JPH10193615A - Thermal ink jet head and recorder - Google Patents

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To suppress vibration of a meniscus due to crosstalk and to always stably inject by forming sectional areas and lengths of narrowest parts between a heater and a nozzle and between the heater and a common liquid chamber of a nozzle channel to satisfy a specific relationship. SOLUTION: The thermal ink jet head comprises a channel board 4 for constituting a plurality of nozzle channels 5 and a common liquid chamber 7, a heater board 8 formed with a polyimide layer 9 and laminated on the board 4 with adhesive and formed with a heater 1 for generating a plurality of bubbles, a common electrode, individual electrodes and a driving circuit. In this case, when sectional area and length of a narrowest part between the heater 1 and the nozzle of the channel 5 are indicated by A1 and L1 and those of a narrowest part between the heater 1 and the chamber 7 are indicated by A2 and L2 , the parts are formed to satisfy (L1 /n1 <2> )/(L2 /A2 <2> )<=5.0.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【０００１】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、バブル発生用ヒー
タから発生する熱によりインク中に気泡を発生させ、発
生した気泡の圧力によりインクドロップをノズルから噴
射させ、記録を行なうサーマルインクジェットヘッドお
よび記録装置に関するものであり、特に、サーマルイン
クジェットヘッドのインク流路の構造に関するものであ
る。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a thermal ink jet head for performing recording by generating bubbles in ink by heat generated from a heater for generating bubbles, and ejecting ink drops from nozzles by the pressure of the generated bubbles. More particularly, the present invention relates to a structure of an ink flow path of a thermal inkjet head.

【０００２】[0002]

【従来の技術】従来より、記録装置に対して高速化と高
画質化が求められている。インクをノズルから噴射さ
せ、記録を行なうサーマルインクジェット方式の記録装
置においても例外ではない。この要求を満たすために
は、サーマルインクジェットヘッドのインクジェット流
路の構造によるところが大きい。2. Description of the Related Art Conventionally, high-speed and high-quality recording apparatuses have been demanded. There is no exception in a thermal inkjet type recording apparatus that performs recording by ejecting ink from nozzles. In order to satisfy this demand, the structure of the ink jet flow path of the thermal ink jet head largely depends.

【０００３】サーマルインクジェットヘッドでは、イン
クドロップを噴射した後、ヒータ上で発生したバブルの
収縮力やノズル部でのメニカスによる毛管力によって、
インクを再供給し次の噴射に備える。サーマルインクジ
ェットの高速化においては、このインクの再供給をでき
るだけ速くすることが重要であり、そのためには、ノズ
ルから共通液室までのノズル流路の流体抵抗を小さくす
ることが効果的な方法である。ところが、ノズル流路の
流体抵抗を小さくしすぎると、インクのメニスカスがノ
ズルに到達した後、メニスカスの振動が減衰するのが遅
くなり、その振動が減衰する前に次の噴射を行なうと噴
射不安定になってしまうので、噴射不良を引き起こして
しまう。[0003] In a thermal ink jet head, after an ink drop is ejected, a contraction force of a bubble generated on a heater or a capillary force due to a meniscus at a nozzle portion causes a drop.
Re-supply the ink and prepare for the next jet. In order to increase the speed of thermal inkjet, it is important to re-supply this ink as quickly as possible. For that purpose, it is an effective method to reduce the fluid resistance in the nozzle flow path from the nozzle to the common liquid chamber. is there. However, if the fluid resistance of the nozzle flow path is made too small, the meniscus of the ink reaches the nozzle and the vibration of the meniscus is attenuated more slowly. If the next ejection is performed before the vibration is attenuated, the ejection becomes impossible. Since it becomes stable, poor injection is caused.

【０００４】一方で、サーマルインクジェットの高画質
化のためには、画素の高密度化が不可欠であり、そのた
めにノズルピッチを狭くしなければならない。しかし、
このとき問題となるのは、ノズル間のクロストークであ
る。ヒータ上で発生したバブルの圧力は、ノズル側に伝
わる分は噴射のエネルギーとして使われるが、共通液室
側に伝わる分は隣接する他のノズル流路の噴射に影響を
与え、インクドロップの体積や速度をばらつかせてしま
う。このクロストークを抑制するためには、ヒータから
共通液室までの間のノズル流路の流体抵抗を大きくする
ことが効果的である。これによって、ヒータ上で発生し
たバブルの圧力は、共通液室側に伝わる分が少なくなく
なり、ノズル側に伝わる分が多くなって、エネルギー効
率も良くなる。ところが、これは前述のインクの再供給
の高速化のためには良くない。On the other hand, in order to improve the image quality of the thermal inkjet, it is essential to increase the density of pixels, and therefore, the nozzle pitch must be narrowed. But,
The problem at this time is crosstalk between nozzles. As for the pressure of the bubble generated on the heater, the part transmitted to the nozzle side is used as ejection energy, but the part transmitted to the common liquid chamber side affects the ejection of the adjacent nozzle flow path, and the volume of the ink drop And speed will vary. In order to suppress the crosstalk, it is effective to increase the fluid resistance of the nozzle flow path from the heater to the common liquid chamber. As a result, the pressure of the bubble generated on the heater is transmitted to the common liquid chamber side less, and the pressure transmitted to the nozzle side is increased, thereby improving the energy efficiency. However, this is not good for speeding up the resupply of the ink.

【０００５】よって、インク供給性、メニスカス安定
性、クロストーク抑制、エネルギー効率をうまくバラン
スさせるように、ヒータから共通液室までの間のノズル
流路を設計することが非常に重要な課題となる。Therefore, it is very important to design a nozzle flow path from the heater to the common liquid chamber so as to well balance ink supply, meniscus stability, crosstalk suppression, and energy efficiency. .

【０００６】特開平６−１９１０２８号公報に記載され
たサーマルインクジェットヘッドでは、ヒータのノズル
流路側前端よりノズルまでのインク流路の体積と、最初
のインク吐出によるメニスカス後退体積と、インク吐出
体積との関係を規定して、メニスカスの後退を小さくす
ることを提案している。また、特開平２−５１０号公報
に記載されたサーマルインクジェットヘッドでは、ヒー
タのノズル流路側前端よりノズルまでのインク流路の体
積と、最大気泡体積との関係を規定し、安定した吐出性
能を実現することを提案している。また、特開昭５９−
１３８４７０号公報に記載されたサーマルインクジェッ
トヘッドでは、ノズル流路の最小断面積と液滴の体積と
の関係を規定して、画像品質の向上を図ることを提案し
ている。しかしながら、これらの提案は、高速化した場
合に特に問題となるインク流路の流路抵抗についての考
慮はない。In the thermal ink jet head described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 6-191028, the volume of the ink flow path from the front end of the heater to the nozzle flow path, the meniscus receding volume due to the first ink discharge, and the ink discharge volume are described. To reduce the meniscus retreat. Further, in the thermal inkjet head described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2-510, the relationship between the volume of the ink flow path from the front end of the heater to the nozzle and the maximum bubble volume is defined, and stable ejection performance is achieved. It is proposed to be realized. Also, Japanese Unexamined Patent Publication No.
In the thermal inkjet head described in JP-B-138470, it has been proposed to improve the image quality by defining the relationship between the minimum cross-sectional area of the nozzle flow path and the volume of the droplet. However, these proposals do not consider the flow path resistance of the ink flow path, which is particularly problematic when the speed is increased.

【０００７】特開昭５８−１５６９号公報に記載された
サーマルインクジェットヘッドでは、エネルギー作用領
域の平均孔断面積と、液体導入領域の平均孔断面積との
関係を規定して、長時間にわたって安定した液滴形成能
を維持し、吐出周波数の向上を図ることを提案してい
る。これに対して、特開昭５５−１３２２７５号公報に
記載されたサーマルインクジェットヘッドでは、ヒータ
からノズルまでの距離とヒータから共通液室までの距離
との関係を規定して、高解像度、高鮮明、高品質の記録
画像を得ることを提案している。しかしながら、平均孔
断面積だけ、あるいは、距離の関係だけでは、必ずしも
十分とはいえない。In the thermal ink jet head described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 58-1569, the relationship between the average hole cross-sectional area in the energy action area and the average hole cross-sectional area in the liquid introduction area is defined, and stable for a long time. It has been proposed to maintain the improved droplet forming ability and improve the ejection frequency. On the other hand, in the thermal ink jet head described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 55-132275, the relationship between the distance from the heater to the nozzle and the distance from the heater to the common liquid chamber is defined to provide high resolution and high definition. To obtain high quality recorded images. However, the average hole cross-sectional area alone or the relationship of distance alone is not always sufficient.

【０００８】特開平４−１１８２４７号公報に記載され
たサーマルインクジェットヘッドでは、印字ドットピッ
チとヒータからノズルまでのインク流路の体積との関係
を規定して、安定な噴射を図ることを提案している。し
かしながら、ヒータから共通液室までの流路抵抗につい
ての考慮はない。In the thermal ink jet head described in Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 4-118247, it has been proposed that the relationship between the print dot pitch and the volume of the ink flow path from the heater to the nozzle be defined to achieve stable ejection. ing. However, there is no consideration on the flow path resistance from the heater to the common liquid chamber.

【０００９】また、特開平１−１９５０５１号公報や特
開平２−２７６６４８号公報に記載されたサーマルイン
クジェットヘッドでは、ノズルの断面積とノズルからヒ
ータの中点までの距離とヒータから共通液室までの距離
および平均流路断面積との関係について規定し、ミスト
状の飛散が生じないことを提案している。しかしなが
ら、平均断面積では、流路抵抗の考慮が十分とはいえな
い。Further, in the thermal ink jet head described in Japanese Patent Application Laid-Open Nos. 1-195051 and 2-276648, the cross-sectional area of the nozzle, the distance from the nozzle to the center of the heater, and the distance from the heater to the common liquid chamber. Stipulates the relationship between the distance and the average flow path cross-sectional area, and proposes that mist-like scattering does not occur. However, it cannot be said that the consideration of the flow path resistance is sufficient for the average sectional area.

【００１０】上述したような従来より知られているサー
マルインクジェットヘッドは、例えば、特開平１−１４
８５６０号公報に記載されているように、Ｓｉ（シリコ
ン）基板をＯＤＥ（異方性エッチング）で加工すること
によって複数の三角柱状のノズル流路、共通液室、イン
クジェット供給口などを形成したチャネル基板と、ＬＳ
Ｉプロセスにより各ノズル流路に対応したヒータと配線
と駆動回路を作成した上に合成樹脂層をパターニングす
ることによってヒータ領域を規定するノズル流路の一部
を設けたヒータ基板とを貼り合わせることによって作製
されている。このようなサーマルインクジェットヘッド
で、前述のように、インクジェット供給性、メニスカス
安定性、クロストーク抑制、エネルギー効率をうまくバ
ランスさせるために、特願平７−１１２０９７号で提案
したサーマルインクジェットヘッドでは、ヒータから共
通液室までの間のノズル流路を、図１６，図１７に示し
たような構成にしている。[0010] The conventionally known thermal ink jet head described above is disclosed in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 1-14.
As described in JP-A-8560, a channel in which a plurality of triangular prism-shaped nozzle flow paths, a common liquid chamber, an ink jet supply port, and the like are formed by processing a Si (silicon) substrate by ODE (anisotropic etching). Substrate and LS
A heater, a wiring and a drive circuit corresponding to each nozzle flow path are created by the I process, and then the synthetic resin layer is patterned and then bonded to a heater substrate provided with a part of the nozzle flow path defining a heater area. It has been produced by. In such a thermal inkjet head, as described above, in order to properly balance inkjet supply properties, meniscus stability, crosstalk suppression, and energy efficiency, the thermal inkjet head proposed in Japanese Patent Application No. 7-112097 employs a heater. The nozzle flow path from to the common liquid chamber is configured as shown in FIGS.

【００１１】図１６，図１７について説明する。図１６
は、流路構造を示す三面図、図１７は、ピット付近の拡
大斜視図である。図中、１はヒータ、２はピット、３は
ポリイミド壁、４はチャネル基板、５はノズル流路、６
はインクリザーバ前方部、７はインクリザーバ、８はヒ
ータ基板、９はポリイミド層、１０は保護膜、１１はチ
ャネル圧力壁である。Referring to FIG. 16 and FIG. FIG.
Is a three-view drawing showing the flow channel structure, and FIG. 17 is an enlarged perspective view showing the vicinity of the pit. In the figure, 1 is a heater, 2 is a pit, 3 is a polyimide wall, 4 is a channel substrate, 5 is a nozzle flow path, 6
Is an ink reservoir front part, 7 is an ink reservoir, 8 is a heater substrate, 9 is a polyimide layer, 10 is a protective film, and 11 is a channel pressure wall.

【００１２】このサーマルインクジェットヘッドは、チ
ャネル基板４と、ポリイミド層９が形成されたヒータ基
板８を貼り合わせて構成されている。ヒータ基板８は、
例えば、Ｓｉにより構成され、複数のヒータ１および、
図示しない共通電極、個別電極等が形成されている。そ
の上に、電極などを保護するための保護膜１０が形成さ
れ、さらにその上に、合成樹脂層としてポリイミド層９
が形成される。ポリイミド層９には、ヒータ１の上部か
ら、インクリザーバ前方部６に連結されるピット２が、
例えばエッチングなどにより形成される。一方、チャネ
ル基板４も、例えば、Ｓｉ等で構成され、ノズル流路５
と、インクリザーバ前方部６を有するインクリザーバ７
が、例えばＯＤＥで形成される。ＯＤＥで形成されたノ
ズル流路は、三角柱状である。インクリザーバ７は２回
のＯＤＥで形成される。１回目のＯＤＥでインクリザー
バ７をチャネル基板４の貫通孔として形成し、２回目の
ＯＤＥでインクリザーバ前方部６を形成する。これによ
り、チャネル基板４に形成された開口であるインク供給
口を小さくし、図示しないインク供給手段との接着面積
を広げている。もちろん、インクリザーバ前方部６を設
けず、インクリザーバ７を１回のＯＤＥで形成してもよ
い。This thermal ink jet head is constituted by bonding a channel substrate 4 and a heater substrate 8 on which a polyimide layer 9 is formed. The heater substrate 8
For example, a plurality of heaters 1 made of Si,
A common electrode, an individual electrode, and the like (not shown) are formed. A protective film 10 for protecting electrodes and the like is formed thereon, and a polyimide layer 9 as a synthetic resin layer is further formed thereon.
Is formed. In the polyimide layer 9, pits 2 connected from the upper part of the heater 1 to the front part 6 of the ink reservoir,
For example, it is formed by etching or the like. On the other hand, the channel substrate 4 is also made of, for example, Si or the like.
And an ink reservoir 7 having an ink reservoir front portion 6
Is formed of, for example, ODE. The nozzle flow path formed by ODE has a triangular prism shape. The ink reservoir 7 is formed by two ODEs. In the first ODE, the ink reservoir 7 is formed as a through hole of the channel substrate 4, and in the second ODE, the ink reservoir front part 6 is formed. This reduces the size of the ink supply port, which is an opening formed in the channel substrate 4, and increases the area of adhesion with an ink supply unit (not shown). Of course, the ink reservoir 7 may be formed by one ODE without providing the ink reservoir front part 6.

【００１３】ピット２は、図１６に示すようにヒータ１
の前方のポリイミド層９を少し除去している。また、ピ
ット２は、ヒータ１の後方で流路を平面的に絞って絞り
部を形成する構造としている。このような形状は、ポリ
イミド層９のマスクパターンをピット２の形状にそって
設計することで容易に達成される。絞り部とノズル流路
５の位置関係は、ノズル流路５のチャネル圧力壁１１の
終端部、すなわちチャネル圧力壁１１による流路の最小
閉塞部が、絞り部上に配置されるように位置合わせされ
る。絞り部の形状は、インクリザーバ７側からヒータ１
へ向かって次第に狭め、ヒータ１の直後で平面的に最小
とした形状を有している。このような形状によって、イ
ンクリフィル時のインクの流路抵抗を減少させ、逆にヒ
ータ１上で発生するバブルの圧力の後方への逃げを阻止
するとともに、バブルが成長する形状を規制している。The pit 2 has a heater 1 as shown in FIG.
Is slightly removed. The pit 2 has a structure in which the flow path is narrowed planarly behind the heater 1 to form a throttle. Such a shape can be easily achieved by designing the mask pattern of the polyimide layer 9 along the shape of the pit 2. The positional relationship between the constricted portion and the nozzle flow path 5 is adjusted such that the terminal end portion of the channel pressure wall 11 of the nozzle flow path 5, that is, the minimum closed portion of the flow channel by the channel pressure wall 11 is disposed on the constricted portion. Is done. The shape of the constricted portion is as follows.
The shape gradually narrows toward the right side, and has a minimum shape in a plane immediately after the heater 1. With such a shape, the flow path resistance of the ink at the time of ink refilling is reduced, the pressure of the bubble generated on the heater 1 is prevented from escaping backward, and the shape in which the bubble grows is regulated. .

【００１４】さらに、ピット２のインクリザーバ７との
連結部分に形成されるポリイミド壁３は半円形状とし
た。ヒータ１で発生するバブルの圧力に対し、延在する
ピット２の終端が圧力反射壁として作用するのは明らか
なことであり、この部分を圧力波の吸収構造とすること
により、クロストークの低減が達成された。Further, the polyimide wall 3 formed at the connecting portion of the pit 2 with the ink reservoir 7 has a semicircular shape. It is clear that the end of the extending pit 2 acts as a pressure reflecting wall against the pressure of the bubble generated by the heater 1, and by using this portion as a pressure wave absorbing structure, crosstalk can be reduced. Was achieved.

【００１５】一方、ノズル流路５とインクリザーバ７の
間の未エッチング部は、そのノズル流路５側の端部がピ
ット２の絞り部分の上に来るように配置される。この未
エッチング部と絞り部分とで構成されるインクの流路
が、このヘッドにおける最小断面積の流路となる。この
部分の流路抵抗によって、印字開始時のインクの振動を
抑止し、白抜け等の画像の欠陥を防止することができ
る。また、この部分を抜けてインクリザーバへと伝搬す
る圧力を最小限にすることができる。流路抵抗は、未エ
ッチング部のノズル流路５側の端部の位置によって変化
する。この位置を制御することによって、適度な流路抵
抗に設定することができる。On the other hand, the unetched portion between the nozzle flow path 5 and the ink reservoir 7 is arranged such that the end on the nozzle flow path 5 side is located above the throttle portion of the pit 2. The ink flow path formed by the unetched portion and the throttle portion is the flow path having the minimum sectional area in the head. Due to the flow path resistance in this portion, vibration of the ink at the start of printing can be suppressed, and image defects such as white spots can be prevented. Also, the pressure that propagates through this portion to the ink reservoir can be minimized. The channel resistance changes depending on the position of the end of the unetched portion on the nozzle channel 5 side. By controlling this position, an appropriate flow path resistance can be set.

【００１６】しかしながら、未エッチング部分が絞り部
分の上にあることによって、未エッチング部分の位置
は、流路抵抗に及ぼす影響が大きく、所定の流路抵抗を
もたせるためには、未エッチング部分絞り部分との位置
合わせには高精度が要求される。However, since the unetched portion is above the constricted portion, the position of the unetched portion has a large effect on the flow path resistance. High precision is required for the alignment with.

【００１７】特に、最近はさらに高速化と高画質化が要
求されてきたために、さらにインクドロップの噴射間隔
を短くし、ノズルピッチを狭くしなければならなくな
り、これによってクロストークが大きくなり、画質欠陥
を引き起こすようになった。Particularly, recently, higher speed and higher image quality have been demanded, so that it is necessary to further shorten the interval between ink drop ejections and narrow the nozzle pitch, thereby increasing crosstalk and increasing image quality. Started to cause defects.

【００１８】ここで、インクの吐出状況を図８〜図１３
で説明する。図中、１はヒータ、２はピット、４はチャ
ネル基板、５はノズル流路、８はヒータ基板、９はポリ
イミド層、１０は保護膜、１２はメニスカス、１３はバ
ブル、１４はインク曳糸、１５はインクドロップであ
る。FIGS. 8 to 13 show the state of ink ejection.
Will be described. In the figure, 1 is a heater, 2 is a pit, 4 is a channel substrate, 5 is a nozzle channel, 8 is a heater substrate, 9 is a polyimide layer, 10 is a protective film, 12 is a meniscus, 13 is a bubble, and 14 is an ink string. , 15 are ink drops.

【００１９】図８，図９は、メニスカスが静止した状態
でヒータを駆動した場合の、好ましいインクドロップと
メニスカスの運動の状態の説明図である。図８（Ａ）は
静止状態である。ヒータ１が印字パルスによって駆動さ
れると、図８（Ｂ）に示すように、バブル１３が発生
し、図８（Ｃ）に示すように急激に成長して、ノズルか
らインク曳糸１４が延びて、図９（Ｄ）に示すように、
インクドロップ１５が吐出される。インクドロップ１５
の吐出とともに、バブル１３が小さくなり、それととも
に、メニスカス１２が後退する。しかし、図９（Ｅ）に
示すように、メニスカス１２の後退はノズル流路に止ま
る。ついで、インクのリフィルが行なわれ、図９（Ｆ）
に示すように、メニスカス１２はもとの状態となり、次
の駆動のための準備状態となる。FIG. 8 and FIG. 9 are explanatory views of a preferred state of ink drop and meniscus movement when the heater is driven while the meniscus is stationary. FIG. 8A shows a stationary state. When the heater 1 is driven by the print pulse, a bubble 13 is generated as shown in FIG. 8 (B) and grows rapidly as shown in FIG. 8 (C), and the ink thread 14 extends from the nozzle. Then, as shown in FIG.
The ink drop 15 is ejected. Ink drop 15
As the bubble is ejected, the bubble 13 becomes smaller, and the meniscus 12 retreats accordingly. However, as shown in FIG. 9E, the retreat of the meniscus 12 stops in the nozzle flow path. Next, ink refilling is performed, and FIG.
As shown in (2), the meniscus 12 is in the original state, and is ready for the next drive.

【００２０】このような好ましいインクドロップとメニ
スカスの運動の状態を実現するためには、クロストーク
の影響を抑えることは重要である。インクジェットヘッ
ドの複数のヒータは、一般的に、同時に駆動するヒータ
ごとにブロックとして分けられ、そのブロックごとに順
次駆動されている。ここでは、クロストークの影響をで
きるだけ避けるために、同時に駆動するヒータや、次に
駆動するヒータは、位置的になるべく離れたものを選択
するという工夫がなされており、インターレースと呼ば
れている。このような工夫がなされているにもかかわら
ず、クロストークの影響は避けられず、実際には、駆動
されたノズル流路の圧力変動が共通液室側へ伝わり共通
液室の圧力が随時変動し、それが次に噴射しようとして
いるノズルのメニスカスを振動させてしまう。In order to realize such a desirable state of ink drop and meniscus movement, it is important to suppress the influence of crosstalk. Generally, a plurality of heaters of an inkjet head are divided into blocks for heaters that are driven simultaneously, and are sequentially driven for each block. Here, in order to avoid the influence of crosstalk as much as possible, a heater that is driven at the same time and a heater that is driven next are selected as far as possible from one another in terms of position, and are called interlace. Despite these efforts, the effects of crosstalk are inevitable, and in practice, the pressure fluctuations in the driven nozzle flow path are transmitted to the common liquid chamber side, and the pressure in the common liquid chamber fluctuates as needed. Then, it vibrates the meniscus of the next nozzle to be jetted.

【００２１】図１０，図１１はメニスカスの振動が大き
い状態で印字パルスによる駆動が行なわれた場合のイン
クドロップとメニスカスの運動の状態の説明図である。
図１０（Ａ），（Ｂ）は、クロストークによりメニスカ
ス１２が振動して、ノズルから膨出過程にあるときを示
している。このときに印字パルスがヒータ１に印加され
ると、図１０（Ｃ），図１１（Ｄ）に示すように、バブ
ル１３の成長とともに、インクがノズルから溢れ出て、
バブルの圧力だけではインクドロップを吐出するに至ら
ず、図１１（Ｅ），（Ｆ）に示すように、バブルが消滅
しても、ノズル部でメニスカスが保持できなくなり、ノ
ズル面にインクがあふれ出てしまう。この現象はフェー
スフラッド（Ｆａｃｅ Ｆｌｏｏｄ）と呼ばれており、
この状態でヒータを駆動してもインクドロップを噴射す
ることはできず、フェースフラッドの量を増やしてしま
う結果となり、ノズル面に流出したインクが、隣接する
ノズルをも塞いでしまうことがある。これによって、そ
の近傍のノズルが噴射不可能となり、図１４に示したよ
うな白ヌケと呼ばれる画質欠陥を引き起こしてしまう。
図１４は、ベタ印字をした印字結果であり、帯状に白抜
け部分が生じたことを表している。FIGS. 10 and 11 are explanatory diagrams of the state of the ink drop and the movement of the meniscus when driving is performed by a print pulse in a state where the vibration of the meniscus is large.
FIGS. 10A and 10B show the case where the meniscus 12 vibrates due to crosstalk and is in the process of bulging out of the nozzle. When a print pulse is applied to the heater 1 at this time, as shown in FIGS. 10C and 11D, the ink overflows from the nozzles along with the growth of the bubble 13,
The ink pressure is not discharged only by the bubble pressure. As shown in FIGS. 11 (E) and 11 (F), even when the bubble disappears, the meniscus cannot be held in the nozzle portion, and the ink overflows on the nozzle surface. I will come out. This phenomenon is called Face Flood,
Even if the heater is driven in this state, the ink drop cannot be ejected, resulting in an increase in the amount of face flood. As a result, the ink flowing out to the nozzle surface may block the adjacent nozzle. As a result, the nozzles near the nozzle cannot be ejected, causing an image quality defect called white void as shown in FIG.
FIG. 14 shows a printing result of the solid printing, which indicates that a white portion has occurred in a band shape.

【００２２】フェースフラッドによるインクは、ノズル
内に吸い込まれるか、撥水処理されたノズル面にはじか
れるか、または、インクジェットプリンタに設置された
メンテナンスシステムにより除去されることによって、
回復され、正常な噴射が可能となる。The ink due to the face flood is sucked into the nozzle, repelled by the water-repellent nozzle surface, or removed by a maintenance system installed in the ink jet printer.
It is restored and normal injection is possible.

【００２３】図１２，図１３は同様にメニスカスの振動
が大きい状態で印字パルスによる駆動が行なわれた場合
のインクドロップとメニスカスの運動の状態の説明図で
ある。図１２（Ａ），（Ｂ）は、クロストークによりメ
ニスカス１２が振動して、ノズル内にから引き込まれた
過程にあるときを示している。このときに印字パルスが
ヒータ１に印加されると、図１２（Ｃ）に示すように、
バブル１３の成長とともに、メニスカス１２がノズルに
向けて押され、図１３（Ｄ）に示すように、インク曳糸
１４が延びて、図１３（Ｅ）に示すように、インクドロ
ップ１５が吐出される。しかし、インクドロップ１５
は、細長くてインク量の少ないドロップである。その
後、図１３（Ｆ）に示すように、メニスカス１２は、通
常の場合よりノズル流路内の奥まで後退し、ノズル流路
の断面積が狭い部分を超えて、断面積の広い部分に到達
してしまう。これによって毛管力が弱くなってしまい、
インクの再供給が遅れ、噴射不可能となり、図１５に示
したような白ヌケの画質欠陥を起こしてしまうという問
題がある。FIGS. 12 and 13 are views for explaining the state of the ink drop and the movement of the meniscus when the print pulse is driven while the vibration of the meniscus is large. FIGS. 12A and 12B show a state in which the meniscus 12 vibrates due to crosstalk and is being pulled into the nozzle. At this time, when a print pulse is applied to the heater 1, as shown in FIG.
As the bubble 13 grows, the meniscus 12 is pushed toward the nozzle, the ink thread 14 extends as shown in FIG. 13D, and the ink drop 15 is ejected as shown in FIG. You. However, ink drop 15
Is an elongated drop with a small amount of ink. Thereafter, as shown in FIG. 13 (F), the meniscus 12 retreats deeper into the nozzle flow path than in the normal case, and reaches a wide cross-sectional area beyond a narrow cross-sectional area of the nozzle flow path. Resulting in. This weakens the capillary force,
There is a problem that the re-supply of the ink is delayed, the ejection becomes impossible, and an image quality defect such as white dropout as shown in FIG. 15 occurs.

【００２４】[0024]

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上述した事
情に鑑みてなされたもので、クロストークによるメニス
カスの振動を抑制し、フェースフラッドによる不吐出
や、メニスカスが後退しすぎることによる不吐出を防止
して、安定した噴射を行ない、白ヌケの画質欠陥をなく
すことを目的とするものである。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above circumstances, and suppresses the vibration of the meniscus due to crosstalk, and causes non-discharge due to face flood or non-discharge due to excessive retreat of the meniscus. The object of the present invention is to provide a stable jet by preventing the occurrence of image defects such as white spots.

【００２５】[0025]

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の発明
は、バブル発生用ヒータを有するヒータ基板と、複数の
ノズル流路と共通液室を構成するチャンネル基板と、前
記ノズル流路の一部を構成する合成樹脂層とからなり、
前記ヒータは前記ノズル流路内に配置されたサーマルイ
ンクジェットヘッドにおいて、前記ノズル流路が前記ヒ
ータからノズルまでの間で最も狭くなる部分の断面積と
長さをそれぞれＡ₁ 、Ｌ₁ とし、同様に前記ヒータから
共通液室までの間で最も狭くなる部分の断面積と長さを
それぞれＡ₂ 、Ｌ₂ とするとき、 （Ｌ₁ ／Ａ₁ ² ）／（Ｌ₂ ／Ａ₂ ² ）≦５．０ となることを特徴とするものである。According to a first aspect of the present invention, there is provided a heater substrate having a bubble generation heater, a channel substrate forming a plurality of nozzle flow paths and a common liquid chamber, and one of the nozzle flow paths. Consisting of a synthetic resin layer constituting the part,
In the thermal inkjet head disposed in the nozzle flow path, the heater has a cross-sectional area and a length of a portion where the nozzle flow path becomes the narrowest between the heater and the nozzle, and A ₁ and L ₁ respectively. when said cross-sectional area and length of the narrowest portion between the heater to the common liquid chamber, respectively, and a _2, L _{2 ^{to, (L 1 / a 1 2}} ) / (L 2 / a 2 2) ≦ 5.0.

【００２６】請求項２に記載の発明は、バブル発生用ヒ
ータを有するヒータ基板と、複数のノズル流路と共通液
室を構成するチャンネル基板と、前記ノズル流路の一部
を構成する合成樹脂層とからなり、前記ヒータは前記ノ
ズル流路内に配置されたサーマルインクジェットヘッド
において、前記ノズル流路が前記ヒータからノズルまで
の間で断面積が最も小さい部分の体積をＶ₁ とし、１画
素を形成するために噴射されるインクドロップの体積を
Ｖ_d とするとき、 Ｖ_d ／Ｖ₁ ≦０．７５ となることを特徴とするものである。According to a second aspect of the present invention, there is provided a heater substrate having a heater for generating bubbles, a channel substrate forming a plurality of nozzle flow paths and a common liquid chamber, and a synthetic resin forming a part of the nozzle flow path. And the heater is a thermal ink jet head disposed in the nozzle flow path, wherein the volume of a portion where the nozzle flow path has the smallest cross-sectional area between the heater and the nozzle is V ₁ and one pixel when the ink drop volume ejected for forming the V _d and is characterized in that the V _d / V ₁ ≦ 0.75.

【００２７】請求項３に記載の発明は、バブル発生用ヒ
ータを有するヒータ基板と、複数のノズル流路と共通液
室を構成するチャンネル基板と、前記ノズル流路の一部
を構成する合成樹脂層とからなり、前記ヒータは前記ノ
ズル流路内に配置されたサーマルインクジェットヘッド
において、前記ノズル流路が前記ヒータからノズルまで
の間で最も狭くなる部分の断面積と長さをそれぞれ
Ａ₁ 、Ｌ₁ とし、同様に前記ヒータから共通液室までの
間で最も狭くなる部分の断面積と長さをそれぞれＡ₂ 、
Ｌ₂ とし、かつ、前記ノズル流路が前記ヒータからノズ
ルまでの間で断面積が最も小さい部分の体積をＶ₁ と
し、１画素を形成するために噴射されるインクドロップ
の体積をＶ_d とするとき、 （Ｌ₁ ／Ａ₁ ² ）／（Ｌ₂ ／Ａ₂ ² ）≦５．０ かつ、 Ｖ_d ／Ｖ₁ ≦０．７５ となることを特徴とするものである。According to a third aspect of the present invention, there is provided a heater substrate having a heater for generating bubbles, a channel substrate forming a plurality of nozzle flow paths and a common liquid chamber, and a synthetic resin forming a part of the nozzle flow path. A heater, wherein the heater has a cross-sectional area and a length of a narrowest portion between the heater and the nozzle in the thermal ink jet head arranged in the nozzle flow path, where A ₁ , L _1, and similarly, the cross-sectional area and length of the narrowest portion between the heater and the common liquid chamber are A ₂ ,
L ₂ , and the volume of the portion where the nozzle flow path has the smallest cross-sectional area between the heater and the nozzle is V _1, and the volume of the ink drop ejected to form one pixel is V _d . to time, it is characterized in that a ^{_{(L 1 / a 1 2)}} / (L 2 / a 2 2) ≦ 5.0 _{and, V d / V 1 ≦ 0.75} .

【００２８】請求項４に記載の発明は、記録装置におい
て、請求項１ないし３のいずれか１個に記載のサーマル
インクジェットヘッドを用いたことを特徴とするもので
ある。According to a fourth aspect of the present invention, in a recording apparatus, the thermal ink jet head according to any one of the first to third aspects is used.

【００２９】なお、本発明において、「最も狭くなる部
分」とは、厳密に最も狭い部分のみをいうものに限ら
ず、実質的に最も狭いといえる部分も含むものである。
例えば、テーパ状の流路の場合は、厳密にいえば、最も
狭い部分の長さは０に近いといえるが、本発明では流路
抵抗の大きい部分を問題としているものであり、最小断
面積より１０％程度広い断面積の部分までを実質的に流
路抵抗が大きいとして、この部分を「最も狭い部分」と
呼んでいる。したがって、テーパ状の流路の場合は、最
小断面積の部分から、１０％断面積が広くなった部分ま
でが「最も狭い部分」である。In the present invention, the term "narrowest portion" is not limited to a strictly narrowest portion, but also includes a portion which can be said to be substantially narrowest.
For example, in the case of a tapered flow path, strictly speaking, the length of the narrowest part can be said to be close to 0, but in the present invention, a part having a large flow path resistance is a problem, and the minimum sectional area is It is assumed that the flow path resistance is substantially large up to a portion having a cross-sectional area wider by about 10%, and this portion is referred to as a “narrowest portion”. Therefore, in the case of the tapered flow path, the portion from the minimum cross-sectional area to the portion where the 10% cross-sectional area is widened is the “narrowest portion”.

【００３０】[0030]

【作用】本発明によれば、バブル発生用ヒータを有する
ヒータ基板と、複数のノズル流路と共通液室を構成する
チャンネル基板と、前記ノズル流路の一部を構成する合
成樹脂層とからなり、前記ヒータは前記ノズル流路内に
配置されたサーマルインクジェットヘッドにおいて、前
記ノズル流路が前記ヒータからノズルまでの間で最も狭
くなる部分の断面積と長さをそれぞれＡ₁ 、Ｌ₁ とし、
同様に前記ヒータから共通液室までの間で最も狭くなる
部分の断面積と長さをそれぞれＡ₂ 、Ｌ₂とするとき、 （Ｌ₁ ／Ａ₁ ² ）／（Ｌ₂ ／Ａ₂ ² ）≦５．０ とすることによって、ヒータからノズル側の流路とヒー
タから共通液室側の流路の流路抵抗のバランスを規定
し、共通液室側に伝わるバブルの圧力エネルギーを制限
して、クロストークによるメニスカスの振動を抑制し、
メニスカスのノズル面へのあふれ出しによるフェースフ
ラッドを防止することができる。上述の流路構成では、
ある区間での流路抵抗は、断面積の最も小さい部分にほ
ぼ依存しており、また、断面積の一定の流路抵抗は、お
おまかに、 （長さ）／（断面積）² に比例している。According to the present invention, a heater substrate having a bubble generation heater, a channel substrate forming a plurality of nozzle flow paths and a common liquid chamber, and a synthetic resin layer forming a part of the nozzle flow path are provided. In the thermal inkjet head arranged in the nozzle flow path, the heater has a cross-sectional area and a length of a portion where the nozzle flow path becomes narrowest between the heater and the nozzle, where A ₁ and L ₁ respectively. ,
Similarly, when the cross-sectional area and the length of the narrowest portion between the heater and the common liquid chamber are A ₂ and L ₂ , respectively, (L ₁ / A ₁ ² ) / (L ₂ / A ₂ ² ) By setting ≦ 5.0, the balance between the flow path resistance of the flow path from the heater to the nozzle side and the flow path resistance of the flow path from the heater to the common liquid chamber side is defined, and the pressure energy of the bubble transmitted to the common liquid chamber side is limited. , Suppresses meniscus vibration due to crosstalk,
Face flooding due to meniscus overflowing to the nozzle surface can be prevented. In the above-described flow path configuration,
The flow path resistance in a section is almost dependent on the smallest part of the cross-sectional area, and the flow resistance at a constant cross-sectional area is roughly proportional to (length) / (cross-sectional area) ² ing.

【００３１】また、前記ノズル流路が前記ヒータからノ
ズルまでの間で断面積が最も小さい部分の体積をＶ₁ と
し、１画素を形成するために噴射されるインクドロップ
の体積をＶ_d とするとき、 Ｖ_d ／Ｖ₁ ≦０．７５ とすることとすることによって、クロストークによりメ
ニスカスが後退しすぎた場合でも、メニスカスが、ヒー
タからノズルまでの流路内で、チャネル基板で構成した
断面積が最も小さい部分より後退することはなく、毛管
力不足によるインクジェット再供給の遅れを起こすこと
なく、不吐出を防止することができる。The volume of the portion of the nozzle flow path having the smallest sectional area between the heater and the nozzle is V _1, and the volume of the ink drop ejected to form one pixel is V _d . At this time, by setting V _d / V ₁ ≦ 0.75, even when the meniscus retreats excessively due to crosstalk, the meniscus can be cut off by the channel substrate in the flow path from the heater to the nozzle. It does not recede from the portion having the smallest area, and it is possible to prevent non-ejection without causing a delay in ink jet resupply due to insufficient capillary force.

【００３２】[0032]

【発明の実施の形態】図１は、本発明のサーマルインク
ジェットヘッドの実施の形態の一例の概略を示す斜視
図、図２は、同じく断面図、図３は、同じく流路構造を
示す三面図、図４は、同じくピット付近の拡大斜視図で
ある。図中、１、１ａ、１ｂ、１ｃ、はヒータ、２、２
ａ、２ｂ、２ｃはピット、３、３ａ、３ｂ、３ｃはポリ
イミド壁、４はチャネル基板、５、５ａ、５ｂ、５ｃは
ノズル流路、６はインクリザーバ前方部、７はインクリ
ザーバ、８はヒータ基板、９はポリイミド層、１０は保
護膜、１１はチャネル圧力壁である。FIG. 1 is a perspective view schematically showing an embodiment of a thermal ink jet head according to the present invention, FIG. 2 is a cross-sectional view thereof, and FIG. FIG. 4 is an enlarged perspective view of the vicinity of the pit. In the figure, 1, 1a, 1b, 1c are heaters, 2, 2
a, 2b, 2c are pits, 3, 3a, 3b, 3c are polyimide walls, 4 is a channel substrate, 5, 5a, 5b, 5c are nozzle flow paths, 6 is a front portion of an ink reservoir, 7 is an ink reservoir, and 8 is an ink reservoir. A heater substrate, 9 is a polyimide layer, 10 is a protective film, and 11 is a channel pressure wall.

【００３３】サーマルインクジェットヘッドは、チャネ
ル基板４と、ポリイミド層９が形成されたヒータ基板８
を接着剤により貼り合わせて作成されている。ヒータ基
板８は、例えば、Ｓｉにより構成され、複数のヒータ１
ａ、１ｂ、１ｃ、・・・、および、図示しない共通電
極、個別電極、駆動回路等が形成されている。その上
に、電極などを保護するための保護膜１０が形成され、
さらにその上に、合成樹脂層としてポリイミド層９が形
成される。ポリイミド層９によって、ノズル流路の一部
であるヒータ１ａ、１ｂ、１ｃの上部からインクリザー
バ前方部６までのピット２ａ、２ｂ、２ｃ、・・・が、
例えば、エッチングなどにより形成される。一方、チャ
ネル基板４も、Ｓｉで構成され、ノズル流路５ａ、５
ｂ、５ｃ、・・・と、インクリザーバ前方部６を有する
インクリザーバ７が、ＯＤＥで形成される。ＯＤＥで形
成されたノズル流路は、三角柱状である。インクリザー
バ７は２回のＯＤＥで形成される。１回目のＯＤＥでイ
ンクリザーバ７をチャネル基板４の貫通孔として形成
し、２回目のＯＤＥでインクリザーバ前方部６を形成す
る。これによりチャネル基板４に形成された開口である
インク供給口を小さくし、図示しないインク供給手段と
の接着面積を広げている。もちろん、インクリザーバ前
方部６を設けず、インクリザーバ７を１回のＯＤＥで形
成してもよい。The thermal ink jet head includes a channel substrate 4 and a heater substrate 8 on which a polyimide layer 9 is formed.
Are bonded together with an adhesive. The heater substrate 8 is made of, for example, Si, and includes a plurality of heaters 1.
a, 1b, 1c,..., and common electrodes, individual electrodes, drive circuits, and the like (not shown) are formed. A protective film 10 for protecting electrodes and the like is formed thereon,
Further thereon, a polyimide layer 9 is formed as a synthetic resin layer. By the polyimide layer 9, pits 2a, 2b, 2c,... From the upper part of the heaters 1a, 1b, 1c, which are a part of the nozzle flow path, to the ink reservoir front part 6,
For example, it is formed by etching or the like. On the other hand, the channel substrate 4 is also made of Si, and has the nozzle flow paths 5a, 5a.
, 5c,... and an ink reservoir 7 having an ink reservoir front part 6 are formed by ODE. The nozzle flow path formed by ODE has a triangular prism shape. The ink reservoir 7 is formed by two ODEs. In the first ODE, the ink reservoir 7 is formed as a through hole of the channel substrate 4, and in the second ODE, the ink reservoir front part 6 is formed. This reduces the size of the ink supply port, which is an opening formed in the channel substrate 4, and increases the area of adhesion with an ink supply unit (not shown). Of course, the ink reservoir 7 may be formed by one ODE without providing the ink reservoir front part 6.

【００３４】ピット２は、図３に示すようにヒータ１の
ノズル側のポリイミド層９を少し除去している。また、
ピット２は、図４に示すようにヒータ１の共通液室側で
流路を平面的に絞って絞り部を形成する構成としてい
る。このような形状は、ポリイミド層９のマスクパター
ンをピット２の形状に沿って設計することで容易に達成
される。絞り部の形状は、インクリザーバ７側からヒー
タ１へ向かって次第に狭め、ヒータ１と少し離れたとこ
ろで平面的に最小とした形状を有している。In the pit 2, as shown in FIG. 3, the polyimide layer 9 on the nozzle side of the heater 1 is slightly removed. Also,
As shown in FIG. 4, the pit 2 has a configuration in which the flow path is narrowed in a plane on the common liquid chamber side of the heater 1 to form a throttle portion. Such a shape can be easily achieved by designing the mask pattern of the polyimide layer 9 along the shape of the pit 2. The shape of the throttle portion is gradually narrowed from the ink reservoir 7 side to the heater 1, and has a shape that is slightly minimized in a plane at a distance from the heater 1.

【００３５】従来は、図１６，図１７に示したように、
ヒータの共通液室側の端部に近づけてポリイミド層９の
壁を設けていた。すなわち、ヒータの共通液室側の端部
とポリイミド層９の壁との距離ｄは極めて小さい。とこ
ろが、ピット２の絞り部付近では、チャネル基板４とヒ
ータ基板８を貼り合わせるときの接着剤のはみだしが多
く、このような構成では、接着剤のはみだしが、ヒータ
１の共通液室側の端部にかぶってしまい、有効なヒータ
面積を減らしてしまうため、図３，図４に示したよう
に、ヒータの共通液室側にあるポリイミド層９の壁を共
通液室方向へずらして、ヒータの共通液室側の端部とポ
リイミド層９の壁との距離ｄを大きくした。このｄを、
接着剤のはみだしに対するマージンとした。また、チャ
ネル基板４におけるノズル流路５とインクリザーバ７の
間の未エッチング部（前方がチャネル圧力壁１１であ
る。）は、図４に示したように、ピット２の絞り部より
共通液室側にずらして配置する。従来は、図１６に示し
たように、この部分をピット２の絞り部上に配置してい
たが、このような構成では、チャネル基板４とヒータ基
板８を貼り合わせるときのアライメントズレによって、
ヒータから共通液室側の流路の断面積の最も小さい部分
の形状が異なってしまい、流路抵抗が変化してヘッドの
噴射特性に影響を与えてしまう。この対策として、図４
のような構成とした。このような構成によって、インク
の再供給が速く、一方でヒータ１上で発生するバブルの
圧力の共通液室への逃げを抑制し、かつ、接着剤はみだ
しやアライメントズレによる噴射特性のバラツキを防止
することができる。Conventionally, as shown in FIGS. 16 and 17,
The wall of the polyimide layer 9 was provided near the common liquid chamber side end of the heater. That is, the distance d between the end of the heater on the common liquid chamber side and the wall of the polyimide layer 9 is extremely small. However, in the vicinity of the narrowed portion of the pit 2, a large amount of the adhesive overflows when the channel substrate 4 and the heater substrate 8 are bonded to each other. 3 and 4, the wall of the polyimide layer 9 on the common liquid chamber side of the heater is shifted toward the common liquid chamber, as shown in FIGS. The distance d between the end on the common liquid chamber side and the wall of the polyimide layer 9 was increased. This d is
The margin was set for the protrusion of the adhesive. In the channel substrate 4, an unetched portion between the nozzle flow path 5 and the ink reservoir 7 (the front is the channel pressure wall 11), as shown in FIG. Displace it to the side. Conventionally, as shown in FIG. 16, this portion was arranged on the narrowed portion of the pit 2. However, in such a configuration, due to an alignment shift when the channel substrate 4 and the heater substrate 8 are bonded to each other,
The shape of the portion having the smallest cross-sectional area of the flow path from the heater to the common liquid chamber is different, and the flow path resistance changes to affect the ejection characteristics of the head. Fig. 4
The configuration was as follows. With such a configuration, re-supply of the ink is fast, while preventing the pressure of the bubble generated on the heater 1 from escaping to the common liquid chamber, and preventing variations in the jetting characteristics due to adhesive protrusion or misalignment. can do.

【００３６】本発明によるサーマルインクジェットヘッ
ドの具体例について説明する。ノズルピッチは、４００
ｄｐｉの画素間隔に相当する６３．５μｍであり、噴射
ノズル数は隣接した１６０個である。そのノズル列の両
端にバキュームメンテナンス時にインクリザーバ内の残
留気泡を除去するために有効なダミーノズルをいくつか
設けている。１６０個の噴射ノズルは、隣接しない５ノ
ズルごとに１ブロックとして分けられ、画素情報に応じ
て、順次ブロックごとに噴射する。ヒータの駆動方法
は、１回の噴射に対して、２．０μｓｅｃのメインパル
スと０〜０．７５μｓｅｃのプレパルスを使用し、プレ
パルスはヘッド温度に応じて段階的に変化させ、噴射す
るインクドロップの体積がヘッド温度によって大きく変
化しないようにしている。また、１ノズルの噴射繰り返
しの周波数は７．２８ｋＨｚである。A specific example of the thermal ink jet head according to the present invention will be described. Nozzle pitch is 400
It is 63.5 μm corresponding to the pixel interval of dpi, and the number of ejection nozzles is 160 adjacent. Several dummy nozzles are provided at both ends of the nozzle row, which are effective for removing residual air bubbles in the ink reservoir during vacuum maintenance. The 160 ejection nozzles are divided into one block for every five nozzles that are not adjacent to each other, and sequentially eject each block in accordance with pixel information. The method of driving the heater uses a main pulse of 2.0 μsec and a pre-pulse of 0 to 0.75 μsec for one ejection. The pre-pulse is changed stepwise according to the head temperature, and the ejection of the ink drop to be ejected is performed. The volume does not greatly change depending on the head temperature. The frequency of the repetition of the ejection of one nozzle is 7.28 kHz.

【００３７】インクは、水６０ｗｔ％、ジエチレングリ
コール３８ｗｔ％、染料２ｗｔ％で構成されている水性
のものを使用しており、その物性値は、粘度が２．０ｍ
Ｐａ・ｓ、表面張力が４０ｍＮ／ｍ、比重１．０６であ
る。The ink used was an aqueous ink composed of 60% by weight of water, 38% by weight of diethylene glycol, and 2% by weight of a dye.
Pa · s, surface tension 40 mN / m, specific gravity 1.06.

【００３８】図３のようなサーマルインクジェットヘッ
ドでは、請求項１および３でいうところのノズル流路が
ヒータからノズルまでの間で最も狭くなる部分は斜線
の部分であり、同様にヒータから共通液室までの間で最
も狭くなる部分は斜線の部分である。よって、請求項
１および３でいうところのＡ₁ 、Ｌ₁ は破線でハッチン
グしたの部分の断面積と長さであり、同様にＡ₂ 、Ｌ
₂ は破線でハッチングしたの部分の断面積と長さであ
る。図３に示したａ，ｂ，ｃ，Ｌ１，Ｌ２の寸法を図５
のように設定したサーマルインクジェットヘッドを作成
し、実際にプリント実験を行なった。そのときの（Ｌ₁
／Ａ₁ ² ）／（Ｌ₂ ／Ａ₂ ² ）の値と図１４に示したよ
うなフェースフラッドによる白抜けレベルの関係を図５
と図６に示した。ここで、図３のθの値は、Ｓｉ基板の
ＯＤＥによる加工であることから５４．７゜で一定であ
る。また、白抜けレベルは、全ノズルを噴射させてプリ
ントしたベタのプリントパターンにおける図１４に示し
たような白抜けの画質欠陥の程度を１（少ない）から５
（多い）までに分けたものである。図５と図６に示した
白抜けレベルの値は、数回実験を行なったものの平均値
である。図６に示したように、（Ｌ₁ ／Ａ₁ ² ）／（Ｌ
₂ ／Ａ₂ ² ）≦５．０の場合は、フェースフラッドによ
る白抜けの平均レベルは２より小さく、白抜けの画質欠
陥は非常に少ない。In the thermal ink jet head as shown in FIG. 3, the portion where the nozzle flow path is narrowed between the heater and the nozzle in the first and third aspects is a hatched portion. The narrowest part between the chambers is the shaded area. Therefore, A ₁ and L ₁ referred to in claims 1 and 3 are the cross-sectional area and the length of the portion hatched by broken lines, and similarly, A ₂ and L 1
Reference numeral ₂ denotes a cross-sectional area and a length of a portion hatched by a broken line. The dimensions of a, b, c, L1, and L2 shown in FIG.
A thermal ink jet head set as follows was prepared, and a printing experiment was actually performed. At that time (L ₁
FIG. 5 shows the relationship between the value of / A ₁ ² ) / (L ₂ / A ₂ ² ) and the white spot level due to the face flood as shown in FIG.
And FIG. Here, the value of θ in FIG. 3 is constant at 54.7 ° since the Si substrate is processed by ODE. Further, the white spot level indicates the degree of image quality defect of white spot as shown in FIG. 14 in the solid print pattern printed by ejecting all nozzles from 1 (less) to 5
It is divided by (many). The values of the white spot level shown in FIGS. 5 and 6 are average values obtained by performing several experiments. As shown in FIG. _{6, (L 1 / A 1} 2) / (L
For ₂ / A ₂ ²⁾ ≦ 5.0, the mean level of white spots due to face flood is less than 2, the image quality defects of blank area is very small.

【００３９】また、図３のようなサーマルインクジェッ
トヘッドでは、請求項２および３でいうところのノズル
流路がヒータからノズルまでの間で断面積が最も小さい
部分の体積Ｖ₁ は、斜線の部分の体積である。また、
請求項２および３でいうところの１画素を形成するため
に噴射されるインクドロップの体積Ｖ_d は、実際にサー
マルインクジェットヘッドで噴射した数十万から数百万
個のインクドロップを吸収体に吸収させて、その吸収体
の重量の増分を測定し、その値をインクドロップ数で割
ることによって求められたインクドロップ１滴の重量を
インクの比重で換算して求められる。実際に、４００ｄ
ｐｉ、１６０ノズルの複数のサーマルインクジェットヘ
ッドでプリント実験を行なった。Ｖ₁ の値は、図３のａ
とＬ₁ の値を変化させることによってＶ₁ ＝６０〜８０
ｐｌに変化させた。Ｖ_d の値は、ヘッド温度やプリント
パターンによって変化し、測定した結果、Ｖ_d ＝４０〜
６０ｐｌの値であった。プリント上の図１５に示したよ
うなメニスカス後退による白抜けの画質欠陥の程度を１
（少ない）から５（多い）までに分けた。その実験結果
を図７に示した。Ｖ_d ／Ｖ₁ ≦０．７５の場合は、メニ
スカス後退による白抜けのレベルは１であり、白抜けの
画質欠陥は非常に少なかった。In the thermal ink jet head as shown in FIG. 3, the volume V ₁ of the portion where the nozzle flow path has the smallest cross-sectional area between the heater and the nozzle is the shaded portion. Is the volume of Also,
The volume V _d of the ink drops ejected to form one pixel of where in the claims 2 and 3, actually the ink drop from the hundreds of thousands of thousands of jetted by thermal ink-jet head in the absorber The weight of an ink drop is measured by measuring the increment of the weight of the absorber, and the weight is divided by the number of ink drops to convert the weight of one ink drop into the specific gravity of the ink. In fact, 400d
A printing experiment was performed with a plurality of thermal inkjet heads having pi and 160 nozzles. The value of V ₁ is calculated as shown in FIG.
V ₁ = 60-80 by varying the value of L ₁ and
pl. The value of V _d varies by the head temperature and the print pattern were measured result, V _d = 40 to
The value was 60 pl. The degree of image quality defect of white spots due to meniscus receding as shown in FIG.
(Small) to 5 (large). FIG. 7 shows the results of the experiment. When V _d / V ₁ ≦ 0.75, the level of white spots due to meniscus receding was 1, and the image quality defect of white spots was very small.

【００４０】図１８は、本発明のサーマルインクジェッ
トヘッドの他の実施の形態の一例の流路構造を示す三面
図であり、カラープリンタ用のサーマルインクジェット
ヘッドに適用できるものである。図中、図３と同様の部
分には同じ符号を付して説明を省略する。図中、９ａ，
９ｂ，９ｃはポリイミド層、１６はスリットバイパスで
ある。この実施の形態では、ピット２の共通液室側の端
部にポリイミド層９ｂを形成し、ポリイミド層９ｃのポ
リイミド壁３との間をスリットバイパス１２とした。ス
リットバイパス１６は、各色のノズルについてそれぞれ
共通のものとした。請求項１および３でいうところのノ
ズル流路がヒータからノズルまでの間で最も狭くなる部
分は破線でハッチングしたの部分であり、同様にヒー
タから共通液室までの間で最も狭くなる部分は破線でハ
ッチングしたの部分である。よって、請求項１および
３でいうところのＡ₁ 、Ｌ₁ は破線でハッチングした
の部分の断面積と長さであり、同様にＡ₂ 、Ｌ₂ は破線
でハッチングしたの部分の断面積と長さである。具体
例では、ノズルは底辺が４２．５μｍ、底角θが５４．
７゜の二等辺三角形とし、Ｌ₁ は１０３μｍ、Ｌ₂ は３
６μｍとした。Ａ₁とＡ₂ は上記二等辺三角形の面積で
あるから、同じ値である。この実施の形態においても、
白抜けの画質欠陥を減らすことができた。FIG. 18 is a three-view drawing showing the flow path structure of an example of another embodiment of the thermal ink jet head of the present invention, which can be applied to a thermal ink jet head for a color printer. In the figure, the same parts as those in FIG. In the figure, 9a,
9b and 9c are polyimide layers, and 16 is a slit bypass. In this embodiment, a polyimide layer 9b is formed at an end of the pit 2 on the side of the common liquid chamber, and a slit bypass 12 is formed between the pit 2 and the polyimide wall 3 of the polyimide layer 9c. The slit bypass 16 is common to the nozzles of each color. The part where the nozzle flow path becomes narrowest between the heater and the nozzle in the claims 1 and 3 is the part hatched with a broken line, and the part where the nozzle flow path becomes narrowest between the heater and the common liquid chamber is the same. This is the part hatched by a broken line. Therefore, A ₁ and L ₁ in claims 1 and 3 are the cross-sectional area and the length of the portion hatched by the broken line, and similarly, A ₂ and L ₂ are the cross-sectional area of the portion hatched by the broken line. Length. In a specific example, the nozzle has a base of 42.5 μm and a base angle θ of 54.
7 ° isosceles triangle, L ₁ is 103 μm, L ₂ is 3
The thickness was 6 μm. A ₁ and A ₂ are the same value because they are the area of the isosceles triangle. Also in this embodiment,
White image defects were reduced.

【００４１】[0041]

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によれば、バブル発生用ヒータを有するヒータ基板と、
複数のノズル流路と共通液室を構成するチャンネル基板
と、前記ノズル流路の一部を構成する合成樹脂層とから
なり、前記ヒータは前記ノズル流路内に配置されたサー
マルインクジェットヘッドにおいて、クロストークによ
るメニスカスの振動を抑制し、フェースフラッドやメニ
スカスの後退によるインク再供給の遅れを防止して、白
抜けの画質欠陥を減らすことができるという効果があ
る。As is apparent from the above description, according to the present invention, a heater substrate having a bubble generating heater,
In a thermal ink jet head comprising a plurality of nozzle channels and a channel substrate forming a common liquid chamber, and a synthetic resin layer forming a part of the nozzle channels, the heater is disposed in the nozzle channels. There is an effect that vibration of the meniscus due to crosstalk is suppressed, delay in re-supply of ink due to face flood or retreat of the meniscus is prevented, and image quality defects such as white spots can be reduced.

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

【図１】 本発明のサーマルインクジェットヘッドの実
施の形態の一例の概略を示す斜視図である。FIG. 1 is a perspective view schematically showing an example of an embodiment of a thermal inkjet head according to the present invention.

【図２】 図１のサーマルインクジェットヘッドの断面
図である。FIG. 2 is a sectional view of the thermal inkjet head of FIG.

【図３】 図１のサーマルインクジェットヘッドの流路
構造を示す三面図である。FIG. 3 is a three-view drawing illustrating a flow channel structure of the thermal inkjet head of FIG. 1;

【図４】 図１のサーマルインクジェットヘッドのピッ
ト付近の拡大斜視図である。FIG. 4 is an enlarged perspective view of the vicinity of a pit of the thermal inkjet head of FIG.

【図５】 実験例の寸法を示す説明図である。FIG. 5 is an explanatory diagram showing dimensions of an experimental example.

【図６】 実験結果を示すグラフである。FIG. 6 is a graph showing experimental results.

【図７】 実験結果を示すグラフである。FIG. 7 is a graph showing experimental results.

【図８】 メニスカスが静止した状態でヒータを駆動し
た場合の、好ましいインクドロップとメニスカスの運動
の一部の状態の説明図である。FIG. 8 is an explanatory diagram of a preferable state of ink drop and a part of the movement of the meniscus when the heater is driven in a state where the meniscus is stationary.

【図９】 メニスカスが静止した状態でヒータを駆動し
た場合の、好ましいインクドロップとメニスカスの運動
の一部の状態の説明図である。FIG. 9 is an explanatory diagram of a preferred state of ink drop and a part of the movement of the meniscus when the heater is driven while the meniscus is stationary.

【図１０】 メニスカスの振動が大きい状態で印字パル
スによる駆動が行なわれた場合のインクドロップとメニ
スカスの運動の一部の状態の説明図である。FIG. 10 is an explanatory diagram illustrating a state of a part of the movement of the ink drop and the meniscus when driving by a print pulse is performed in a state where the vibration of the meniscus is large.

【図１１】 メニスカスの振動が大きい状態で印字パル
スによる駆動が行なわれた場合のインクドロップとメニ
スカスの運動の一部の状態の説明図である。FIG. 11 is a diagram illustrating a partial state of the ink drop and the movement of the meniscus when driving by a print pulse is performed in a state where the vibration of the meniscus is large.

【図１２】 メニスカスの振動が大きい状態で印字パル
スによる駆動が行なわれた場合のインクドロップとメニ
スカスの運動の一部の状態の説明図である。FIG. 12 is an explanatory diagram of a state of a part of the movement of the ink drop and the meniscus when the driving by the print pulse is performed in a state where the vibration of the meniscus is large.

【図１３】 メニスカスの振動が大きい状態で印字パル
スによる駆動が行なわれた場合のインクドロップとメニ
スカスの運動の一部の状態の説明図である。FIG. 13 is an explanatory diagram of a state of a part of the movement of the ink drop and the meniscus when driving by a print pulse is performed in a state where the vibration of the meniscus is large.

【図１４】 ベタ印字をした印字結果の説明図である。FIG. 14 is an explanatory diagram of a printing result of solid printing.

【図１５】 ベタ印字をした印字結果の説明図である。FIG. 15 is an explanatory diagram of a printing result of solid printing.

【図１６】 従来のサーマルインクジェットヘッドの一
例の流路構造を示す三面図である。FIG. 16 is a three-view drawing showing a flow channel structure of an example of a conventional thermal inkjet head.

【図１７】 図１６のピット付近の拡大斜視図である。FIG. 17 is an enlarged perspective view of the vicinity of the pit in FIG.

【図１８】 本発明のサーマルインクジェットヘッドの
他の実施の形態の一例の流路構造を示す三面図である。FIG. 18 is a three-view drawing showing a flow path structure of an example of another embodiment of the thermal inkjet head of the present invention.

【符号の説明】 １、１ａ、１ｂ、１ｃ、…ヒータ、２、２ａ、２ｂ、２
ｃ…ピット、３、３ａ、３ｂ、３ｃ…ポリイミド壁、４
…チャネル基板、５、５ａ、５ｂ、５ｃ…ノズル流路、
６…インクリザーバ前方部、７…インクリザーバ、８…
ヒータ基板、９…ポリイミド層、１０…保護膜、１１…
チャネル圧力壁、１２…メニスカス、１３…バブル、１
４…インク曳糸、１５…インクドロップ、１６…スリッ
トバイパス。[Description of References] 1, 1a, 1b, 1c, ..., heater, 2, 2a, 2b, 2
c: pit, 3, 3a, 3b, 3c: polyimide wall, 4
... channel substrate, 5, 5a, 5b, 5c ... nozzle flow path,
6 ... front part of ink reservoir, 7 ... ink reservoir, 8 ...
Heater substrate, 9: polyimide layer, 10: protective film, 11 ...
Channel pressure wall, 12: meniscus, 13: bubble, 1
4: Ink threading, 15: ink drop, 16: slit bypass.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 池田 賢治 神奈川県海老名市本郷2274番地 富士ゼロ ックス株式会社内 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (72) Inventor Kenji Ikeda 2274 Hongo, Ebina-shi, Kanagawa Fuji Xerox Co., Ltd.

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項１】 バブル発生用ヒータを有するヒータ基板
と、複数のノズル流路と共通液室を構成するチャンネル
基板と、前記ノズル流路の一部を構成する合成樹脂層と
からなり、前記ヒータは前記ノズル流路内に配置された
サーマルインクジェットヘッドにおいて、前記ノズル流
路が前記ヒータからノズルまでの間で最も狭くなる部分
の断面積と長さをそれぞれＡ₁ 、Ｌ₁ とし、同様に前記
ヒータから共通液室までの間で最も狭くなる部分の断面
積と長さをそれぞれＡ₂ 、Ｌ₂とするとき、 （Ｌ₁ ／Ａ₁ ² ）／（Ｌ₂ ／Ａ₂ ² ）≦５．０ となることを特徴とするサーマルインクジェットヘッ
ド。A heater substrate having a bubble generation heater, a channel substrate forming a plurality of nozzle channels and a common liquid chamber, and a synthetic resin layer forming a part of the nozzle channel. In the thermal ink jet head disposed in the nozzle flow path, the cross-sectional area and length of a portion where the nozzle flow path becomes the narrowest between the heater and the nozzle are denoted by A ₁ and L ₁ respectively. when narrowest portion of the cross-sectional area and length of the respective a _2, L ₂ between from the heater to the common liquid ^{_{chamber, (L 1 / a 1 2}} ) / (L 2 / a 2 2) ≦ 5. 0. A thermal ink jet head characterized by being 0. 【請求項２】 バブル発生用ヒータを有するヒータ基板
と、複数のノズル流路と共通液室を構成するチャンネル
基板と、前記ノズル流路の一部を構成する合成樹脂層と
からなり、前記ヒータは前記ノズル流路内に配置された
サーマルインクジェットヘッドにおいて、前記ノズル流
路が前記ヒータからノズルまでの間で断面積が最も小さ
い部分の体積をＶ₁ とし、１画素を形成するために噴射
されるインクドロップの体積をＶ_d とするとき、 Ｖ_d ／Ｖ₁ ≦０．７５ となることを特徴とするサーマルインクジェットヘッ
ド。2. A heater substrate comprising: a heater substrate having a bubble generation heater; a channel substrate forming a plurality of nozzle flow paths and a common liquid chamber; and a synthetic resin layer forming a part of the nozzle flow path. In the thermal inkjet head arranged in the nozzle flow path, the nozzle flow path is ejected to form one pixel by setting the volume of a portion having the smallest cross-sectional area between the heater and the nozzle to V _1. that when the volume of ink drops to V _d, the thermal ink jet head, characterized in that the V _d / V ₁ ≦ 0.75. 【請求項３】 バブル発生用ヒータを有するヒータ基板
と、複数のノズル流路と共通液室を構成するチャンネル
基板と、前記ノズル流路の一部を構成する合成樹脂層と
からなり、前記ヒータは前記ノズル流路内に配置された
サーマルインクジェットヘッドにおいて、前記ノズル流
路が前記ヒータからノズルまでの間で最も狭くなる部分
の断面積と長さをそれぞれＡ₁ 、Ｌ₁ とし、同様に前記
ヒータから共通液室までの間で最も狭くなる部分の断面
積と長さをそれぞれＡ₂ 、Ｌ₂とし、かつ、前記ノズル
流路が前記ヒータからノズルまでの間で断面積が最も小
さい部分の体積をＶ₁ とし、１画素を形成するために噴
射されるインクドロップの体積をＶ_d とするとき、 （Ｌ₁ ／Ａ₁ ² ）／（Ｌ₂ ／Ａ₂ ² ）≦５．０ かつ、 Ｖ_d ／Ｖ₁ ≦０．７５ となることを特徴とするサーマルインクジェットヘッ
ド。3. A heater substrate comprising a heater substrate having a bubble generation heater, a channel substrate forming a plurality of nozzle channels and a common liquid chamber, and a synthetic resin layer forming a part of the nozzle channel. In the thermal ink jet head disposed in the nozzle flow path, the cross-sectional area and length of a portion where the nozzle flow path becomes the narrowest between the heater and the nozzle are denoted by A ₁ and L ₁ respectively. The cross-sectional area and length of the narrowest portion between the heater and the common liquid chamber are A ₂ and L ₂ , respectively, and the nozzle flow path is the portion of the portion having the smallest cross-sectional area between the heater and the nozzle. the volume and V _1, when the volume of ink drops ejected in order to form one pixel is _{V d, (L 1 / a} 1 2) / (L 2 / a 2 2) ≦ 5.0 and, I and V _d / V ₁ ≦ 0.75 Thermal ink jet head, characterized in that. 【請求項４】請求項１ないし３のいずれか１個に記載の
サーマルインクジェットヘッドを用いたことを特徴とす
る記録装置。4. A recording apparatus using the thermal inkjet head according to claim 1.