JP2998983B2 - Inkjet recording head - Google Patents
Inkjet recording headInfo
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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、インクジェットプリンターのヘッドに関す
る。Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to an ink jet printer head.
［従来技術］ 液体状のインクをノズルから吐出せしめて画像の記録
を行うインクジェット記録方法は、普通紙への印字が可
能なこと、カラー化への対応が容易なこと、印字速度が
速いこと等の利点から近年では色々な吐出原理に基づく
プリンターが市販されている。従来より用いられている
インクジェット方式の具体的な方式は、例えばテレビジ
ョン学会誌37（７）54 0（1983）等に記載されている。[Prior art] An ink jet recording method in which a liquid ink is ejected from a nozzle to record an image is capable of printing on plain paper, being easily compatible with colorization, having a high printing speed, and the like. Due to the advantages described above, printers based on various ejection principles have been marketed in recent years. Specific examples of the conventionally used ink jet system are described in, for example, the Journal of the Institute of Television Engineers of Japan 37 (7) 540 (1983).
代表的な方法の例としては、PZT等の圧電素子に、画
像に沿ったパルス電圧を印加したり、インク室内のイン
クに熱を作用せしめて気泡を形成することにより、イン
ク室内のインクに圧力を加えてインクをノズルより押し
出すパルス・オンデイマンド方式、画像に従ったパルス
電圧を電極に印加することによりインク中に電荷を誘起
せしめてノズルよりインクを記録紙側に吸引する静電吸
引方式、連続的にインク滴を形成し、荷電量を制御する
ことにより選択的にインク滴を記録紙側へ飛翔せしめる
方式などが挙げられる。Typical examples of the method include applying a pulse voltage in accordance with an image to a piezoelectric element such as PZT, or applying heat to the ink in the ink chamber to form air bubbles, thereby applying pressure to the ink in the ink chamber. Pulse-on-demand method to push out ink from nozzles by applying a pulse, electrostatic suction method to induce charge in ink by applying pulse voltage according to image to electrodes, and to suction ink from nozzle to recording paper side, continuous A method of selectively flying ink droplets toward the recording paper side by forming ink droplets and controlling the amount of charge is exemplified.
これらの従来技術の欠点として、例えば、圧電素子を
用いるヘッドは、例えば、実開昭56−14305公報などに
記載されているが、このようなヘッドは切削、接合など
の機械的な加工で製作されるものであり、所望の解像度
が得られなかったり、コストが高くなってしまうという
欠点がある。又、熱による気泡を用いる方法では、高解
像度、低コストのヘッドは得易いが、印加する温度が30
0℃以上の高温となるためにヒーター部分の破壊が生じ
易い、インクが直接加熱されるために、インク中の染料
の分解が生じ、耐水性の高い染料を用いることができな
い、ホットメルト・インクでは吐出が困難となる等、用
いることのできるインクが制約をうけるといった欠点が
ある。As a drawback of these conventional techniques, for example, a head using a piezoelectric element is described in, for example, Japanese Utility Model Laid-Open Publication No. 56-14305, but such a head is manufactured by mechanical processing such as cutting and joining. However, there is a drawback that a desired resolution cannot be obtained or the cost increases. Also, in the method using bubbles by heat, a high-resolution and low-cost head is easily obtained, but the applied temperature is 30 ° C.
Hot melt inks where the heater is apt to be destroyed due to the high temperature of 0 ° C. or higher, the dye in the ink is decomposed because the ink is directly heated, and a dye having high water resistance cannot be used. However, there is a disadvantage that the ink that can be used is restricted, for example, the ejection becomes difficult.
静電吸引方式は、例えば、USP3060429号公報等に開示
されている方式であるが、やはり高解像度、低コストの
ヘッドは得易いけれども、インクが特定の電気伝導度を
有する必要があるため特殊なインクしか用いることがで
きない、駆動するための電圧が高く駆動回路のコストが
高くなってしまう、などの欠点がある。The electrostatic suction method is, for example, a method disclosed in U.S. Pat.No. 3,060,429, but a high-resolution, low-cost head is easy to obtain, but a special ink is required because the ink needs to have a specific electric conductivity. There are drawbacks such as that only ink can be used, the driving voltage is high, and the cost of the driving circuit is high.
連続的にインク滴を吐出せしめる方法は、例えば、US
P3596275号公報、USP3298030号公報などに開示されてい
る方法であるが、インク供給系にポンプが必要であり、
装置が大型なものとなり易く、又、１ノズル当たりの応
答周波数は大きくできるが、高密度にノズルを配置した
ヘッドで記録することは困難であり、高速な記録を行う
ことができ難い。A method for continuously ejecting ink drops is, for example, US
P3596275, the method disclosed in USP3298030, etc., requires a pump in the ink supply system,
Although the apparatus tends to be large, and the response frequency per nozzle can be increased, it is difficult to perform recording with a head having nozzles arranged at high density, and it is difficult to perform high-speed recording.
［発明が解決しようとする課題］ 本発明は、上記のような従来より用いられてきたイン
クジェット記録方法の問題点を解消することのできる、
新しい吐出方法に基づくインクジェット記録用ヘッドを
提供することを目的とするものである。すなわち、低コ
スト、高密度、高速記録、低エネルギーでの記録が可能
であって、かつ用いることのできるインクの制限が少な
く、普通紙にも印字が可能となるインクジェット記録用
ヘッドを提供することを目的とするものである。[Problems to be Solved by the Invention] The present invention can solve the problems of the conventionally used inkjet recording method as described above.
It is an object of the present invention to provide an inkjet recording head based on a new ejection method. That is, to provide an ink jet recording head capable of low-cost, high-density, high-speed recording, low-energy recording, and with few restrictions on usable ink, and capable of printing on plain paper. It is intended for.
［課題を解決するための手段］ 上記課題を達成するため、少なくとも一部の壁が弾性
壁で形成され、内部に、相変化により体積を増大する物
質を充填した実質的な密閉容器と、上記物質を加熱し、
その相変化を生じさせてインクを吐出させる手段を有す
るインクジェット記録用ヘッドにおいて、特に密閉され
た容器内に充填される物質の物性、または、この物質に
対する熱伝導手段の如何が記録速度に大きな影響を及ぼ
すことを見出し、本発明に至ったものである。[Means for Solving the Problems] In order to achieve the above-mentioned object, at least a part of the wall is formed of an elastic wall, and the inside thereof is substantially filled with a substance whose volume is increased by a phase change. Heating the substance,
In an ink jet recording head having a means for causing the phase change to eject ink, the physical properties of a substance to be filled in a closed container, or a method of heat conduction to this substance, has a great influence on a recording speed. Have been found, and the present invention has been achieved.
上記課題達成するための本発明の構成は、特許請求の
範囲に記載のとおりのインクジェット記録用ヘッドであ
る。A configuration of the present invention for achieving the above object is an inkjet recording head as described in the claims.
第１図は、例えば請求項（１）に該当するインクジェ
ット記録用ヘッドの一実施例を説明するための要部構成
図である。図中、１はヘッド用基板、２は中間絶縁体
層、３は発熱抵抗体層、4,5は電極、６は保護層、7a,7b
は密閉容器壁、８は密閉容器弾性壁、9,10はインク室形
成壁であり、該形成壁はインクを被記録材へ向けて噴出
するための吐出口11、インクタンクよりインクを補給す
るための開口部14を形成している。7a,7b及び６により
形成される密閉された容器には加熱により相変化を生じ
体積変化する物質13が充填されている。FIG. 1 is a main part configuration diagram for explaining an embodiment of an ink jet recording head according to claim (1), for example. In the figure, 1 is a head substrate, 2 is an intermediate insulator layer, 3 is a heating resistor layer, 4 and 5 are electrodes, 6 is a protective layer, 7a and 7b.
Is a closed container wall, 8 is a closed container elastic wall, and 9 and 10 are ink chamber forming walls. The forming walls supply ink from a discharge port 11 for ejecting ink toward a recording material and an ink tank. Opening 14 is formed. The sealed container formed by 7a, 7b and 6 is filled with a substance 13 which undergoes a phase change by heating and changes in volume.
発熱部の構成は従来より感熱記録、感熱転写記録、熱
インクジェット記録の分野で知られているものと同様な
ものが用いられる。例えば、基板１として、アルミナな
どのセラミックス、ガラス、フェノール樹脂等のプラス
チック、シリコン等の単結晶ウエファーやステンレス、
真鍮、アルミニウム、ジユラルミン等を用いることがで
きるが、本発明においては、特に、放熱効率を良くする
ために熱伝導率の大きな材料を用いることが好ましい。
又、基板の外側に放熱効率を良くするためのフィン等の
突起を設けることができる。The configuration of the heat generating portion is the same as that conventionally known in the fields of thermal recording, thermal transfer recording, and thermal inkjet recording. For example, as the substrate 1, ceramics such as alumina, glass, plastics such as phenolic resin, single crystal wafers such as silicon, stainless steel,
Although brass, aluminum, duralumin, and the like can be used, in the present invention, it is particularly preferable to use a material having a large thermal conductivity in order to improve heat radiation efficiency.
Further, projections such as fins for improving heat radiation efficiency can be provided outside the substrate.
中間絶縁体層２としては、シリコンの酸化物、窒化
物、炭化物や、グレーズドガラス、エポキシ等を用いる
ことができる。発熱体層３としては、窒化タンタル（Ta
2N）、硼化ハフニウム、硼化ジルコニウム、硼化ランタ
ン、硼化タンタル、硼化バナジウム、硼化ニオブ、硼化
タングステン、硼化チタン、硼化クロム、ニクロム、酸
化ルテチウム、シリコン半導体、銀−パラジウム合金、
タンタル−SiO2混合物、等を用いることができ、中間絶
縁層上に真空蒸着法、スパッタリング、印刷等の方法に
より設けられる。発熱体層の膜厚は、単位時間あたりの
発熱量が所望のものとなるように、その面積、材質、及
び熱作用部分の形状および大きさ等の要因を考慮して設
計されるものであるが、通常の場合には0.001〜５μ
ｍ、好適には0.01〜１μｍである。As the intermediate insulator layer 2, silicon oxide, nitride, carbide, glazed glass, epoxy, or the like can be used. The heating element layer 3 is made of tantalum nitride (Ta).
2 N), borides of hafnium, zirconium boride, lanthanum boride, boride, tantalum boride, vanadium boride, niobium, tungsten boride, titanium boride, chromium boride, nichrome, lutetium oxide, silicon semiconductor, silver - Palladium alloy,
A tantalum-SiO 2 mixture or the like can be used, and is provided on the intermediate insulating layer by a method such as vacuum evaporation, sputtering, or printing. The thickness of the heating element layer is designed in consideration of factors such as its area, material, and shape and size of the heat acting portion so that the amount of heat generated per unit time is a desired value. However, usually 0.001-5μ
m, preferably 0.01 to 1 μm.
発熱体層に通電するこの電極４、５としては、Al、A
g、Au、Pt、Cu、Niおよびこれらの金属の合金をもちい
ることができる。発熱体の保護層６としては、酸化シリ
コン、窒化シリコン、酸化マグネシウム、酸化アルミニ
ウム、酸化タンタル、酸化ジルコニウム、等を用いるこ
とができる。The electrodes 4 and 5 for energizing the heating element layer include Al, A
g, Au, Pt, Cu, Ni and alloys of these metals can be used. As the protective layer 6 of the heating element, silicon oxide, silicon nitride, magnesium oxide, aluminum oxide, tantalum oxide, zirconium oxide, or the like can be used.
密閉容器壁7a,7bは、ポリイミド、ポリアミド、ポリ
フッ化エチレンなどのフィルムを、エキシマ・レーザー
や炭酸ガス・レーザーなどによるエッチングによって穿
孔又は溝切加工する方法、感光性ポリマーを用い、マス
クをかけて露光した後エッチングする方法、ガラス、金
属等の部材を用い、器壁層の上に更に感光性ポリマー層
を塗布した後、マスクをかけて露光し、感光性ポリマー
層及び部材をエッチングする方法、ポリイミド、ポリア
ミド、ポリフッ化エチレン、ガラス、金属等の層を設け
た後、ダイシング・ソー等により切削加工する方法等に
よって形成することができる。Closed container walls 7a, 7b are made of a film such as polyimide, polyamide, or polyfluoroethylene, using a method of perforating or grooving by etching with an excimer laser or carbon dioxide gas laser, using a photosensitive polymer, and applying a mask. A method of etching after exposure, using a member such as glass and metal, further applying a photosensitive polymer layer on the vessel wall layer, exposing with a mask, a method of etching the photosensitive polymer layer and the member, After a layer of polyimide, polyamide, polyfluoroethylene, glass, metal, or the like is provided, it can be formed by a method of cutting with a dicing saw or the like.
弾性壁８は、ポリイミド、ポリアミド、ポリエチレ
ン、ポリプロピレン、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリ
デン等のポリマーや、ステンレス鋼、ニッケル、金、等
の金属で形成することができる。弾性壁を設ける方法と
しては、上記の材料でできたフィルムを接着する方法、
相変化物質13を充填した後、塗布、又は真空蒸着、スパ
ッターリングする方法などがある。The elastic wall 8 can be formed of a polymer such as polyimide, polyamide, polyethylene, polypropylene, polyvinyl chloride, or polyvinylidene chloride, or a metal such as stainless steel, nickel, or gold. As a method of providing the elastic wall, a method of bonding a film made of the above material,
After filling the phase change material 13, there is a method of applying, vacuum depositing, or sputtering.
インク室形成壁９、10は、密閉容器壁7a,7bと同様な
加工方法及び材料によって作製することができる。The ink chamber forming walls 9 and 10 can be manufactured by the same processing method and material as the closed container walls 7a and 7b.
7a,7b及び3,4により形成される密閉された容器に、加
熱により相変化を生じ体積を増大する物質13が充填され
ている。A sealed container formed by 7a, 7b and 3, 4 is filled with a substance 13 which undergoes a phase change upon heating and increases in volume.
本発明の特徴は、この物質が、少なくとも加熱による
相変化によって体積を増加する化合物を含有する点にあ
る。A feature of the invention is that the substance contains at least a compound that increases in volume by a phase change due to heating.
本発明は密閉された上記物質が、上記化合物の外にこ
の化合物によりも熱伝導率の高い物質を更に含有するも
のである。According to the present invention, the sealed substance further contains, in addition to the compound, a substance having a higher thermal conductivity than the compound.
請求項（２）の発明は第２図および第３図に示すよう
に、熱伝導率の高い物質からなる突起15が、保護層６か
ら突出している例である。As shown in FIGS. 2 and 3, the invention of claim (2) is an example in which a projection 15 made of a material having a high thermal conductivity projects from the protective layer 6.
第３図に示すものは基板１の反対面に更に放熱用フィ
ン18を設け、インク室形成壁10の上面に、吐出口11を設
けたノズルプレート17を備え、インクを上方に吐出する
ようにした例である。3 is provided with a heat radiation fin 18 on the opposite surface of the substrate 1 and a nozzle plate 17 provided with a discharge port 11 on the upper surface of the ink chamber forming wall 10 so that the ink is discharged upward. This is an example.
ここに用いられる、加熱による相変化で体積変化をす
る物質としては、密ロウ、カルナウバ・ワックス、ライ
ス・ワックス、木ロウ、ホホバ油、鯨ロウ、カンデリラ
ワックスなどの天然ワックス、パラフィン・ワックス及
びその誘導体、オレイン酸アミド、ラウリル酸アミド、
ステアリン酸アミド、リシノール酸アミド、パルミチン
酸アミド、テトラヒドロフラン酸アミド、エルカ酸アミ
ド、Ｎ−ステアリルエルカ酸アミド、Ｎ−オレイルステ
アリン酸アミド、ミリスチン酸アミド、フェナセチン、
トルアミド、アセトアミド等のアミド類、パルミチン
酸、ステアリン酸、ベヘン酸、チグリン酸、ヘキサデシ
ルマロン酸、ジドコシルマロン酸、デシルマロン酸、エ
イコシルマロン酸、ドコシルマロン酸、テトラデシルマ
ロン酸、エイコシルチオグリコール酸、ヘキサデシルチ
オリンゴ酸、ドデシルチオリンゴ酸、ソルビン酸、ケト
グルタル酸、ステアリルアシルグルタミン酸、２−アセ
トナフトンベヘン酸、テレフタル酸モノラウリル、テレ
フタル酸モノステアリル、12−ヒドロキシステアリン
酸、16−ヒドロキシヘキサデカン酸等の有機酸、ドデカ
ノール、テトラデカノール、ヘキサデカノール、エイコ
サノール、ドコサノール、テトラコサノール、ヘキサコ
サノール、オクタコサノール、９−ドデセン−１−オー
ル、ミリシルアルコール、９−テトラセン−１−オー
ル、９−ヘキサデセン−１−オール、９−エイコセン−
１−オール、13−ドコセン−１−オール、ピネングリコ
ール、ヒノキオール、ブチンジオール、ノナンジオー
ル、イソフタリルアルコール、メシセリン、テレアフタ
リルアルコール、ヘキサンジオール、デカンジオール、
ドデカンジオール、テトラデカンジオール、ヘキサデカ
ンジオール、ドコサンジオール、テトラコサンジオー
ル、テレビネオール、フェニルグリセリン、エイコサン
ジオール、オクタンジオール、フェニルプロピレングリ
コール等のアルコール類、ベンゾイルアセトン、ジアセ
トベンゼン、ベンゾフェノン、トリコサノン、ヘプタコ
サノン、ヘプタトリアコンタノン、ヘントリアコンタノ
ン、ステアロン、ラウロン、ジアニソール等のケトン
類、上記の酸類とグリセリン、ジエチレングリコール、
エチレングリコール等のアルコール類とのエステル類、
等の化合物を用いることができる。As the substance which changes the volume by the phase change by heating used here, natural wax such as beeswax, carnauba wax, rice wax, wood wax, jojoba oil, whale wax, candelilla wax, paraffin wax and Its derivatives, oleic acid amide, lauric acid amide,
Stearamide, ricinoleamide, palmitamide, tetrahydrofuranamide, erucamide, N-stearylerucamide, N-oleyl stearamide, myristic amide, phenacetin,
Amides such as toluamide, acetamide, palmitic acid, stearic acid, behenic acid, tiglic acid, hexadecylmalonic acid, didocosylmalonic acid, decylmalonic acid, eicosylmalonic acid, docosylmalonic acid, tetradecylmalonic acid, eicosylthioglycolic acid, Hexadecylthiomalic acid, dodecylthiomalic acid, sorbic acid, ketoglutaric acid, stearyl acylglutamic acid, 2-acetonaphthone behenic acid, monolauryl terephthalate, monostearyl terephthalate, 12-hydroxystearic acid, 16-hydroxyhexadecanoic acid Organic acids such as dodecanol, tetradecanol, hexadecanol, eicosanol, docosanol, tetracosanol, hexacosanol, octacosanol, 9-dodecene-1-ol, myricyl alcohol , 9-tetracene-1-ol, 9-hexadecene-1-ol, 9-eicosene-
1-ol, 13-docosen-1-ol, pinene glycol, hinokiol, butynediol, nonanediol, isophthalyl alcohol, mesicerin, terephthalyl alcohol, hexanediol, decanediol,
Alcohols such as dodecanediol, tetradecanediol, hexadecanediol, docosandiol, tetracosandiol, tvneol, phenylglycerin, eicosandiol, octanediol, phenylpropylene glycol, benzoylacetone, diacetbenzene, benzophenone, tricosanone, Heptacosanone, heptatriacontanone, hentriacontanone, ketones such as stearone, laurone, dianisole, the above acids and glycerin, diethylene glycol,
Esters with alcohols such as ethylene glycol,
And the like.
これらの一連の化合物の中でなにを使用するかは、所
望の相変化温度、体積変化率、熱安定性、ヘッド部材に
対する侵食性、ヘッド作製工程での作業性等を考慮して
適宜選択されるべきものであり、その目的を達成するた
めには２種以上の化合物を混合することも有効である。
通常の使用条件で用いるには、相転移点が、40〜200℃
であることが好ましい。What to use in these series of compounds is appropriately selected in consideration of desired phase change temperature, volume change rate, thermal stability, erosion property to the head member, workability in the head manufacturing process, and the like. It is also effective to mix two or more compounds to achieve the purpose.
For use under normal operating conditions, the phase transition point should be 40-200 ° C.
It is preferred that
これらの加熱により相変化を生じる物質と混合して用
いる、熱伝導性の高い物質としては、アルミニウム、マ
グネシウム、金、銀、銅、亜鉛、ニッケル、インジウ
ム、スズ、タングステン、ベリリウム、モリブデン、鉄
等の金属の粉末、アルミナ、シリコン、ゲルマニウム、
グラファイト、ダイアモンド、水晶等無機物の粉末が例
示される。これらの中で熱伝導率が大きく好ましいもの
は、金属類、およびアルミナ、グラファイト、ダイアモ
ンドである。Examples of the material having high thermal conductivity, which is used as a mixture with a substance that undergoes a phase change by heating, include aluminum, magnesium, gold, silver, copper, zinc, nickel, indium, tin, tungsten, beryllium, molybdenum, and iron. Metal powder, alumina, silicon, germanium,
Examples include powders of inorganic substances such as graphite, diamond, and quartz. Among these, metals having high thermal conductivity and preferred are metals, alumina, graphite and diamond.
相変化化合物と粉体との混合比率は所望の応答速度、
ヘッドの形状、相変化化合物及び粉体の種類などの要因
を考慮して適当な範囲を選択することができるが、通常
は、粉体の重量比が全体の１〜80％、好ましくは、20〜
60％の範囲で使用する。The mixing ratio of the phase change compound and the powder is the desired response speed,
An appropriate range can be selected in consideration of factors such as the shape of the head, the phase change compound, and the type of the powder, but usually, the weight ratio of the powder is 1 to 80% of the whole, preferably 20%. ~
Use in the range of 60%.
密閉した容器内で相変化すべき物質は、上記の熱によ
り相変化する化合物とその化合物よりも熱伝導度の高い
上記のような粉体とを混合し、加熱した状態でボール・
ミル等の分散機で撹拌するか、固体状態のまま３本ロー
ルを用いて練る等の方法により調整される。この時、粉
体が凝集したり沈降したりするのを防止するなどの目的
で界面活性剤や高分子分散剤を加えることもできる。The substance to be phase-changed in a closed container is a mixture of the above-mentioned compound that undergoes a phase change due to heat and the above-mentioned powder having a higher thermal conductivity than the compound, and the mixture is heated to a ball / ball.
It is adjusted by a method such as stirring with a disperser such as a mill or kneading using a three-roll mill in a solid state. At this time, a surfactant or a polymer dispersant may be added for the purpose of preventing the powder from agglomerating or settling.
次に、相変化を示す化合物を加熱するのに加熱部から
密閉容器内に突出する突起15を設けた例を説明すると、
第２図および第３図の装置では、突起15は保護層６上に
設けられている。このような突起を相変化する前記の化
合物よりも熱伝導度の高い材料で形成することによりイ
ンクジェット記録用ヘッドとして、吐出応答性を上げる
ことができることが確認された。このように吐出応答が
高められるのは、発熱体からの熱が速やかに相変化物質
に伝えられること、または相変化物質からの熱が発熱体
側に速やかに逃げることにより、相変化物質が過加熱ま
たは過冷却の状態になった後、急激に相変化するためと
考えられる。Next, a description will be given of an example in which a projection 15 projecting from a heating unit into a closed container is provided to heat a compound exhibiting a phase change.
2 and 3, the projection 15 is provided on the protective layer 6. It has been confirmed that the ejection responsiveness of an ink jet recording head can be improved by forming such projections using a material having a higher thermal conductivity than the above-mentioned compound that changes phase. The reason why the ejection response is improved is that the heat from the heating element is quickly transmitted to the phase change substance, or the heat from the phase change substance quickly escapes to the heating element side, so that the phase change substance is overheated. Alternatively, it is considered that the phase changes rapidly after a supercooled state is reached.
突起15は、例えば銅、アルミニウム、マグネシウム、
インジウム、金、銀、ニッケル、スズ、亜鉛、タングス
テン、モリブデン、ベリリウム、鉄のような金属を例え
ば真空蒸着法、スパッタリング、イオン・プレーティン
グ法等により設けることができる。The protrusion 15 is, for example, copper, aluminum, magnesium,
Metals such as indium, gold, silver, nickel, tin, zinc, tungsten, molybdenum, beryllium, and iron can be provided by, for example, a vacuum evaporation method, a sputtering method, an ion plating method, or the like.
第３図は基板からの放熱効率を上げるため、基板の裏
面に金属性のフィン18を取り付け、更にインクを吐出す
るノズルが、体積変化により振動する弾性壁層８と対向
する位置に設けられた実施例である。In FIG. 3, a metal fin 18 is attached to the back surface of the substrate in order to increase the heat radiation efficiency from the substrate, and a nozzle for discharging ink is provided at a position facing the elastic wall layer 8 which vibrates due to a volume change. This is an example.
［実施例］ 以下、実施例によって、本発明の記録用ヘッドの作製
方法および比較例の装置の作製方法およびその使用結果
を示す。EXAMPLES Hereinafter, a method for manufacturing a recording head of the present invention, a method for manufacturing an apparatus of a comparative example, and a result of using the same will be described with reference to examples.
実施例１ シリコン基板の表面を酸化して絶縁中間層を設けた
後、0.3μｍのチッ化タンタルの発熱体層をスパッタリ
ングによって設けた。更に、ホトレジストでパターニン
グした後、その上に電極として金を蒸着し、レジストを
溶解し電極を形成し、その上に約0.2μｍの酸化アルミ
ニウムの保護層を真空蒸着により設けた。保護層上に、
厚みが約３μｍの感光性高分子層を設けてパターン状の
露光を行い、エッチングを行うことにより、幅約40μ
ｍ、長さ12mmの溝が形成されるように、密閉容器の側壁
を形成した。Example 1 A surface of a silicon substrate was oxidized to provide an insulating intermediate layer, and then a 0.3 μm tantalum nitride heating element layer was provided by sputtering. Further, after patterning with a photoresist, gold was deposited thereon as an electrode, and the resist was dissolved to form an electrode, on which a protective layer of about 0.2 μm of aluminum oxide was provided by vacuum deposition. On the protective layer,
A photosensitive polymer layer having a thickness of about 3 μm is provided and exposed in a pattern, and is etched to obtain a width of about 40 μm.
The side wall of the closed container was formed such that a groove having a length of 12 mm was formed.
容器内に、オクタコサノールとアルミニウムの粉体と
を６対４の重量比で混合したものを充填した後、厚み10
μｍのポリイミドフィルムを圧着した。感光性樹脂にパ
ターン状の露光を行い、エッチングすることによりイン
ク室形成壁を作製し、先に作製した発熱部と位置合わせ
を行い重ねあわせることにより、ヘッドを作製した。After filling a mixture of octacosanol and aluminum powder at a weight ratio of 6: 4 into a container,
A μm polyimide film was pressed. A photosensitive resin was exposed to light in a pattern and etched to form an ink chamber forming wall, and the head was manufactured by aligning and overlapping the heat-generating portion previously manufactured.
上記ヘッド及び粘度1.5cpの水性インクジェット用イ
ンクを使用して、吐出試験を行ったところ、1KHz以上の
周波数でも安定した液滴が得られた。An ejection test was performed using the above head and an aqueous inkjet ink having a viscosity of 1.5 cp. As a result, stable droplets were obtained even at a frequency of 1 KHz or more.
比較列１ 比較のために密閉容器内にアルミニウム粉体を含まな
いオクタコサノールを充填し、その他は同様に作製した
ヘッドで吐出試験を行ったところ、1KHz以上の周波数で
は一定の大きさの液滴が吐出されなかった。Comparative Row 1 For comparison, a closed container was filled with octacosanol containing no aluminum powder, and a discharge test was performed with a head made in the same manner. A drop of a certain size was obtained at a frequency of 1 KHz or more. It was not ejected.
実施例２ シリコン基板の表面を酸化して絶縁中間層を設けた
後、0.3μｍのチッ化タンタルの発熱体層をスパッタリ
ングによって設けた。更に、ホトレジストでパターニン
グした後、その上に電極として金を蒸着し、レジストを
溶解し電極を形成し、その上に約0.2μｍの酸化アルミ
ニウムの保護層を真空蒸着により設けた。保護層上に、
厚みが約2.5μｍの感光性高分子層を設けてパターン状
の露光を行い、エッチングを行うことにより、幅約40μ
ｍ、長さ12mmの溝が形成されるように、密閉容器の側壁
を形成した。Example 2 After a surface of a silicon substrate was oxidized to provide an insulating intermediate layer, a 0.3 μm tantalum nitride heating element layer was provided by sputtering. Further, after patterning with a photoresist, gold was deposited thereon as an electrode, and the resist was dissolved to form an electrode, on which a protective layer of about 0.2 μm of aluminum oxide was provided by vacuum deposition. On the protective layer,
By providing a photosensitive polymer layer with a thickness of about 2.5 μm and performing pattern exposure and etching, a width of about 40 μm
The side wall of the closed container was formed such that a groove having a length of 12 mm was formed.
この上に、アルミニウムを真空蒸着法により、約2.3
μｍの厚みになるように設け、ホトレジストでパターニ
ングし、エッチングすることによりアルミニウムの突起
を設けた。更に、密閉容器内に、オクタコサノールを充
填した後、厚み10μｍのポリイミドフィルムを圧着し
た。この発熱部とは別に感光性樹脂にパターン状の露光
を行い、エッチングすることによりインク室形成壁を作
製し、先に作製した発熱部と位置合わせを行い重ねあわ
せることにより、ヘッドを作製した。On top of this, aluminum is vacuum-evaporated to about 2.3
An aluminum projection was provided by patterning with photoresist and etching. Furthermore, after filling the closed container with octacosanol, a polyimide film having a thickness of 10 μm was pressed. In addition to the heat-generating portion, the photosensitive resin was exposed to light in a pattern and etched to form an ink-chamber forming wall, and the head was manufactured by positioning and overlapping with the heat-generating portion previously prepared.
上記のヘッド、粘度1.5cpの水性インクジェット用イ
ンクを使用して、吐出試験を行ったところ、1KHz以上の
周波数でも安定した液滴が得られた。When a discharge test was performed using the above head and an aqueous inkjet ink having a viscosity of 1.5 cp, stable droplets were obtained even at a frequency of 1 KHz or more.
比較列２ 比較のために突起15のない構造で、その他は同様に作
製したヘッドで吐出試験を行ったところ、1KHz以上の周
波数では一定の大きさの液滴が吐出されなかった。Comparative Row 2 For comparison, a discharge test was performed using a head having the same structure as that of the above except that the protrusion 15 was not formed. As a result, a droplet of a certain size was not discharged at a frequency of 1 KHz or more.
［発明の効果］ 以上の説明から明かなように、本発明においては、 （１）インクの吐出に加熱による固体−液体の相変化を
利用しているので、インクの蒸気を形成する場合のよう
に高い温度を必要としないため、ヘッドの寿命が長くす
ることができる。[Effects of the Invention] As is clear from the above description, in the present invention, (1) since the solid-liquid phase change due to heating is used for the ejection of the ink, it is possible to form the ink vapor. Since a high temperature is not required, the life of the head can be extended.
（２）加熱部が直接インクと接触しないため、耐水性の
高い染料を用いたインク、常温で固体のインクなど多種
のインクが使用でき、プリンターの用途を拡大できる。(2) Since the heating section does not come into direct contact with the ink, various kinds of inks such as an ink using a dye having high water resistance and an ink which is solid at normal temperature can be used, and the use of the printer can be expanded.
（３）密閉容器内の充填物質が、加熱により相変化を示
す化合物とそれらの化合物よりも熱伝導度の高い物質か
ら形成されていること、相変化を生ずる化合物を単独で
用いた場合に比較して応答周波数を高くすることができ
る。(3) The filling material in the closed container is formed from a compound that undergoes a phase change upon heating and a material having a higher thermal conductivity than those compounds, and a comparison is made when a compound that causes a phase change is used alone. Thus, the response frequency can be increased.
（４）発熱部から密閉容器内部に突出する熱伝導性の高
い突起が設けられているので、このような突起がないヘ
ッドに比較して応答周波数を高くすることができる。(4) Since the protrusion having high thermal conductivity that protrudes from the heat generating portion to the inside of the sealed container is provided, the response frequency can be increased as compared with a head having no such protrusion.
第１図乃至第３図は、本発明のインクジェット記録用ヘ
ッドの具体例を説明するための断面の模式図である。 １……基板、２……中間絶縁層、 ３……発熱抵抗体層、4,5……電極、 ６……保護層、7a,7b……密閉容器壁、 ８……密閉容器弾性壁、9,10……インク室形成壁、 11……吐出口、12……インク、 13……充填材、14……インク入口、 15……突起、17……ノズルプレート、 18……放熱用フィン。FIGS. 1 to 3 are schematic cross-sectional views for explaining a specific example of the ink jet recording head of the present invention. DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... board | substrate, 2 ... intermediate insulating layer, 3 ... heating resistor layer, 4,5 ... electrode, 6 ... protective layer, 7a, 7b ... closed container wall, 8 ... closed container elastic wall, 9, 10: Ink chamber forming wall, 11: Discharge port, 12: Ink, 13: Filler, 14: Ink inlet, 15: Protrusion, 17: Nozzle plate, 18: Radiation fin .
Claims (4)
内部に、相変化により体積を増大する物質を充填した実
質的な密閉容器と、上記物質を加熱し、その相変化を生
じさせてインクを吐出させる手段を有するインクジェッ
ト記録用ヘッドにおいて、上記物質が、加熱による相変
化により体積を増大する化合物と、熱伝導率が水晶より
高い物質との混合物であることを特徴とするインクジェ
ット記録用ヘッド。At least a part of the wall is formed of an elastic wall,
In a substantially closed container filled with a substance whose volume increases due to a phase change, and an inkjet recording head having means for heating the substance and causing the phase change to discharge ink, the substance is An ink jet recording head, which is a mixture of a compound whose volume increases due to a phase change by heating and a substance having a higher thermal conductivity than quartz.
内部に、相変化により体積を増大する物質を充填した実
質的な密閉容器と、上記物質を加熱し、その相変化を生
じさせてインクを吐出させる手段を有するインクジェッ
ト記録用ヘッドにおいて、該相変化により体積を増大す
る物質を加熱し、相変化を生じせしめるための通電によ
り発熱する発熱部と該発熱部から上記密閉容器内部に突
出し、かつ、上記充填物質よりも熱伝導率が高い材料で
形成された突起を構成要素とすることを特徴とするイン
クジェット記録用ヘッド。2. At least a part of the wall is formed of an elastic wall,
An ink jet recording head having a substantially closed container filled with a substance whose volume increases due to a phase change, and means for heating the substance and causing the phase change to discharge ink. A material which increases the volume by heating, and is formed of a heat generating portion which generates heat by energization for causing a phase change and a material which protrudes from the heat generating portion into the closed container and has a higher thermal conductivity than the filling material. An ink jet recording head comprising the formed projection as a constituent element.
化合物より熱伝導率の高い物質が粉体であることを特徴
とする請求項（１）記載のインクジェット記録用ヘッ
ド。3. The ink jet recording head according to claim 1, wherein the substance having a higher thermal conductivity than the compound whose volume increases due to a phase change by heating is a powder.
イアモンド粉およびグラファイト粉のいずれかと、温度
40〜200℃の範囲に固体−液体の相転移点を有し、か
つ、常温でワックス状の化合物を主体とした物質である
ことを特徴とする請求項（１）記載のインクジェット記
録用ヘッド。4. The method according to claim 1, wherein the substance to be filled in the closed container is selected from the group consisting of metal powder, diamond powder, and graphite powder.
3. The ink jet recording head according to claim 1, wherein the head has a solid-liquid phase transition point in the range of 40 to 200 [deg.] C. and is a substance mainly composed of a wax compound at room temperature.
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| JP28593390A JP2998983B2 (en) | 1990-10-25 | 1990-10-25 | Inkjet recording head |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP28593390A JP2998983B2 (en) | 1990-10-25 | 1990-10-25 | Inkjet recording head |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04163049A JPH04163049A (en) | 1992-06-08 |
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Families Citing this family (2)
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|---|---|---|---|---|
| KR100238592B1 (en) * | 1997-12-19 | 2000-01-15 | 윤종용 | Jetting apparatus in inkjet printer |
| KR101490797B1 (en) * | 2008-09-09 | 2015-02-06 | 삼성전자주식회사 | Inkjet printhead |
-
1990
- 1990-10-25 JP JP28593390A patent/JP2998983B2/en not_active Expired - Fee Related
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| JPH04163049A (en) | 1992-06-08 |
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