a bubble rather than by a pressure wave provided by a piezoelectric crystal or other element. . Resistor 1
By carefully controlling the energy transfer from 6 to the ink, it is possible to ensure that ink gas does not escape from the oriice along with the ink droplets. The puzzle disappears on its own to prevent ink gas from splattering. Furthermore, it is extremely important to closely control the temporal sequence of energy transfer.

抵抗器16に通しての約5μsecの期間を持つ約IA
の単一の方形波電流パルスは如−ヒの結果を達成するけ
れども、かかる直接的方法は一般に各種のジェット構成
には適用できない。更に、一層大きなバブルを作り出し
たい場合(例えば、より犬さなオリフィスな用いたい場
合)や、より速い液滴の吐出速度を得たい場合には、問
題が生ずる。
approximately IA with a period of approximately 5 μsec through resistor 16
Although a single square-wave current pulse of 100 mL achieves similar results, such direct methods are generally not applicable to a variety of jet configurations. Additionally, problems arise when it is desired to create larger bubbles (eg, use a more narrow orifice) or to obtain faster droplet ejection rates.

もしも一層大きなエネルギをインクに与えるためにパル
スを長(すると、バブル形成についての統計学的性質は
実質的な時間ジッタを生じさせる。
If the pulses are lengthened to impart more energy to the ink, the statistical nature of bubble formation will result in substantial time jitter.

他方、時間ジッタの問題を改善するためにパルスの高さ
を増大すると、必要とされる実質的に高い電流密度によ
り抵抗器の早期焼損をもたらすことになる。
On the other hand, increasing the pulse height to improve the time jitter problem will result in premature burnout of the resistor due to the substantially higher current density required.

上述した各問題は第5図に示されている方法によ−って
実質的に解決される。第5,6図はバブル形成に使用す
るパルスの波形図である。ここにおいて、直流レベルは
必要とされないが、先行パルスIPは、バブルの核形成
を回避させるのに十分な低い割合で、抵抗器16付近の
インクを予熱するのに使用される。先行パルスIPに続
いて核形成パルスINが与えられる。この核形成パルス
INは、インクの加熱限度近くまで、すなわちバブルが
インク内で自然に核形成する点にまで抵抗器16を急速
に加熱する。しかるべ(して形成されたバブル核心は非
常に急速に成長し、その熟成寸法は先行パルスIPによ
って加熱されたインクの体積によって決められる。この
バブルの成長過程中において、抵抗器16に印加される
電圧は一般に零まで減衰される。なぜならばこの期間中
におけるインクへの熱転送はあまり能率的でなくしかも
その電流を保つことは抵抗器16を加熱し過ぎることに
なるからである。
Each of the above-mentioned problems is substantially solved by the method shown in FIG. 5 and 6 are waveform diagrams of pulses used for bubble formation. Here, no DC level is required, but the pre-pulse IP is used to preheat the ink near the resistor 16 at a rate low enough to avoid bubble nucleation. A nucleation pulse IN follows the preceding pulse IP. This nucleation pulse IN rapidly heats the resistor 16 close to the heating limit of the ink, ie, to the point where bubbles spontaneously nucleate within the ink. However, the bubble core thus formed grows very rapidly, and its ripening size is determined by the volume of ink heated by the preceding pulse IP.During this bubble growth process, the voltage applied to resistor 16 is The voltage applied is generally attenuated to zero because heat transfer to the ink during this period is less efficient and maintaining the current would cause resistor 16 to heat up too much.

典型的な例として、抵抗器16は約30であり、先行パ
ルスIPは0.3A程度の大きさと、約40μsec 
の幅TPとを持ち、そして核形成パルスINはIA程度
の大きさと、約5μsec幅TNとを持っている。しか
しながら、こうしたパラメータはかなり広範囲に変わる
ので、実際の動作において遭遇される典型的な範°囲、
すなわち、0(R(100Ω;1 o<’rp(100
μsec 、 O(I P(3A、 0(TN (10
μsec、0.01(IN<5Aに対して検討すること
が適当である。
Typically, resistor 16 is approximately 30 Ω and the preceding pulse IP is approximately 0.3 A in magnitude and approximately 40 μsec
The nucleation pulse IN has a width TP of about 5 μsec, and the nucleation pulse IN has a width about IA and a width TN of about 5 μsec. However, these parameters vary over fairly wide ranges, such that the typical ranges encountered in actual operation are:
That is, 0(R(100Ω; 1 o<'rp(100
μsec, O(I P(3A, 0(TN (10
μsec, 0.01 (it is appropriate to consider for IN<5A.

バブル形成の制御に対しては、例えば、ノくルス空間変
調又はパルス高変調などの多くの他の方法も同様に利用
できる。第6図には更に別な方法が示されている。この
方法において、先行ノ(ルスの大きさは、約0,5Aの
初期値から約+1.2Aの値(核形成パルスが開始する
直前の値)へと減少する。先行パルスの形状は時間の関
数としてl/Fで減衰する。これにより、抵抗器の温度
をほぼ一定の温度に維持する。その結果核形成前でのイ
ンクのエネルギ配分を最善圧すると同時に、必要とされ
る核形成パルス幅を減少させる。同時に核形成の再現性
を高める。
Many other methods for controlling bubble formation can be used as well, such as, for example, Norculus spatial modulation or pulse height modulation. A further method is shown in FIG. In this way, the magnitude of the leading pulse is reduced from an initial value of about 0.5 A to a value of around +1.2 A (the value just before the nucleation pulse starts). The shape of the leading pulse changes over time. This maintains the resistor temperature at a nearly constant temperature, resulting in optimal ink energy distribution prior to nucleation, while at the same time reducing the required nucleation pulse width. At the same time, it increases the reproducibility of nucleation.

第7A図は本発明の他の実施例によるインクジェット・
プリンタのプリントヘッドの分解斜視図、第7B図は第
7A図に示したプリントヘッドの組立後の斜視図である
。両図に示したプリントヘッドは複数個のオリスイスを
有する。この所itl[l @エツジ・シュータ−(e
dge −5hooter )″装置は基板71と毛細
管ブロック75とから成り、毛細管ブロック75は、そ
れ自体と基板71との界面に位置された幾つかのインク
毛細管チャネル77を持つ“Cいる。基板71に対して
使用される典型的な材料としてはガラス、セラミック、
被覆金属又は被覆ケイ素のような電気的絶縁物があり、
他方、毛細管ブロック75に対して使用される材料は、
インク毛細管チャネル77に関して製作の容易なものが
選ばれる。例えば、標準として、毛細管ブロック75は
成型ガラス、食刻ガラスでもって作られる。その構成に
おいて、基板71と毛細管ブロック75とは、例えば、
エポキシ、陽極ボンディングまたは密封用ガラスでもっ
て、幾多の方法においC−諸に密閉される。チャネル空
間D6とチャネル幅D7とはインクジェットの所望の分
離と寸法とによって決定される。チャネル79は、遠隔
の場所にあるインク貯蔵部(示されていない)からイン
ク毛細管チャネル77へとインクを供給するだめの貯蔵
チャネルである。
FIG. 7A shows an inkjet printer according to another embodiment of the present invention.
FIG. 7B is an exploded perspective view of the print head of the printer. FIG. 7B is a perspective view of the print head shown in FIG. 7A after assembly. The print head shown in both figures has a plurality of oriswises. Itl [l @ Edge Shooter (e
The apparatus consists of a substrate 71 and a capillary block 75 having several ink capillary channels 77 located at the interface between itself and the substrate 71. Typical materials used for substrate 71 include glass, ceramic,
electrical insulators such as coated metal or coated silicon;
On the other hand, the material used for the capillary block 75 is
The ink capillary channel 77 is chosen to be easy to fabricate. For example, as standard, capillary block 75 is made of molded or etched glass. In that configuration, the substrate 71 and the capillary block 75 are, for example,
The C-type can be sealed in a number of ways with epoxy, anodic bonding or sealing glass. Channel spacing D6 and channel width D7 are determined by the desired separation and dimensions of the inkjet. Channel 79 is a reservoir channel that supplies ink to ink capillary channel 77 from an ink reservoir (not shown) at a remote location.

基板71’、hには?J数の抵抗器73が与えられてお
り、各抵抗器の位置は各毛細管チャネル77の低部に対
応している。対応せる数の電気的接続体72が電力を各
抵抗器73に供給するために設けられCいる。抵抗器7
3および電気的接続部72は、物理的或は化学的蒸着の
ような標準の電子的製作技術を使用し゛C形成される。
What about the board 71', h? J number of resistors 73 are provided, the position of each resistor corresponding to the bottom of each capillary channel 77. A corresponding number of electrical connections 72 are provided for supplying power to each resistor 73. Resistor 7
3 and electrical connections 72 are formed using standard electronic fabrication techniques such as physical or chemical vapor deposition.

電気的接続部72に対する典型的な材料としてはクロム
/金(すなわち、接着のための薄いクロミウムの下層、
導電のための上層)、又はアルミニウムがある。抵抗器
73に対する適当な材料としては、標準として、プラチ
ナ、チタニウム−タングステン、タンタル−アルミニウ
ム、拡散ケイ素或は非結晶質の合金種インクにより腐食
したり眠気メッキされるような材料は避けなければなら
ない。例えば、水を母体とするインクの場合、アルミニ
ウムおよびタンタル−アルミニウムは、標準として使用
される電流および抵抗率(すなわち、3〜5Ωの範囲の
抵抗値およびIA程度の電流)におい−にうした問題を
提起する。しかしながら、こうした2つの材料であつ°
(も、もしインクから電気的導体と抵抗器とを絶縁する
パシベーション層を使用すれば、使用することができる
Typical materials for electrical connections 72 include chromium/gold (i.e., a thin chromium underlayer for adhesion;
(top layer for conductivity) or aluminum. Suitable materials for resistor 73 should, as a standard, avoid platinum, titanium-tungsten, tantalum-aluminum, materials that are corroded or dull plated by diffused silicon or amorphous alloy seed inks. . For example, in the case of water-based inks, aluminum and tantalum-aluminum have odor problems at the current and resistivity used as standards (i.e., resistances in the range of 3-5 ohms and currents on the order of IA). to raise. However, these two materials
(Also can be used if a passivation layer is used to insulate the electrical conductor and resistor from the ink.

第8図は本発明の他の実施例によるインクジェット・プ
リンタのプリントヘッドの断面図であり、エツジ−ジュ
ーター−インクジェット−プリント・ヘッドを示してい
る。この構成において、インク内にバブルを発生するた
めの熱エネルギは抵抗器83によって与えられる。前述
の実施例における如(、抵抗器83はインク・チャネル
82のオリフィスから極(わずかの距離(〜約0.1 
m )だけ離れて置かれる(註:第8図の断面は抵抗器
83を通して取られているので、そのインクチャネル・
オリフィスは示されCいない)c、この実施例において
、標準としてはガラスからなる基板81が与えられてお
り、基板81はエツチングされたケイ素の毛細管ブロッ
ク89に接合される。ブロック89はインクチャネル8
2を規定する。毛細管ブロック89とインク・チャネル
82との上に横だわ・うているのは、通常では炭化ケイ
素、二酸化ケイ素、窒化ケイ素或は窒化ホウ素のような
耐熱性、非導電性、熱伝導性でしかも可撓性の材料から
作られた薄膜87である。抵抗器83は標準の技術によ
って薄膜87上に装着され、そして抵抗器83への電力
はその抵抗器の各側部における金属化1−85を通して
与えられる。
FIG. 8 is a cross-sectional view of an inkjet printer printhead according to another embodiment of the present invention, illustrating an edge-jitter-inkjet printhead. In this configuration, the thermal energy for generating bubbles within the ink is provided by resistor 83. As in the previous embodiment, resistor 83 is located a short distance (~0.1
m) apart (Note: The cross-section in Figure 8 is taken through resistor 83, so its ink channels
The orifice is not shown (C). In this example, a substrate 81 of glass is provided as standard, which is bonded to an etched silicon capillary block 89. Block 89 is ink channel 8
2. Overlying capillary block 89 and ink channel 82 is typically a high temperature, non-conductive, thermally conductive material such as silicon carbide, silicon dioxide, silicon nitride or boron nitride. Furthermore, the thin film 87 is made of a flexible material. Resistor 83 is mounted on membrane 87 by standard techniques, and power to resistor 83 is provided through metallization 1-85 on each side of the resistor.

非可撓性の構造に対するこの構成の利点は、装置の寿命
を改善することができることである。又、基板81、毛
細管ブロック89そし°(薄膜87から成る構造は、抵
抗器と金属化層を形成する以前に本質的に完成されるの
で、その構成技術が簡単化される。更に、前の実施例に
おけるように、この構造は複合チャネル装置および大量
生産技術に容易に適用される。可撓性の薄膜上に抵抗器
を形成する技術に一ついては当業者にとって種々の変形
が考えられる。例えば、材料についての適切な選択によ
り、分離構造としての可撓性の薄膜は、それ自体可撓性
で1・つ自己支持性である抵抗器を与えることによって
全面的に排除できる。
The advantage of this configuration over non-flexible structures is that the lifetime of the device can be improved. Also, the structure consisting of the substrate 81, the capillary block 89 and the thin film 87 is essentially completed before forming the resistor and metallization layers, thereby simplifying the construction technique. As in the examples, this structure is easily adapted to multi-channel devices and mass production techniques. Various variations in the technique of forming resistors on flexible thin films are conceivable to those skilled in the art. For example, By appropriate selection of materials, flexible thin films as isolation structures can be completely eliminated by providing a resistor that is itself flexible and self-supporting.

第9A図は本発明の他の実施例によるインクジェット・
プリンタのプリントヘッドの分解斜視図、第9B図は組
立後の斜視図である。両図に示された構造は所謂1サイ
ド・シュータ−(5ide−shooter)″装置と
呼ばれている熱インクジェット・プリント・ヘッドの別
な構成である。基板91は標準とし°CCガラス又は他
の不活性で、堅固で、熱的に絶縁性の材料から構成され
る。抵抗器93への電気的接続は、第7Aおよび第7B
図に示されている構造の場合と同様に2つの導体92に
て与えられる。
FIG. 9A shows an inkjet printer according to another embodiment of the present invention.
FIG. 9B is an exploded perspective view of the print head of the printer after assembly. The structure shown in both figures is an alternative configuration of a thermal inkjet print head, a so-called 5-ide-shooter device. Constructed of an inert, rigid, thermally insulating material. Electrical connections to resistor 93 are provided by resistors 7A and 7B.
This is provided by two conductors 92 as in the structure shown in the figure.

2つのプラスチック・スペーサ94はふた95と基板9
1の分離を維持するために使用されており、それによつ
゛Cインクを抵抗器へと流すための毛細管チャネル96
が形成される。しかしながら、多くの他の技術も適当な
空間を与えるために利用し得ることは明らかである。例
えば、プラスチックに代って、かかるチャネルを与える
のにガラス基板91それ自体をエツチング形成しても良
い。
Two plastic spacers 94 are attached to the lid 95 and the substrate 9.
A capillary channel 96 is used to maintain the separation of
is formed. However, it is clear that many other techniques may be used to provide adequate spacing. For example, instead of plastic, the glass substrate 91 itself may be etched to provide such channels.

この実施例におけるふた95は、インクジェットに対す
るオリフィス97として作用するテーノ(−付札をエツ
チングするための好都合な゛結晶構造を与えるケイ素か
ら構成されている。オリフィス97は抵抗器93に対向
配置される。このオリフィス97は例えば米国特許第4
.007.464中に示されている技術を用いて作られ
る。オリフィス97は、標準とし°C1約0.1鶴程度
である。サイドシュータ−拳インク・ジェットのふた9
5に対しては多くの他の材料も使用できる。例えば、各
抵抗器に対向する部分に孔を有する金属層やプラスチッ
クさえ使用することができる。
The lid 95 in this embodiment is constructed of silicon, which provides a convenient crystalline structure for etching the tag, which acts as an orifice 97 for the inkjet. This orifice 97 is described, for example, in U.S. Pat.
.. 007.464. The orifice 97 is standard and has a temperature of about 0.1 °C. Side Shooter - Fist Ink Jet Lid 9
Many other materials can also be used for 5. For example, a metal layer or even plastic with holes in the part opposite each resistor can be used.

第10A図は本発明の他の実施例によるインクシェッド
−プリンタのプリントヘッドの一部断面斜視図、第10
B図は第10A図に示したプリントヘッドの基板の平面
図である。この実施例はマルチジェットをもつサイドシ
ュータ−装置であム基板101はガラスであり、この上
にインク102を保持するための2個のガラススペーサ
104が置かれる。ケイ素ふた105は孔107によっ
て代表される如き一連のエツチングされたテーパー付孔
を持って与えられる。各孔はトラフ108の内部に形成
される。よ・つてより厚いふたを用いることができ、厚
いふたは、複合ジェットに対するより大きなプリント・
ヘッドを支持できるより良い構造上の安定性を与えるこ
とができる。エレメント109は、インクの連続供給が
抵抗器/オリフィス拳システムに対して可能になるよう
に遠隔のインク貯蔵部(示されていない)に接続されて
いる充填チューブである。
FIG. 10A is a partially sectional perspective view of a print head of an ink-shed printer according to another embodiment of the present invention;
Figure B is a plan view of the substrate of the printhead shown in Figure 10A. This embodiment is a side shooter device with multi-jet, and the substrate 101 is made of glass, on which two glass spacers 104 for holding ink 102 are placed. Silicon lid 105 is provided with a series of etched tapered holes, such as represented by hole 107. Each hole is formed inside the trough 108. Thicker lids can be used; thicker lids allow for larger prints on composite jets.
It can provide better structural stability to support the head. Element 109 is a fill tube connected to a remote ink reservoir (not shown) to allow a continuous supply of ink to the resistor/orifice fist system.

第10B図において、第2の抵抗器106もまた第10
A図のトラフ108に沿って横たわって示されている。
In FIG. 10B, the second resistor 106 is also
It is shown lying along trough 108 in Figure A.

抵抗器103および106への電力は2つの独立せる電
気的接続部110および111と、共通の接地112と
によ−)°〔供給される。抵抗器106が通電されたと
きにインクがオリフィス107から吐出されるのを防止
するために、抵抗器106と103との間に障壁113
が形成されている。如上の構成において、障壁113は
、ガラス、ケイ素、光重合体、ガラス・ピード充填エポ
キシ、または無電解メッキによる金属により構成され、
基板又はふたの内面に形成される。もしも金属ふたが使
用されるとすると、別な方法がその障壁を与えるのに利
用できる。例えば、障壁は金属ふたの内面上へ直かに金
属メッキして構成しても良い。
Power to resistors 103 and 106 is provided by two independent electrical connections 110 and 111 and a common ground 112. A barrier 113 is provided between resistors 106 and 103 to prevent ink from being ejected from orifice 107 when resistor 106 is energized.
is formed. In the above configuration, barrier 113 is constructed of glass, silicon, photopolymer, glass-peed-filled epoxy, or electroless plated metal;
Formed on the inner surface of the substrate or lid. If a metal lid is used, other methods are available to provide the barrier. For example, the barrier may be constructed by metal plating directly onto the inner surface of the metal lid.

第11図は本発明の他の実施例によるインクジェット・
プリンタのプリントヘッドの一部断面斜視図であり、第
8図に示した薄膜と外付抵抗器とが組み込まれている。
FIG. 11 shows an inkjet printer according to another embodiment of the present invention.
FIG. 9 is a partially cross-sectional perspective view of the print head of the printer incorporating the thin film and external resistor shown in FIG. 8;

この実施例の詳細は基板が炭化ケイ素、二酸化ケイ素、
窒化ケイ素又は窒化ホウ素から成る薄膜120と基板1
21とによって置き換えられていることを除いて、第1
0図のものと同じである。抵抗器123は、薄膜120
上でしかもインクの外側に配置される。前述の例におけ
る如(、抵抗器123に対する電気的接続は2つの導体
122によって与えられる。基板121は構造的安定化
のために与えられており、通常では食刻ガラを持ってい
る。
The details of this example are that the substrate is made of silicon carbide, silicon dioxide,
Thin film 120 made of silicon nitride or boron nitride and substrate 1
21, except that it is replaced by
It is the same as the one in Figure 0. The resistor 123 is a thin film 120
It is placed above and outside the ink. As in the previous example, electrical connection to resistor 123 is provided by two conductors 122. Substrate 121 is provided for structural stabilization and typically has an etched glass.

応用における特定な性質および必要性に依存し°(各種
の材料で構成され且つ多(の異なる幾何学的構造を持つ
多くの他の実施例が可能である。例えば、成る限度内で
しかも使用されるインクに依存して、液滴の寸法を大き
くするためにオリフィスの寸法を大きくしたり、或は液
滴の寸法を小さくするためにオリフィスを小さくしたり
することができる。同様にして、インク液滴の吐出に対
する最大周波数は基板の緩和時間とインクの再充填時間
とに依存する。インクの電気的特性により異なる幾何学
的構成が必要な場合もある。例えば、もしも高導電性の
インクのためにそのインクを通して流れる電流が問題に
なるならば、パシベーション層をその抵抗器自体の上部
およびその導体上に置いて、通電を回避させるようにし
ても良い。
Many other embodiments are possible, constructed of various materials and having different geometries, depending on the particular nature and needs of the application. For example, within the limits of Depending on the ink being used, the orifice size can be increased to increase the droplet size, or the orifice can be decreased to decrease the droplet size. The maximum frequency for droplet ejection depends on the relaxation time of the substrate and the refill time of the ink. The electrical properties of the ink may require different geometries. For example, if a highly conductive ink If current flowing through the ink is a concern, a passivation layer may be placed on top of the resistor itself and on the conductors to avoid current conduction.

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

第1図は本発明の一実施例によるインクジェット・プリ
ンタのプリントヘッドの分解斜視図、第2図は第1図に
示したプリントヘッドの組立後の全体斜視図、第3図は
第2図に示したプリントヘラドの断面図、第4図はプリ
ント動作の1サイクル中におけるインク液滴の発生過程
を示した図、第5,6図はバブル形成に使゛用する電気
パルスの波形図、第7A図は本発明の他の実施例による
インクジェット拳プリンタのプリントヘッドの分解斜視
図、第7B図は第7A図に示したプリントヘッドの組立
後の斜視図、第8図は本発明の他の実施例によるインク
ジェット−プリンタのプリントヘッドの断面図、第9A
図は本発明の他の実施例によるインクジェット−プリン
タのプリントヘッドの分解斜視図、第9B図は第9A図
に示したプリントヘッドの組立後の斜視図、第10A図
は本発明の他の実施例によるインクジェット・プリンタ
のプリントヘッドの一部断面斜視図、第10B図は第1
0A図に示したプリントヘッドの基板の平面図、第11
図は本発明の他の実施例によるインクジェット・プリン
タのプリントヘッドの一部断面斜視図である。 11:基板、13:薄膜金属化層、14:非導電性スト
リップ、15:毛細管ブロック、16:抵抗器、17:
毛細管チャネル、19:インク貯蔵部、23,25:電
極、21:インク、71:基板、72:電気的接続部、
731抵抗器、75:毛細管ブロック、77:毛細管チ
ャネル、81二基板、82:チャネル、83:抵抗器、
85:金属化層、87:薄膜、91:基板、92:導体
、93:抵抗器、94ニスペーサ、95:ふた、97:
オリフィス、112:共通接地、101:基板、1o2
:インク、1o3:抵抗器、lO4:スヘーサ、108
:)97.12o:薄膜、121=導体、123:抵抗
器。 出願人 横河叱ニーレット・バッヵード株式会社代理人
 弁理士  長 谷 川  次  男FIG   5 
      FIG   B第1頁の続き 0発 明 者 クリストファ・エイ・タックリント アメリカ合州国カリフォルニア 州パロアルト・カラパー・スト リート250 0発 明 者 ホワード・エイチ・タブアメリカ合州国
カリフォルニア 州すンホセ・ニシントン・プレ ース1556
FIG. 1 is an exploded perspective view of the print head of an inkjet printer according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is an overall perspective view of the print head shown in FIG. 1 after assembly, and FIG. 3 is the same as that shown in FIG. FIG. 4 is a diagram showing the process of ink droplet generation during one cycle of printing operation, FIGS. 5 and 6 are waveform diagrams of electric pulses used to form bubbles, FIG. 7A is an exploded perspective view of a print head of an inkjet printer according to another embodiment of the present invention, FIG. 7B is an assembled perspective view of the print head shown in FIG. 7A, and FIG. 8 is an exploded perspective view of a print head of an inkjet printer according to another embodiment of the present invention. FIG. 9A is a cross-sectional view of a printhead of an inkjet printer according to an embodiment of the invention.
9B is an exploded perspective view of a print head of an inkjet printer according to another embodiment of the present invention, FIG. 9B is an assembled perspective view of the print head shown in FIG. 9A, and FIG. 10A is another embodiment of the present invention. FIG. 10B is a partially cross-sectional perspective view of a print head of an inkjet printer according to an example.
Top view of the print head substrate shown in Figure 0A, No. 11
The figure is a partially sectional perspective view of a printhead of an inkjet printer according to another embodiment of the present invention. 11: Substrate, 13: Thin metallization layer, 14: Non-conductive strip, 15: Capillary block, 16: Resistor, 17:
capillary channel, 19: ink reservoir, 23, 25: electrode, 21: ink, 71: substrate, 72: electrical connection,
731 resistor, 75: capillary block, 77: capillary channel, 81 two substrates, 82: channel, 83: resistor,
85: metallized layer, 87: thin film, 91: substrate, 92: conductor, 93: resistor, 94 varnish spacer, 95: lid, 97:
Orifice, 112: Common ground, 101: Substrate, 1o2
: ink, 1o3: resistor, lO4: suhesa, 108
:)97.12o: thin film, 121=conductor, 123: resistor. Applicant Yokogawa Yokogawa Neerett Buckard Co., Ltd. Agent Patent Attorney Tsuguo HasegawaFIG 5
FIG B Continued from Page 1 0 Inventor Christopher A. Tacklint 250 Calaper Street, Palo Alto, California, United States 0 Inventor Howard H. Tubb 1556 Jose Nissington Place, California, United States

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] インクを保持すると共にインクを吐出するためのオリフ
ィスを有するインク保持手段と、前記オリフィスのiA
傍に^装置され、 インクにエネルギを供給[2てイン
クを気化し前記オリフィスよりインク液滴を吐出させる
ための加熱手段とで成り、前記インク保持手段はその間
にインク保持用空間を形成する薄膜体と基板とで形成さ
れ、且つ前記加熱手段は前記薄膜体を介して=tl記イ
ンクに対向配置されたことを特徴とするインクジェット
−プリンタ。
an ink holding means having an orifice for holding ink and ejecting the ink, and an iA of the orifice;
and a heating means for supplying energy to the ink and for vaporizing the ink and ejecting ink droplets from the orifice; 1. An inkjet printer, characterized in that it is formed of a body and a substrate, and the heating means is arranged opposite to the ink via the thin film body.
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