JP2008188873A - Inkjet print head - Google Patents

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an inkjet print head which makes ink droplets stably fly and enables a high-speed refilling. <P>SOLUTION: The print head of the present invention has a substrate 4 having a plurality of electricity/heat conversion elements 1 arranged in line and an ink supply port 3 extending in the arrangement direction of the electricity/heat conversion elements 1. The inkjet print head also has a discharge port plate 5 where a discharge port 2 is formed, a nozzle wall 24, the substrate 4, and an ink flow path formed of the discharge plate 5 and the nozzle wall 24. A foaming chamber 25 is formed wherein at least three sides of the electrothermal transducers 1 are surrounded by the nozzle wall 24, and first and second protruding parts 12a and 12b. The first and second protruding parts 12a and 12b are protruded into the ink flow path so that a space to flow ink is formed between the discharge port plate 5 and them. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、インク小液を飛翔させ、被記録媒体に記録を行うインクジェット記録方式に用いられるインクジェットプリントヘッドに関する。   The present invention relates to an ink jet print head used in an ink jet recording system in which ink small liquid is ejected and recording is performed on a recording medium.

今日広く一般的に用いられているインクジェット方式のインク吐出方法には インク滴を吐出するために用いられる吐出エネルギ発生素子として電気熱変換 素子（ヒータ）を利用する方法と圧電素子（ピエゾ）を用いる方法がある。い ずれも電気的な信号によってインク滴の吐出を制御することが可能である。例 えば、電気熱変換素子を用いるインク滴吐出方法の原理は、電気熱変換素子に 電気信号を与え、電気熱変換素子近傍のインクを瞬時にして沸騰させて急激な 気泡の成長によってインク滴を高速に吐出させるものである。一方、圧電素子 を用いるインク滴の吐出方法の原理は、圧電素子に電気信号を与えることによ り、圧電素子が変位しこの変位時の圧力によってインク滴を吐出させるもので ある。ここで、前者の方法は吐出エネルギ発生素子のスペースをそれほど採ら なくても済み、インクジェットプリントヘッドの構造が単純で、ノズルの集積 化が容易であること等の利点がある。一方、電気熱変換素子による熱の蓄熱に よる飛翔インク滴の体積変動、消泡によるキャビテーションの影響、インクに 溶け込んだ空気によるインクジェットプリントヘッド内の残留気泡による吐出 特性及び画像に与える影響等がある。     Ink-jet ink ejection methods that are widely used today use a method using an electrothermal conversion element (heater) and a piezoelectric element (piezo) as an ejection energy generating element used to eject ink droplets. There is a way. In either case, it is possible to control the ejection of ink droplets by an electrical signal. For example, the principle of the ink droplet ejection method using an electrothermal conversion element is that an electric signal is given to the electrothermal conversion element, the ink in the vicinity of the electrothermal conversion element is instantaneously boiled, and ink droplets are formed by rapid bubble growth. Discharge at high speed. On the other hand, the principle of the ink droplet ejection method using the piezoelectric element is that the piezoelectric element is displaced by giving an electric signal to the piezoelectric element, and the ink droplet is ejected by the pressure at this displacement. Here, the former method does not require much space for the ejection energy generating element, and has an advantage that the structure of the inkjet print head is simple and the nozzles are easily integrated. On the other hand, there are fluctuations in the volume of flying ink droplets due to heat accumulation by electrothermal conversion elements, the effect of cavitation due to defoaming, and the influence on the ejection characteristics and images due to residual bubbles in the inkjet print head due to air dissolved in the ink. .

これらの課題を解決する方法として、特許文献１、特許文献２、特許文献３ 、特許文献４に記載されたインクジェット記録方法及びインクジェットプリン トヘッドがある。すなわち、上記公報に記載されるインクジェット記録方法は 、記録信号によって電気熱変換素子を駆動させることにより生じた気泡を外気 と連通させることを特徴とするものである。この記録方法を用いることにより 飛翔インク滴の体積安定性の向上及び高速小液滴吐出、気泡消泡時のキャビテ ーション解消によるヒータ耐久性向上等が可能となり、さらなる高精細画像が 容易に得られるようになる。上述した公報において気泡と外気とを連通させる ための構成としては、電気熱変換素子と吐出口間との距離を、従来より格段に 短くする構成が挙げられている。この構成を有するインクジェットプリントヘ ッドは、電気熱変換素子に対応する吐出口を配した吐出口プレートと、基板の 背面からインクを供給するために基板に開けられたインク供給口を有する。そ して、ちょうどインク滴が電気熱変換素子を配した基板に対しほぼ垂直に飛翔 するように構成される。なお、電気熱変換素子と吐出口間との（最短）距離と しては３０μｍ以下が望ましい。     As a method for solving these problems, there are an ink jet recording method and an ink jet print head described in Patent Literature 1, Patent Literature 2, Patent Literature 3, and Patent Literature 4. That is, the ink jet recording method described in the above publication is characterized in that bubbles generated by driving the electrothermal conversion element by a recording signal are communicated with the outside air. By using this recording method, it is possible to improve the volume stability of flying ink droplets, discharge high-speed small droplets, improve the durability of heaters by eliminating cavitation during bubble defoaming, and easily obtain higher-definition images. It becomes like this. In the above-mentioned publication, as a configuration for communicating bubbles and the outside air, a configuration in which the distance between the electrothermal conversion element and the discharge port is made much shorter than before is mentioned. The ink jet print head having this configuration has a discharge port plate provided with discharge ports corresponding to the electrothermal conversion elements, and an ink supply port opened in the substrate for supplying ink from the back surface of the substrate. And it is configured so that the ink droplets fly almost perpendicularly to the substrate on which the electrothermal conversion element is arranged. The (shortest) distance between the electrothermal conversion element and the discharge port is preferably 30 μm or less.

また、印字スピード向上のために、インクジェットプリントヘッド内に配さ れた複数のノズル毎に飛翔されるインク滴のイベント回数（吐出周波数）を速 くする試みが、Ｔｒｕｅｂａ他の特許文献５や、特許文献６に記載されている 。     Further, in order to improve the printing speed, attempts to increase the number of events (ejection frequency) of ink droplets flying for each of a plurality of nozzles arranged in an ink jet print head are described in Trueba et al. It is described in Patent Document 6.

特に、特許文献６では、インク供給口の入り口付近に局所的な狭い空間また は突起状の流体抵抗要素を使用することで、インク供給口からインク流路への インクの流れを改善する形態が提案されている。但し、高画質・高解像度が要 求されるインクジェット記録装置では、吐出口面積、電気熱変換素子と吐出口 間との（最短）距離、インク流路長さ・幅・高さなどを高精度かつ高密度に形 成することが必要不可欠である。     In particular, Patent Document 6 discloses a mode in which the flow of ink from the ink supply port to the ink flow path is improved by using a local narrow space or a protruding fluid resistance element in the vicinity of the entrance of the ink supply port. Proposed. However, in inkjet recording devices that require high image quality and high resolution, the discharge port area, the (shortest) distance between the electrothermal transducer and the discharge port, the ink flow path length, width, and height are highly accurate. It is indispensable to form it in high density.

しかしながら、特許文献６では、主に高分子フィルムなどを主成分とした薄 膜プレートに、レーザアブレーション加工（大半が、熱アブレーション加工） で上記形状などを形成するために、精度上での観点からバラツキが生じてしま う。さらに、融点が１００℃から２００℃程度の高分子フィルムを用いて、熱 アブレーション加工を行うために、加工面の形状も、微小な凹凸や、バラツキ など、設計上、意図しない形状になることもある。また、さらには、熱アブレ ーション加工においては、加工された（除かれた）部分の高分子化合物が、カ ーボンなどを主成分とする分子化合物となる。そして、この分子化合物がノズ ル壁や、吐出口近傍に付着し、ゴミやインクによる溶融などで、吐出口が詰ま ったり、ヒータ上にコゲーションと呼ばれる堆積物などの原因となって、故障 原因を引き起こすことが多々ある。     However, in Patent Document 6, since the above-mentioned shape is formed by laser ablation processing (mostly thermal ablation processing) on a thin film plate mainly composed of a polymer film or the like, from the viewpoint of accuracy. Variations will occur. Furthermore, since a polymer film having a melting point of about 100 ° C to 200 ° C is used for thermal ablation processing, the shape of the processed surface may be unintended in terms of design, such as minute irregularities and variations. is there. Furthermore, in thermal ablation processing, the processed (removed) polymer compound becomes a molecular compound mainly composed of carbon or the like. This molecular compound adheres to the nozzle wall or the vicinity of the discharge port, melts with dust or ink, etc., clogs the discharge port, or causes deposits called kogation on the heater. There are many causes.

さらには、特許文献６の場合、吐出口及びノズル壁を有する吐出口プレート と、ヒータ及び該ヒータを駆動するトランジスタなどを搭載した基板とを、吐 出口と電気熱変換素子との位置関係を精度良く貼りあわせることが難しい。ま た、該基板から前記突起物の距離や、接合時の接着剤の流れ込み制御など、高 精度に形成するためには、不利な条件が多々存在する。さらに、インクジェッ ト記録装置を用いた印字画像において、さらなる高画質出力・高品位画像・高 解像度出力などが要求されている。
特開昭５４−１６１９３５号公報 特開昭６１−１８５４５５号公報 特開昭６１−２４９７６８号公報 特開平４−１０９４１号公報 米国特許第４，８８２，５９５号 米国特許第６，１５８，８４３号 Furthermore, in the case of Patent Document 6, the positional relationship between the discharge port and the electrothermal conversion element is accurately determined using a discharge port plate having a discharge port and a nozzle wall and a substrate on which a heater and a transistor for driving the heater are mounted. Difficult to stick well. In addition, there are many disadvantageous conditions for forming with high accuracy such as the distance from the substrate to the protrusions and the flow control of the adhesive during bonding. Furthermore, print images using inkjet recording devices are required to have higher image quality, higher quality images, and higher resolution output.
JP 54-161935 A JP-A 61-185455 JP 61-249768 A JP-A-4-10941 US Pat. No. 4,882,595 US Pat. No. 6,158,843

特に、高速かつ安定した吐出特性及び高速なリフィル（インク供給口からインク流路へのインクの流れやすさ）特性が近年のインクジェットプリントヘッドには求められている。   In particular, recent inkjet print heads are required to have high-speed and stable ejection characteristics and high-speed refill characteristics (easy flow of ink from ink supply port to ink flow path).

そこで、本発明は、安定的にインク滴を飛翔させ、且つ、高速なリフィルを可能にするインクジェットプリントヘッドを提供することを目的とする。   SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide an ink jet print head that stably ejects ink droplets and enables high-speed refilling.

上記目的を達成するため本発明のインクジェットプリントヘッドは、インク滴を吐出するためのエネルギを発生する複数の吐出エネルギ発生素子が列状に配されるとともに吐出エネルギ発生素子の配列方向に沿って延在する貫通口からなる共通インク供給口を有する基板と、インク滴が吐出される吐出口が形成された吐出口プレートと、複数の吐出エネルギ発生素子を個別に隔離するためのノズル壁と、基板、吐出口プレート及びノズル壁により形成された、吐出口と共通インク供給口とを連通するインク流路と、を有するインクジェットプリントヘッドにおいて、吐出口プレートとの間にインクが流れる空間が形成されるようにしてインク流路内に突出して形成された少なくとも１つの突出部材を有し、ノズル壁及び突出部材によって、吐出エネルギ発生素子の少なくとも三方を囲む発泡室が形成されていることを特徴とする。   In order to achieve the above object, an ink jet print head according to the present invention includes a plurality of ejection energy generating elements that generate energy for ejecting ink droplets arranged in a row and extend along the arrangement direction of the ejection energy generating elements. A substrate having a common ink supply port composed of existing through-holes, a discharge port plate on which a discharge port for discharging ink droplets is formed, a nozzle wall for individually separating a plurality of discharge energy generating elements, and a substrate In an ink jet print head having an ink flow path that is formed by the discharge port plate and the nozzle wall and communicates the discharge port and the common ink supply port, a space in which ink flows is formed between the discharge port plate. In this way, at least one protruding member is formed so as to protrude into the ink flow path, and is discharged by the nozzle wall and the protruding member. Wherein the foaming chamber surrounding at least three sides of the energy generating element is formed.

本発明によれば、ノズル壁、及び突出部材によって、吐出エネルギ発生素子の少なくとも三方を囲む発泡室が形成されている。これにより、発泡による圧力波を吐出口に集中させることができるので安定的にインク滴を飛翔させ且つ、高速なリフィルを可能にすることができる。   According to the present invention, the foam wall surrounding at least three sides of the ejection energy generating element is formed by the nozzle wall and the protruding member. As a result, the pressure wave due to foaming can be concentrated on the ejection port, so that ink droplets can be stably ejected and high-speed refill can be achieved.

まず、本構成による作用を、図面等を用いて従来例と比較しながら以下に詳細に述べる。   First, the operation of this configuration will be described in detail below in comparison with a conventional example using the drawings.

図１は、本発明による構成を施したインクジェットプリントヘッドの一部破断斜視図を示している。   FIG. 1 shows a partially broken perspective view of an ink jet print head configured according to the present invention.

図１のインクジェットプリントヘッドは、複数の吐出エネルギ発生素子である電気熱変換素子１を各電気熱変換素子１毎に個別のインク流路を形成するためのノズル壁２４がインク供給口３付近まで延在している。   In the ink jet print head of FIG. 1, the nozzle wall 24 for forming an individual ink flow path for each electrothermal conversion element 1 of the electrothermal conversion elements 1 that are a plurality of ejection energy generating elements extends to the vicinity of the ink supply port 3. It is extended.

図１において、基板４は電気熱変換素子１およびインク供給口３を備えている。長溝状の貫通口からなるインク供給口３の長手方向の両側には、電気熱変換素子１がそれぞれ１列ずつ千鳥状に、各電気熱変換素子１の間隔が片側列６００ｄｐｉピッチで配列されている。電気熱変換素子１の配列方向に沿って延在するインク供給口３を挟んで列状に配されている各電気熱変換素子１は、相対する位置から半ピッチずれた関係に配されている。また、各電気熱変換素子１からインク供給口３までの距離は、全て同じである。この基板４上にはインク流路（ノズル）を形成するためのノズル型材となる後述する被覆樹脂層６が２層の異なる樹脂から設けられており、この２層構成の被覆樹脂層６上に、ノズル壁と吐出口２を備える吐出口プレート５が設けられている。吐出口プレート５には、吐出口２からなる第１のノズル列１６及び第２のノズル列１７が形成されている。なお、各電気熱変換素子１は、配列されている列毎に異なる面積サイズを有し、且つ、同様に列状に配されている吐出口２の面積も、配列されている列毎に異なる面積サイズを有しているものであってもよい。   In FIG. 1, the substrate 4 includes an electrothermal conversion element 1 and an ink supply port 3. On both sides in the longitudinal direction of the ink supply port 3 formed of a long groove-like through-hole, the electrothermal conversion elements 1 are arranged in a staggered pattern one by one, and the intervals between the electrothermal conversion elements 1 are arranged at a pitch of 600 dpi on one side. Yes. The electrothermal conversion elements 1 arranged in a row with the ink supply ports 3 extending along the arrangement direction of the electrothermal conversion elements 1 arranged in a relationship shifted by a half pitch from the opposing positions. . Further, the distance from each electrothermal conversion element 1 to the ink supply port 3 is the same. A coating resin layer 6 to be described later serving as a nozzle mold material for forming an ink flow path (nozzle) is provided on the substrate 4 from two different resin layers. A discharge port plate 5 having a nozzle wall and a discharge port 2 is provided. The discharge port plate 5 is formed with a first nozzle row 16 and a second nozzle row 17 composed of the discharge ports 2. Each electrothermal conversion element 1 has a different area size for each arranged row, and similarly, the area of the discharge ports 2 arranged in a row also differs for each arranged row. It may have an area size.

ここで、高密度配列を実現するインクジェットプリントヘッドの最適化について、概念を簡単に説明する。インクジェットプリントヘッドの吐出特性を左右する物理量としては、上記複数配置されたノズル内におけるイナータンス（慣性力）とレジスタンス（粘性抵抗）が大きく寄与している。ある任意の形状内を移動する非圧縮性流体の運動方程式は、以下の２式で表される。   Here, the concept of the optimization of the inkjet print head that realizes the high-density array will be briefly described. Inertia (inertial force) and resistance (viscosity resistance) in the plurality of nozzles greatly contribute to the physical quantity that affects the ejection characteristics of the inkjet print head. The equation of motion of an incompressible fluid moving within an arbitrary shape is expressed by the following two equations.

∇・ｖ＝０ （連続の式） （１）
（∂ｖ／∂ｔ）＋（ｖ・∇）ｖ＝−∇（Ｐ／ρ）＋（μ／ρ）△ｖ＋ｆ
（ナビエ・ストークスの式） （２）
ここで、ｖは液体の速度、ｔは時間、ρは液体の密度、Ｐは圧力、μは粘性係数、ｆは外力である。 ∇ ・ v = 0 (Continuous equation) (1)
(∂v / ∂t) + (v · ∇) v = −∇ (P / ρ) + (μ / ρ) Δv + f
(Navier-Stokes formula) (2)
Here, v is the velocity of the liquid, t is the time, ρ is the density of the liquid, P is the pressure, μ is the viscosity coefficient, and f is the external force.

上記２式（１）、（２）を、対流項および粘性項が充分小さく、外力なしとして近似すると、
△Ｐ＝０ （３）
となり、圧力Ｐは調和関数を用いて表される。 When the above two formulas (1) and (2) are approximated with sufficiently small convection and viscosity terms and no external force,
ΔP = 0 (3)
And the pressure P is expressed using a harmonic function.

そして、インクジェットプリントヘッドの場合、図２に示すような３開口モデルで記述され、図３に示すような等価回路で表現できる。イナータンスは、静止流体が急に動き出す時の動きにくさとして定義する。電気的には、電流の変化を阻害するインダクタンスＬと似た働きをする。メカ的なバネマスモデルでは、ｍａｓｓ（重さ）に相当する。   In the case of an inkjet print head, it is described by a three-opening model as shown in FIG. 2, and can be expressed by an equivalent circuit as shown in FIG. Inertance is defined as the difficulty of movement when a static fluid suddenly starts moving. Electrically, it works like an inductance L that inhibits changes in current. In the mechanical spring mass model, it corresponds to mass (weight).

イナータンスを式で表すと、開口に圧力差を与えたときの、流体体積Ｖの２階時間微分、すなわち流量Ｆ（＝∂Ｖ／∂ｔ）の時間微分との比で表される。   When the inertance is expressed by an expression, it is expressed by a ratio with a second-order time derivative of the fluid volume V, that is, a time derivative of the flow rate F (= ∂V / ∂t) when a pressure difference is given to the opening.

（∂²Ｖ／∂ｔ²）＝（∂Ｆ／∂ｔ）＝（１／Ａ）×Ｐ （４）
ここで、Ａ：イナータンスとする。 (∂ ² V / ∂t ² ) = (∂F / ∂t) = (1 / A) × P (4)
Here, A: Inertance.

例えば、擬似的に、密度ρ、長さＬ、断面積Ｓｏであるようなパイプ型管流路を仮定すると、この擬１次元流管路のイナータンスＡｏは、
Ａｏ＝ρ×Ｌ／Ｓｏ
で表され、流路の１乗に長さに比例し、断面積の１乗に反比例することが分かる。 For example, assuming a pipe-type pipe flow path having a density ρ, a length L, and a cross-sectional area So in a pseudo manner, the inertance Ao of the quasi-one-dimensional flow pipe is
Ao = ρ × L / So
It can be seen that it is proportional to the length of the first channel and inversely proportional to the first power of the cross-sectional area.

図３に示したような等価回路をもとに、インクジェットプリントヘッドの吐出特性をモデル的に予測・解析することができる。   Based on the equivalent circuit as shown in FIG. 3, the ejection characteristics of the inkjet print head can be predicted and analyzed in a model manner.

本発明のインクジェットプリントヘッドにおいて、吐出現象は、慣性流から粘性流へ移行してゆく現象であることが分かってきている。特に、ヒータ部分での発泡初期においては、慣性流が主であり、逆に、吐出後期（すなわち、メニスカス後退から毛細管現象により、吐出口面までインクが復帰してくるまでの時間）においては、粘性流が主となる。その際、上記関係式から、発泡初期には、イナータンス量の関係により、吐出特性、特に、吐出体積、及び、吐出速度への寄与が大きくなる。一方、吐出後期（すなわち、メニスカス後退から毛細管現象により、吐出口面までインクが復帰してくるまでの時間）には、レジスタンス（粘性抵抗）量が、吐出特性、特に、インクのリフィル時間への寄与が大きくなる。   In the ink jet print head of the present invention, it has been found that the discharge phenomenon is a phenomenon of transition from inertial flow to viscous flow. In particular, in the initial stage of foaming in the heater portion, inertial flow is the main, and conversely, in the late discharge stage (that is, the time until the ink returns to the discharge port surface due to capillary action from the meniscus receding) Viscous flow is the main. At this time, from the above relational expression, at the initial stage of foaming, the contribution to the discharge characteristics, particularly the discharge volume and the discharge speed is increased due to the relationship of the inertance amount. On the other hand, in the later stage of ejection (that is, the time from the meniscus receding to the time when ink returns to the ejection port surface due to capillary action), the resistance (viscous resistance) amount depends on the ejection characteristics, particularly the ink refill time. Greater contribution.

ここで、レジスタンス（粘性抵抗）は、式（１）、及び、
△Ｐ＝η△μ （５）
となる定常ストークス流で記述され、粘性抵抗：Ｂを求めることができる。ここで、ηは粘性係数である。また、吐出後期では、図２で示したモデルにおいて、吐出口近傍にメニスカスが形成され、毛細管力を主とした力により、インクの流れが起きるため、２開口モデル（１次元流モデル）で近似することができる。 Here, the resistance (viscous resistance) is expressed by Equation (1) and
ΔP = ηΔμ (5)
The viscous resistance: B can be obtained by a steady Stokes flow. Here, η is a viscosity coefficient. Further, in the later stage of ejection, in the model shown in FIG. 2, a meniscus is formed in the vicinity of the ejection port, and ink flow occurs due to the force mainly consisting of capillary force. can do.

すなわち、粘性流体を記述したポアズイユの式（６）から求めることができる。毛細管中の流れに沿った座標位置（ｘ）での断面積をＳ（ｘ）、圧力をＰ（ｘ）として、密度ρ一定とすると、流量は、一定になり、下記式で表される。
（∂Ｖ／∂ｔ）＝（１／Ｇ）×（１／η）（∂Ｐ／∂ｘ）×Ｓ（ｘ）² （６）
ここで、Ｇ：形状因子である。また、粘性抵抗：Ｂは、任意の圧力差に従って流れる流体に起因するので、毛細管の管長（Ｌ）で積分すると、粘性抵抗（Ｂ）を求めることができる。 That is, it can be obtained from Poiseuille's equation (6) describing a viscous fluid. Assuming that the cross-sectional area at the coordinate position (x) along the flow in the capillary tube is S (x), the pressure is P (x), and the density ρ is constant, the flow rate is constant and is expressed by the following equation.
(∂V / ∂t) = (1 / G) × (1 / η) (∂P / ∂x) × S (x) ² (6)
Here, G is a form factor. Further, since the viscous resistance B is caused by a fluid flowing according to an arbitrary pressure difference, the viscous resistance (B) can be obtained by integrating with the capillary length (L).

Ｐ₂−Ｐ₁＝∫₀ ^L｛（Ｐ（ｘ）／ｄｘ）＊ｄｘ
Ｂ＝∫₀ ^L｛（Ｇ×η）／Ｓ（ｘ）²｝ｄｘ （７）
により、求めることができる。 P ₂ −P ₁ = ∫ ₀ ^L {(P (x) / dx) * dx
B = ∫ ₀ ^L {(G × η) / S (x) ² } dx (7)
Can be obtained.

上記（７）式より、レジスタンス（粘性抵抗）は、密度ρ、長さＬ、断面積Ｓｏであるようなパイプ型管流路を仮定すると、
Ｂ＝８η×Ｌ／（π×Ｓｏ²）
となり、近似的にノズル長さの１乗に比例し、且つ、ノズルの断面積の２乗に反比例することが分かる。 From the above equation (7), assuming that the resistance (viscous resistance) is a pipe-type pipe flow path having a density ρ, a length L, and a cross-sectional area So,
B = 8η × L / (π × So ² )
Thus, it can be seen that it is approximately proportional to the first power of the nozzle length and inversely proportional to the second power of the nozzle cross-sectional area.

上記イナータンスの関係から、吐出速度・吐出体積・リフィル時間の向上には、ヒータから吐出口側へのイナータンス量をヒータから供給口側へのイナータンス量より大きく、且つノズル内の粘性抵抗を小さくすることが必要充分条件となる。   From the above inertance relationship, in order to improve discharge speed, discharge volume, and refill time, the amount of inertance from the heater to the discharge port side is larger than the amount of inertance from the heater to the supply port side, and the viscosity resistance in the nozzle is reduced. This is a necessary and sufficient condition.

本発明の発明者達は、上記観点と、さらに、複数のヒータ、及び、ノズルを高密度に配置するという命題に対し、両方を満足するためのインクジェットプリントヘッドを提供している。   The inventors of the present invention provide an ink jet print head that satisfies both the above viewpoint and the proposition of arranging a plurality of heaters and nozzles at high density.

以下図面を参照しつつ、本発明に係る実施例を詳細に説明する。
（実施例１）
図４（ａ）は、本発明の基本的な形態を示すインクジェットプリントヘッドのノズル断面図であり、図４（ｂ）は、ノズル上面図である。なお、本図及びこれ以下において、ヒータを駆動するための配線等は図示していない。図５Ａ〜図５Ｃは、各工程における図４のインクジェットプリントヘッド基板の製法を模式的に示している。 Embodiments according to the present invention will be described below in detail with reference to the drawings.
(Example 1)
4A is a nozzle cross-sectional view of an ink jet print head showing a basic form of the present invention, and FIG. 4B is a top view of the nozzle. In this figure and below, the wiring for driving the heater is not shown. 5A to 5C schematically show a method for manufacturing the ink jet print head substrate of FIG. 4 in each step.

本実施例のインクジェットプリントヘッドは、基板４に対向してノズル部材１１が設けられている。基板４上には電気熱変換素子１が形成されており、電気熱変換素子１に対向する位置には吐出口２が形成されている。インクは共通インク供給口３から電気熱変換素子１へとノズルを介して供給される。また、電気熱変換素子１を挟んだ共通インク供給口３の反対側には共通副インク流路３１が形成されており、インクは、共通副インク流路３１からも供給される。   The ink jet print head of the present embodiment is provided with a nozzle member 11 facing the substrate 4. An electrothermal conversion element 1 is formed on the substrate 4, and a discharge port 2 is formed at a position facing the electrothermal conversion element 1. The ink is supplied from the common ink supply port 3 to the electrothermal conversion element 1 via the nozzle. In addition, a common sub ink channel 31 is formed on the opposite side of the common ink supply port 3 across the electrothermal conversion element 1, and ink is also supplied from the common sub ink channel 31.

電気熱変換素子１の前後には、流路内に突出した突出部材である第１の突出部１２ａと第２の突出部１２ｂとが形成されている。第１の突出部１２ａと第２の突出部１２ｂとノズル部材１１（吐出口プレート５）との間にはインクが流れることができるように所定の空間が形成されている。第１の突出部１２ａは共通インク供給口３に形成されており、第２の突出部１２ｂは共通副インク流路３１側に形成されている。また、電気熱変換素子１の両側方は、電気熱変換素子１を個別に隔離するノズル壁２４が形成されている。すわなち、電気熱変換素子１の周囲には、第１の突出部１２ａ、第２の突出部１２ｂ及びノズル壁２４で構成される電気熱変換素子１の四方を囲む発泡室２５が形成されている。   Before and after the electrothermal conversion element 1, a first projecting portion 12a and a second projecting portion 12b, which are projecting members projecting into the flow path, are formed. A predetermined space is formed between the first protrusion 12a, the second protrusion 12b, and the nozzle member 11 (discharge port plate 5) so that ink can flow. The first protrusion 12 a is formed in the common ink supply port 3, and the second protrusion 12 b is formed on the common sub ink channel 31 side. Moreover, the nozzle wall 24 which isolates the electrothermal conversion element 1 separately is formed in the both sides of the electrothermal conversion element 1. FIG. In other words, a foaming chamber 25 is formed around the electrothermal conversion element 1 and surrounds the four sides of the electrothermal conversion element 1 including the first protrusion 12 a, the second protrusion 12 b, and the nozzle wall 24. ing.

ここで、ノズルの構成及びインク流路について詳細に説明する。   Here, the configuration of the nozzle and the ink flow path will be described in detail.

本実施例のインクジェットプリントヘッドのインク流路は、ノズル及びインク供給口からなる。ノズルは、第１のノズル２１、第２のノズル２２及び第３のノズル２３の３つのノズルに分けられる。また、インク供給口は共通インク供給口３と共通副インク流路３１とを有する。   The ink flow path of the ink jet print head of this embodiment is composed of nozzles and ink supply ports. The nozzles are divided into three nozzles: a first nozzle 21, a second nozzle 22, and a third nozzle 23. The ink supply port has a common ink supply port 3 and a common sub ink channel 31.

第１のノズル２１は第１の突出部１２ａから共通インク供給口３までの間に形成されており、共通インク供給口３と連通している。第２のノズル２２は第２の突出部１２ｂから共通副インク流路３１までの間に形成されおり、共通副インク流路３１と連通している。第３のノズル２３は、電気熱変換素子１の上方かつ、第１の突出部１２ａと第２の突出部１２ｂの上方に形成されている。第３のノズル２３は、発泡室２５上に形成されており、第１の突出部１２ａを過ぎたところで、共通インク供給口３から供給されたインクの第１のノズル内の流れ方向と交差する方向で第１のノズル２１と連通している。また、第３のノズル２３は、第２の突出部１２ｂを過ぎたところで、共通インク供給口３から供給されたインクの第１のノズル内の流れ方向と交差する方向で第２のノズル２２と連通している。   The first nozzle 21 is formed between the first protrusion 12 a and the common ink supply port 3 and communicates with the common ink supply port 3. The second nozzle 22 is formed between the second protrusion 12 b and the common sub ink channel 31 and communicates with the common sub ink channel 31. The third nozzle 23 is formed above the electrothermal transducer 1 and above the first protrusion 12a and the second protrusion 12b. The third nozzle 23 is formed on the foaming chamber 25 and intersects the flow direction of the ink supplied from the common ink supply port 3 in the first nozzle after passing through the first protrusion 12a. It communicates with the first nozzle 21 in the direction. Further, the third nozzle 23 passes the second nozzle 22 in a direction intersecting with the flow direction of the ink supplied from the common ink supply port 3 in the first nozzle after passing the second protrusion 12b. Communicate.

すわなち、共通インク供給口３と発泡室２５は、第１のノズル２１と第３のノズル２３とを介して連通している。また、共通副インク流路３１と発泡室２５は、第２のノズル２２と第３のノズル２３とを介して連通している。一方、第１のノズル２１と発泡室２５とは、第１の突出部１２ａが存在するため、直接連通はしておらず、第３のノズル２３を介して連通している。また、第２のノズル２２と発泡室２５も、第２の突出部１２ｂが存在するため、直接連通はしておらず、第３のノズル２３を介して連通している。   In other words, the common ink supply port 3 and the foaming chamber 25 communicate with each other via the first nozzle 21 and the third nozzle 23. In addition, the common sub ink flow path 31 and the foaming chamber 25 communicate with each other via the second nozzle 22 and the third nozzle 23. On the other hand, the first nozzle 21 and the foaming chamber 25 are not in direct communication with each other through the third nozzle 23 because the first protrusion 12 a exists. In addition, the second nozzle 22 and the foaming chamber 25 are not in direct communication with each other because of the second protruding portion 12 b, and are in communication with each other through the third nozzle 23.

また、発泡室２５と第１のノズル２１と第２のノズル２２と第３のノズル２３の形状は、吐出口２の中心から電気熱変換素子１の中心を結んだ軸Ｏに対して、１８０°回転対称形である。また、発泡室２５の平面形状は正方形であり、軸Ｏに対して、９０°回転対称形である。   Further, the foam chamber 25, the first nozzle 21, the second nozzle 22, and the third nozzle 23 have a shape of 180 with respect to an axis O that connects the center of the discharge port 2 to the center of the electrothermal transducer 1. ° Rotational symmetry. Further, the planar shape of the foaming chamber 25 is square, and is 90 ° rotationally symmetric with respect to the axis O.

次に、本実施例のインクジェットプリントヘッドによるインクの吐出に関して説明する。   Next, ink discharge by the ink jet print head of this embodiment will be described.

電気熱変換素子１に電気エネルギを入力することで、電気熱変換素子１に接するインクに急峻な体積変化（気泡の発生）を伴う状態変化を生じさせ、このインクの状態変化に基づく作用力によって吐出口２からインクは吐出されることとなる。ここで、気泡の発生に伴い発生した圧力波は、ノズル内のインクに対して等方的に拡散しようとする。しかしながら、電気熱変換素子１は、その前後に第１の突出部１２ａと第２の突出部１２ｂとが形成され、電気熱変換素子１の両側方にはノズル壁２５が形成された発泡室２５内に配置されている。このため、圧力波は、これら第１及び第２の突出部１２ａ、１２ｂで反射し、第１のノズル２１側、及び第２のノズル２２側には伝播されない。また、両側方にはノズル壁２５が形成されているため、結局、圧力波は、吐出口２の方向に集中して伝播されることとなり、電気熱変換素子１により発生した吐出エネルギが効率よく吐出に利用されることとなる。電気熱変換素子１を駆動させることにより生じる気泡は吐出口２を介して外気と連通する。   By inputting electric energy to the electrothermal conversion element 1, the ink in contact with the electrothermal conversion element 1 undergoes a state change accompanied by a steep volume change (bubble generation). Ink is ejected from the ejection port 2. Here, the pressure wave generated with the generation of bubbles tends to diffuse isotropically with respect to the ink in the nozzle. However, the electrothermal conversion element 1 includes a foaming chamber 25 in which a first protrusion 12a and a second protrusion 12b are formed before and after the electrothermal conversion element 1, and nozzle walls 25 are formed on both sides of the electrothermal conversion element 1. Is placed inside. For this reason, a pressure wave is reflected by these 1st and 2nd protrusion parts 12a and 12b, and is not propagated to the 1st nozzle 21 side and the 2nd nozzle 22 side. Further, since the nozzle walls 25 are formed on both sides, the pressure wave is eventually concentrated and propagated in the direction of the discharge port 2, and the discharge energy generated by the electrothermal conversion element 1 is efficiently used. It will be used for discharge. Bubbles generated by driving the electrothermal conversion element 1 communicate with the outside air through the discharge port 2.

インク吐出後、続くインクの吐出のため、共通インク供給口３及び共通副インク流路３１からインクが発泡室２５内へとリフィルされる。本実施例の場合、第１の突出部１２ａ及び第２の突出部１２ｂは、吐出口プレート５との間にインクが流れる空間が形成されるようにしてインク流路内に突出して形成されている。このため、好適なリフィル特性も確保されている。   After the ink is ejected, the ink is refilled into the foaming chamber 25 from the common ink supply port 3 and the common sub ink channel 31 for the subsequent ink ejection. In the case of the present embodiment, the first projecting portion 12a and the second projecting portion 12b are formed so as to project into the ink flow path so as to form a space through which ink flows between the first projecting portion 12a and the second projecting portion 12b. Yes. For this reason, the suitable refill characteristic is also ensured.

以下に本発明に係るインクジェットプリントヘッドの製造方法の一例を図５に従って、詳細に示す。   Hereinafter, an example of a method for producing an ink jet print head according to the present invention will be described in detail with reference to FIG.

まず、Ｓｉチップ上にパターニング等によって複数の電気熱変換素子１およびそれらを駆動するための必要な配線（不図示）が施された基板４を用意する（図５（ａ））。   First, a substrate 4 on which a plurality of electrothermal transducers 1 and necessary wiring (not shown) for driving them is applied by patterning or the like on a Si chip is prepared (FIG. 5A).

次に、基板４上に、Ｄｅｅｐ−ＵＶ光（３００ｎｍ以下の紫外光）によって、分子中の架橋結合が破壊され、溶解可能な樹脂層１２及び、樹脂層１３を連続で、スピンコート法により塗布する（図５（ｂ），図５（ｃ））。その際、下層となる樹脂層１２には、熱架橋型樹脂を用いることで、上層の樹脂層１３をスピンコート法により塗布する際に、下層の樹脂層１２と上層の樹脂層１３との間で相互に溶融することを防止した。この時、下層の樹脂層１２には、以下の光崩壊型のポジ型レジストを用いた。
・無水メタクリル酸のラジカル重合物
重量平均分子量（Ｍｗ：ポリスチレン換算）＝２５０００
分散度（Ｍｗ／Ｍｎ）＝２．３
この樹脂粉末をシクロヘキサノンに約３０ｗｔ％の固形分濃度にて溶解し、レジスト液として使用した。その際のレジスト溶液の粘度は、６．３×１０^-1Ｎ・ｓ／ｍ²であった。該レジスト液を、スピンコート法にて塗布し、１２０℃で、３分プリベークした後、窒素雰囲気中オーブンにて２５０℃で、６０分間の熱処理を行った。なお、熱処理後のレジスト層の膜厚は１０μｍであった。 Next, on the substrate 4, by the Deep-UV light (ultraviolet light of 300 nm or less), the crosslinking bond in the molecule is broken, and the soluble resin layer 12 and the resin layer 13 are continuously applied by the spin coat method. (FIG. 5B, FIG. 5C). At that time, when the upper resin layer 13 is applied by a spin coat method, a heat-crosslinking resin is used for the lower resin layer 12, so that the resin layer 12 between the lower resin layer 12 and the upper resin layer 13 is not coated. To prevent mutual melting. At this time, the following photodegradable positive resist was used for the lower resin layer 12.
-Radical polymer of methacrylic anhydride Weight average molecular weight (Mw: polystyrene conversion) = 25000
Dispersity (Mw / Mn) = 2.3
This resin powder was dissolved in cyclohexanone at a solid concentration of about 30 wt% and used as a resist solution. The viscosity of the resist solution at that time was 6.3 × 10 ⁻¹ N · s / m ² . The resist solution was applied by spin coating, pre-baked at 120 ° C. for 3 minutes, and then heat-treated at 250 ° C. for 60 minutes in an oven in a nitrogen atmosphere. The thickness of the resist layer after the heat treatment was 10 μm.

また、上層の樹脂層１３には、ＰＭＩＰＫをシクロヘキサノン溶媒で溶解した液を使用した。その後、露光装置により、２７０ｎｍ以下の光を遮蔽するカットフィルタ（不図示）を装着し、２９０ｎｍ近傍の２７０〜３３０ｎｍ帯のＤｅｅｐ−ＵＶ光のみで、上層樹脂を露光＆現像してパターニングした（図５（ｄ））。露光装置は、ウシオ電機製：ＵＸ−３０００ＳＣを用いた。
現像は、メチルイソブチルケトンにて現像、イソプロピルアルコールにてリンス処理を行った。その際、上層の樹脂層１３と下層の樹脂層１２とでは、２９０ｎｍ近傍のＤｅｅｐ−ＵＶ光に対する感度比が、約５０：１以上の差があるために、下層の樹脂層１２が、感光してパターニングされることは無い。次に、同じ露光装置で、２６０ｎｍ以上の光を遮蔽するカットフィルタ（不図示）を装着し、２５０ｎｍ近傍の２３０〜２６０ｎｍ帯のＤｅｅｐ−ＵＶ光のみで、下層の樹脂層１２を露光＆現像することで、パターニングした（図５（ｅ））。現像は、以下の組成の現像液にて現像した後、イソプロピルアルコールにてリンス処理を行って、第一の流路パターンを形成した。
・現像液
ジエチレングリコールモノブチルエーテル ６０ｖｏｌ％
エタノールアミン ５ｖｏｌ％
モルフォリン ２０ｖｏｌ％
イオン交換水 １５ｖｏｌ％
さらに、このようなノズルパターンが形成され、Ｄｅｅｐ−ＵＶ光によって、分子中の架橋結合が破壊され、溶解可能な樹脂層１２、１３上に、被覆樹脂層６を形成した（図５（ｆ））。次に、ＵＶ光を用いた露光装置（キヤノン製：ＭＰＡ−６００Ｓｕｐｅｒ）により、被覆樹脂層６の吐出口２に相当する部分を露光＆現像して除去した（図５（ｇ））。次に、基板４を裏面から化学的にエッチングするなどしてインク供給口３を形成した（図５（ｈ））。より具体的には、強アルカリ溶液（ＫＯＨ，ＮａＯＨ，ＴＭＡＨ）を用いた異方性エッチングによってインク供給口３を形成した。最後に、基板４の表面側から、被覆樹脂層６を透過して、Ｄｅｅｐ−ＵＶ光（３００ｎｍ以下の紫外光）を照射し、ノズル型材である樹脂層１２、１３を溶出させた（図５（ｉ））。これにより、吐出口２、インク供給口３とそれらに連通する段差形状を有するノズルを備えたインクジェットプリントヘッド１０を得ることができる。このチップに電気熱変換素子を駆動するための配線基板と電気的接合等を行うことにより、本発明のインクジェットプリントヘッドを得ることができる。 For the upper resin layer 13, a solution obtained by dissolving PMIPK in a cyclohexanone solvent was used. Thereafter, a cut filter (not shown) that shields light of 270 nm or less is attached by an exposure apparatus, and the upper layer resin is exposed and developed with only Deep-UV light in the 270 to 330 nm band in the vicinity of 290 nm to be patterned (see FIG. 5 (d)). The exposure apparatus used was UX-3000SC manufactured by USHIO.
Development was performed with methyl isobutyl ketone and rinse treatment with isopropyl alcohol. At this time, the upper resin layer 13 and the lower resin layer 12 have a sensitivity ratio of about 50: 1 or more to deep-UV light in the vicinity of 290 nm, so that the lower resin layer 12 is exposed to light. It is never patterned. Next, with the same exposure apparatus, a cut filter (not shown) that blocks light of 260 nm or more is attached, and the lower resin layer 12 is exposed and developed with only 230-260 nm band Deep-UV light in the vicinity of 250 nm. Thus, patterning was performed (FIG. 5E). Development was performed with a developer having the following composition, followed by rinsing with isopropyl alcohol to form a first flow path pattern.
・ Developer Diethylene glycol monobutyl ether 60 vol%
Ethanolamine 5 vol%
Morpholine 20vol%
Ion exchange water 15vol%
Further, such a nozzle pattern was formed, and the crosslinking bond in the molecule was broken by Deep-UV light, and the covering resin layer 6 was formed on the soluble resin layers 12 and 13 (FIG. 5F). ). Next, the portion corresponding to the discharge port 2 of the coating resin layer 6 was removed by exposure and development using an exposure apparatus (Canon: MPA-600 Super) using UV light (FIG. 5G). Next, the ink supply port 3 was formed by chemically etching the substrate 4 from the back surface (FIG. 5 (h)). More specifically, the ink supply port 3 was formed by anisotropic etching using a strong alkaline solution (KOH, NaOH, TMAH). Finally, from the surface side of the substrate 4, the coating resin layer 6 is transmitted, and Deep-UV light (ultraviolet light of 300 nm or less) is irradiated to elute the resin layers 12 and 13 which are nozzle mold materials (FIG. 5). (I)). Thereby, the inkjet print head 10 provided with the nozzle which has the discharge port 2, the ink supply port 3, and the level | step difference shape connected to them can be obtained. The ink jet print head of the present invention can be obtained by performing electrical bonding or the like with a wiring board for driving the electrothermal transducer on this chip.

なお、ノズル内に３段以上の段差を持たせるためには、Ｄｅｅｐ−ＵＶ光によって、分子中の架橋結合が破壊され、溶解可能な樹脂層１２、１３を、さらに階層構造にすることによって形成することができる。例えば、樹脂層１２の下層に、２５０ｎｍ以下のＤｅｅｐ−ＵＶ光に感度を持つ材料を形成し、多段階ノズル構造を形成することができる。   In order to have three or more steps in the nozzle, it is formed by making the resin layers 12 and 13 soluble and having a hierarchical structure by breaking the cross-linking bond in the molecule by Deep-UV light. can do. For example, a multistage nozzle structure can be formed by forming a material having sensitivity to deep-UV light of 250 nm or less below the resin layer 12.

インクジェットプリントヘッドは、気泡を外気と連通させるため、吐出インク滴の体積は電気熱変換素子１と吐出口２との間にあるインクの体積にほとんど依存する。言い換えると吐出特性は、インクジェットプリントヘッドのノズル部分の構造によってほぼ決まるという特徴をもつ。したがって、上記インクジェットプリントヘッドは、ムラのない高品位な画像を出力することができる。本発明の構造は上記のインクジェットプリントヘッド、すなわち、気泡を外気と連通させるために、電気熱変換素子１と吐出口２との間の（最短）距離が３０μｍ以下であるようなインクジェットプリントヘッドに適用することで最大の効果を発揮する。もっとも、電気熱変換素子１を配した基板面に垂直にインク滴を飛翔させるようなインクジェットプリントヘッドであれば、いずれも有効に作用させることができる。   Since the ink jet print head allows air bubbles to communicate with the outside air, the volume of the ejected ink droplet is almost dependent on the volume of the ink between the electrothermal conversion element 1 and the ejection port 2. In other words, the ejection characteristics are characterized by being substantially determined by the structure of the nozzle portion of the inkjet print head. Therefore, the inkjet print head can output a high-quality image without unevenness. The structure of the present invention is the above-described ink jet print head, that is, an ink jet print head in which the (shortest) distance between the electrothermal conversion element 1 and the discharge port 2 is 30 μm or less in order to allow bubbles to communicate with the outside air. The maximum effect is demonstrated by applying. However, any ink jet print head that allows ink droplets to fly perpendicularly to the surface of the substrate on which the electrothermal transducer 1 is disposed can be effectively operated.

また、本発明のインクジェットプリントヘッドにおいては、隣接する電気熱変換素子を同時に駆動させないように分散駆動にて各電気熱変換素子を駆動させることによって、残留気泡による影響をさらに効果的に緩和できるものである。   Further, in the inkjet print head of the present invention, the influence of residual bubbles can be more effectively mitigated by driving each electrothermal conversion element by distributed driving so that adjacent electrothermal conversion elements are not driven simultaneously. It is.

以下に本発明のインクジェットプリントヘッドの構造を具体的に説明する。なお、本実施例で使用したインクジェットプリントヘッドは、図６に示すように、ノズル間隔は片側列６００ｄｐｉピッチ、ヒータを有する基板表面からの吐出口プレートの厚さ３０μｍである。また、ヒータ近傍の第１段目のノズル高さｈ₁は１４μｍ、インク供給口３近傍のノズル高さｈ₂は２２μｍである。評価に使用したインクは、キヤノン製染料系ブラックインク（表面張力４．７８×１０^-2Ｎ／ｍ、粘度１．８×１０^-3Ｎ・ｓ／ｍ²、ｐＨ９．８）を使用した。 The structure of the ink jet print head of the present invention will be specifically described below. In the ink jet print head used in this example, as shown in FIG. 6, the nozzle spacing is 600 dpi pitch on one side, and the thickness of the discharge port plate from the substrate surface having the heater is 30 μm. The first-stage nozzle height h ₁ near the heater is 14 μm, and the nozzle height h ₂ near the ink supply port 3 is 22 μm. The ink used for the evaluation was a Canon-based dye-based black ink (surface tension 4.78 × 10 ⁻² N / m, viscosity 1.8 × 10 ⁻³ N · s / m ² , pH 9.8).

その結果、本実施例のインクジェットプリントヘッドは、従来のインクジェットヘッドに比べて、約５０％程高速の約４０〜６０ｋＨｚの吐出周波数応答性を実現することができた。
（実施例２）
本実施例のインクジェットプリントヘッドの模式図を図７に示す。図７（ａ）はインクジェットプリントヘッドの側断面図であり、図７（ｂ）は上面図である。なお、以下の説明では、実施例１と同じ部材については同じ符号を用いて説明するものとする。 As a result, the ink jet print head of the present embodiment was able to realize a discharge frequency response of about 40 to 60 kHz, which is about 50% faster than the conventional ink jet head.
(Example 2)
A schematic diagram of the ink jet print head of this example is shown in FIG. FIG. 7A is a side sectional view of the ink jet print head, and FIG. 7B is a top view. In the following description, the same members as those in the first embodiment will be described using the same reference numerals.

本実施例では、第２のノズル２２側にのみ突出部１２ｃが形成されている。これにより発泡室２５は、突出部１２ｃ及び２枚のノズル壁２４により電気熱変換素子１の三方を囲む構成となっている。また、図８及び図９に示す上面図でわかるように、第３のノズル２３の幅ｔ₃がノズル壁２４ｔの間隔よりも広いものとなっている。これら以外の基本的な構造は実施例１と同様である。ただし、各部の寸法については以下のように異なる点がある。 In the present embodiment, the protruding portion 12c is formed only on the second nozzle 22 side. Thereby, the foaming chamber 25 is configured to surround the three sides of the electrothermal conversion element 1 by the protruding portion 12 c and the two nozzle walls 24. As can be seen from the top views shown in FIGS. 8 and 9, the width t3 of the _third nozzle 23 is wider than the interval between the nozzle walls 24t. Other basic structures are the same as those in the first embodiment. However, the dimensions of each part are different as follows.

なお、本実施例で使用したインクジェットプリントヘッドは、図８、９に示すように、ノズル間隔は片側列６００ｄｐｉピッチ、ヒータを有する基板表面からの吐出口プレートの厚さ３０μｍである。また、ヒータ近傍の第１段目のノズル高さｈ₁は１０μｍ、インク供給口近傍のノズル高さｈ₂は２０μｍである。評価に使用したインクは、キヤノン製染料系ブラックインク（表面張力４．７８×１０^-2Ｎ／ｍ、粘度１．８×１０^-3Ｎ・ｓ／ｍ²、ｐＨ９．８）を使用した。 In the ink jet print head used in this example, as shown in FIGS. 8 and 9, the nozzle interval is 600 dpi pitch on one side row, and the thickness of the discharge port plate from the substrate surface having the heater is 30 μm. The first-stage nozzle height h ₁ near the heater is 10 μm, and the nozzle height h ₂ near the ink supply port is 20 μm. The ink used for the evaluation was a Canon-based dye-based black ink (surface tension 4.78 × 10 ⁻² N / m, viscosity 1.8 × 10 ⁻³ N · s / m ² , pH 9.8).

本実施例の構成においても、実施例１と同様に従来のインクジェットヘッドに比べて、吐出速度、及び、吐出体積から求められるインク液滴の運動エネルギ計算による効率アップを図れる共に、実施例１と同様の高速での吐出周波数特性を実現することができた。
（実施例３）
本実施例のインクジェットプリントヘッドの模式図を図１０に示す。図１０（ａ）はインクジェットプリントヘッドの側断面図であり、図１０（ｂ）は上面図である。なお、以下の説明では、実施例１、２と同じ部材については同じ符号を用いて説明するものとする。 Also in the configuration of the present embodiment, as in the first embodiment, the efficiency can be improved by calculating the kinetic energy of the ink droplets obtained from the ejection speed and the ejection volume, as compared with the conventional inkjet head. A similar discharge frequency characteristic at high speed could be realized.
(Example 3)
A schematic diagram of the ink jet print head of this example is shown in FIG. FIG. 10A is a side sectional view of the ink jet print head, and FIG. 10B is a top view. In the following description, the same members as those in Examples 1 and 2 are described using the same reference numerals.

本実施例では、実施例２と同様に第２のノズル２２側にのみ突出部１２ｃが形成されているが、図１０及び図１１に示す上面図でわかるように、第３のノズル２３の幅ｔ₃がノズル壁２４の間隔ｔよりも狭くなっている点で異なる。なお、これら以外の基本的な構造は実施例１と同様であるが、各部の寸法については以下のように異なる点がある。 In the present embodiment, the protruding portion 12c is formed only on the second nozzle 22 side as in the second embodiment. However, as can be seen from the top views shown in FIGS. The difference is that t ₃ is narrower than the interval t between the nozzle walls 24. The basic structure other than these is the same as that of the first embodiment, but the dimensions of each part are different as follows.

なお、本実施例で使用したインクジェットプリントヘッドは、図１０、１１に示すように、ノズル間隔は片側列６００ｄｐｉピッチ、ヒータを有する基板表面からの吐出口プレートの厚さ３０μｍである。また、ヒータ近傍の第１段目のノズル高さｈ₁は１２μｍ、インク供給口近傍のノズル高さｈ₂は２５μｍである。評価に使用したインクは、キヤノン製染料系ブラックインク（表面張力４．７８×１０^-2Ｎ／ｍ、粘度１．８×１０^-3Ｎ・ｓ／ｍ²、ｐＨ９．８）を使用した。 In the ink jet print head used in this example, as shown in FIGS. 10 and 11, the nozzle spacing is 600 dpi pitch on one side, and the thickness of the discharge port plate from the substrate surface having the heater is 30 μm. The first-stage nozzle height h ₁ near the heater is 12 μm, and the nozzle height h ₂ near the ink supply port is 25 μm. The ink used for the evaluation was a Canon-based dye-based black ink (surface tension 4.78 × 10 ⁻² N / m, viscosity 1.8 × 10 ⁻³ N · s / m ² , pH 9.8).

本実施例の構成においても、実施例１及び実施例２と同様に従来のインクジェットヘッドに比べて、吐出速度、及び、吐出体積から求められるインク液滴の運動エネルギ計算による効率アップを図れた。また、本実施例の構成は、実施例１及び実施例２と同様の高速での吐出周波数特性を実現することができた。   In the configuration of the present embodiment, as in the first and second embodiments, the efficiency can be improved by calculating the kinetic energy of the ink droplets obtained from the discharge speed and the discharge volume, as compared with the conventional inkjet head. In addition, the configuration of the present example was able to realize the discharge frequency characteristics at the same high speed as in the first and second examples.

本発明のインクジェットプリントヘッドの一部破断外観斜視図である。It is a partially broken external perspective view of the ink jet print head of the present invention. インクジェットプリントヘッドの３開口モデル図である。It is a 3 opening model figure of an inkjet print head. 図２に示したモデルの等価回路図である。FIG. 3 is an equivalent circuit diagram of the model shown in FIG. 2. 本発明の実施例１におけるインクジェットプリントヘッドの側断面図及び上面図である。It is the sectional side view and top view of an inkjet print head in Example 1 of the present invention. 本発明のインクジェットプリントヘッドの製造工程を説明するための工程図である。It is process drawing for demonstrating the manufacturing process of the inkjet print head of this invention. 本発明の実施例１におけるインクジェットプリントヘッドの並列に配置されたノズル列を示す図である。It is a figure which shows the nozzle row arrange | positioned in parallel of the inkjet print head in Example 1 of this invention. 本発明の実施例２におけるインクジェットプリントヘッドの側断面図及び上面図である。It is the sectional side view and top view of an inkjet print head in Example 2 of the present invention. 本発明の実施例２におけるインクジェットプリントヘッドの並列に配置されたノズルを示す図である。It is a figure which shows the nozzle arrange | positioned in parallel of the inkjet print head in Example 2 of this invention. 本発明の実施例２におけるインクジェットプリントヘッドの並列に配置されたノズル列を示す図である。It is a figure which shows the nozzle row arrange | positioned in parallel of the inkjet print head in Example 2 of this invention. 本発明の実施例３におけるインクジェットプリントヘッドの側断面図及び上面図である。It is the sectional side view and top view of an inkjet print head in Example 3 of the present invention. 本発明の実施例３におけるインクジェットプリントヘッドの並列に配置されたノズル列を示す図である。It is a figure which shows the nozzle row arrange | positioned in parallel of the inkjet print head in Example 3 of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

１ 電気熱変換素子
２ 吐出口
３ インク供給口
４ 基板
５ 吐出口プレート
１２ａ 第１の突出部
１２ｂ 第２の突出部
２４ ノズル壁
２５ 発泡室 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Electrothermal conversion element 2 Ejection port 3 Ink supply port 4 Board | substrate 5 Ejection port plate 12a 1st protrusion part 12b 2nd protrusion part 24 Nozzle wall 25 Foaming chamber

Claims (5)

インク滴を吐出するためのエネルギを発生する複数の吐出エネルギ発生素子が列状に配されるとともに前記吐出エネルギ発生素子の配列方向に沿って延在する貫通口からなる共通インク供給口を有する基板と、インク滴が吐出される吐出口が形成された吐出口プレートと、前記複数の吐出エネルギ発生素子を個別に隔離するためのノズル壁と、前記基板、前記吐出口プレート及び前記ノズル壁により形成された、前記吐出口と前記共通インク供給口とを連通するインク流路と、を有するインクジェットプリントヘッドにおいて、
前記吐出口プレートとの間にインクが流れる空間が形成されるようにして前記インク流路内に突出して形成された少なくとも１つの突出部材を有し、
前記ノズル壁及び前記突出部材によって、前記吐出エネルギ発生素子の少なくとも三方を囲む発泡室が形成されていることを特徴とするインクジェットプリントヘッド。 A substrate having a plurality of ejection energy generating elements that generate energy for ejecting ink droplets arranged in a line and having a common ink supply port including a through-hole extending along the arrangement direction of the ejection energy generating elements And an ejection port plate in which ejection ports for ejecting ink droplets are formed; a nozzle wall for individually separating the plurality of ejection energy generating elements; and the substrate, the ejection port plate, and the nozzle wall. In an inkjet printhead having an ink flow path that communicates the ejection port and the common ink supply port,
Having at least one projecting member formed so as to project into the ink flow path so that a space through which ink flows is formed between the ejection port plate and
An ink jet print head, wherein a foam chamber surrounding at least three sides of the ejection energy generating element is formed by the nozzle wall and the protruding member. 前記インク流路は、前記共通インク供給口と連通する第１のノズルと、前記第１のノズルと連通し、前記吐出エネルギ発生素子と前記吐出口との間に配された、前記空間を含む第３のノズルと、前記第３のノズルと連通する第２のノズルと、前記第２のノズルと連通する共通の副インク流路で構成されている、請求項１に記載のインクジェットプリントヘッド。   The ink flow path includes a first nozzle that communicates with the common ink supply port, and the space that communicates with the first nozzle and is disposed between the ejection energy generating element and the ejection port. The inkjet print head according to claim 1, comprising a third nozzle, a second nozzle communicating with the third nozzle, and a common sub-ink flow path communicating with the second nozzle. 前記第１のノズル及び前記第２のノズルは、前記第３のノズルに対して、前記共通インク供給口から供給されたインクの前記第１のノズル内の流れ方向と交差する方向で連通している、請求項２に記載のインクジェットプリントヘッド。   The first nozzle and the second nozzle communicate with the third nozzle in a direction intersecting a flow direction of the ink supplied from the common ink supply port in the first nozzle. The inkjet printhead according to claim 2. 前記吐出エネルギ発生素子の両側に配置された前記突出部材によって前記吐出エネルギ発生素子の四方を囲んだ前記発泡室の前記吐出口側からみた平面形状は、前記吐出口の中心から前記吐出エネルギ発生素子の中心を結んだ軸に対して、９０°回転対称形である、請求項１ないし３のいずれか１項に記載のインクジェットプリントヘッド。   The planar shape seen from the discharge port side of the foaming chamber, which surrounds the four sides of the discharge energy generation device by the protruding members arranged on both sides of the discharge energy generation device, is the discharge energy generation device from the center of the discharge port. The inkjet print head according to claim 1, wherein the inkjet print head is 90 ° rotationally symmetric with respect to an axis connecting the centers of the two. 前記発泡室、前記第１のノズル、前記第２のノズル及び前記第３のノズルの形状は、前記吐出口の中心から前記吐出エネルギ発生素子の中心を結んだ軸に対して、１８０°回転対称形である、請求項２ないし４のいずれか１項に記載のインクジェットプリントヘッド。   The shapes of the foaming chamber, the first nozzle, the second nozzle, and the third nozzle are 180 ° rotationally symmetric with respect to an axis connecting the center of the discharge energy generating element with the center of the discharge port. The ink jet print head according to claim 2, wherein the ink jet print head has a shape.

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