JP2002172780A - Ink jet head - Google Patents
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、記録紙にインク滴
を所定パターンに付着させて画像を形成するインクジェ
ットヘッドに関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an ink jet head for forming an image by depositing ink droplets on a recording paper in a predetermined pattern.
【０００２】[0002]
【従来の技術】従来より、記録紙に画像を形成するため
の記録デバイスとしてインクジェットヘッドが用いられ
ている。2. Description of the Related Art Conventionally, an ink jet head has been used as a recording device for forming an image on recording paper.
【０００３】このようなインクジェットヘッドの記録方
式には、インク滴を記録紙に向けて吐出させるのに発熱
抵抗体の発する熱エネルギーを利用するものや圧電素子
の変形を利用するもの，更には電磁波の照射に伴って発
生する熱を利用するもの等があり、これらの中でも発熱
抵抗体の熱エネルギーを利用するサーマルジェットタイ
プのものは、発熱抵抗体のパターニングが容易である上
に、小さな面積の発熱抵抗体であっても比較的大きな熱
エネルギーを発生させることができることから、高密度
記録への対応に適したものとして注目されている。[0003] The recording method of such an ink-jet head uses a method using thermal energy generated by a heating resistor, a method using deformation of a piezoelectric element, and a method using electromagnetic waves to discharge ink droplets toward recording paper. Of the thermal jet type, which uses the heat energy of the heating resistor, is easy to pattern the heating resistor, and has a small area. Since a heating resistor can generate relatively large heat energy, it is attracting attention as being suitable for high-density recording.
【０００４】かかるサーマルジェットタイプのインクジ
ェットヘッドとしては、例えば図４に示す如く、ベース
プレート２２の上面に複数個の発熱抵抗体２４を直線状
に被着・配列させてなるヘッド基板２１と、発熱抵抗体
２４と１対１に対応する複数個のインク吐出孔２６を有
したノズル部材２５とを、間に所定の間隔を空けて配置
させた上、この両者間の間隙にインク２７を充填した構
造のものが知られており、記録紙をノズル部材２５の外
表面に沿って搬送しなから、発熱抵抗体２４を画像デー
タに基づいて個々に選択的に発熱させ、この熱エネルギ
ーによってインク２７中に気泡Ａを発生させるととも
に、該発生した気泡Ａによる圧力でもってインク２７の
一部をノズル部材２５のインク吐出孔２６より外部に吐
出させ、これを記録紙に付着させることによって所定の
画像が記録される。As shown in FIG. 4, for example, a thermal substrate type ink jet head includes a head substrate 21 in which a plurality of heating resistors 24 are linearly attached and arranged on an upper surface of a base plate 22, and a heating resistor. A structure in which a body 24 and a nozzle member 25 having a plurality of one-to-one ink ejection holes 26 are arranged at a predetermined interval, and the gap between the two is filled with ink 27. Since the recording paper is not conveyed along the outer surface of the nozzle member 25, the heating resistors 24 are individually selectively heated based on the image data, and the heat energy Is generated, and a part of the ink 27 is discharged from the ink discharge hole 26 of the nozzle member 25 to the outside by the pressure generated by the generated bubble A. A predetermined image is recorded by depositing.
【０００５】尚、前記ベースプレート２２としては、ア
ルミナ基板の上面にグレーズ層を被着させたグレーズド
アルミナ基板や表面を絶縁膜でコートした単結晶シリコ
ン基板等が用いられている。As the base plate 22, a glazed alumina substrate having a glaze layer adhered to the upper surface of an alumina substrate, a single crystal silicon substrate having a surface coated with an insulating film, or the like is used.
【０００６】[0006]
【発明が解決しようとする課題】ところで、上述した従
来のインクジェットヘッドによれば、ヘッド基板２１−
ノズル部材２５間のインク２７中で発生した気泡Ａは、
その後、時間の経過と共に萎んで小さくなるようになっ
ており、例えば０．５ｍｓｅｃ程度の時間が経過すると
完全に消滅するようになっている。According to the above-mentioned conventional ink jet head, the head substrate 21-
Bubbles A generated in the ink 27 between the nozzle members 25 are:
Thereafter, it shrinks and becomes smaller with the passage of time. For example, it disappears completely after a lapse of about 0.5 msec.
【０００７】しかしながら、このような従来のインクジ
ェットヘッドを用いて画像を形成する際、例えば駆動周
期０．４ｍｓｅｃ以下の高速記録に対応すべく発熱抵抗
体２４を短時間で繰り返し発熱させると、ベースプレー
ト２２の内部に多くの熱が蓄積され、このような蓄熱現
象によってベースプレート２２の温度が高温となること
から、発熱抵抗体２４の発する熱エネルギーの多くが気
泡Ａの発生に寄与することとなってインク２７中で発生
する気泡Ａのサイズが過度に大きくなり、次ラインの記
録動作を行うまでに気泡Ａを完全に消滅させることが難
しくなる。このような残留気泡が次ラインの記録動作時
に発熱抵抗体２４上に残っていると、新たに発生した気
泡Ａによる圧力が前述の残留気泡により吸収されて、イ
ンク２７がインク吐出孔２６より十分に吐出されなくな
り、画像が不鮮明になる欠点を有していた。However, when an image is formed using such a conventional ink jet head, for example, if the heating resistor 24 is repeatedly heated in a short time in order to cope with high-speed recording with a driving cycle of 0.4 msec or less, the base plate 22 A large amount of heat is accumulated inside the base plate, and the temperature of the base plate 22 becomes high due to such a heat storage phenomenon. Therefore, much of the heat energy generated by the heat generating resistor 24 contributes to the generation of the bubble A, and The size of the bubble A generated in the space 27 becomes excessively large, and it is difficult to completely eliminate the bubble A before the next line recording operation is performed. If such residual air bubbles remain on the heating resistor 24 during the recording operation of the next line, the pressure generated by the newly generated air bubbles A is absorbed by the above-described residual air bubbles, and the ink 27 is sufficiently discharged from the ink ejection holes 26. And the image becomes unclear.
【０００８】そこで上記欠点を解消するために、ヘッド
基板２１−ノズル部材２５間のインク２７を所定の流速
で流動させ、ベースプレート２２中に蓄積されている熱
の一部を少しずつインク２７中へ逃がすことが検討され
ている。In order to solve the above-mentioned drawback, the ink 27 between the head substrate 21 and the nozzle member 25 is caused to flow at a predetermined flow rate, and a part of the heat accumulated in the base plate 22 is gradually introduced into the ink 27. Escape is being considered.
【０００９】しかしながら、発熱抵抗体２４の発した熱
はベースプレート２２の長手方向中央域に籠もり易くな
っていることから、ベースプレート２２の両端域と中央
域とで温度差を生じることが多い。従って、ヘッド基板
２１−ノズル部材２５間のインク２７を上述の如く流動
させただけでは、ベースプレート２２が全体的に冷却さ
れるだけで、上述の温度差を有効に解消することはでき
ず、このような温度差がベースプレート２２の主走査方
向に存在していると、インク２７中で発生する気泡Ａの
大きさが発熱抵抗体２４の位置によって微妙に異なり、
インク２７の吐出量にバラツキを生じて、ベースプレー
ト２２の温度分布に対応した印画の濃度むらが形成され
る欠点が誘発される。However, since the heat generated by the heating resistor 24 is easily trapped in the central region in the longitudinal direction of the base plate 22, a temperature difference often occurs between the both end regions and the central region of the base plate 22. Therefore, merely flowing the ink 27 between the head substrate 21 and the nozzle member 25 as described above only cools the base plate 22 as a whole and cannot effectively eliminate the above-described temperature difference. When such a temperature difference exists in the main scanning direction of the base plate 22, the size of the bubble A generated in the ink 27 slightly varies depending on the position of the heating resistor 24,
A variation occurs in the ejection amount of the ink 27, which causes a defect that the density unevenness of the print corresponding to the temperature distribution of the base plate 22 is formed.
【００１０】本発明は上記欠点に鑑み案出されたもの
で、その目的は、高速で記録動作を行う場合であって
も、濃度むらの少ない鮮明な画像を形成することが可能
なインクジェットヘッドを提供することにある。The present invention has been devised in view of the above-mentioned drawbacks, and has as its object to provide an ink jet head capable of forming a clear image with less density unevenness even when performing a high-speed printing operation. To provide.
【００１１】[0011]
【課題を解決するための手段】本発明のインクジェット
ヘッドは、ベースプレートの上面に、複数個の発熱抵抗
体を直線状に被着・配列したヘッド基板と、前記発熱抵
抗体に対応する複数個のインク吐出孔を有したノズル部
材とを間に所定の間隔をあけて配置させ、ヘッド基板及
びノズル部材間の間隙にインクを充填してなり、該イン
クを発熱抵抗体の配列と直交する方向に流動させながら
その一部をインク吐出孔より吐出させて印画を形成する
インクジェットヘッドであって、前記複数個の発熱抵抗
体上を流れるインクの流速を、ベースプレートの両端域
に比し中央域で速くなすようにしたことを特徴とするも
のである。An ink jet head according to the present invention comprises a head substrate having a plurality of heating resistors linearly attached and arranged on an upper surface of a base plate, and a plurality of heating resistors corresponding to the heating resistors. A nozzle member having an ink ejection hole is arranged at a predetermined interval therebetween, and the gap between the head substrate and the nozzle member is filled with ink, and the ink is directed in a direction orthogonal to the arrangement of the heating resistors. An ink jet head that forms a print by discharging a part of the ink from an ink discharge hole while flowing the ink, wherein the flow velocity of the ink flowing on the plurality of heating resistors is faster in a central area than in both end areas of a base plate. It is characterized by doing so.
【００１２】また本発明のインクジェットヘッドは、前
記ベースプレートに、インクをヘッド基板の下面側より
ヘッド基板−ノズル部材間の間隙に供給する複数個のイ
ンク供給孔が発熱抵抗体の配列に沿って略一定の間隔を
あけて設けられており、且つ該インク供給孔の開口面積
がベースプレートの両端域に比し中央域で大となしてあ
ることを特徴とするものである。Further, in the ink jet head of the present invention, a plurality of ink supply holes for supplying ink to the gap between the head substrate and the nozzle member from the lower surface side of the head substrate are provided along the arrangement of the heating resistors in the base plate. The ink supply holes are provided at regular intervals, and the opening area of the ink supply holes is larger in the center area than in both end areas of the base plate.
【００１３】更に本発明のインクジェットヘッドは、前
記ベースプレートに、インクをヘッド基板の下面側より
ヘッド基板−ノズル部材間の間隙に供給する複数個のイ
ンク供給孔が略等しい開口面積で、発熱抵抗体の配列に
沿って設けられており、且つ該インク供給孔がベースプ
レートの両端域に比し中央域で高密度に配されているこ
とを特徴とするものである。Further, in the ink jet head of the present invention, a plurality of ink supply holes for supplying ink to a gap between the head substrate and the nozzle member from the lower surface side of the head substrate are formed on the base plate with substantially equal opening areas. And the ink supply holes are arranged at a higher density in a central area than in both end areas of the base plate.
【００１４】また更に本発明のインクジェットヘッド
は、前記ベースプレートが、上面を｛１００｝面に設定
した単結晶シリコンにより形成されていることを特徴と
するものである。Still further, in the ink jet head according to the present invention, the base plate is formed of single-crystal silicon having an upper surface set to a {100} surface.
【００１５】更にまた本発明のインクジェットヘッド
は、前記インク供給孔が、ベースプレートを形成する単
結晶シリコンに対する異方性エッチングにて穿設された
ものであることを特徴とするものである。Further, the ink jet head according to the present invention is characterized in that the ink supply holes are formed by anisotropic etching of single crystal silicon forming a base plate.
【００１６】本発明のインクジェットヘッドによれば、
ヘッド基板−ノズル部材間の間隙に充填されるインクを
所定の流速で流動させることにより、インクがベースプ
レートや発熱抵抗体、或いはこれらを被覆する保護膜等
と常に接するようになることから、高速記録に対応すべ
く発熱抵抗体を短時間で繰り返し発熱させる場合であっ
ても、ベースプレートの内部に蓄積される熱はインク側
に少しずつ逃がされ、これによってベースプレートの温
度を全体的に冷却せしめ、ベースプレートの温度が過度
に高温となるのを有効に防止することができる。According to the ink jet head of the present invention,
Since the ink filled in the gap between the head substrate and the nozzle member is caused to flow at a predetermined flow rate, the ink is always in contact with the base plate, the heating resistor, or the protective film that covers them, so that high-speed recording is performed. Even if the heating resistor is repeatedly heated in a short time in order to cope with the above, the heat accumulated inside the base plate is gradually released to the ink side, thereby cooling the temperature of the base plate as a whole, An excessively high temperature of the base plate can be effectively prevented.
【００１７】また本発明のインクジェットヘッドによれ
ば、複数個の発熱抵抗体上を流れるインクの流速をベー
スプレートの主走査方向の両端域に比し中央域で速くな
したことから、流動するインクには、熱が籠もり易いベ
ースプレートの中央域においてより多くの熱を吸収され
るようになり、ベースプレートの両端域と中央域との間
に出来る温度差を極力小さくすることができる。従っ
て、インク中に形成される気泡の大きさ、並びにインク
吐出量は略一定に制御されるようになり、濃度むらの少
ない鮮明な画像を形成することが可能となる。Further, according to the ink jet head of the present invention, the flow velocity of the ink flowing over the plurality of heating resistors is increased in the central region as compared with the both end regions in the main scanning direction of the base plate. As a result, more heat is absorbed in the central region of the base plate where heat is easily trapped, and the temperature difference between the both end regions and the central region of the base plate can be minimized. Therefore, the size of the bubbles formed in the ink and the ink discharge amount are controlled to be substantially constant, and a clear image with less density unevenness can be formed.
【００１８】更に本発明のインクジェットヘッドによれ
ば、上述の如くインクを流動させることにより、発熱抵
抗体の発する熱等によってインク中の水分もしくは油分
がインク吐出孔から多量に蒸発し、インク吐出孔内のイ
ンクの粘度が上昇しようとしても、この部分にはインク
吐出孔の直下を流れるインクから水分もしくは油分が順
次補給されてインクが固まってしまうことはなく、イン
ク吐出孔の目詰まりが有効に防止される。Further, according to the ink jet head of the present invention, by flowing the ink as described above, a large amount of water or oil in the ink evaporates from the ink discharge hole due to heat or the like generated by the heating resistor, and Even if the viscosity of the ink inside is going to increase, this portion is not replenished with water or oil from the ink flowing just below the ink ejection holes, and the ink does not solidify, effectively blocking the ink ejection holes. Is prevented.
【００１９】[0019]
【発明の実施の形態】以下、本発明を添付図面に基づい
て詳細に説明する。図１は本発明の一実施形態に係るイ
ンクジェットヘッドの断面図、図２は図1のインクジェ
ットヘッドに用いられるヘッド基板の平面図であり、同
図に示すインクジェットヘッドは、大略的に、ヘッド基
板１とノズル部材８とで構成され、両者間の間隙にイン
ク１０が充填される。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. FIG. 1 is a cross-sectional view of an inkjet head according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a plan view of a head substrate used in the inkjet head of FIG. 1. The inkjet head shown in FIG. 1 and a nozzle member 8, and a gap between the two is filled with ink 10.
【００２０】前記ヘッド基板１は、ベースプレート２の
上面に、発熱抵抗体４や給電配線５，ドライバーＩＣ７
等を取着させ、これらの存在しない領域（空白部）に複
数個のインク供給孔２ａを穿設した構造を有している。The head substrate 1 has a heating resistor 4, a power supply wiring 5, and a driver IC 7 on an upper surface of a base plate 2.
And has a structure in which a plurality of ink supply holes 2a are formed in an area (blank portion) where these do not exist.
【００２１】前記ベースプレート２としては、アルミナ
基板２ｂの上面に断面円弧状のグレーズ層２ｃを部分的
に被着させたグレーズドアルミナ基板が用いられ、かか
るグレーズ層２ｃの頂部付近に発熱抵抗体４が配設さ
れ、グレーズ層２ｃの存在しない部位にインク供給孔２
ａやドライバーＩＣ７等が配設される。As the base plate 2, a glazed alumina substrate in which a glaze layer 2c having an arc-shaped cross section is partially adhered on the upper surface of an alumina substrate 2b is used, and a heating resistor 4 is provided near the top of the glaze layer 2c. The ink supply hole 2 is provided at a portion where the glaze layer 2c does not exist.
a and a driver IC 7 are provided.
【００２２】前記ベースプレート２に穿設された複数個
のインク供給孔２ａは、図示しないインクタンクからの
インク１０をヘッド基板１の下面側より上面側に導入す
るためのものであり、これらインク供給孔２ａのヘッド
基板下面側の開口部にはインクタンクからのインク１０
を供給するためのインク供給管１１が接続される。A plurality of ink supply holes 2a formed in the base plate 2 are for introducing ink 10 from an ink tank (not shown) from the lower surface side to the upper surface side of the head substrate 1. In the opening of the hole 2a on the lower surface side of the head substrate, the ink 10 from the ink tank is
The ink supply pipe 11 for supplying the ink is connected.
【００２３】これらのインク供給孔２ａは、後述する発
熱抵抗体４の配列に沿って間に略一定の間隔をあけて配
列され、その開口面積はベースプレート２の両端域に比
し中央域で大きくなしてあるため、ベースプレート２の
中央域に設けたインク供給孔２ａからは両端域のものに
比し一度に多くのインク１０が供給される。The ink supply holes 2a are arranged at substantially constant intervals along the arrangement of the heating resistors 4 described later, and the opening area thereof is larger in the central area than in both end areas of the base plate 2. Therefore, a larger amount of ink 10 is supplied from the ink supply holes 2a provided in the central region of the base plate 2 at one time than the ones at both ends.
【００２４】尚、前記ベースプレート２のグレーズ層２
ｃは、例えば１０μｍ〜１００μｍの厚みでガラスを焼
き付けたものであり、その表面は極めて平滑に形成され
ることから、かかるグレーズ層２ｃの上面に発熱抵抗体
４等を従来周知の薄膜手法によって形成する際、パター
ニングの精度は高く維持される。The glaze layer 2 of the base plate 2
“c” is obtained by baking glass with a thickness of, for example, 10 μm to 100 μm, and since the surface is formed extremely smooth, the heating resistor 4 and the like are formed on the upper surface of the glaze layer 2 c by a conventionally known thin film method. In this case, the patterning accuracy is kept high.
【００２５】このようなベースプレート２は、まずアル
ミナ、シリカ、マグネシア等のセラミックス原料粉末を
用いて形成したセラミックグリーンシートを矩形状に打
ち抜いて高温で焼成することによってアルミナ基板２ｂ
を形成し、次に得られた基板２ｂの上面にガラスペース
トの塗布・焼き付けによってグレーズ層２ｃを形成し、
最後にアルミナ基板２の所定箇所に従来周知のレーザー
加工等により孔明けして、インク供給孔２ａを穿設する
ことによって製作される。Such a base plate 2 is formed by first punching a ceramic green sheet formed of a ceramic raw material powder such as alumina, silica, magnesia or the like into a rectangular shape and firing it at a high temperature to form an alumina substrate 2b.
Is formed, and then a glaze layer 2c is formed on the upper surface of the obtained substrate 2b by applying and baking a glass paste.
Finally, it is manufactured by forming a hole in a predetermined portion of the alumina substrate 2 by a conventionally known laser processing or the like and forming an ink supply hole 2a.
【００２６】また前記ベースプレート２の上面、具体的
には、グレーズ層２ｃの頂部付近には主走査方向に沿っ
て複数個の発熱抵抗体４が被着・配列されている。On the upper surface of the base plate 2, specifically, near the top of the glaze layer 2c, a plurality of heating resistors 4 are attached and arranged along the main scanning direction.
【００２７】前記発熱抵抗体４は、例えば６００ｄｐｉ
(dot per inch)の密度で主走査方向に直線状に配列され
ており、その各々がＴａＮやＴａＳｉＯ,ＴａＳｉＮＯ,
ＴｉＳｉＯ，ＴｉＳｉＣＯ，ＮｂＳｉＯ等の電気抵抗材
料から成っているため、その両端に接続される給電配線
５等を介して電源電力が印加されるとジュール発熱を起
こし、インク１０中で気泡Ａを発生させるのに必要な熱
エネルギーを発生する。The heating resistor 4 is, for example, 600 dpi.
(dots per inch) and are arranged linearly in the main scanning direction, each of which is TaN, TaSiO, TaSiNO,
Since it is made of an electric resistance material such as TiSiO, TiSiCO, NbSiO or the like, when power supply power is applied through the power supply wiring 5 connected to both ends thereof, Joule heat is generated and bubbles A are generated in the ink 10. Generates the necessary thermal energy for
【００２８】このような発熱抵抗体４や給電配線５は、
従来周知の薄膜手法、具体的には、スパッタリングやフ
ォトリソグラフィー，エッチング等を採用し、前述の電
気抵抗材料や給電配線５を形成するアルミニウム等の金
属をベースプレート２の上面に所定パターンに被着させ
ることによって形成される。The heating resistor 4 and the power supply wiring 5 are
A conventionally well-known thin-film method, specifically, sputtering, photolithography, etching, or the like is adopted, and the above-described electric resistance material and metal such as aluminum forming the power supply wiring 5 are deposited on the upper surface of the base plate 2 in a predetermined pattern. Formed by
【００２９】更に前記発熱抵抗体４等の表面は窒化珪素
やガラス等の無機質材料から成る保護膜６で被覆され、
このような保護膜６によって、発熱抵抗体４や給電配線
５をインク１０中に含まれているアルカリイオンや水分
等の接触による腐食から保護するとともに、インク１０
中に含まれている染料の固まり等が発熱抵抗体４の表面
に付着するのを有効に防止している。Further, the surface of the heating resistor 4 and the like is covered with a protective film 6 made of an inorganic material such as silicon nitride or glass.
The protective film 6 protects the heating resistor 4 and the power supply wiring 5 from corrosion caused by contact with alkali ions, moisture, and the like contained in the ink 10, and also protects the ink 10.
This effectively prevents the lump or the like of the dye contained therein from adhering to the surface of the heating resistor 4.
【００３０】そして、前記ベースプレート２の上面に取
着させたドライバーＩＣ７は、先に述べたグレーズ層２
ｃより所定の距離だけ離れた位置に並設される。The driver IC 7 attached to the upper surface of the base plate 2 is provided with the glaze layer 2 described above.
are arranged side by side at a predetermined distance from c.
【００３１】前記ドライバーＩＣ７の各出力端子は給電
配線５等を介して対応する発熱抵抗体４に電気的に接続
されており、該ドライバーＩＣ７に外部から画像データ
等の印画信号が供給されると、これらの信号に基づいて
発熱抵抗体４への通電を制御し、複数個の発熱抵抗体４
を個々に選択的にジュール発熱させる。Each output terminal of the driver IC 7 is electrically connected to the corresponding heating resistor 4 via a power supply wiring 5 and the like, and when a print signal such as image data is supplied from outside to the driver IC 7. The power supply to the heating resistor 4 is controlled based on these signals, and the plurality of heating resistors 4 are controlled.
Are individually and selectively heated.
【００３２】尚、前記ドライバーＩＣ７は、従来周知の
フェースダウンボンディング等によってベースプレート
２の上面に搭載される。The driver IC 7 is mounted on the upper surface of the base plate 2 by a conventionally known face-down bonding or the like.
【００３３】一方、前記ノズル部材８は、ヘッド基板１
の発熱抵抗体４と１対１に対応する複数個のインク吐出
孔９を有し、これらのインク吐出孔９が対応する発熱抵
抗体４の真上に位置するようにしてヘッド基板１との間
に３０μｍ〜６００μｍの間隔をあけて配置される。On the other hand, the nozzle member 8 is mounted on the head substrate 1.
And a plurality of ink ejection holes 9 corresponding to the heating resistor 4 in a one-to-one relationship. They are arranged with an interval of 30 μm to 600 μm between them.
【００３４】前記ノズル部材８のインク吐出孔９は、発
熱抵抗体４と略等しい密度で主走査方向に直線状に配列
されており、インクジェットヘッドの記録動作時、イン
ク滴を記録紙に向けて吐出する。The ink discharge holes 9 of the nozzle member 8 are linearly arranged in the main scanning direction at a density substantially equal to that of the heating resistor 4 so that the ink droplets are directed toward the recording paper during the recording operation of the ink jet head. Discharge.
【００３５】このノズル部材８は、感光性のエポキシ樹
脂やポリイミド樹脂，或いは、モリブデン，アルミナセ
ラミックス等を所定形状に加工したり、或いは、上記の
材料を組み合わせることによって構成され、例えばモリ
ブデンから成る場合、モリブデンのインゴット（塊）を
従来周知の金属加工法によって所定厚みの板体と成し、
得られた板体の所定箇所に従来周知のレーザー加工によ
って直径１０μｍ〜１００μｍのインク吐出孔９を複数
個、穿設することにより製作され、得られたノズル部材
８を図示しないスペーサを介してヘッド基板１上に載置
させることによりノズル部材８がヘッド基板１上の所定
位置に固定される。The nozzle member 8 is formed by processing a photosensitive epoxy resin, a polyimide resin, molybdenum, alumina ceramics, or the like into a predetermined shape, or by combining the above materials. A molybdenum ingot is formed into a plate having a predetermined thickness by a conventionally known metal working method.
A plurality of ink ejection holes 9 each having a diameter of 10 μm to 100 μm are formed in a predetermined portion of the obtained plate body by a conventionally known laser processing, and the obtained nozzle member 8 is mounted on a head via a spacer (not shown). By mounting the nozzle member 8 on the substrate 1, the nozzle member 8 is fixed at a predetermined position on the head substrate 1.
【００３６】また、ヘッド基板１−ノズル部材８間に充
填されるインク１０としては、例えば顔料タイプの油性
インクや水性染料インク等が使用され、その粘度は例え
ば０．３ｍＰａ・ｓ〜３．０ｍＰａ・ｓ（２５℃）に調整
される。The ink 10 to be filled between the head substrate 1 and the nozzle member 8 is, for example, a pigment type oil-based ink or a water-based dye ink, and has a viscosity of, for example, 0.3 mPa · s to 3.0 mPa. Adjusted to s (25 ° C).
【００３７】前記インク１０は前述したインクタンクか
らインク供給管１１及びインク供給孔２ａを介してヘッ
ド基板１−ノズル部材８間に供給され、前述した発熱抵
抗体４の熱エネルギーによってインク１０中に気泡Ａが
発生すると、該気泡Ａによる圧力でもってインク１０の
一部がインク吐出孔９より外部に吐出される。The ink 10 is supplied between the head substrate 1 and the nozzle member 8 from the ink tank through the ink supply pipe 11 and the ink supply hole 2a, and is supplied into the ink 10 by the heat energy of the heating resistor 4 described above. When the bubble A is generated, a part of the ink 10 is discharged from the ink discharge hole 9 to the outside by the pressure of the bubble A.
【００３８】また、このようなインク１０は、少なくと
も発熱抵抗体４とインク吐出孔９との間で副走査方向
（発熱抵抗体４の配列と直交する方向）に流動するよう
に、図示しないポンプ等によってインクタンクとの間を
循環させている。A pump (not shown) such that the ink 10 flows at least between the heating resistor 4 and the ink ejection hole 9 in the sub-scanning direction (a direction orthogonal to the arrangement of the heating resistor 4). The ink is circulated between the ink tank and the like.
【００３９】前記インク１０の流速は、例えば５０μｍ
／ｓｅｃ〜２０００μｍ／ｓｅｃに設定され、記録動作
時、待機状態にかかわらず、常に略等しい流速に保たれ
る。The flow rate of the ink 10 is, for example, 50 μm
/ Sec to 2000 μm / sec, and the flow velocity is always kept substantially the same during the recording operation regardless of the standby state.
【００４０】このように、ヘッド基板１−ノズル部材８
間のインク１０を流動させることにより、インク１０が
ベースプレート２や発熱抵抗体４を被覆する保護膜６等
と常に接するようになることから、例えば駆動周期０．
４ｍｓｅｃ以下の高速記録に対応すべく発熱抵抗体４を
短時間で繰り返し発熱させる場合であっても、ベースプ
レート２の内部に蓄積される熱は、保護膜６上を流動す
るインク１０側に少しずつ逃がされ、これによってベー
スプレート２の温度を全体的に冷却せしめ、ベースプレ
ート２の温度が過度に高温となるのを有効に防止するこ
とができる。As described above, the head substrate 1-nozzle member 8
By flowing the ink 10 between them, the ink 10 always comes into contact with the base plate 2 and the protective film 6 covering the heating resistor 4.
Even when the heating resistor 4 is repeatedly heated in a short time to cope with a high-speed recording of 4 msec or less, the heat accumulated inside the base plate 2 is little by little toward the ink 10 flowing on the protective film 6. This allows the temperature of the base plate 2 to be entirely cooled, thereby effectively preventing the temperature of the base plate 2 from becoming excessively high.
【００４１】しかもこの場合、ベースプレート２に穿設
したインク供給孔２ａの開口面積はベースプレート２の
両端域に比し中央域で大となしてあり、発熱抵抗体４上
を流れるインク１０の流速はベースプレート２の両端域
に比し中央域で速くなることから、熱が籠もり易いベー
スプレート２の中央域でインク１０はより多くの熱を吸
収するようになり、ベースプレート２の両端域と中央域
との間の温度差を有効に防止することができる。従っ
て、インク１０中に形成される気泡Ａの大きさ、並びに
インク吐出量は略一定に制御されるようになり、濃度む
らの少ない鮮明な画像を形成することが可能となる。Further, in this case, the opening area of the ink supply hole 2a formed in the base plate 2 is larger in the center region than in the both end regions of the base plate 2, and the flow velocity of the ink 10 flowing on the heating resistor 4 is increased. The ink 10 absorbs more heat in the central region of the base plate 2 where heat is easily trapped, because the ink 10 is faster in the central region than the both end regions of the base plate 2. Can be effectively prevented. Therefore, the size of the bubble A formed in the ink 10 and the ink discharge amount are controlled to be substantially constant, and a clear image with less density unevenness can be formed.
【００４２】また上述の如くインク１０を流動させるこ
とにより、発熱抵抗体４の発する熱等によってインク１
０中の水分もしくは油分がインク吐出孔９から多量に蒸
発し、インク吐出孔９内のインク１０の粘度が上昇しよ
うとしても、この部分にはインク吐出孔９の直下を流れ
るインク１０から水分もしくは油分が順次補給されるこ
とによりインク１０が固まってしまうことはなく、イン
ク吐出孔９の目詰まりが有効に防止される利点もある。By causing the ink 10 to flow as described above, the heat generated by the heat generating resistor 4 and the like cause the ink 1 to flow.
However, even if a large amount of water or oil in the ink discharge hole 9 evaporates from the ink discharge hole 9 and the viscosity of the ink 10 in the ink discharge hole 9 is going to increase, the water or oil from the ink 10 flowing immediately below the ink discharge hole 9 There is also an advantage that the ink 10 is not solidified due to the replenishment of the oil component, and the clogging of the ink ejection holes 9 is effectively prevented.
【００４３】かくして上述した本形態のインクジェット
ヘッドは、記録紙をノズル部材８の外表面に沿って搬送
しながら、複数個の発熱抵抗体４をドライバーＩＣ７の
駆動に伴って個々に選択的に発熱させ、この熱エネルギ
ーによって発熱抵抗体４上のインク１０中に気泡Ａを発
生させるとともに、該発生した気泡Ａによる圧力でもっ
てインク１０の一部をノズル部材８のインク吐出孔９よ
り外部に吐出させ、これを記録紙に付着させることによ
って所定の画像が記録される。Thus, in the above-described ink jet head of the present embodiment, while the recording paper is conveyed along the outer surface of the nozzle member 8, the plurality of heating resistors 4 are individually selectively heated by driving the driver IC 7. This thermal energy causes bubbles A to be generated in the ink 10 on the heating resistor 4, and a part of the ink 10 is discharged from the ink discharge holes 9 of the nozzle member 8 to the outside by the pressure generated by the generated bubbles A. Then, a predetermined image is recorded by attaching the recording medium to recording paper.
【００４４】尚、本発明は上述の形態に限定されるもの
ではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々
の変更、改良等が可能である。It should be noted that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various changes and improvements can be made without departing from the spirit of the present invention.
【００４５】例えば上述の実施形態においてはヘッド基
板１のベースプレート２としてグレーズドアルミナ基板
を用いるようにしたが、これに代えて、ベースプレート
を単結晶シリコンや金属等により形成するようにしても
構わない。その場合、ベースプレート２’の表面を、図
３に示す如く、酸化シリコン等から成る厚み１μｍ〜３
μｍ程度の絶縁膜３で被覆しておく必要があり、このよ
うな絶縁膜３によって発熱抵抗体４や給電配線５がベー
スプレート２’を形成する単結晶シリコン等と確実に絶
縁される。また、ベースプレート２’を単結晶シリコン
を用いて形成する場合は、その上面を単結晶シリコンの
｛１００｝面と合致させておくようにすれば、ヘッド基
板１にインク供給孔２ａを穿設する際、従来周知の異方
性エッチングを採用することによってインク供給孔２ａ
をベースプレート２’の厚み方向に精度良く、しかも容
易に形成することができる利点がある。For example, in the above-described embodiment, the glazed alumina substrate is used as the base plate 2 of the head substrate 1, but instead, the base plate may be formed of single crystal silicon, metal, or the like. In this case, as shown in FIG. 3, the surface of the base plate 2 ′ is made of silicon oxide or the like and has a thickness of 1 μm to 3 μm.
It is necessary to coat the insulating film 3 with a thickness of about μm, and the insulating film 3 reliably insulates the heating resistor 4 and the power supply wiring 5 from single crystal silicon or the like forming the base plate 2 ′. When the base plate 2 ′ is formed using single crystal silicon, the ink supply holes 2 a are formed in the head substrate 1 by matching the upper surface with the {100} plane of single crystal silicon. At this time, the ink supply hole 2a is formed by employing a conventionally known anisotropic etching.
Can be formed accurately and easily in the thickness direction of the base plate 2 '.
【００４６】また上述の実施形態においては複数個のイ
ンク供給孔２ａを発熱抵抗体４の配列に沿って略一定の
間隔で配列させ、個々のインク供給孔２ａの開口面積を
ベースプレート２の両端域に比し中央域で大となすこと
によってベースプレート２の中央域を流れるインクの流
速を両端域に比し速くなすようにしたが、これに代え
て、複数個のインク供給孔の開口面積を全て略等しくな
し、これらをベースプレートの両端域に比し中央域で高
密度に配することによってベースプレートの中央域を流
れるインクの流速を両端域に比し速くなすようにしても
構わない。In the above-described embodiment, the plurality of ink supply holes 2a are arranged at substantially constant intervals along the arrangement of the heating resistors 4, and the opening areas of the individual ink supply holes 2a are set at both ends of the base plate 2. By increasing the flow rate of the ink flowing through the central area of the base plate 2 by making the flow rate larger in the central area than in the both end areas, the opening area of the plurality of ink supply holes is reduced. They may not be substantially equal, and they may be arranged at a higher density in the central area than in both end areas of the base plate, so that the flow velocity of the ink flowing in the central area of the base plate may be made faster than in both end areas.
【００４７】[0047]
【発明の効果】本発明のインクジェットヘッドによれ
ば、ヘッド基板−ノズル部材間の間隙に充填されるイン
クを所定の流速で流動させることにより、インクがベー
スプレートや発熱抵抗体、或いはこれらを被覆する保護
膜等と常に接するようになることから、高速記録に対応
すべく発熱抵抗体を短時間で繰り返し発熱させる場合で
あっても、ベースプレートの内部に蓄積される熱はイン
ク側に少しずつ逃がされ、これによってベースプレート
の温度を全体的に冷却せしめ、ベースプレートの温度が
過度に高温となるのを有効に防止することができる。According to the ink jet head of the present invention, the ink filled in the gap between the head substrate and the nozzle member is caused to flow at a predetermined flow rate, so that the ink covers the base plate, the heating resistor, or these. Since it is always in contact with the protective film, etc., even when the heating resistor is repeatedly heated in a short time to cope with high-speed recording, the heat accumulated inside the base plate is gradually released to the ink side. As a result, the temperature of the base plate can be entirely cooled, and the temperature of the base plate can be effectively prevented from becoming excessively high.
【００４８】また本発明のインクジェットヘッドによれ
ば、複数個の発熱抵抗体上を流れるインクの流速をベー
スプレートの主走査方向の両端域に比し中央域で速くな
したことから、流動するインクには、熱が籠もり易いベ
ースプレートの中央域においてより多くの熱を吸収され
るようになり、ベースプレートの両端域と中央域との間
に出来る温度差を極力小さくすることができる。従っ
て、インク中に形成される気泡の大きさ、並びにインク
吐出量は略一定に制御されるようになり、濃度むらの少
ない鮮明な画像を形成することが可能となる。Further, according to the ink jet head of the present invention, the flow velocity of the ink flowing on the plurality of heating resistors is increased in the central area as compared with the both end areas in the main scanning direction of the base plate. As a result, more heat is absorbed in the central region of the base plate where heat is easily trapped, and the temperature difference between the both end regions and the central region of the base plate can be minimized. Therefore, the size of the bubbles formed in the ink and the ink discharge amount are controlled to be substantially constant, and a clear image with less density unevenness can be formed.
【００４９】更に本発明のインクジェットヘッドによれ
ば、上述の如くインクを流動させることにより、発熱抵
抗体の発する熱等によってインク中の水分もしくは油分
がインク吐出孔から多量に蒸発し、インク吐出孔内のイ
ンクの粘度が上昇しようとしても、この部分にはインク
吐出孔の直下を流れるインクから水分もしくは油分が順
次補給されてインクが固まってしまうことはなく、イン
ク吐出孔の目詰まりが有効に防止される。Further, according to the ink jet head of the present invention, by flowing the ink as described above, a large amount of water or oil in the ink evaporates from the ink discharge hole due to heat or the like generated by the heating resistor, and Even if the viscosity of the ink inside is going to increase, this portion is not replenished with water or oil from the ink flowing just below the ink ejection holes, and the ink does not solidify, effectively blocking the ink ejection holes. Is prevented.
【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]
【図１】本発明の一実施形態に係るインクジェットヘッ
ドの断面図である。FIG. 1 is a sectional view of an inkjet head according to an embodiment of the present invention.
【図２】図1のインクジェットヘッドに用いられるヘッ
ド基板の平面図である。FIG. 2 is a plan view of a head substrate used in the inkjet head of FIG.
【図３】本発明の他の実施形態に係るインクジェットヘ
ッドの断面図である。FIG. 3 is a cross-sectional view of an inkjet head according to another embodiment of the present invention.
【図４】従来のインクジェットヘッドの断面図である。FIG. 4 is a sectional view of a conventional inkjet head.
１・・・ヘッド基板、２・・・ベースプレート、２ａ・
・・インク供給孔、３・・・グレーズ層、４・・・発熱
抵抗体、８・・・ノズル部材、９・・・インク吐出孔、
１０・・・インク1 ... head substrate, 2 ... base plate, 2a
..Ink supply holes, 3 ... glaze layer, 4 ... heating resistor, 8 ... nozzle member, 9 ... ink ejection hole,
10 Ink
Claims (5)
体を直線状に被着・配列したヘッド基板と、前記発熱抵
抗体に対応する複数個のインク吐出孔を有したノズル部
材とを間に所定の間隔をあけて配置させ、ヘッド基板及
びノズル部材間の間隙にインクを充填してなり、該イン
クを発熱抵抗体の配列と直交する方向に流動させながら
その一部を前記インク吐出孔より吐出させて印画を形成
するインクジェットヘッドであって、前記複数個の発熱
抵抗体上を流れるインクの流速を、ベースプレートの両
端域に比し中央域で速くなすようにしたことを特徴とす
るインクジェットヘッド。1. A head substrate in which a plurality of heating resistors are linearly attached and arranged on an upper surface of a base plate, and a nozzle member having a plurality of ink ejection holes corresponding to the heating resistors is disposed between the head substrate. It is arranged at a predetermined interval, and the gap between the head substrate and the nozzle member is filled with ink, and a part of the ink flows from the ink ejection hole while flowing the ink in a direction orthogonal to the arrangement of the heating resistors. An ink jet head for forming a print by discharging ink, wherein the flow rate of ink flowing over the plurality of heating resistors is made faster in a central area as compared with both end areas of a base plate. .
板の下面側よりヘッド基板−ノズル部材間の間隙に供給
する複数個のインク供給孔が発熱抵抗体の配列に沿って
略一定の間隔をあけて設けられており、且つ該インク供
給孔の開口面積がベースプレートの両端域に比し中央域
で大となしてあることを特徴とする請求項１に記載のイ
ンクジェットヘッド。2. A plurality of ink supply holes for supplying ink from a lower surface side of a head substrate to a gap between a head substrate and a nozzle member are provided on the base plate at substantially constant intervals along an array of heating resistors. 2. The ink jet head according to claim 1, wherein the ink supply hole is provided, and an opening area of the ink supply hole is larger in a central region than in both end regions of the base plate.
板の下面側よりヘッド基板−ノズル部材間の間隙に供給
する複数個のインク供給孔が略等しい開口面積で、発熱
抵抗体の配列に沿って設けられており、且つ該インク供
給孔がベースプレートの両端域に比し中央域で高密度に
配されていることを特徴とする請求項１に記載のインク
ジェットヘッド。3. A plurality of ink supply holes for supplying ink from a lower surface side of a head substrate to a gap between a head substrate and a nozzle member are provided on the base plate along an array of heating resistors with substantially equal opening areas. 2. The ink jet head according to claim 1, wherein the ink supply holes are arranged at a higher density in a central area than in both end areas of the base plate.
面に設定した単結晶シリコンにより形成されていること
を特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の
インクジェットヘッド。4. The base plate has a top surface of {100}.
The inkjet head according to claim 1, wherein the inkjet head is formed of single-crystal silicon set on the surface.
成する単結晶シリコンに対する異方性エッチングにて穿
設されたものであることを特徴とする請求項４に記載の
インクジェットヘッド。5. An ink jet head according to claim 4, wherein said ink supply holes are formed by anisotropic etching of single crystal silicon forming a base plate.
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