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JP4051238B2 - Ink jet head, printer including the ink jet head, and resistance adjustment method for ink jet head - Google Patents

Ink jet head, printer including the ink jet head, and resistance adjustment method for ink jet head Download PDF

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JP4051238B2
JP4051238B2 JP2002222209A JP2002222209A JP4051238B2 JP 4051238 B2 JP4051238 B2 JP 4051238B2 JP 2002222209 A JP2002222209 A JP 2002222209A JP 2002222209 A JP2002222209 A JP 2002222209A JP 4051238 B2 JP4051238 B2 JP 4051238B2
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  • Particle Formation And Scattering Control In Inkjet Printers (AREA)

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、記録紙にインク滴を所定パターンに付着させて画像を記録するインクジェットヘッドおよび該インクジェットヘッドを備えるプリンタ、並びにインクジェットヘッドの抵抗値調整方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来より、記録紙に画像を形成するための記録デバイスとしてインクジェットヘッドが用いられている。
【0003】
インクジェットヘッドの記録方式には、インク滴を記録紙に向けて吐出させるのに発熱素子の発する熱エネルギーを利用するものや圧電素子の変形を利用するもの、更には電磁波の照射に伴って発生する熱を利用するもの等があり、これらの中でも発熱素子の熱エネルギーを利用するサーマルインクジェットタイプのものは、発熱素子のパターニングが容易である上に、小さな面積の発熱素子であっても比較的大きな熱エネルギーを発生させることができることから、高密度記録に適したものとして注目されている。
【0004】
かかるインクジェットヘッドとしては、例えば図8に示す如く、単結晶シリコン等から成るベースプレート22の上面に、直線状に配列された複数個の発熱素子23と該発熱素子23に電気的に接続される給電配線24とを被着させてなるヘッド基板21上に、前記発熱素子23と1対1に対応する複数個のインク吐出孔26を有する天板25を、間に所定の間隙を形成するようにして配設するとともに、ヘッド基板21−天板25間の間隙にインク27を充填した構造のものが知られており、記録紙を天板25の外表面に沿って搬送しながら、複数個の発熱素子23を外部からの画像データに基づいて個々に選択的にジュール発熱させ、発熱素子23上のインク27中で気泡Aを発生させるとともに、該発生した気泡Aによる圧力でもって発熱素子23上のインク27をインク吐出孔26側へ押し上げ、インク27の一部をインク吐出孔26より記録紙に向かって吐出させることにより所定の画像が記録される。
【0005】
尚、前記ヘッド基板21上に設けられる発熱素子23や給電配線24のパターニングは、通常、従来周知の薄膜形成技術によって行なわれる。具体的には、まずベースプレート22の上面にTaSiO等から成る抵抗薄膜とアルミニウム等から成る金属薄膜とをスパッタリング等によって順次被着させ、これらをフォトリソグラフィーやエッチング技術等で微細加工することにより発熱素子23及び給電配線24のパターニングが行なわれていた。
【0006】
また前記天板25の材質としてはセラミックや樹脂,金属といった種々の材料が用いられ、かかる天板25に設けられるインク吐出孔26は、従来周知のレーザー加工やフォトエッチング等を駆使した孔明けにより形成するのが一般的であった。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した従来のインクジェットヘッドにおいては、発熱素子23を従来周知の薄膜形成技術によって形成する際に、発熱素子23の形状や厚みが製造条件のバラツキ等に起因して不均一となり、発熱素子23の電気抵抗値が個々に相違したり、或いは、インク吐出孔26を従来周知のレーザー加工やフォトエッチング等で天板25に形成する際に、加工条件のバラツキ等に起因してインク吐出孔26の大きさ(面積)が個々に相違したりすることから、記録動作時、発熱素子23の発する熱エネルギーやインク吐出量を一定に揃えることができず、その結果、インク吐出量が発熱素子毎に相違することとなって記録紙に印画の濃度ムラが形成される欠点を有していた。
【0008】
そこで上述の欠点を解消するために、発熱素子23の電気抵抗値を個々に測定するとともに該測定した抵抗値に基づいて補正データを作成し、この補正データを用いて発熱素子23への印加電力を調整することにより、発熱素子23の発する熱エネルギーを均一化することが提案されている。
【0009】
しかしながら、各発熱素子23への印加電力を補正データを使って調整する場合、全ての発熱素子23に与える補正データを格納しておくための大きなメモリや複雑な補正回路,電源回路等が別途、必要になり、インクジェットヘッドやそれが組み込まれるプリンタ本体の構成が大幅に複雑化する上に、このような補正は印画ライン毎に行なわれることから、記録動作に要する時間が長引いて記録速度の低下を招く欠点が誘発される。
【0010】
本発明は上記欠点に鑑み案出されたもので、その目的は、記録紙に良好で鮮明な画像を形成することができ、しかも構成を簡素に維持しつつ記録速度の高速化にも供することが可能な高性能のインクジェットヘッドおよび該インクジェットヘッドを備えるプリンタ、並びにインクジェットヘッドの抵抗値調整方法を提供することにある。
【0011】
【課題を解決するための手段】
本発明に係るインクジェットヘッドは、ベースプレート、該ベースプレートの上面に配列形成される複数の発熱素子、および該複数の発熱素子に対して電気的に接続される給電配線を含んでなるヘッド基板と、インクを充填するための間隙を介して前記ヘッド基板上に設けられ、前記インクを吐出するためのインク吐出孔を有する天板と、を備え、熱エネルギーによって前記インク吐出孔よりインクを吐出するものであって、前記給電配線の各々は、該給電配線の線幅より大きいトリミング用パッドを有しており、前記発熱素子は、TaSiO系抵抗材料により形成され、そのTa含有率が50原子%〜60原子%に設定されていることを特徴としている。本インクジェットヘッドにおいて前記発熱素子はパルストリミング法を用いて抵抗値調整されているのが好ましい。本インクジェットヘッドにおいて前記トリミング用パッドは、前記天板のエッジよりも外側に位置しているのが好ましい。本インクジェットヘッドにおいて前記トリミング用パッドは、ニッケルめっきおよび金メッキの少なくとも一方により形成されるのが好ましい。本インクジェットヘッドにおいて前記トリミング用パッドは、前記複数の発熱素子の配列方向に沿って千鳥状に配列しているのが好ましい。本インクジェットヘッドにおいて前記ヘッド基板は、前記トリミング用パッドが露出するように、前記発熱素子および前記給電配線を被覆する保護膜を更に含んでなり、前記保護膜の酸素含有量は、2.0質量%〜10.0質量%に設定されているのが好ましい。
【0012】
発明に係るプリンタは、本発明に係るインクジェットヘッドを備えることを特徴としている。
【0013】
本発明に係るインクジェットヘッドの抵抗値調整方法は、ベースプレート、該ベースプレートの上面に配列形成される複数の発熱素子、および該複数の発熱素子に対して電気的に接続される給電配線を含んでなるヘッド基板と、インクを充填するための間隙を介して前記ヘッド基板上に設けられ、前記インクを吐出するためのインク吐出孔を有する天板と、を備え、熱エネルギーによって前記インク吐出孔よりインクを吐出するインクジェットヘッドの抵抗値調整方法であって、前記インクジェットヘッドは、前記給電配線の各々が該給電配線の線幅より大きいトリミング用パッドを有し、前記発熱素子がTaSiO系抵抗材料により形成され、そのTa含有率が50原子%〜60原子%となるように調整され、前記複数の発熱素子の各々に電力パルスを印加して前記インク吐出孔より前記インクを吐出させるとともに、その吐出したインクの体積を測定する第1工程と、前記第1工程で測定されたインクの体積と基準体積とを比較して両者の体積差を求め、該体積差に対応するトリミングパルスを選択する第2工程と、前記トリミング用パッドにプローブを接触させることによって前記第2工程で選択されたトリミングパルスを対応する発熱素子に印加して、該発熱素子の電気抵抗値を調整する第3工程と、を含むことを特徴としている。
【0014】
発明の調整方法によれば、インク吐出孔より実際に吐出させたインクの体積に基づいて発熱素子の電気抵抗値を従来周知のパルストリミングにて精度良く補正することができるため、発熱素子の発する熱エネルギーを最適化して、インク吐出孔より吐出されるインクの体積を全て一定に揃えることができ、これによって濃度ムラの少ない鮮明な画像を形成することが可能な高性能のインクジェットヘッドが得られるようになる。
【0015】
また本発明の調整方法は、発熱素子の電気抵抗値を調整することで発熱素子の熱エネルギーを均一化するようにしたものであり、この場合、補正データを用いて印加電力を調整する場合に比し、補正データ格納用のメモリや複雑な補正回路,電源回路等が不要で、インクジェットヘッドやそれが組み込まれるプリンタ本体の構成を簡素に維持することができる上に、記録動作中の補正処理等も一切不要で、記録速度の高速化にも供することができる高性能のインクジェットヘッドを得ることが可能となる。
【0016】
更に本発明の調整方法によれば、トリミングパルスが印加される発熱素子はシリコン及び酸素を含む無機質材料からなる保護膜で被覆されているため、発熱素子の一部を保護膜中の酸素と反応させて発熱素子の表面に薄い酸化膜を形成することにより、発熱素子の抵抗値を上昇させることができるようになり、発熱素子の抵抗値を上下いずれにも補正することが可能となる。
【0017】
また更に本発明の調整方法によれば、保護膜中の酸素含有量を2.0質量%〜10.0質量%に設定することにより、所定のトリミングパルスを印加したときの抵抗値の上昇度合いが適度な大きさになり、より細かな抵抗値調整が可能になるという利点もある。
【0018】
更にまた本発明の調整方法によれば、前記給電配線の途中で、かつインクの充填領域外に設けられたトリミング用のパッドを介して発熱素子にトリミングパルスを印加することにより、インクジェットヘッドを組み立てた後であっても、トリミングパルスの印加に使用されるプロービング装置の探針(プローブ)を前記パッドに対し確実かつ容易に接触させてトリミングを行うことができるようになり、トリミングの作業性が良好となる利点もある。
【0019】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を添付図面に基づいて詳細に説明する。
図1は本発明の一実施形態に係る調整方法によって得たインクジェットヘッドの分解斜視図、図2は図1のインクジェットヘッドの断面図であり、図中の1はヘッド基板、7は天板、9はインクである。
【0020】
前記ヘッド基板1は、矩形状をなすように形成されたベースプレート2の上面に、直線状に配列した複数個の発熱素子3と、該発熱素子3に電気的に接続される給電配線4とを被着・形成し、これらを保護膜6で被覆した構造を有している。
【0021】
前記ベースプレート2は、単結晶シリコン等の半導体材料、或いは、グレーズドアルミナセラミックス等の電気絶縁性材料によって形成されており、その上面で発熱素子3や給電配線4,保護膜6等を支持するための支持母材として機能する。
【0022】
このようなベースプレート2は、例えば単結晶シリコンから成る場合、従来周知のチョコラルスキー法(引き上げ法)等を採用することによって単結晶シリコンのインゴット(塊)を形成し、これを所定厚みにスライスした上、外形加工することによって製作される。尚、この場合、ベースプレート2の表面には酸化シリコン(SiO2)等の電気絶縁性材料から成る絶縁膜(図示せず)が例えば1μm〜3μmの厚みに設けられ、このような絶縁膜によってベースプレート2を形成する単結晶シリコンを発熱素子3等から電気的に絶縁している。
【0023】
また前記ベースプレート2の上面に設けられている複数個の発熱素子3は、例えば600dpi(dot per inch)の密度で主走査方向に直線状に配列されており、その各々がTaNやTaSiO,TaSiNO,TiSiO,TiSiCO,NbSiO等の電気抵抗材料から成る抵抗薄膜により形成されている。
【0024】
前記発熱素子3は、それ自体が電気抵抗材料から成っているため、給電配線4等を介して電源電力が供給されると、ジュール発熱を起こし、インク9中で気泡Aを発生させるのに必要な所定の熱エネルギーを発生する。
【0025】
そして、これらの発熱素子3には後述するパルストリミングによって抵抗値補正がなされており、記録動作時、天板7に設けられる全てのインク吐出孔8より略一定量のインク9が吐出されるように個々の発熱素子3の熱エネルギーを最適化するようにしている。
【0026】
更に前記発熱素子3に接続されている給電配線4は、先に述べた発熱素子3に電源電力を印加するためのものであり、その一端は後述するインク9の充填領域外まで導出され、該導出部で図示しないドライバーIC等の端子に接続されている。
【0027】
また前記給電配線4は、各々の途中で、インク9の充填領域外に、配線4の線幅よりも大きな円形状もしくは四角形状のトリミング用パッド5を有しており、これらのパッド5を発熱素子3の配列方向と平行な方向(主走査方向)に一列状に配列させている。
【0028】
前記パッド5は、従来周知のパルストリミング法にて発熱素子3の電気抵抗値を調整する際、トリミングパルスを印加するプロービング装置の探針(プローブ)を接触させるためのもので、インクジェットヘッドを組み立てた後であってもトリミング作業を簡単に行うことができるように、天板7のエッジよりも外側に位置させてある。
【0029】
尚、前記発熱素子3及び給電配線4は、従来周知の薄膜形成技術、例えば、スパッタリング、フォトリソグラフィー、エッチング技術等によって行なわれる。具体的には、まずTaSiO等の抵抗材料とアルミニウム等の金属材料を従来周知のスパッタリングによりベースプレート2の上面に順次被着させることによって抵抗薄膜及び金属薄膜から成る積層体を形成し、これを従来周知のフォトリソグラフィー及びエッチング(フォトエッチング)技術にて微細加工することにより発熱素子23及び給電配線4が所定形状にパターニングされ、インクジェットヘッドの組み立て工程が完了した後で、各発熱素子3の電気抵抗値を後述の調整方法により調整する。
【0030】
また前記給電配線4のパッド5は、給電配線4の所定箇所に従来周知の無電解めっき法等によってニッケルめっきや金めっき等を施すことにより、例えば2μm〜5μmの厚みに被着・形成される。
【0031】
そして前記発熱素子3や給電配線4等を被覆する保護膜6は、インク9中に含まれているアルカリイオンや水分等が発熱素子3や給電配線4に接触してこれらを腐食したり、或いは、インク9中に含まれている染料の固まり等が発熱素子3の表面に付着するのを有効に防止するためのものであり、例えばSiO2(酸化珪素)やSiON,Si34(窒化珪素)等の無機質材料によって例えば0.2μm〜2.0μmの厚みに形成される。
【0032】
この保護膜6は、前記パッド5が露出するように、その端部をパッド5よりも発熱素子3側に位置させてあり、従来周知のスパッタリングや真空蒸着法,プラズマCVD(Chemical Vapor Deposition)等を採用し、発熱素子3や給電配線4等の表面に前述の無機質材料を所定厚みに被着させることによって形成される。
【0033】
また一方、上述したヘッド基板1上には、間に所定の間隙を形成するようにして天板7が配設される。
【0034】
前記天板7は、ヘッド基板1との間隙に充填されるインク9から成るインク流路を塞ぐためのものであり、発熱素子3と1対1に対応する複数個のインク吐出孔8を有し、かかる天板7の外形は副走査方向の寸法がヘッド基板1よりも小型となるように、具体的には、天板7の一端がパッド5の位置よりも発熱素子3側に位置するように配置されている。
【0035】
かかる天板7は、インク吐出孔8が対応する発熱素子3の真上に位置するように位置決めされており、インクジェットヘッドの記録動作時、インク吐出孔8よりインク滴iを記録紙に向けて吐出するようになっている。
【0036】
尚、前記天板7は、モリブデン等から成る金属製の板体、アルミナセラミックス等から成るセラミック製の板体、エポキシ樹脂やポリイミド樹脂等の樹脂製の板体、或いは、上記の材料を組み合わせることによって形成され、例えばモリブデンから成る場合、モリブデンのインゴット(塊)を従来周知の金属加工法により板状に成形するとともに、該板体の所定箇所に従来周知のレーザー加工やフォトエッチング技術等を採用することによって孔明けを行い、直径10μm〜100μm程度のインク吐出孔8を多数、穿設することによって製作され、得られた天板7を図示しないスペーサや封止部材11等を介してヘッド基板1上に載置・接着させることにより天板7がヘッド基板1上の所定位置に固定される。
【0037】
そして前記ヘッド基板1と天板7との間隙に充填されるインク9としては、例えば水性染料インク等が好適に使用され、その粘度は、例えば0.3mPa・s〜3.0mPa・s(25℃)に調整される。
【0038】
このようなインク9は、図示しないインクタンクからヘッド基板1−天板7間の間隙に供給されるようになっており、前述した発熱素子3からの熱エネルギーによってインク9中に気泡Aが発生すると、該気泡発生時の圧力によってインク9の一部がインク吐出孔8よりインク滴iとなって外部に吐出され、これらのインク滴iを天板7の外表面に沿って搬送される記録紙の表面に付着させることにより所定の画像が形成される。
【0039】
次に上述したインクジェットヘッドの抵抗値調整方法について図3のフローチャートを用いて説明する。
【0040】
(1)まず、従来周知の薄膜形成技術にてパターン形成された発熱素子3等を有するヘッド基板1と、インク吐出孔8を有する天板7とを、間に所定の間隙を形成するようにして対向配置させた上、この間隙にインク9を充填してインクジェットヘッドを組み立てる。
【0041】
(2)次に、ヘッド基板1上の各発熱素子3に所定の電力パルス(定格パルス)を印加してインク吐出孔8よりインク9を吐出させるとともに、該吐出したインク9の体積を測定する。
【0042】
インク9の体積は、例えば図4に示す如く、インク吐出孔8より吐出したインク滴iを複数のカメラを使って同時に撮影し、得られた複数の写真に記録されているインク滴iの画像を3次元的に解析することによって求められ、このような体積測定を全てのインク吐出孔8より吐出されるインク滴iに対して行う。
【0043】
(3)次に、(2)の工程で得たインク滴iの体積と所定の基準体積とを比較して両者の体積差を求め、インク滴iの体積を基準体積に近づけるのに必要な所定のトリミングパルス、即ち、前記体積差に対応するトリミングパルスを選択する。
【0044】
例えば、基準体積が8pl(ピコリットル)、測定によって得られたインク滴iの体積が10plの場合、両者の体積差(測定体積−基準体積)は2plとなり、この体積差に対応するトリミングパルスを図5及び図6より求める。
【0045】
この工程では、まず“体積差”と“抵抗値補正幅”との関係を示す線図(図5)から、体積差に対応する抵抗値補正幅を求め、しかる後、“抵抗値補正幅”と“トリミングパルスのエネルギー”との関係を示す線図(図6)から、発熱素子3に印加すべきトリミングパルスのエネルギーを求め、これに最も近いトリミングパルスを事前に準備された複数種のトリミングパルスの中から一つ選択する。
【0046】
尚、測定によって得られたインク滴iの体積が基準体積よりも小さい場合は抵抗値を下降させる方向に補正することとなるため、図6(a)の線図が用いられ、またインク滴iの体積が基準体積よりも大きい場合は抵抗値を上昇させる方向に補正することとなるため、図6(b)の線図が用いられる。
【0047】
(4)そして最後に、従来周知のパルストリミング法、具体的には、(3)の工程で選択したトリミングパルスを対応する発熱素子3に印加して発熱素子3の電気抵抗値を下降もしくは上昇させることにより発熱素子3の電気抵抗値を調整する。
【0048】
発熱素子3に対するトリミングパルスの印加は、先に述べた給電配線4のパッド5を介して行なわれ、かかるパッド5の表面に、図7に示す如くプロービング装置の探針(プローブ)10を接触させ、この状態で、(3)の工程で選択した所定のトリミングパルスをプロービング装置より印加することにより発熱素子3のトリミングが行なわれ、これによって発熱素子3の電気抵抗値が調整される。
【0049】
かかるパルストリミング法では、例えば、発熱素子3に対しパルス幅(通電時間)が比較的短く、振幅(電圧値)が比較的大きなトリミングパルスを印加することによって発熱素子3を形成する抵抗材料を結晶化せしめ、この場合、発熱素子3がアニールされて抵抗値の下降現象が起こる。
【0050】
また一方、発熱素子3の抵抗値を上昇させる場合は、発熱素子3に対しパルス幅が比較的長く、振幅が比較的小さなトリミングパルスを印加することによって発熱素子3を形成する抵抗材料の一部を保護膜6中の酸素と結合させ、表面に薄い酸化膜を形成することによって抵抗値を上昇させる。
【0051】
このとき、保護膜6を酸素を含む無機質材料により形成するともに、該保護膜中の酸素含有量を2.0質量%〜10.0質量%に設定しておけば、抵抗値を上昇させる際の抵抗値変動量が適度な大きさになり、パルストリミング法によってより細かな抵抗値調整がしやすくなるという利点がある。
【0052】
ここで、保護膜6中の酸素含有量が2.0質量%よりも小さいと、抵抗値の上昇度合いが小さすぎて、抵抗値調整に長時間を要する不都合があり、一方、酸素含有量が10.0質量%よりも大きいと、保護膜6中にクラック等が発生したり、あるいは保護膜6の密着強度が低下する傾向がある。従って、保護膜6中の酸素含有量を2.0質量%〜10.0質量%に設定しておくことが好ましい。
【0053】
そして、上述のトリミング作業を行った後、トリミングを行った発熱素子3の抵抗値を測定し、その測定値が目標抵抗値に対して十分に近づいていない場合は、抵抗値が許容範囲に入るまで上述のトリミング作業を繰り返し行う。
【0054】
尚、このようなトリミング作業では、抵抗値調整を、抵抗値の下降もしくは上昇のいずれかのみで行っても良いし、抵抗値の下降、上昇の双方で行うようにしても良く、例えば、抵抗値の下降のみで発熱素子3の抵抗値調整を行う場合は、当初の抵抗値が全て目標抵抗値に対し十分に高く設定されるように抵抗薄膜の材料、膜厚等を選択する。
【0055】
以上のような本実施形態の調整方法によれば、インク吐出孔8より実際に吐出させたインク滴iの体積に基づいて発熱素子3の電気抵抗値を従来周知のパルストリミングにて精度良く補正するようになっているため、この抵抗値補正で発熱素子3の発する熱エネルギーを最適化することにより、インク吐出孔8より吐出されるインク滴iの体積を全て一定に揃えることができ、これによって濃度ムラの少ない鮮明な画像を形成することが可能な高性能のインクジェットヘッドが得られるようになる。
【0056】
またこの場合、個々の発熱素子3が発する熱エネルギーは発熱素子3の抵抗値調整により均一化されることから、補正データを用いて印加電力を調整する場合に比し、補正データ格納用のメモリや複雑な補正回路,電源回路等が不要で、インクジェットヘッドやそれが組み込まれるプリンタ本体の構成を簡素に維持することができる上に、記録動作中の補正処理等も一切不要で、記録速度の高速化にも供することが可能な高性能のインクジェットヘッドが得られる。
【0057】
更に上述の抵抗値調整方法によれば、トリミングパルスの印加に際してプロービング装置の探針10を接触させる給電配線4のパッド5はインク9の充填領域外に設けてあるため、インクジェットヘッドを組み立てた後であっても、プロービング装置の探針10をパッド5に対し確実に接触させてトリミングを簡単に行うことができ、トリミングの作業性を良好となすことができる利点もある。
【0058】
尚、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更、改良等が可能である。
【0059】
例えば上述の実施形態において、ヘッド基板1と天板7の間に隣接する発熱素子3を隔てるための隔壁部材を介在させたり、或いは、このような隔壁部材を天板7と一体的に形成するようにしても構わない。
【0060】
また上述の実施形態においては、天板7のインク吐出孔8を対応する発熱素子3の真上に位置させるようにしたが、これに代えて、インク吐出孔を発熱素子の真上よりずらして配置させたり、或いは、インク滴をヘッド基板のエッジより吐出させるエッジシュータタイプのインクジェットヘッドに本発明を適用しても良い。
【0061】
更に上述の実施形態においては、トリミング用のパッド5を主走査方向に一列状に配置させるようにしたが、これに代えて、トリミング用のパッド5を主走査方向に千鳥状に配列させるようにしても良く、この場合、隣接するパッド間のスペースに余裕ができ、隣合う給電配線、パッド間の短絡を有効に防止することができる利点もある。
【0062】
また更に上述の実施形態においては、まずインク滴の体積−基準体積間の体積差から抵抗値補正幅を求め、その後で、得られた抵抗値補正幅からトリミングパルスを求めるようにしたが、これに代えて、インク滴の体積−基準体積間の体積差とトリミングパルスとの関係を示すテーブル等を予め準備しておき、このようなテーブル等を用いて上記体積差からトリミングパルスを直接、選択・決定するようにしても構わない。
【0063】
更にまた上述の実施形態において、前記発熱素子3をTaSiO系抵抗材料により形成し、且つTa含有率を50原子%〜60原子%に設定しておけば、発熱素子3の電気抵抗値を従来周知のパルストリミング法にて調整する際、トリミングパルスを印加したときの抵抗値変動量が適度な大きさとなり、パルストリミング法によってより細かな抵抗値調整がし易くなるという利点がある。
【0064】
ここで、発熱素子3内のTa含有率が60原子%よりも大きいと、トリミングパルスを印加したときの発熱素子3の抵抗値変動が大きくなって細かな抵抗値調整が困難になる傾向があり、一方、発熱素子3内のTa含有率が50原子%よりも小さいと、トリミングパルスを印加したときの発熱素子3の抵抗値変動が小さいため、発熱素子3の電気抵抗値を大きく変化させる場合に、抵抗値調整に長時間を要してしまう。従って、発熱素子3を形成する抵抗材料中のTa含有率を50原子%〜60原子%に設定しておくことが好ましい。
【0065】
【発明の効果】
本発明の調整方法によれば、インク吐出孔より実際に吐出させたインクの体積に基づいて発熱素子の電気抵抗値を従来周知のパルストリミングにて精度良く補正することができるため、発熱素子の発する熱エネルギーを最適化して、インク吐出孔より吐出されるインクの体積を全て一定に揃えることができ、これによって濃度ムラの少ない鮮明な画像を形成することが可能な高性能のインクジェットヘッドが得られるようになる。
【0066】
また本発明の調整方法は、発熱素子の電気抵抗値を調整することで発熱素子の熱エネルギーを均一化するようにしたものであり、この場合、補正データを用いて印加電力を調整する場合に比し、補正データ格納用のメモリや複雑な補正回路,電源回路等が不要で、インクジェットヘッドやそれが組み込まれるプリンタ本体の構成を簡素に維持することができる上に、記録動作中の補正処理等も一切不要で、記録速度の高速化にも供することができる高性能のインクジェットヘッドを得ることが可能となる。
【0067】
更に本発明の調整方法によれば、トリミングパルスが印加される発熱素子はシリコン及び酸素を含む無機質材料からなる保護膜で被覆されているため、発熱素子の一部を保護膜中の酸素と反応させて発熱素子の表面に薄い酸化膜を形成することにより、発熱素子の抵抗値を上昇させることができるようになり、発熱素子の抵抗値を上下いずれにも補正することが可能となる。
【0068】
また更に本発明の調整方法によれば、保護膜中の酸素含有量を2.0質量%〜10.0質量%に設定することにより、所定のトリミングパルスを印加したときの抵抗値の上昇度合いが適度な大きさになり、より細かな抵抗値調整が可能になるという利点もある。
【0069】
更にまた本発明の調整方法によれば、前記給電配線の途中で、かつインクの充填領域外に設けられたトリミング用のパッドを介して発熱素子にトリミングパルスを印加することにより、インクジェットヘッドを組み立てた後であっても、トリミングパルスの印加に使用されるプロービング装置の探針(プローブ)を前記パッドに対し確実かつ容易に接触させてトリミングを行うことができるようになり、トリミングの作業性が良好となる利点もある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態に係る調整方法によって得られたインクジェットヘッドの分解斜視図である。
【図2】図1のインクジェットヘッドの断面図である。
【図3】本発明の一実施形態に係る調整方法を説明するためのフローチャートである。
【図4】インク滴iの体積を測定する様子を示す図である。
【図5】「体積差」と「抵抗値補正幅」との関係を示す線図である。
【図6】(a)は抵抗値を下降させる際の「抵抗値補正幅」と「トリミングパルスのエネルギー」との関係を示す線図、(b)は抵抗値を上昇させる際の「抵抗値補正幅」と「トリミングパルスのエネルギー」との関係を示す線図である。
【図7】トリミング作業を説明するための断面図である。
【図8】従来のインクジェットヘッドの断面図である。
【符号の説明】
1・・・ヘッド基板
2・・・ベースプレート
3・・・発熱素子
4・・・給電配線
5・・・パッド
6・・・保護膜
7・・・天板
8・・・インク吐出孔
9・・・インク
10・・・プロービング装置の探針
A・・・気泡
i・・・インク滴
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
  The present invention records an image by depositing ink droplets on a recording sheet in a predetermined pattern.Ink jet head, printer including the ink jet head, andThe present invention relates to a method for adjusting a resistance value of an inkjet head.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, an ink jet head has been used as a recording device for forming an image on recording paper.
[0003]
Ink jet head recording systems use thermal energy generated by heating elements to eject ink droplets toward recording paper, those that use deformation of piezoelectric elements, and also occur when electromagnetic waves are irradiated. There are some that use heat, and among these, thermal ink jet type that uses the heat energy of the heating element is easy to pattern the heating element, and even a heating element with a small area is relatively large Since heat energy can be generated, it is attracting attention as being suitable for high-density recording.
[0004]
As such an ink jet head, for example, as shown in FIG. 8, a plurality of heating elements 23 arranged linearly on the upper surface of a base plate 22 made of single crystal silicon or the like, and a power supply electrically connected to the heating elements 23. On the head substrate 21 to which the wiring 24 is attached, a top plate 25 having a plurality of ink discharge holes 26 corresponding to the heating elements 23 is formed with a predetermined gap therebetween. And a structure in which the gap between the head substrate 21 and the top plate 25 is filled with ink 27 is known, and a plurality of papers are conveyed while conveying the recording paper along the outer surface of the top plate 25. The heating elements 23 are selectively joule-heated individually based on image data from the outside to generate bubbles A in the ink 27 on the heating elements 23, and with the pressure generated by the generated bubbles A. Ink 27 on the thermal element 23 pushed to the ink discharge hole 26 side, predetermined image is recorded by ejecting a part of the ink 27 toward the recording paper from the ink discharge hole 26.
[0005]
The heating element 23 and the power supply wiring 24 provided on the head substrate 21 are usually patterned by a conventionally well-known thin film forming technique. Specifically, first, a resistive thin film made of TaSiO or the like and a metal thin film made of aluminum or the like are sequentially deposited on the upper surface of the base plate 22 by sputtering or the like, and these are finely processed by photolithography, etching technique or the like, thereby generating a heating element. 23 and the power supply wiring 24 are patterned.
[0006]
The top plate 25 is made of various materials such as ceramic, resin, and metal, and the ink discharge holes 26 provided in the top plate 25 are formed by using well-known laser processing, photoetching, or the like. It was common to form.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the conventional inkjet head described above, when the heating element 23 is formed by a conventionally known thin film forming technique, the shape and thickness of the heating element 23 become non-uniform due to variations in manufacturing conditions and the like. Ink discharge holes may be caused by variations in processing conditions or the like when the electrical resistance values of the ink discharge holes 26 are individually different, or when the ink discharge holes 26 are formed on the top plate 25 by laser processing or photoetching, which is conventionally known. Since the sizes (areas) of the heaters 26 are individually different, the heat energy and ink discharge amount generated by the heating element 23 cannot be made uniform during the recording operation, and as a result, the ink discharge amount is reduced by the heating element. It has a defect that density unevenness of printing is formed on the recording paper.
[0008]
Therefore, in order to eliminate the above-described drawbacks, the electrical resistance values of the heating elements 23 are individually measured, and correction data is created based on the measured resistance values, and the applied power to the heating elements 23 using the correction data. It has been proposed that the heat energy generated by the heat generating element 23 is made uniform by adjusting.
[0009]
However, when adjusting the power applied to each heating element 23 using correction data, a large memory, a complicated correction circuit, a power supply circuit, etc. for storing correction data to be applied to all the heating elements 23 are separately provided. In addition, the configuration of the ink jet head and the printer body in which the ink jet head is incorporated is greatly complicated, and since such correction is performed for each printing line, the time required for the recording operation is prolonged and the recording speed is lowered. Inducing a disadvantage that leads to
[0010]
  The present invention has been devised in view of the above drawbacks, and its purpose is to form a good and clear image on recording paper, and also to increase the recording speed while maintaining a simple configuration. High performance inkjet headAnd a printer including the inkjet head, andAn object of the present invention is to provide a method for adjusting the resistance value of an inkjet head.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
  An ink jet head according to the present invention includes a head substrate including a base plate, a plurality of heating elements arrayed on the upper surface of the base plate, and a power supply wiring electrically connected to the plurality of heating elements, an ink A top plate provided on the head substrate through a gap for filling the ink and having an ink discharge hole for discharging the ink, and discharges ink from the ink discharge hole by thermal energy. Each of the power supply wirings has a trimming pad larger than the line width of the power supply wiring, and the heating element is formed of a TaSiO-based resistance material, and the Ta content is 50 atomic% to 60%. It is characterized by being set to atomic%. In the ink jet head, it is preferable that the heating element has a resistance value adjusted using a pulse trimming method. In the present inkjet head, it is preferable that the trimming pad is located outside the edge of the top plate. In the ink jet head, the trimming pad is preferably formed by at least one of nickel plating and gold plating. In the present inkjet head, it is preferable that the trimming pads are arranged in a staggered manner along the arrangement direction of the plurality of heating elements. In the inkjet head, the head substrate further includes a protective film covering the heating element and the power supply wiring so that the trimming pad is exposed, and the oxygen content of the protective film is 2.0 mass. % To 10.0% by mass is preferable.
[0012]
  BookA printer according to the invention includes the inkjet head according to the invention.
[0013]
  The method of adjusting the resistance value of the inkjet head according to the present invention is as follows.A head substrate including a base plate, a plurality of heating elements arranged on the upper surface of the base plate, and a power supply wiring electrically connected to the plurality of heating elements, and a gap for filling ink A resistance value adjusting method for an ink jet head, wherein the ink is ejected from the ink ejection holes by thermal energy, and the top plate is provided on the head substrate and has an ink ejection hole for ejecting the ink. In the inkjet head, each of the power supply wirings has a trimming pad larger than the line width of the power supply wiring, the heating element is formed of a TaSiO-based resistance material, and the Ta content is 50 atom% to 60 atoms. %, And applying a power pulse to each of the plurality of heat generating elements, the ink is ejected from the ink ejection holes. The first step of measuring the volume of the ejected ink and the volume of the ink measured in the first step are compared with each other to obtain a volume difference between the first step and corresponding to the volume difference. A second step of selecting a trimming pulse and applying a trimming pulse selected in the second step to the corresponding heating element by bringing the probe into contact with the trimming pad to adjust the electric resistance value of the heating element And a third step.
[0014]
  BookAccording to the adjustment method of the invention, the electrical resistance value of the heat generating element can be accurately corrected by the well-known pulse trimming based on the volume of the ink actually ejected from the ink ejection hole. By optimizing the thermal energy, the volume of the ink ejected from the ink ejection holes can all be made uniform, thereby obtaining a high-performance inkjet head capable of forming a clear image with little density unevenness. It becomes like this.
[0015]
The adjustment method of the present invention is to uniformize the heat energy of the heating element by adjusting the electric resistance value of the heating element. In this case, when adjusting the applied power using the correction data, Compared to this, the memory for correction data storage, complicated correction circuits, power supply circuits, etc. are not required, the configuration of the ink jet head and the printer body in which it is incorporated can be kept simple, and correction processing during recording operation Therefore, it is possible to obtain a high-performance inkjet head that can be used for increasing the recording speed.
[0016]
Further, according to the adjustment method of the present invention, since the heating element to which the trimming pulse is applied is covered with the protective film made of an inorganic material containing silicon and oxygen, a part of the heating element reacts with oxygen in the protective film. By forming a thin oxide film on the surface of the heat generating element, the resistance value of the heat generating element can be increased, and the resistance value of the heat generating element can be corrected both vertically.
[0017]
Furthermore, according to the adjustment method of the present invention, the degree of increase in resistance when a predetermined trimming pulse is applied by setting the oxygen content in the protective film to 2.0 mass% to 10.0 mass%. There is also an advantage that the resistance becomes moderate and finer resistance value adjustment is possible.
[0018]
Furthermore, according to the adjustment method of the present invention, an ink jet head is assembled by applying a trimming pulse to the heating element through a trimming pad provided in the middle of the power supply wiring and outside the ink filling region. Even after this, trimming can be performed by making sure that the probe of the probing device used for applying the trimming pulse is brought into contact with the pad reliably and easily. There is also an advantage of being good.
[0019]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
FIG. 1 is an exploded perspective view of an inkjet head obtained by an adjustment method according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a cross-sectional view of the inkjet head of FIG. 1, 1 in the figure is a head substrate, 7 is a top plate, 9 is ink.
[0020]
The head substrate 1 includes a plurality of heating elements 3 arranged in a straight line on a top surface of a base plate 2 formed in a rectangular shape, and a power supply wiring 4 electrically connected to the heating elements 3. It has a structure in which it is deposited and formed and covered with a protective film 6.
[0021]
The base plate 2 is made of a semiconductor material such as single crystal silicon, or an electrically insulating material such as glazed alumina ceramics, and supports the heating element 3, the power supply wiring 4, the protective film 6 and the like on its upper surface. Functions as a support base material.
[0022]
When the base plate 2 is made of, for example, single crystal silicon, an ingot (lumps) of single crystal silicon is formed by adopting a conventionally known chocolate ski method (lifting method) or the like, and is sliced into a predetermined thickness. It is manufactured by processing the top. In this case, the surface of the base plate 2 has silicon oxide (SiO 2).2An insulating film (not shown) made of an electrically insulating material such as 1) to 3 μm is provided, and the single crystal silicon forming the base plate 2 by such an insulating film is electrically transferred from the heating element 3 or the like. Insulated.
[0023]
The plurality of heating elements 3 provided on the upper surface of the base plate 2 are linearly arranged in the main scanning direction at a density of, for example, 600 dpi (dot per inch), each of which is TaN, TaSiO, TaSiNO, It is formed of a resistive thin film made of an electrical resistance material such as TiSiO, TiSiCO, NbSiO.
[0024]
Since the heat generating element 3 itself is made of an electric resistance material, it is necessary for generating Joule heat and generating bubbles A in the ink 9 when power is supplied through the power supply wiring 4 or the like. A predetermined heat energy is generated.
[0025]
These heating elements 3 are subjected to resistance correction by pulse trimming, which will be described later, so that a substantially constant amount of ink 9 is ejected from all the ink ejection holes 8 provided in the top plate 7 during the recording operation. In addition, the heat energy of each heating element 3 is optimized.
[0026]
Further, the power supply wiring 4 connected to the heat generating element 3 is for applying power to the heat generating element 3 described above, and one end of the power supply wiring 4 is led out to a filling area of the ink 9 described later, The lead-out unit is connected to a terminal such as a driver IC (not shown).
[0027]
In addition, the power supply wiring 4 has a trimming pad 5 having a circular or square shape larger than the line width of the wiring 4 outside the filling region of the ink 9 in the middle of each, and these pads 5 generate heat. The elements 3 are arranged in a line in a direction (main scanning direction) parallel to the arrangement direction of the elements 3.
[0028]
The pad 5 is used to contact a probe of a probing device that applies a trimming pulse when adjusting the electric resistance value of the heating element 3 by a conventionally known pulse trimming method. The top plate 7 is positioned outside the edge so that the trimming operation can be easily performed even after the operation.
[0029]
The heating element 3 and the power supply wiring 4 are performed by a conventionally well-known thin film forming technique, for example, sputtering, photolithography, etching technique or the like. Specifically, first, a resistive material such as TaSiO and a metal material such as aluminum are sequentially deposited on the upper surface of the base plate 2 by conventional well-known sputtering to form a laminate composed of a resistance thin film and a metal thin film. The heat generating element 23 and the power supply wiring 4 are patterned into a predetermined shape by fine processing using a well-known photolithography and etching (photo etching) technique, and after the assembly process of the inkjet head is completed, the electric resistance of each heat generating element 3 The value is adjusted by the adjustment method described later.
[0030]
The pad 5 of the power supply wiring 4 is deposited and formed to a thickness of, for example, 2 μm to 5 μm by applying nickel plating, gold plating, or the like to a predetermined portion of the power supply wiring 4 by a conventionally known electroless plating method or the like. .
[0031]
The protective film 6 covering the heat generating element 3 and the power supply wiring 4 etc. is corroded by alkali ions or moisture contained in the ink 9 coming into contact with the heat generating element 3 or the power supply wiring 4, or In order to effectively prevent the lump of the dye contained in the ink 9 from adhering to the surface of the heating element 3, for example, SiO 22(Silicon oxide), SiON, SiThreeNFourFor example, it is formed to a thickness of 0.2 μm to 2.0 μm by an inorganic material such as (silicon nitride).
[0032]
The protective film 6 has its end positioned on the heat generating element 3 side of the pad 5 so that the pad 5 is exposed, and conventionally known sputtering, vacuum vapor deposition, plasma CVD (Chemical Vapor Deposition), etc. And the above-mentioned inorganic material is deposited on the surface of the heat generating element 3 and the power supply wiring 4 to a predetermined thickness.
[0033]
On the other hand, a top plate 7 is disposed on the above-described head substrate 1 so as to form a predetermined gap therebetween.
[0034]
The top plate 7 is for closing an ink flow path composed of ink 9 filled in the gap with the head substrate 1 and has a plurality of ink discharge holes 8 corresponding to the heating elements 3 on a one-to-one basis. The outer shape of the top plate 7 is such that one end of the top plate 7 is located closer to the heating element 3 than the position of the pad 5 so that the dimension in the sub-scanning direction is smaller than that of the head substrate 1. Are arranged as follows.
[0035]
The top plate 7 is positioned so that the ink discharge holes 8 are positioned immediately above the corresponding heat generating elements 3, and the ink droplets i are directed toward the recording paper from the ink discharge holes 8 during the recording operation of the inkjet head. It is designed to discharge.
[0036]
The top plate 7 is made of a metal plate made of molybdenum or the like, a ceramic plate made of alumina ceramics, a resin plate such as epoxy resin or polyimide resin, or a combination of the above materials. For example, when it is made of molybdenum, an ingot of molybdenum is formed into a plate shape by a conventionally well-known metal processing method, and conventionally well-known laser processing, photo-etching technology, etc. are adopted at a predetermined portion of the plate body. The head substrate is manufactured by punching a large number of ink ejection holes 8 having a diameter of about 10 μm to 100 μm, and the obtained top plate 7 is connected to a head substrate via a spacer, a sealing member 11 or the like (not shown). The top plate 7 is fixed at a predetermined position on the head substrate 1 by being placed on and bonded to the head substrate 1.
[0037]
As the ink 9 filled in the gap between the head substrate 1 and the top plate 7, for example, an aqueous dye ink is preferably used, and the viscosity thereof is, for example, 0.3 mPa · s to 3.0 mPa · s (25 ° C).
[0038]
Such ink 9 is supplied from an ink tank (not shown) to the gap between the head substrate 1 and the top plate 7, and bubbles A are generated in the ink 9 by the heat energy from the heating element 3 described above. Then, a part of the ink 9 is ejected to the outside as ink droplets i from the ink ejection holes 8 due to the pressure when the bubbles are generated, and the ink droplets i are conveyed along the outer surface of the top plate 7. A predetermined image is formed by adhering to the surface of the paper.
[0039]
Next, a method of adjusting the resistance value of the ink jet head described above will be described with reference to the flowchart of FIG.
[0040]
(1) First, a predetermined gap is formed between the head substrate 1 having the heating elements 3 and the like patterned by a conventionally known thin film forming technique and the top plate 7 having the ink discharge holes 8. Then, the ink 9 is filled in the gap and the ink jet head is assembled.
[0041]
(2) Next, a predetermined power pulse (rated pulse) is applied to each heating element 3 on the head substrate 1 to eject the ink 9 from the ink ejection holes 8 and the volume of the ejected ink 9 is measured. .
[0042]
For example, as shown in FIG. 4, the volume of the ink 9 is an image of ink droplets i recorded in a plurality of photographs obtained by simultaneously photographing the ink droplets i ejected from the ink ejection holes 8 using a plurality of cameras. The volume measurement is performed on the ink droplets i ejected from all the ink ejection holes 8.
[0043]
(3) Next, the volume of the ink droplet i obtained in the step (2) is compared with a predetermined reference volume to determine the volume difference between the two, and it is necessary to bring the volume of the ink droplet i closer to the reference volume. A predetermined trimming pulse, that is, a trimming pulse corresponding to the volume difference is selected.
[0044]
For example, when the reference volume is 8 pl (picoliter) and the volume of the ink droplet i obtained by measurement is 10 pl, the volume difference between the two (measured volume−reference volume) is 2 pl, and a trimming pulse corresponding to this volume difference is applied. Obtained from FIG. 5 and FIG.
[0045]
In this step, first, the resistance value correction width corresponding to the volume difference is obtained from the diagram (FIG. 5) showing the relationship between the “volume difference” and the “resistance value correction width”, and then the “resistance value correction width”. And a trimming pulse energy to be applied to the heating element 3 from the diagram (FIG. 6) showing the relationship between the “trimming pulse energy” and a plurality of types of trimmings prepared in advance with trimming pulses closest to this. Select one of the pulses.
[0046]
When the volume of the ink droplet i obtained by the measurement is smaller than the reference volume, the resistance value is corrected in the downward direction. Therefore, the diagram of FIG. 6A is used, and the ink droplet i is used. When the volume is larger than the reference volume, correction is made in the direction of increasing the resistance value, so the diagram of FIG. 6B is used.
[0047]
(4) Finally, a well-known pulse trimming method, specifically, applying the trimming pulse selected in the step (3) to the corresponding heat generating element 3 to decrease or increase the electric resistance value of the heat generating element 3 As a result, the electric resistance value of the heating element 3 is adjusted.
[0048]
The application of the trimming pulse to the heating element 3 is performed via the pad 5 of the power supply wiring 4 described above, and the probe (probe) 10 of the probing apparatus is brought into contact with the surface of the pad 5 as shown in FIG. In this state, the heating element 3 is trimmed by applying the predetermined trimming pulse selected in the step (3) from the probing device, and thereby the electric resistance value of the heating element 3 is adjusted.
[0049]
In such a pulse trimming method, for example, a resistive material for forming the heating element 3 is crystallized by applying a trimming pulse having a relatively short pulse width (energization time) and a relatively large amplitude (voltage value) to the heating element 3. In this case, the heating element 3 is annealed to cause a decrease in resistance value.
[0050]
On the other hand, when the resistance value of the heating element 3 is increased, a part of the resistance material forming the heating element 3 by applying a trimming pulse having a relatively long pulse width and a relatively small amplitude to the heating element 3. Is combined with oxygen in the protective film 6 to form a thin oxide film on the surface, thereby increasing the resistance value.
[0051]
At this time, when the protective film 6 is formed of an inorganic material containing oxygen and the oxygen content in the protective film is set to 2.0 mass% to 10.0 mass%, the resistance value is increased. There is an advantage that the amount of change in the resistance value becomes moderate, and fine adjustment of the resistance value is facilitated by the pulse trimming method.
[0052]
Here, if the oxygen content in the protective film 6 is less than 2.0% by mass, the degree of increase in the resistance value is too small, and there is a disadvantage that it takes a long time to adjust the resistance value. When the content is larger than 10.0% by mass, cracks or the like are generated in the protective film 6 or the adhesion strength of the protective film 6 tends to decrease. Therefore, the oxygen content in the protective film 6 is preferably set to 2.0 mass% to 10.0 mass%.
[0053]
Then, after performing the above-described trimming operation, the resistance value of the heat-generating element 3 that has been trimmed is measured. If the measured value is not sufficiently close to the target resistance value, the resistance value falls within the allowable range. Until the above trimming operation is repeated.
[0054]
In such a trimming operation, the resistance value adjustment may be performed only by either decreasing or increasing the resistance value, or may be performed by both decreasing and increasing the resistance value. When the resistance value of the heating element 3 is adjusted only by lowering the value, the material and thickness of the resistance thin film are selected so that all the initial resistance values are set sufficiently higher than the target resistance value.
[0055]
According to the adjustment method of the present embodiment as described above, the electrical resistance value of the heat generating element 3 is accurately corrected by the conventionally known pulse trimming based on the volume of the ink droplet i actually ejected from the ink ejection hole 8. Therefore, by optimizing the thermal energy generated by the heating element 3 by this resistance value correction, the volumes of the ink droplets i ejected from the ink ejection holes 8 can all be made uniform. As a result, a high-performance inkjet head capable of forming a clear image with little density unevenness can be obtained.
[0056]
In this case, since the heat energy generated by each heating element 3 is made uniform by adjusting the resistance value of the heating element 3, a memory for storing correction data is used compared with the case where the applied power is adjusted using the correction data. In addition, no complicated correction circuit, power supply circuit, etc. are required, and the configuration of the inkjet head and the printer body in which the inkjet head is incorporated can be maintained in a simple manner. A high-performance inkjet head that can be used for speeding up can be obtained.
[0057]
Furthermore, according to the resistance value adjusting method described above, the pad 5 of the power supply wiring 4 that contacts the probe 10 of the probing device when the trimming pulse is applied is provided outside the ink 9 filling region. Even so, there is also an advantage that trimming can be easily performed by reliably bringing the probe 10 of the probing device into contact with the pad 5 and trimming workability can be improved.
[0058]
In addition, this invention is not limited to embodiment mentioned above, A various change, improvement, etc. are possible in the range which does not deviate from the summary of this invention.
[0059]
For example, in the above-described embodiment, a partition member for separating the adjacent heating element 3 is interposed between the head substrate 1 and the top plate 7, or such a partition member is formed integrally with the top plate 7. It doesn't matter if you do.
[0060]
In the above-described embodiment, the ink discharge holes 8 of the top plate 7 are positioned right above the corresponding heat generating elements 3. Instead, the ink discharge holes are shifted from right above the heat generating elements. The present invention may be applied to an edge shooter type inkjet head that is arranged or that ejects ink droplets from the edge of the head substrate.
[0061]
Further, in the above-described embodiment, the trimming pads 5 are arranged in a line in the main scanning direction, but instead, the trimming pads 5 are arranged in a staggered pattern in the main scanning direction. In this case, there is an advantage that a space can be provided between adjacent pads, and a short circuit between adjacent power supply lines and pads can be effectively prevented.
[0062]
Furthermore, in the above-described embodiment, the resistance value correction width is first obtained from the volume difference between the ink droplet volume and the reference volume, and then the trimming pulse is obtained from the obtained resistance value correction width. Instead of this, a table showing the relationship between the volume difference between the ink droplet volume and the reference volume and the trimming pulse is prepared in advance, and the trimming pulse is directly selected from the volume difference using such a table.・ You may decide.
[0063]
Furthermore, in the above-described embodiment, if the heating element 3 is formed of a TaSiO-based resistance material and the Ta content is set to 50 atomic% to 60 atomic%, the electrical resistance value of the heating element 3 is conventionally known. When adjusting by the pulse trimming method, there is an advantage that the resistance value fluctuation amount when the trimming pulse is applied becomes an appropriate magnitude, and finer resistance value adjustment is facilitated by the pulse trimming method.
[0064]
Here, if the Ta content in the heat generating element 3 is larger than 60 atomic%, the resistance value fluctuation of the heat generating element 3 when a trimming pulse is applied tends to increase, and fine resistance value adjustment tends to be difficult. On the other hand, if the Ta content in the heat generating element 3 is less than 50 atomic%, the resistance value fluctuation of the heat generating element 3 is small when a trimming pulse is applied, so that the electrical resistance value of the heat generating element 3 is greatly changed. In addition, it takes a long time to adjust the resistance value. Therefore, it is preferable to set the Ta content in the resistance material forming the heating element 3 to 50 atomic% to 60 atomic%.
[0065]
【The invention's effect】
According to the adjustment method of the present invention, since the electrical resistance value of the heating element can be accurately corrected by the conventionally known pulse trimming based on the volume of the ink actually ejected from the ink ejection hole, By optimizing the heat energy that is emitted, the volume of ink ejected from the ink ejection holes can all be made uniform, thereby obtaining a high-performance inkjet head capable of forming clear images with little density unevenness. Be able to.
[0066]
The adjustment method of the present invention is to uniformize the heat energy of the heating element by adjusting the electric resistance value of the heating element. In this case, when adjusting the applied power using the correction data, Compared to this, the memory for correction data storage, complicated correction circuits, power supply circuits, etc. are not required, the configuration of the ink jet head and the printer body in which it is incorporated can be kept simple, and correction processing during recording operation Therefore, it is possible to obtain a high-performance inkjet head that can be used for increasing the recording speed.
[0067]
Further, according to the adjustment method of the present invention, since the heating element to which the trimming pulse is applied is covered with the protective film made of an inorganic material containing silicon and oxygen, a part of the heating element reacts with oxygen in the protective film. By forming a thin oxide film on the surface of the heat generating element, the resistance value of the heat generating element can be increased, and the resistance value of the heat generating element can be corrected both vertically.
[0068]
Furthermore, according to the adjustment method of the present invention, the degree of increase in resistance when a predetermined trimming pulse is applied by setting the oxygen content in the protective film to 2.0 mass% to 10.0 mass%. There is also an advantage that the resistance becomes moderate and finer resistance value adjustment is possible.
[0069]
Furthermore, according to the adjustment method of the present invention, an ink jet head is assembled by applying a trimming pulse to the heating element through a trimming pad provided in the middle of the power supply wiring and outside the ink filling region. Even after this, trimming can be performed by making sure that the probe of the probing device used for applying the trimming pulse is brought into contact with the pad reliably and easily. There is also an advantage of being good.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an exploded perspective view of an inkjet head obtained by an adjustment method according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a cross-sectional view of the inkjet head of FIG.
FIG. 3 is a flowchart for explaining an adjustment method according to an embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a diagram illustrating a state in which the volume of an ink droplet i is measured.
FIG. 5 is a diagram showing a relationship between “volume difference” and “resistance value correction width”;
6A is a diagram showing the relationship between “resistance value correction width” and “trimming pulse energy” when the resistance value is lowered, and FIG. 6B is “resistance value when the resistance value is raised. FIG. 6 is a diagram showing a relationship between “correction width” and “energy of trimming pulse”.
FIG. 7 is a cross-sectional view for explaining a trimming operation.
FIG. 8 is a cross-sectional view of a conventional inkjet head.
[Explanation of symbols]
1 ... Head substrate
2 ... Base plate
3. Heating element
4 ... Power supply wiring
5 ... Pad
6 ... Protective film
7 ... top plate
8: Ink discharge hole
9 ... Ink
10 ... probing probe
A ... Bubble
i ... Ink droplet

Claims (8)

ベースプレート、該ベースプレートの上面に配列形成される複数の発熱素子、および該複数の発熱素子に対して電気的に接続される給電配線を含んでなるヘッド基板と、インクを充填するための間隙を介して前記ヘッド基板上に設けられ、前記インクを吐出するためのインク吐出孔を有する天板と、を備え、熱エネルギーによって前記インク吐出孔よりインクを吐出するインクジェットヘッドであって、A head substrate including a base plate, a plurality of heating elements arranged on the upper surface of the base plate, and a power supply wiring electrically connected to the plurality of heating elements, and a gap for filling ink An inkjet head that is provided on the head substrate and has an ink ejection hole for ejecting the ink, and ejects ink from the ink ejection hole by thermal energy,
前記給電配線の各々は、該給電配線の線幅より大きいトリミング用パッドを有しており、Each of the power supply wirings has a trimming pad larger than the line width of the power supply wiring,
前記発熱素子は、TaSiO系抵抗材料により形成され、そのTa含有率が50原子%〜60原子%に設定されていることを特徴とする、インクジェットヘッド。The ink-jet head is characterized in that the heating element is made of a TaSiO-based resistance material, and the Ta content is set to 50 atomic% to 60 atomic%.
前記発熱素子はパルストリミング法を用いて抵抗値調整されていることを特徴とする、請求項1に記載のインクジェットヘッド。The inkjet head according to claim 1, wherein a resistance value of the heating element is adjusted using a pulse trimming method. 前記トリミング用パッドは、前記天板のエッジよりも外側に位置していることを特徴とする、請求項1または2に記載のインクジェットヘッド。The inkjet head according to claim 1, wherein the trimming pad is located outside an edge of the top plate. 前記トリミング用パッドは、ニッケルめっきおよび金メッキの少なくとも一方により形成されることを特徴とする、請求項1から3のいずれかに記載のインクジェットヘッド。The inkjet head according to any one of claims 1 to 3, wherein the trimming pad is formed by at least one of nickel plating and gold plating. 前記トリミング用パッドは、前記複数の発熱素子の配列方向に沿って千鳥状に配列していることを特徴とする、請求項1から4のいずれかに記載のインクジェットヘッド。5. The inkjet head according to claim 1, wherein the trimming pads are arranged in a zigzag pattern along an arrangement direction of the plurality of heat generating elements. 前記ヘッド基板は、前記トリミング用パッドが露出するように、前記発熱素子および前記給電配線を被覆する保護膜を更に含んでなり、The head substrate further includes a protective film covering the heating element and the power supply wiring so that the trimming pad is exposed,
前記保護膜の酸素含有量は、2.0質量%〜10.0質量%に設定されていることを特徴とする、請求項1から5のいずれかに記載のインクジェットヘッド。6. The inkjet head according to claim 1, wherein an oxygen content of the protective film is set to 2.0 mass% to 10.0 mass%.
請求項1から6のいずれかに記載のインクジェットヘッドを備えることを特徴とする、プリンタ。A printer comprising the inkjet head according to claim 1. ベースプレート、該ベースプレートの上面に配列形成される複数の発熱素子、および該複数の発熱素子に対して電気的に接続される給電配線を含んでなるヘッド基板と、インクを充填するための間隙を介して前記ヘッド基板上に設けられ、前記インクを吐出するためのインク吐出孔を有する天板と、を備え、熱エネルギーによって前記インク吐出孔よりインクを吐出するインクジェットヘッドの抵抗値調整方法であって、A head substrate including a base plate, a plurality of heating elements arranged on the upper surface of the base plate, and a power supply wiring electrically connected to the plurality of heating elements, and a gap for filling ink A resistance value adjusting method for an ink jet head, wherein the ink is ejected from the ink ejection holes by thermal energy. ,
前記インクジェットヘッドは、前記給電配線の各々が該給電配線の線幅より大きいトリミング用パッドを有し、前記発熱素子がTaSiO系抵抗材料により形成され、そのTa含有率が50原子%〜60原子%となるように調整され、In the inkjet head, each of the power supply wirings has a trimming pad larger than the line width of the power supply wiring, the heating element is formed of a TaSiO-based resistance material, and the Ta content is 50 atomic% to 60 atomic%. Adjusted to be
前記複数の発熱素子の各々に電力パルスを印加して前記インク吐出孔より前記インクを吐出させるとともに、その吐出したインクの体積を測定する第1工程と、前記第1工程で測定されたインクの体積と基準体積とを比較して両者の体積差を求め、該体積差に対応するトリミングパルスを選択する第2工程と、前記トリミング用パッドにプローブを接触させることによって前記第2工程で選択されたトリミングパルスを対応する発熱素子に印加して、該発熱素子の電気抵抗値を調整する第3工程と、を含むことを特徴とする、インクジェットヘッドの抵抗値調整方法。A first step of applying a power pulse to each of the plurality of heating elements to discharge the ink from the ink discharge holes, and measuring the volume of the discharged ink, and the ink measured in the first step A second step of comparing the volume with a reference volume to obtain a volume difference between the two and selecting a trimming pulse corresponding to the volume difference, and a probe in contact with the trimming pad is selected in the second step. And a third step of adjusting the electric resistance value of the heat generating element by applying the trimming pulse to the corresponding heat generating element, and a method for adjusting the resistance value of the ink jet head.
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