JP2001310468A - インクジェットヘッド - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】インクの吐出量を一定として濃度むらの少ない
良好な画像を形成することが可能なインクジェットヘッ
ドを提供する。 【解決手段】多数の発熱抵抗体３と該発熱抵抗体３を被
覆する保護膜５が設けられている基板１と、多数のイン
ク吐出孔８が穿設されている天板７とを、前記インク吐
出孔８が前記発熱抵抗体３の上部に位置するようにして
間に所定の間隔を空けて配置させるとともに、前記基板
１及び天板７間の隙間にインク９を充填させてなり、前
記インク９を発熱抵抗体３の配列と直交する方向に流動
させながら発熱抵抗体３からの熱エネルギーによってイ
ンクク吐出孔８よりインク滴を吐出させて画像を形成す
るインクジェットヘッドであって、前記インク９と接す
る保護膜５の表面及び／又は天板７の下面に、インク９
の流動方向に沿った多数の溝６を形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【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形成するインクジェ
ットヘッド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・飛翔させるのに発熱抵抗
体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抵抗
体の熱エネルギーを利用するサーマルジェットタイプの
ものは、発熱抵抗体のパターン形成が容易であることに
加え、発熱抵抗体の面積が小さく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
への対応に適したものとして注目されている。

【０００４】かかるサーマルジェットタイプのインクジ
ェットヘッドとしては、例えば、多数の発熱抵抗体及び
これら発熱抵抗体を被覆する保護膜が設けられている基
板と、前記発熱抵抗体と１対１に対応する多数のインク
吐出孔が穿設されている天板とを、間に所定の間隔を空
けて配置させるとともに、前記基板及び天板間の隙間に
インクを充填させた構造のものが知られており、記録紙
を前記天板の上面に沿って搬送しながら、多数の発熱抵
抗体を画像データに基づいて個々に選択的に発熱させ、
この熱エネルギーによってインク中に気泡を発生させる
とともに、該発生した気泡による圧力でもってインクの
一部を天板のインク吐出孔より外部に吐出させ、これを
記録紙に付着させることによって所定の画像が記録され
る。

【０００５】尚、前記インクをインク吐出孔より外部に
吐出した後、基板と天板との間には吐出したインクと同
じ量のインクが流入して補充されるようになっており、
これによって上述の記録動作を連続的に繰り返すことが
できるようになっている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述した従
来のインクジェットヘッドにおいては、発熱抵抗体の熱
エネルギーによってインク滴を吐出させた後、基板−天
板間の気泡は上述したインクの補充によってその大部分
が消滅するものの、細かな気泡が残ってしまうことがあ
る。このような残留気泡を含んだ基板−天板間のインク
は、次ラインの記録動作が開始されるまでの間、そのま
ま同じ場所にあるため、発熱抵抗体を再び発熱させて新
たな気泡を発生させると、インクが小さな残留気泡を含
んだまま外部に吐出されてしまったり、或いは、新たに
発生した気泡と残留気泡とが合体することにより大きな
気泡を形成する等してインクの吐出量が不均一となり、
濃度むらが形成される欠点を有していた。

【０００７】また上述した従来のインクジェットヘッド
の基板−天板間に充填されているインクは、気泡発生の
際やインク補充の際を除けば流動することが殆どなく、
インクや基板中には熱がこもり易くなっている。それ
故、インクジェットヘッドを長時間にわたって使用する
と、基板等の温度が過度に高温となり、インクの吐出量
にバラツキを生じて濃度むらが発生したり、或いは不要
なインクが外部に吐出される等の不具合を生じる欠点が
あり、またこれを避けるために各ラインの記録動作の間
に十分な冷却時間を設けると、記録に要する時間が長く
なって高速記録に供しなくなる欠点が誘発される。

【０００８】そこで上記欠点を解消するために、基板−
天板間に充填されているインクを流動させることでイン
ク吐出孔−発熱抵抗体間より残留気泡を除去するととも
に基板中の熱を流動するインクで吸収し、基板を冷却す
ることが検討されている。

【０００９】しかしながら、上述したインクジェットヘ
ッドのインクは、基板−天板間の狭い隙間に充填されて
いることから、このように狭い領域内でインクを高速で
流動させることは難しく、またこのようなインク中では
発熱抵抗体やインク吐出孔付近において渦巻き状の流れ
が出来てしまったり、該渦巻きの発生によってインクの
流れを止めてしまうことがあり、このような場合、イン
ク中の残留気泡を短時間で除去したり、基板をインクで
速やかに冷却したりするのに必要な所定の流速を得るこ
とができず、高速記録に供することが不可となる欠点が
誘発される。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は上記欠点に鑑み
案出されたもので、本発明のインクジェットヘッドは、
多数の発熱抵抗体及び該発熱抵抗体を被覆する保護膜が
設けられている基板と、前記発熱抵抗体と１対１に対応
する多数のインク吐出孔が穿設されている天板とを、前
記インク吐出孔が前記発熱抵抗体の上部に位置するよう
にして間に所定の間隔を空けて配置させるとともに、前
記基板及び天板間に形成される隙間にインクを充填させ
てなり、前記インクを発熱抵抗体の配列と直交する方向
に流動させながら前記発熱抵抗体の発する熱エネルギー
によって前記インク吐出孔よりインク滴を吐出させて画
像を形成するインクジェットヘッドであって、前記イン
クと接する保護膜の表面及び／又は天板の下面に、イン
クの流動方向に沿った多数の溝が形成されていることを
特徴とするものである。

【００１１】また本発明のインクジェットヘッドは、前
記多数の溝は、各々の幅が１μｍ〜１２５μｍ、深さが
０．１μｍ〜１．５μｍであり、かつ前記発熱抵抗体の
配列方向に１本／ｍｍ〜１１０本／ｍｍの密度で形成さ
れていることを特徴とするものである。

【００１２】更に本発明のインクジェットヘッドは、前
記インクの流速が、少なくとも発熱抵抗体−インク吐出
孔間の領域で５０μｍ／ｓｅｃ〜２０００μｍ／ｓｅｃ
に制御されることを特徴とするものである。

【００１３】

【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は本発明の一形態に係るインク
ジェットヘッドの分解斜視図、図２は図１のインクジェ
ットヘッドの副走査方向にかかる断面図、図3は図１の
インクジェットヘッドの主走査方向にかかる拡大断面
図、図４は図１のインクジェットヘッドにおける溝の形
成方向を説明するための拡大平面図であり、１は基板、
３は発熱抵抗体、５は保護膜、６は保護膜表面の溝、７
は天板、８はインク吐出孔、９はインクである。

【００１４】前記基板１は、アルミナセラミックス等の
電気絶縁性材料によって矩形状をなすように形成され、
その上面でグレーズ層２や多数の発熱抵抗体３等を支持
するための支持母材として機能する。

【００１５】尚、前記基板１は、例えばアルミナセラミ
ックスから成る場合、アルミナ、シリカ、マグネシア等
のセラミックス原料粉末に適当な有機溶剤、溶媒を添加
・混合して泥漿状に成すとともに、これを従来周知のド
クターブレード法やカレンダーロール法等を採用するこ
とによってセラミックグリーンシートを得、しかる後、
前記セラミックグリーンシートを所定形状に打ち抜いた
上、高温で焼成することによって矩形状をなすように製
作される。

【００１６】また前記基板１の上面には、一方の長辺に
沿って断面山状のグレーズ層２が帯状に形成され、更に
その頂部には多数の発熱抵抗体３が直線状に被着・配列
される。

【００１７】前記グレーズ層２は、ガラス等によって断
面山状をなすように形成されており、その表面は極めて
平滑であることから、該グレーズ層２上に従来周知のフ
ォトリソグラフィー等によって多数の発熱抵抗体３をパ
ターン形成する際、発熱抵抗体３の微細加工を比較的容
易に行うことができる。

【００１８】尚、前記グレーズ層２は、ガラスから成る
場合、ガラス粉末に適当な有機溶剤、有機バインダー等
を添加・混合して得た所定のガラスペーストを、前記基
板１の上面に、従来周知のスクリーン印刷等によって帯
状に印刷・塗布し、これを高温で焼き付けることにより
断面山状をなすように形成される。

【００１９】また前記グレーズ層２上に被着されている
多数の発熱抵抗体３は、例えば６００ｄｐｉのドット密
度で主走査方向に直線状に配列されており、ＴａＮ系や
ＴａＳｉＯ系，ＴａＳｉＮＯ系，ＴｉＳｉＯ系，ＴｉＳ
ｉＣＯ系，ＮｂＳｉＯ系等の電気抵抗材料から成ってい
るため、各発熱抵抗体３の両端に電気的に接続されてい
る電極層４，４を介して発熱抵抗体３に電源電力が供給
されるとジュール発熱を起こし、インク９中で気泡Ａを
形成するのに必要な熱エネルギーを発生する作用を為
す。

【００２０】尚、前記発熱抵抗体３は、従来周知の薄膜
手法、具体的にはスパッタリング、フォトリソグラフィ
ー技術及びエッチング技術等を採用し、前述の電気抵抗
材料をグレーズ層２の上面に所定厚み、所定パターンに
被着させることにより形成される。

【００２１】更に前記発熱抵抗体３等の上面には窒化珪
素等から成る保護膜５が略一定の厚みに被着され、該保
護膜５によって発熱抵抗体３や電極４，４を被覆してい
る。

【００２２】前記保護膜５は、発熱抵抗体３や電極層
４，４をインク１０の接触による腐食から保護するため
のものであり、従来周知のスパッタリング等によって発
熱抵抗体３等の上面に例えば２．０μｍ〜２０．０μｍ
の厚みに被着される。

【００２３】また前記保護膜５の表面には、発熱抵抗体
３の配列と直交する方向（副走査方向）に多数の溝６が
形成されている。

【００２４】前記多数の溝６は、少なくとも発熱抵抗体
３上の領域に、各々が１μｍ〜１２５μｍの幅、０．１
μｍ〜１．５μｍの深さで、かつ前記発熱抵抗体３の配
列方向に１本／ｍｍ〜１１０本／ｍｍの密度で形成され
ており、これらの溝６は前述した如く発熱抵抗体３の配
列と直交する方向に沿って設けられているため、該方向
に沿って後述するインク９を良好かつ安定的に流動させ
ることができる。

【００２５】尚、前記多数の溝６は、保護膜５の表面
を、酸化アルミニウムやシリコンカーバイド，ダイヤモ
ンド等から成る硬質の無機質微粒子が接着されている所
定のラッピングペーパーで発熱抵抗体３の配列と直交す
る方向に研磨し、保護膜５の表面の一部を削り取ること
によって形成される。

【００２６】そして上述した基板１上には、発熱抵抗体
３と１対１に対応する多数のインク吐出孔８を有した天
板７が、間に所定の間隔を空けて、基板上面と略平行に
配置される。

【００２７】前記天板７は、インク吐出孔８が対応する
発熱抵抗体３の上部（真上）に位置するように位置合わ
せされており、その下面には基板１−天板７間の間隔を
略一定に保つための図示しないスペーサが天板７の外周
に沿って配され、該スペーサによって基板１−天板７間
に所定の隙間を形成するようにしている。

【００２８】また前記インク吐出孔８は、インクジェッ
トヘッドの記録動作時、インク滴ｉを記録紙に向けて吐
出するためのものであり、発熱抵抗体３と１対１に対応
するように、発熱抵抗体３と略等しい密度、例えば６０
０ｄｐｉのドット密度で主走査方向に直線状に配列され
ている。

【００２９】尚、前記天板７は、モリブデン等の金属や
アルミナセラミックス等の電気絶縁性材料から成り、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って所定厚みの板体
と成し、得られた板体に従来周知のレーザー加工等によ
って直径５０μｍ〜１１０μｍのインク吐出孔８を複数
個、穿設することにより製作される。

【００３０】そして更に前述した基板１−天板７間の隙
間にはインク９が充填される。前記インク９としては、
例えば顔料タイプの油性インクや水性染料インク等が使
用され、該インク９は図示しないインクタンクから基板
１−天板７間に供給され、前述した発熱抵抗体３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Ａによる圧力でもってインク９の一部がインク滴ｉ
となってインク吐出孔９より外部に吐出される。

【００３１】またこのようなインク９は、インク吐出孔
８の配列と直交する方向（副走査方向）に流動させる図
示しない循環ポンプ等によってインクタンクとの間で循
環される。

【００３２】前記インク９は、発熱抵抗体３とインク吐
出孔８との間の領域において、例えば５０μｍ／ｓｅｃ
〜２０００μｍ／ｓｅｃの流速で流動するように制御さ
れており、かかるインク９の流れは、発熱抵抗体３の駆
動状態にかかわらず、発熱抵抗体３が発熱しているとき
も、発熱していないときも常に略等しい流速に保たれ
る。

【００３３】このため、発熱抵抗体３からの熱エネルギ
ーによってインク滴を吐出させた後、基板１−天板７間
にいくつかの細かな気泡ａが残留したとしても、これら
の残留気泡ａは基板１−天板８間を流動するインク９と
共にインク吐出孔８の配列と直交する方向に移動して、
次ラインの記録動作が開始されるまでの間に、発熱抵抗
体３とインク吐出孔８との間の領域から速やかに排除さ
れる。従って、次ラインの記録動作に伴い発熱抵抗体３
を再び発熱させて新たな気泡を発生させた際、インク吐
出孔８より吐出されるインク滴ｉの中に細かな残留気泡
ａが含まれたり、新たに発生した気泡Ａと残留気泡ａと
が合体することにより大きな気泡を形成したりすること
は殆どなく、これによりインク９の吐出量を略一定とし
て濃度むらの少ない良好な画像を形成することが可能と
なる。

【００３４】尚、インク９の流動方向を副走査方向以外
の方向、例えばインク吐出孔８の配列と平行な主走査方
向に設定した場合、インク９の流動に伴って残留気泡ａ
が移動する方向には他のインク吐出孔８が多数配置され
ることとなるので、全ての残留気泡ａを発熱抵抗体３と
インク吐出孔８との間の領域から排除するには次ライン
の記録動作が開始されるまでの間にインク９を主走査方
向にわたって流動させる必要があり、この場合、次ライ
ンの記録動作を開始するまでに極めて長時間を要し、高
速記録に供しなくなる。従って、残留気泡ａをインク吐
出孔８の直下より速やかに取り除くにはインク９の流動
方向を副走査方向と合致させておく必要がある。

【００３５】また前記インク９は、発熱抵抗体３や基板
１を被覆する保護膜５と接した状態で流動するようにな
っていることから、インクジェットヘッドを長時間にわ
たって使用する場合であっても、発熱抵抗体３や基板
１，グレーズ層２等の内部に蓄積される熱は保護膜５を
介してインク９に良好に吸収され、基板１やグレーズ層
２等の温度が過度に高温となることはない。従って、各
ラインの記録動作の間に十分な冷却時間を設けなくて
も、発熱抵抗体３の温度を記録動作に適した温度に維持
して、インク吐出孔８からのインク９の吐出量を常に略
一定となすことができ、濃度むらの少ない鮮明な画像を
高速で記録することが可能となる。

【００３６】更に本形態においては、前述した如く、イ
ンク９と接する保護膜５の表面に、副走査方向に沿って
延びる多数の溝６が形成されていることから、基板１−
天板７間のインク９は溝６の形成方向に沿って流動し易
く、インク９を比較的速い流速で所定の方向に安定的に
流動させることができる。これにより、インク９中で渦
巻き状の流れが発生することは殆どなく、インク９の流
れが局所的に止まるといった不都合も有効に防止される
ようになるため、インク９中の残留気泡ａを発熱抵抗体
３−インク吐出孔８間より短時間で良好に除去するとと
もに基板１を流動するインク９で速やかに冷却するのに
必要な所定の流速を得ることができ、高速記録に対応す
ることが可能となる。

【００３７】尚、前記インク９は、基板１と天板７との
間を通過した後、一旦、前述のインクタンクに戻って、
再度、基板１と天板７との間に供給されるようになって
おり、これによってインク９が基板１−天板７間の領域
とインクタンクとの間を繰り返し循環することとなる。

【００３８】また基板１−天板７間を流動するインク９
が吸収した熱は、前述の如き循環経路を流動する過程で
外部に放散され、再び基板１−天板７間に供給されるま
での間に十分に低い温度まで冷却される。

【００３９】かくして上述したインクジェットヘッド
は、記録紙を天板７の上面に沿ってインク吐出孔８の配
列方向と直交する方向に搬送しながら、多数の発熱抵抗
体３を外部からの画像データに基づき個々に選択的に発
熱させ、該発生した熱エネルギーによって発熱抵抗体３
上に気泡Ａを発生させるとともに、この気泡Ａによる圧
力でもってインク９の一部を天板７のインク吐出孔８よ
り外部に吐出させ、吐出したインク滴ｉを記録紙に付着
させることによって所定の画像が記録される。

【００４０】尚、本発明は上述の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。

【００４１】例えば上述の形態においては、副走査方向
に沿って延びる多数の溝６を保護膜５の表面に形成する
ようにしたが、これに代えて副走査方向に沿って延びる
多数の溝６を天板７の下面に形成したり、或いは、保護
膜５の表面と天板７の下面の双方に形成するようにする
ようても上述の形態と同様の効果が得られる。

【００４２】また上述の形態において、金属材料やセラ
ミック材料から成る天板８の上面に更にポリイミド樹脂
製のフィルムを被着させておいても構わない。この場
合、前記フィルムには、インク吐出孔９の形成箇所に該
吐出孔９よりも一回り小さなインク吐出孔が形成され、
インク滴ｉは前記フィルムに設けたインク吐出孔より外
部に吐出されることとなる。

【００４３】更に上述の本形態において、基板１−天板
７間のインク９が全てのインク吐出孔８の直下領域で常
に流動するようになしておけば、発熱抵抗体３の発した
熱等によってインク９中の水分もしくは油分がインク吐
出孔８から多量に蒸発し、インク吐出孔８内のインク９
の粘度が上昇しようとしても、この部分にはインク吐出
孔８の直下を流れるインク９から水分もしくは油分が順
次補給されることによりインク９がインク吐出孔８付近
で固まってしまうことはなく、インク吐出孔８の目詰ま
りを有効に防止することができる。この場合、画像デー
タに対応した正確な画像を形成することができ、インク
ジェットヘッドの信頼性を向上させることが可能となる
利点がある。

【００４４】

【発明の効果】本発明のインクジェットヘッドによれ
ば、基板及び天板間のインクを、インク吐出孔の配列と
直交する方向に流動させるようになしたことから、発熱
抵抗体の熱エネルギーによってインク滴を吐出させた
後、基板−天板間にいくつかの細かな気泡が残留したと
しても、これらの気泡は基板−天板間を流動するインク
と共にインク吐出孔の配列と直交する方向に移動して、
次ラインの記録動作が開始されるまでの間に、発熱抵抗
体とインク吐出孔との間の領域から速やかに排除され
る。従って、次ラインの記録動作に伴い発熱抵抗体を再
び発熱させて新たな気泡を発生させた際、インク吐出孔
より吐出されるインク滴の中に細かな残留気泡が含まれ
たり、新たに発生した気泡と残留気泡とが合体すること
により大きな気泡を形成したりすることは殆どなく、こ
れによりインクの吐出量を一定として濃度むらの少ない
良好な画像を形成することが可能となる。

【００４５】また本発明のインクジェットヘッドによれ
ば、インクが発熱抵抗体を被覆する保護膜と接触した状
態で流動するようになっていることから、インクジェッ
トヘッドを長時間にわたって使用する場合であっても、
発熱抵抗体や基板等の内部に蓄積される熱は保護膜を介
してインクに良好に吸収され、基板の温度が過度に高温
となることはない。従って、各ラインの記録動作の間に
十分な冷却時間を設けなくても、発熱抵抗体の温度を記
録動作に適した温度に維持して、インク吐出孔からのイ
ンクの吐出量を略一定となすことができ、これによって
濃度むらの少ない鮮明な画像を高速で記録することが可
能となる。

【００４６】更に本発明のインクジェットヘッドにおい
ては、インクと接する保護膜の表面及び／又は天板の下
面に、副走査方向に沿って延びる多数の溝を形成するよ
うにしたことから、基板−天板間のインクを比較的速い
流速で所定の方向に安定的に流動させることができるよ
うになり、インク中で渦巻き状の流れが発生するのを有
効に防止することができる。従って、インク中の残留気
泡を発熱抵抗体−インク吐出孔間より短時間で良好に除
去するとともに基板を速やかに冷却するのに必要な所定
の流速を得ることができ、高速記録に対応することが可
能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一形態に係る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】図１のインクジェットヘッドの主走査方向にか
かる拡大断面図である。

【図４】図１のインクジェットヘッドにおける溝の形成
方向を説明するための拡大平面図である。

【符号の説明】

１・・・基板、３・・・発熱抵抗体、５・・・保護膜、
６・・・溝、７・・・天板、８・・・インク吐出孔、９
・・・インク

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】多数の発熱抵抗体及び該発熱抵抗体を被覆
   する保護膜が設けられている基板と、前記発熱抵抗体と
   １対１に対応する多数のインク吐出孔が穿設されている
   天板とを、前記インク吐出孔が前記発熱抵抗体の上部に
   位置するようにして間に所定の間隔を空けて配置させる
   とともに、前記基板及び天板間に形成される隙間にイン
   クを充填させてなり、前記インクを発熱抵抗体の配列と
   直交する方向に流動させながら前記発熱抵抗体の発する
   熱エネルギーによって前記インク吐出孔よりインク滴を
   吐出させて画像を形成するインクジェットヘッドであっ
   て、 前記インクと接する保護膜の表面及び／又は天板の下面
   に、インクの流動方向に沿った多数の溝が形成されてい
   ることを特徴とするインクジェットヘッド。
2. 【請求項２】前記多数の溝は、各々の幅が１μｍ〜１２
   ５μｍ、深さが０．１μｍ〜１．５μｍであり、かつ前
   記発熱抵抗体の配列方向に１本／ｍｍ〜１１０本／ｍｍ
   の密度で形成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。
3. 【請求項３】前記インクの流速が、少なくとも発熱抵抗
   体−インク吐出孔間の領域で５０μｍ／ｓｅｃ〜２００
   ０μｍ／ｓｅｃに制御され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。