JP2803840B2 - Inkjet recording head - Google Patents
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- B41J—TYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
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- B41J2202/08—Embodiments of or processes related to ink-jet heads dealing with thermal variations, e.g. cooling
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- Particle Formation And Scattering Control In Inkjet Printers (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、インクジェット記録ヘッドに関し、詳しく
は、記録液のインクに熱エネルギーを付与して液相を気
相に相変化させ、そのときに発生する膨張力によりイン
クを吐出させて飛翔的液滴となし、液滴を被記録材上に
着弾させて記録が行われるインクジェット記録ヘッドに
関する。Description: BACKGROUND OF THE INVENTION The present invention relates to an ink jet recording head, and more particularly, to applying heat energy to a recording liquid ink to change a liquid phase into a gas phase. The present invention relates to an ink jet recording head in which ink is ejected by a generated expansion force to form flying droplets, and droplets land on a recording material to perform recording.
［従来の技術］ 従来、インクジェット記録方式は、記録時の騒音が少
なく、被記録材上に直接文字や画像を記録信号にして記
録できる極めて有用な記録方式として知られている。ま
た、そのうちでも上述したように熱エネルギーによって
インクの一部に相変化を生ぜしめ、その作用力によって
インクを吐出，飛翔させて記録を行う熱バブルジェット
記録方式は、ドロップ・オン・デマンド型として構造が
簡単で、高密度マルチノズル化が容易であり、高解像
度，高速度化が図れるという特徴を有している。2. Description of the Related Art Conventionally, an ink jet recording method is known as an extremely useful recording method that can record a character or an image as a recording signal directly on a recording material, with little noise during recording. Among them, as described above, the thermal bubble jet recording method in which a phase change is caused in a part of the ink by thermal energy and the ink is ejected and fly by the action force to perform recording is a drop-on-demand type. It has the features that the structure is simple, high-density multi-nozzles can be easily achieved, and high resolution and high speed can be achieved.
第２図は従来のこの種のインクジェット記録ヘッドの
一例を示す。ここで、１は基板であり、熱伝導性がよ
く、かつ平滑な表面が要求されることなどから一般には
シリコン結晶板が使用される。２は基板１上に形成され
たSiO2などによる絶縁層、３は抵抗層で形成された電気
熱変換素子としての発熱体、４は発熱体３に印加電圧を
供給するために設けられた配線パターン、５は配線パタ
ーン４および発熱体３上に被覆された絶縁層であり、こ
の絶縁層５上にガラスカバー６が装着されることによ
り、インク吐出口7,液路８および共通液室９が形成され
ている。FIG. 2 shows an example of this type of conventional ink jet recording head. Here, reference numeral 1 denotes a substrate, and a silicon crystal plate is generally used because it requires good thermal conductivity and a smooth surface. 2 is an insulating layer made of SiO 2 or the like formed on the substrate 1, 3 is a heating element as an electrothermal conversion element formed of a resistance layer, and 4 is a wiring provided for supplying an applied voltage to the heating element 3. The pattern 5 is an insulating layer covering the wiring pattern 4 and the heating element 3. The glass cover 6 is mounted on the insulating layer 5 so that the ink discharge port 7, the liquid path 8 and the common liquid chamber 9 are formed. Are formed.
10は配線パターン４を介して発熱体３を駆動するため
のドライバ、11は基板１の下面側に接着剤12によって接
着された支持部材であり、支持部材11は熱伝導が良好な
アルミニウム等で形成され、記録装置の側に取付けられ
ている。そこで、このように構成されたインクジェット
記録ヘッドにおいては、不図示のインクタンクから共通
液室９を介して液路８にインク13が供給され、不図示の
被記録材に対する記録ヘッドの相対移動中にドライバ10
を介して発熱体３に記録信号が供給されることによって
発熱体３に接するインク13中に気泡14を発生させ、この
気泡14の膨張するときの圧力によって吐出口７からイン
ク滴15を被記録材に向けて飛翔させ、記録を行うことが
できる。Reference numeral 10 denotes a driver for driving the heating element 3 via the wiring pattern 4, reference numeral 11 denotes a support member adhered to the lower surface of the substrate 1 by an adhesive 12, and the support member 11 is made of aluminum or the like having good heat conductivity. Formed and mounted on the side of the recording device. Therefore, in the ink jet recording head configured as described above, the ink 13 is supplied to the liquid passage 8 from the ink tank (not shown) via the common liquid chamber 9, and the ink 13 is moved relative to the recording material (not shown). Driver 10
The recording signal is supplied to the heating element 3 through the nozzle, thereby generating a bubble 14 in the ink 13 in contact with the heating element 3, and the ink droplet 15 is recorded from the ejection port 7 by the pressure when the bubble 14 expands. It can fly toward the material and record.
［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、上述したような従来のインクジェット
記録ヘッドでは、インク滴15の大きさおよび吐出機構の
安定性がインク温度によって大きく左右されるので、発
熱体３によって発生した熱をできるだけ速やかに基板１
から支持部材11を介して逃してやる必要がある。また、
発熱体３は吐出口14に近く配設されているため発熱体３
直下の基板が最も温度が高くなる。そこで、支持部材11
と基板１とをできるだけヘッド先端部まで完全に接着剤
あるいは熱伝導性グリースで接合させておくことが望ま
しいが、このようにすると接着剤あるいは熱伝導性グリ
ースが吐出面にはみ出す虞があり困難である。[Problems to be Solved by the Invention] However, in the above-described conventional ink jet recording head, since the size of the ink droplet 15 and the stability of the ejection mechanism are greatly affected by the ink temperature, the problem is caused by the heating element 3. Heat the substrate 1 as soon as possible.
It is necessary to escape through the support member 11. Also,
Since the heating element 3 is disposed near the discharge port 14, the heating element 3
The substrate immediately below has the highest temperature. Therefore, the support member 11
It is desirable that the substrate and the substrate 1 are completely bonded to the tip of the head as much as possible with an adhesive or thermally conductive grease. However, in this case, the adhesive or the thermally conductive grease may protrude to the ejection surface, and it is difficult. is there.
また、基板１と支持部材11とでは熱膨張の違いがあ
り、双方の接触部における熱伝達が十分でなかったり、
反りが生じたりする。更にまた、液路８におけるインク
13の温度はその液路８に連通するインク吐出口14からの
インク吐出頻度、すなわち吐出履歴によって左右される
ため、猶更に基板１および支持部材11の温度を一定に保
つことが難しかった。Further, there is a difference in thermal expansion between the substrate 1 and the support member 11, and heat transfer between the contact portions is not sufficient,
Warpage may occur. Furthermore, the ink in the liquid path 8
Since the temperature of 13 is influenced by the frequency of ink discharge from the ink discharge ports 14 communicating with the liquid passage 8, that is, the discharge history, it has been difficult to keep the temperatures of the substrate 1 and the support member 11 constant.
本発明の目的は、上述した従来の問題点に着目し、そ
の解決を図るべく、インクの昇温を抑制し、常に安定し
たインク滴の吐出機能が保証されるインクジェット記録
ヘッドを提供することにある。SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide an ink jet recording head that focuses on the above-described conventional problems and suppresses the temperature rise of the ink in order to solve the problems, and always ensures a stable ink droplet ejection function. is there.
［課題を解決するための手段］ かかる目的を達成するために、本発明は、基板上に設
けられた液路に該液路と連通するインク吐出口を有し、
前記液路に配設された電気熱変換素子の付勢により前記
液路中のインクを相変化させ、該相変化によって発生し
た作用力により前記インク吐出口からインクを吐出させ
て記録が行われるインクジェット記録ヘッドにおいて、
前記基板は、表面に絶縁層を配した金属からなるととも
に前記液路が設けられている面の裏面に冷却用放熱部が
作り込まれていることを特徴とするものである。[Means for Solving the Problems] In order to achieve the above object, the present invention provides a liquid path provided on a substrate, having an ink discharge port communicating with the liquid path,
The ink in the liquid path undergoes a phase change by the urging of the electrothermal conversion element disposed in the liquid path, and the ink is ejected from the ink ejection port by the action force generated by the phase change, thereby performing recording. In an inkjet recording head,
The substrate is made of a metal having an insulating layer disposed on a front surface thereof, and has a cooling radiator formed on the back surface of the surface on which the liquid passage is provided.
［作用］ 本発明によれば、基板は、表面に絶縁層を配した金属
からなるとともに液路が設けられている面の裏面に冷却
用放熱部が作り込まれているために温度変化による基板
の反りが防止され、また、冷却用放熱部により基板を介
して液路中のインクが効率良く冷却されるので、吐出さ
れるインクの昇温を抑制することができて、常に一定し
た大きさのインク滴を安定した状態で吐出させ、記録を
行うことができる。[Operation] According to the present invention, the substrate is made of metal having an insulating layer disposed on the surface, and the cooling radiator is formed on the back surface of the surface on which the liquid path is provided. The ink in the liquid path is efficiently cooled through the substrate by the cooling radiator, so that the temperature of the ejected ink can be suppressed, and the size of the ink can be kept constant. Can be ejected in a stable state to perform recording.
［実施例］ 以下に、図面に基づいて本発明の実施例を詳細かつ具
体的に説明する。[Example] Hereinafter, an example of the present invention will be described in detail and specifically with reference to the drawings.
第１図は本発明の一実施例を示す。ここで、40は熱良
導体であるが、例えばシリコン結晶板で形成された基板
であり、その上面にはSiO2等による絶縁層５が形成され
ている。なお、基板40としてはポリシリコンまたは金属
材料を用いたものであってもよく、この場合も、その発
熱体３が設けられる表面側には同様に絶縁層５が設けら
れる。41はこのような熱伝導体基板40の裏面側に基板40
と一体に形成された冷却用放熱部（以下でヒートシンク
部という）であり、ヒートシンク部41には放熱し易いよ
うに本例の場合複数のフィン41Aが形成されている。FIG. 1 shows an embodiment of the present invention. Here, reference numeral 40 denotes a good thermal conductor, which is a substrate formed of, for example, a silicon crystal plate, on which an insulating layer 5 of SiO 2 or the like is formed. The substrate 40 may be made of polysilicon or a metal material. In this case, the insulating layer 5 is similarly provided on the surface on which the heating element 3 is provided. 41 is a substrate 40 on the back side of such a heat conductor substrate 40.
In this embodiment, a plurality of fins 41A are formed on the heat sink 41 so that heat is easily dissipated.
42は発熱体３近傍の温度が計測し易いように、その裏
面側に装着された温度センサ、43は温度センサ42からの
検知信号に従ってファン44のオン・オフを制御すると共
に基板40上に設けられたヒータ45のオン・オフを制御可
能な温度制御回路である。なお、ヒータ45は本例の場
合、ドライバ10近傍の基板40上に設けられているが、そ
の設置位置はインク吐出機能が損なわれない限り基板40
上のどのような位置であってもよい。Reference numeral 42 denotes a temperature sensor mounted on the back side of the heating element 3 so that the temperature near the heating element 3 can be measured easily. Reference numeral 43 controls on / off of the fan 44 according to a detection signal from the temperature sensor 42 and is provided on the substrate 40. This is a temperature control circuit capable of controlling ON / OFF of the heater 45 provided. In this example, the heater 45 is provided on the substrate 40 near the driver 10. However, the heater 45 is installed on the substrate 40 unless the ink discharge function is impaired.
It may be any position above.
このように構成したインクジェット記録装置において
は、記録信号に応じてドライバ10により発熱体13が選択
的に駆動されて急速に発熱され、発熱体３に接するイン
ク13中に気泡14が発生することによってインク滴15が形
成されるが、そのときに生じた熱が基板40およびインク
13に蓄積される。しかし、基板40に熱が伝達され、蓄積
されて基板温度が所定温度以上になると、温度制御回路
43によってファン44が駆動され、ヒートシンク41から熱
が放熱されるので、基板40の温度を低下させると共に、
発熱体３および液路８中のインク13をも冷却させること
ができる。また、基板40の温度が所定温度からかけ離れ
たような低い温度となると、インクの吐出機能に影響を
与えるので、温度制御回路43ではヒータ45に信号を送給
してこれを付勢し、基板40の温度が所定の温度に戻るよ
うに制御する。In the ink jet recording apparatus configured as described above, the heating element 13 is selectively driven by the driver 10 in accordance with the recording signal and is rapidly heated, and the bubbles 14 are generated in the ink 13 in contact with the heating element 3. An ink droplet 15 is formed, and the heat generated at that time is applied to the substrate 40 and the ink.
Stored in 13. However, when heat is transmitted to and accumulated in the substrate 40, and the substrate temperature exceeds a predetermined temperature, the temperature control circuit
The fan 44 is driven by 43, and heat is radiated from the heat sink 41, so that the temperature of the substrate 40 is reduced,
The heating element 3 and the ink 13 in the liquid path 8 can also be cooled. Further, when the temperature of the substrate 40 becomes a low temperature that is far from the predetermined temperature, it affects the ink discharge function. Therefore, the temperature control circuit 43 sends a signal to the heater 45 to energize it, Control is performed so that the temperature of 40 returns to a predetermined temperature.
［発明の効果］ 以上説明してきたように、本発明によれば、基板は、
表面に絶縁層を配した金属からなるとともに液路が設け
られている面の裏面に冷却用放熱部が作り込まれている
ようにしたので、温度変化による基板の反りを防止する
ことができ、また、冷却用放熱部を介して液路中のイン
クを冷却するようにしたので、インクの昇温を抑制する
ことができて、簡単な構成で常に安定したインク吐出に
より高品位の記録を実施することができる。[Effects of the Invention] As described above, according to the present invention, the substrate comprises:
Since it is made of metal with an insulating layer on the surface and a cooling radiator on the back of the surface where the liquid path is provided, it is possible to prevent the substrate from warping due to temperature change, In addition, since the ink in the liquid path is cooled through the cooling radiator, the temperature rise of the ink can be suppressed, and high-quality printing can be performed with a simple structure and stable ink ejection. can do.
第１図は本発明インクジェット記録ヘッドの構成の一例
を模式的に示す断面図、 第２図は従来のインクジェット記録ヘッドの構成を模式
的に示す断面図である。 ３……発熱体、 ６……ガラスカバー、 ７……インク吐出口、 ８……液路、 ９……共通液室、 10……ドライバ、 13……インク、 15……インク滴、 40……基板、 41……冷却用放熱部、 41A……フィン、 42……温度センサ、 43……温度制御回路、 44……ファン、 45……ヒータ。FIG. 1 is a cross-sectional view schematically illustrating an example of the configuration of the ink jet recording head of the present invention, and FIG. 2 is a cross-sectional view schematically illustrating the configuration of a conventional ink jet recording head. 3 ... heating element, 6 ... glass cover, 7 ... ink discharge port, 8 ... liquid path, 9 ... common liquid chamber, 10 ... driver, 13 ... ink, 15 ... ink drop, 40 ... … Substrate, 41… cooling radiator, 41A… fin, 42… temperature sensor, 43… temperature control circuit, 44… fan, 45… heater.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 谷中 俊之 東京都大田区下丸子３丁目30番２号 キ ャノン株式会社内 (72)発明者 高宮 誠 東京都大田区下丸子３丁目30番２号 キ ャノン株式会社内 (72)発明者 山本 恒介 東京都大田区下丸子３丁目30番２号 キ ャノン株式会社内 (72)発明者 高橋 美彦 東京都大田区下丸子３丁目30番２号 キ ャノン株式会社内 (56)参考文献 特開 昭55−82663（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) B41J 2/05,2/175──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (72) Inventor Toshiyuki Yanaka 3-30-2 Shimomaruko, Ota-ku, Tokyo Inside Canon Inc. (72) Inventor Makoto Takamiya 3-30-2 Shimomaruko, Ota-ku, Tokyo Canon Inside (72) Inventor Kosuke Yamamoto 3-30-2 Shimomaruko, Ota-ku, Tokyo Canon Inc. (72) Inventor Yoshihiko Takahashi 3-30-2, Shimomaruko, Ota-ku, Tokyo Canon Inc. (56) References JP-A-55-82663 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 6 , DB name) B41J 2 / 05,2 / 175
Claims (1)
るインク吐出口を有し、前記液路に配設された電気熱変
換素子の付勢により前記液路中のインクを相変化させ、
該相変化によって発生した作用力により前記インク吐出
口からインクを吐出させて記録が行われるインクジェッ
ト記録ヘッドにおいて、 前記基板は、表面に絶縁層を配した金属からなるととも
に前記液路が設けられている面の裏面に冷却用放熱部が
作り込まれていることを特徴とするインクジェット記録
ヘッド。A liquid passage provided on the substrate, the ink passage having an ink discharge port communicating with the liquid passage, and the ink in the liquid passage being urged by an electrothermal conversion element disposed in the liquid passage. Phase change,
In an ink jet recording head in which recording is performed by discharging ink from the ink discharge ports by the action force generated by the phase change, the substrate is made of metal having an insulating layer disposed on a surface thereof, and the liquid path is provided. An ink jet recording head characterized in that a cooling heat radiating portion is formed on the back surface of the surface.
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- 1989-04-25 JP JP1103475A patent/JP2803840B2/en not_active Expired - Fee Related
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