JPH03213355A - Ink jet print head - Google Patents

Ink jet print head

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Publication number
JPH03213355A
JPH03213355A JP816090A JP816090A JPH03213355A JP H03213355 A JPH03213355 A JP H03213355A JP 816090 A JP816090 A JP 816090A JP 816090 A JP816090 A JP 816090A JP H03213355 A JPH03213355 A JP H03213355A
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JP
Japan
Prior art keywords
openings
ink
bubble
resistor
bubbles
Prior art date
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Pending
Application number
JP816090A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Masa Suzuki
雅 鈴木
Yukihisa Koizumi
幸久 小泉
Masaki Kataoka
雅樹 片岡
Yoshihiko Miroku
美彦 弥勒
Masahiko Fujii
藤井 雅彦
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fujifilm Business Innovation Corp
Original Assignee
Fuji Xerox Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Fuji Xerox Co Ltd filed Critical Fuji Xerox Co Ltd
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Publication of JPH03213355A publication Critical patent/JPH03213355A/en
Pending legal-status Critical Current

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  • Particle Formation And Scattering Control In Inkjet Printers (AREA)

Abstract

PURPOSE:To accomplish gradation recording by changing dot diameters by providing a plurality of irregular openings over a beating resistor provided in an ink passage. CONSTITUTION:A heating resistor 2 provided on a base board 1 is energized and heated by a common electrode 3 and selective electrode 4. The resistor 2 is covered with a protection film 5, over which a pit layer 6 is formed. A plurality of openings are provided in the layer 6 so that each of them is positioned over each resistor 2 and divided into a plurality of openings by partition walls 63, 64. With such arrangement, when impressed voltage is not so high, a bubble (a) is produced only in each opening. When said voltage is higher, a bubble (a) is produced in an opening 73, whereas bubbles produced in openings 71, 72 are formed into one large bubble (b). When voltage is made still higher, all bubbles produced in the openings 71, 72, 73 are formed into one bubble, causing a large change in volume of bubble. As a result, the size of a drop of ink can be precisely controlled, so that gradation recording can be accomplished by changing diameters of dots.

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、特に、サーマルイ
ンクジェットプリンタにおけるプリントヘッドに関する
ものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION (Field of Industrial Application) The present invention relates to a print head in an inkjet printer, particularly a thermal inkjet printer.

(従来の技術) 従来、サーマルインクジェットヘッドを用いたインクジ
ェットプリンタにおいては、インクドロップ自体の大き
さを変えることが困難であるため、画像の階調表現は難
しく、例えば、デイザ法を用いてドツトによるマトリク
スを形成し、マトリクス内のドツトの分布により疑似的
に階調を表現することなどが行なわれている。しかしな
がら、この方法は、16階調を表現する場合に4x4の
マトリクスを必要とし、実質的な解像度が1/4に低下
してしまう欠点がある。そこで、解像度を犠牲にするこ
となく階調を表現する方法が試みられている。
(Prior art) Conventionally, in inkjet printers using thermal inkjet heads, it is difficult to change the size of the ink drop itself, so it is difficult to express the gradation of an image. A matrix is formed and gradations are expressed in a pseudo manner by the distribution of dots within the matrix. However, this method requires a 4x4 matrix to express 16 gradations, and has the disadvantage that the actual resolution is reduced to 1/4. Therefore, attempts have been made to find ways to express gradations without sacrificing resolution.

噴射されるインクドロップの量は、インク物性が一定の
場合、生成されるバブルの大きさによるが、このバブル
の大きさは、ヒーターとインク境界面温度に依存する。
The amount of ink droplet ejected depends on the size of the bubble generated when the physical properties of the ink are constant, and the size of this bubble depends on the temperature of the heater-ink interface.

さらにこの温度上昇は、ヒーターで発生する熱量、すな
わち印加する電圧、あるいはパルス幅に依存するもので
ある。そこで、ヒーターに与える熱量を変化させてイン
クドロップ量を変化させ、階調表現をすることが行なわ
れている。
Furthermore, this temperature increase depends on the amount of heat generated by the heater, that is, the applied voltage or pulse width. Therefore, gradation is expressed by changing the amount of ink drop by changing the amount of heat applied to the heater.

実開昭57−141043号公報に記載された階調設定
回路は、分圧回路を利用して、電圧値を変えて、濃度階
調を設定するものである。このような、蒸気バブルを発
生するためのヒーターに印加する駆動パルスの電圧値を
変えることにより、インクドロップの量を変調する方法
では、変調できるインクドロップ量の範囲は狭く、十分
な階調レベルを得ることができなかった。
The gradation setting circuit described in Japanese Utility Model Application Publication No. 57-141043 uses a voltage dividing circuit to change the voltage value and set the density gradation. In this method of modulating the amount of ink drop by changing the voltage value of the drive pulse applied to the heater to generate vapor bubbles, the range of the amount of ink drop that can be modulated is narrow, and it is difficult to reach a sufficient gradation level. I couldn't get it.

特開昭55−132258号公報や特開昭63−428
68号公報に記載された液体噴射記録法は、ヒーターの
抵抗値分布に勾配をもたせて、印加電圧によって生じる
発熱勾配を利用して階調記録を行なうものである。この
方法は、広い範囲でインクドロップの体積を変調できる
が、印加電圧とインクドロップ量の関係を常に一定に保
つことが困難であり、バブルの体積を適確に制御するこ
とができないという問題点を有している。
JP-A-55-132258 and JP-A-63-428
The liquid jet recording method described in Japanese Patent No. 68 uses a gradient in the resistance value distribution of a heater and performs gradation recording by utilizing the heat generation gradient generated by an applied voltage. Although this method can modulate the volume of the ink drop over a wide range, it is difficult to maintain a constant relationship between the applied voltage and the amount of ink drop, and the problem is that the volume of the bubble cannot be controlled accurately. have.

実開昭60−105148号公報や特開昭622614
53号公報に記載されたものは、1つのノズル内に複数
の発熱抵抗体を配置するものであるが、選択電極の数が
増大し、回路構成も複雑となる欠点がある。
Utility Model Publication No. 60-105148 and Japanese Patent Application Publication No. 622614
The method described in Japanese Patent No. 53 disposes a plurality of heating resistors in one nozzle, but has the disadvantage that the number of selection electrodes increases and the circuit configuration becomes complicated.

したがって、従来の階調表現を行なう方法は、いずれも
適切なものとはいえるものではなかった。
Therefore, none of the conventional gradation expression methods can be said to be appropriate.

(発明が解決しようとする課題) 本発明は、上述した問題点を解決するためになされたも
ので、バブルの体積を簡単な構成で適確に制御して、広
範囲で安定したインクドロップの体積の変調による階調
表現を可能にするインクジェットプリントヘッドを提供
することを目的とするものである。
(Problems to be Solved by the Invention) The present invention has been made in order to solve the above-mentioned problems.The present invention has been made in order to solve the above-mentioned problems. The object of the present invention is to provide an inkjet print head that enables gradation expression through modulation of .

(課題を解決するための手段) 本発明は、インクを保持したインク流路と、該インク流
路に連通したインク吐出口とを具備し、該インク吐出口
からインクを吐出するインクジェットプリントヘッドに
おいて、前記インク流路内部に発熱抵抗体を有し、該発
熱抵抗体の上に均等でない複数の開孔が設けられたこと
を特徴とするものである。
(Means for Solving the Problems) The present invention provides an inkjet print head that includes an ink channel holding ink and an ink discharge port communicating with the ink channel, and that discharges ink from the ink discharge port. , a heat generating resistor is provided inside the ink flow path, and a plurality of unequal openings are provided on the heat generating resistor.

複数の開孔は、面積を異なるようにしてもよいし、ある
いは、開孔の隔壁の高さや幅、形状などを変えるように
してもよい。また、これらを組み合わせるようにしても
よく、要は、隣接する開孔に発生するバブル同士の合体
条件を異ならしめるようにすればよい。
The plurality of apertures may have different areas, or the height, width, shape, etc. of the partition walls of the apertures may be varied. Moreover, these may be combined, and the point is that the conditions for coalescence of bubbles generated in adjacent openings may be made different.

(作 用) 本発明は、インクを保持したインク流路と、該インク流
路に連通したインク吐出口とを具備し、該インク吐出口
からインクを吐出するインクジェットプリントヘッドに
おいて、前記インク流路内部に発熱抵抗体を有し、該発
熱抵抗体の上に均等でない複数の開孔が設けられたこと
により、各開孔で発生するバブルの成長領域が限定され
、その成長領域の相違により隣接するバブルと互いに合
体して成長する条件が開孔によって相違する。したがっ
て、印加電圧に応じて、各々の開孔内だけでバブルが成
長したり、隣接する開孔で発生したバブルが合体して一
体となり、さらに、大きなバブルが成長する、というよ
うに、印加電圧に応じて合体するバブルを制御すること
により、バブル体積を適確に制御でき、適確なドツト径
変調を行なうことができる。
(Function) The present invention provides an inkjet print head that includes an ink flow path holding ink and an ink ejection port communicating with the ink flow path, and that ejects ink from the ink flow path. By having a heating resistor inside and having a plurality of uneven openings on the heating resistor, the growth area of bubbles generated in each opening is limited, and due to the difference in the growth area, adjacent The conditions for the bubbles to coalesce and grow differ depending on the opening. Therefore, depending on the applied voltage, bubbles may grow only within each aperture, or bubbles generated in adjacent apertures may coalesce into one, and larger bubbles may grow. By controlling the bubbles that coalesce according to this, the bubble volume can be accurately controlled, and the dot diameter can be accurately modulated.

(実施例) 第3図は、本発明が適用されるサーマルインクジェット
ヘッドの概略を説明するためのもので、(A)図はその
主要部を分解した斜視図であり、(B)図はインクドロ
ップの射出方向の切断したノズルの先端部近傍の断面図
である。図中、1は基板、2は発熱抵抗体、3は共通電
極、4は選択電極、5は保護層、6はビット層、7は開
孔、8は溝、9は溝板部材、10は接着層である。発熱
抵抗体2は、基板1上に配設され、共通電極3と選択電
極4から通電加熱される。発熱抵抗体2は、保護膜5に
覆われ、保護膜5の上には、ビット層6が形成される。
(Example) Fig. 3 is for explaining the outline of a thermal inkjet head to which the present invention is applied. FIG. 3 is a cross-sectional view of the vicinity of the tip of the nozzle taken in the drop injection direction. In the figure, 1 is a substrate, 2 is a heating resistor, 3 is a common electrode, 4 is a selection electrode, 5 is a protective layer, 6 is a bit layer, 7 is an opening, 8 is a groove, 9 is a groove plate member, and 10 is a It is an adhesive layer. The heating resistor 2 is disposed on the substrate 1 and heated by electricity from the common electrode 3 and the selection electrode 4. The heating resistor 2 is covered with a protective film 5, and a bit layer 6 is formed on the protective film 5.

ビット層6には、複数の開孔7が設けられ、各開孔7は
各発熱抵抗体2の上に位置するようにされ、(B)図か
ら明らかなように隔壁63.64により複数の開孔に仕
切られている。上述したビット層までが形成された基板
1と、溝8が形成された溝板部材9が、接着層10で接
着されて、溝8によりインク流路が構成され、その先端
がインクドロップの吐出口となる。
A plurality of openings 7 are provided in the bit layer 6, and each opening 7 is positioned above each heating resistor 2, and as is clear from FIG. It is partitioned by an opening. The substrate 1 on which the above-mentioned bit layer has been formed and the groove plate member 9 on which the grooves 8 have been formed are adhered with an adhesive layer 10, and the grooves 8 constitute an ink flow path, the tip of which is a point where an ink drop is ejected. It becomes an exit.

インク流路にインクを導入して発熱抵抗体2に通電して
インクを加熱すると、バブルが発生し、その体積増加に
対応したインクドロップが吐出される。このとき、ビッ
ト層6の開孔7が存在することによって、バブルの水平
方向への成長が制限され、バブルの発生が安定して行な
われる。
When ink is introduced into the ink flow path and the heating resistor 2 is energized to heat the ink, bubbles are generated and ink drops corresponding to the increase in volume are ejected. At this time, the presence of the openings 7 in the bit layer 6 restricts the growth of bubbles in the horizontal direction, so that bubbles are generated stably.

以上は、ビット層を有するサーマルインクジェットヘッ
ドの概略であるが、この実施例においては、ビットの開
孔7内において、複数の開孔が存在するように構成され
る。
The above is an outline of a thermal inkjet head having a bit layer, and in this embodiment, a plurality of apertures are arranged in the aperture 7 of the bit.

第1図は、開孔を3つ設けた例である。図中、6はビッ
ト層、71,72.73は開孔、2はビット層6の底部
に配設された発熱抵抗体である。
FIG. 1 shows an example in which three openings are provided. In the figure, 6 is a bit layer, 71, 72, 73 are openings, and 2 is a heating resistor disposed at the bottom of the bit layer 6.

発熱抵抗体2は、開孔71,72.73に露出するが、
その表面は、上述した保護膜に覆われているのが普通で
ある。
The heating resistor 2 is exposed to the openings 71, 72, 73,
Its surface is usually covered with the above-mentioned protective film.

第2図(A)は、第1図のII −II断面を表わすも
のであるが、第1図と同様な部分は同じ符号を付して説
明を省略する。図中、63は開孔71と72の間の隔壁
、64は開孔72と73の闇の隔壁であり、61.62
は第1図におけるビット層6を示す。この実施例におい
ては、ビット層を設けたが、ビット層を設けることは必
ずしも必要でなく、これを設けない場合は、61,62
が隔壁として設けられる。ここで、隔壁の高さは、−例
として、61.62が等しく、がっ、最も高く、64.
63の順に低くなっている。
FIG. 2(A) shows a cross section taken along line II--II in FIG. 1, and the same parts as in FIG. 1 are given the same reference numerals and their explanations are omitted. In the figure, 63 is the partition wall between the openings 71 and 72, 64 is the dark partition wall between the openings 72 and 73, and 61.62
indicates the bit layer 6 in FIG. In this embodiment, a bit layer is provided, but it is not necessarily necessary to provide a bit layer, and if this is not provided, 61, 62
is provided as a partition wall. Here, the heights of the partition walls are equal, for example, 61.62, the highest, and 64.62.
63.

このようなサーマルインクジェットヘッドにおいては、
印加電圧がさほど高くない場合は、第3図(B)に示す
ように、各々の開孔内のみでバブルa + a 、aが
生成される。より高い場合は、同図(C)に示すように
、開孔73ではその開孔内でバブルaが生成されるが、
開孔71と72内で発生したバブルはbのように一体と
なり、より大きなバブルとなる。さらに印加電圧が高い
場合は、同図(D)に示すように、開孔71,72.7
3で発生したバブルすべてが一体となり、大きな体積変
化が起こる。このように、発熱抵抗体上に複数の開孔を
設けることによって、インクドロップの大きさを適確に
制御してドツト径変調による階調記録ができる。
In such a thermal inkjet head,
When the applied voltage is not very high, bubbles a + a and a are generated only within each opening, as shown in FIG. 3(B). If the temperature is higher than that, bubbles a are generated within the aperture 73, as shown in FIG.
The bubbles generated within the openings 71 and 72 are combined as shown in b to form a larger bubble. If the applied voltage is even higher, the openings 71, 72.7, as shown in FIG.
All the bubbles generated in step 3 come together and a large volume change occurs. By providing a plurality of apertures on the heating resistor in this manner, the size of the ink drop can be accurately controlled and gradation recording can be performed by modulating the dot diameter.

なお、上記実施例では、開孔の隔壁の高さを異なるよう
にしたが、これに限らず、開孔の面積、形状、深さ等を
変えてもよく、また、それらを組み合わせてもよい。開
孔の大きさ、数等は適宜に定めることができる。
In addition, in the above embodiment, the heights of the partition walls of the openings were made to be different, but the invention is not limited to this, and the area, shape, depth, etc. of the openings may be changed, or they may be combined. . The size, number, etc. of the openings can be determined as appropriate.

第4図、第5図は、上記実施例において説明した開孔を
有するサーマルインクジェットヘッドの製造方法の概略
を説明するための工程図である。
FIGS. 4 and 5 are process diagrams for explaining the outline of the method for manufacturing the thermal inkjet head having the apertures described in the above embodiment.

第4図は、第3図で説明したビット7を設けたものであ
る。先ず、基板1上に発熱抵抗体2.共通電極35選択
電極4をスパッタ等により形成し、その上に保護膜5を
被着する((A)図)。その上に、感光性ポリイミドを
塗布し、フォトリソグラフィー工程によりバターニング
して、ビット7を形成したビット層6を設ける((B)
図)。次に、感光性ポリイミドを上記より薄く塗布し、
同様にフォトリソグラフィー工程によりパターニングし
て、隔壁64を形成しく(C)図)、さらに、感光性ポ
リイミドを上記よりさらに薄く塗布して、同様のフォト
リソグラフィー工程によりバターニングして、隔壁63
を形成して基板部材を構成する((D)図)。そして、
第3図で説明した溝板部材を接着する。
In FIG. 4, bit 7 explained in FIG. 3 is provided. First, a heating resistor 2. is placed on a substrate 1. A common electrode 35 and a selection electrode 4 are formed by sputtering or the like, and a protective film 5 is deposited thereon (Figure (A)). On top of that, photosensitive polyimide is applied and patterned using a photolithography process to form a bit layer 6 in which bits 7 are formed ((B)
figure). Next, apply photosensitive polyimide thinner than above,
Similarly, patterning is performed using a photolithography process to form partition walls 64 (Figure (C)), and photosensitive polyimide is further applied thinner than the above, and patterning is performed using a similar photolithography process to form partition walls 64.
is formed to constitute a substrate member (Figure (D)). and,
The groove plate member explained in FIG. 3 is adhered.

第5図は、隔壁61.62を別個に形成する場合である
。第4図(A)図の工程は同じであり、その上に、上述
したと同様に感光性ポリイミドの塗布と、フォトリソグ
ラフィー工程によるパターニングによって、第5図(A
)に示すように、隔壁61を形成し、同様に、隔壁63
を形成しく(B)図)、ついで、隔壁64を形成しく(
C)図)、さらに、隔壁62を形成して基板部材を構成
する((D)図)。そして、第4図で説明したと同様に
溝板部材を接着する。
FIG. 5 shows a case where partition walls 61 and 62 are formed separately. The process shown in FIG. 4(A) is the same, and the process shown in FIG.
), the partition wall 61 is formed, and the partition wall 63 is similarly formed.
(B)), and then the partition walls 64 are formed (Figure B).
Furthermore, partition walls 62 are formed to constitute a substrate member (see (D)). Then, the groove plate member is bonded in the same manner as described with reference to FIG.

(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、イン
ク流路内部に設けられる発熱抵抗体の上に均等でない複
数の開孔を設けることにより、バブルの体積の適確な制
御が可能となり、ドツト径変調による階調記録を行なう
ことができるサーマルインクジェットヘッドを提供でき
る効果がある。
(Effects of the Invention) As is clear from the above description, according to the present invention, by providing a plurality of unequal openings on the heating resistor provided inside the ink flow path, the volume of the bubble can be accurately determined. This has the effect of providing a thermal ink jet head capable of performing gradation recording by dot diameter modulation.

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

第1図は、本発明の一実施例を説明するためのサーマル
インクジェットヘッドの発熱抵抗体近傍の平面図、第2
図は、動作を説明するための第1図のII −II断面
図、第3図は、本発明が適用されるサーマルインクジェ
ットヘッドの概略の説明図、第4図、第5図は、本発明
の実施例のサーマルインクジェットヘッドの製造工程の
説明図である。 1・・・基板、2・・・発熱抵抗体、3・・・共通電極
、4・・・選択電極、5・・・保護層、6・・・ビット
層、71゜72.73・・・開孔、8・・・溝、9・・
・溝板部材、10・・・接着層。
FIG. 1 is a plan view of the vicinity of a heating resistor of a thermal inkjet head for explaining one embodiment of the present invention, and FIG.
The drawings are a sectional view taken along line II-II of FIG. 1 for explaining the operation, FIG. 3 is a schematic explanatory diagram of a thermal inkjet head to which the present invention is applied, and FIGS. FIG. 3 is an explanatory diagram of the manufacturing process of the thermal inkjet head of the example. DESCRIPTION OF SYMBOLS 1...Substrate, 2...Heating resistor, 3...Common electrode, 4...Selection electrode, 5...Protective layer, 6...Bit layer, 71°72.73... Opening hole, 8...Groove, 9...
-Groove plate member, 10...adhesive layer.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 インクを保持したインク流路と、該インク流路に連通し
たインク吐出口とを具備し、該インク吐出口からインク
を吐出するインクジェットプリントヘッドにおいて、 前記インク流路内部に発熱抵抗体を有し、該発熱抵抗体
の上に均等でない複数の開孔が設けられたことを特徴と
するインクジェットプリントヘッド。
[Scope of Claims] An inkjet print head comprising an ink channel holding ink and an ink discharge port communicating with the ink channel, and discharging ink from the ink discharge port, comprising: An inkjet printhead comprising a heat generating resistor and a plurality of non-uniform apertures provided on the heat generating resistor.
JP816090A 1990-01-19 1990-01-19 Ink jet print head Pending JPH03213355A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP816090A JPH03213355A (en) 1990-01-19 1990-01-19 Ink jet print head

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JP816090A JPH03213355A (en) 1990-01-19 1990-01-19 Ink jet print head

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JP (1) JPH03213355A (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6485128B1 (en) * 1996-03-04 2002-11-26 Hewlett-Packard Company Ink jet pen with a heater element having a contoured surface

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6485128B1 (en) * 1996-03-04 2002-11-26 Hewlett-Packard Company Ink jet pen with a heater element having a contoured surface

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