JP2001334666A - インクジェットヘッド - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】濃度むらの発生を有効に防止することが可能な
インクジェットヘッドを提供する。 【解決手段】上面にグレーズ層２、抵抗層３及び一対の
電極４，４を順次被着させた基板１と、前記一対の電極
４，４間に位置する抵抗層３上にインク吐出孔７を有す
る天板６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１及び天板６間に形成される隙間にインク
８を充填してなり、前記インク８を流動させながら、前
記抵抗層３の発する熱エネルギーによってインク吐出孔
７よりインク滴を吐出させるようにしたインクジェット
ヘッドであって、前記グレーズ層２の上面で、かつ一対
の電極４，４間の領域に該電極４の厚みよりも厚い凸部
２ａを形成するとともに、該凸部２ａ上に配される抵抗
層３の上面を電極４の上面よりも天板６側に位置させ
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ニングが容易である上に、
小さな面積の発熱抵抗体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
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、例えば図３に示す如く、多数の
発熱部を有する抵抗層１３が被着されている基板１１上
に、多数のインク吐出孔１９が穿設されている天板１８
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１１及び天板１８間の隙間にインク２０を充填した構
造のものが知られており、記録紙を前記天板１８の上面
に沿って搬送しなから、抵抗層１３の発熱部を外部から
の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前記インク２０中に気泡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
インク２０の一部を天板１８のインク吐出孔１９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２０をインク吐出孔１９よ
り外部に吐出した後、基板１１と天板１８との間には吐
出したインク２０と同じ量のインク２０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。

【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、抵抗層１３を発
熱させてインク滴を吐出させた後、抵抗層１３の発熱部
上で発生した気泡Ａは上述したインク２０の補充によっ
てその大部分が消滅するものの、いくつかの細かな気泡
ａが発熱部上に残ってしまうことがある。このような残
留気泡ａを含んだ基板１１−天板１８間のインク２０
は、次ラインの記録動作が開始されるまでの間、そのま
ま同じ場所に存在することが多く、このため、抵抗層１
３を再び発熱させて新たな気泡Ａを発生させると、イン
ク２０が小さな残留気泡ａ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Ａによる圧
力を残留気泡ａが吸収する等してインク２０の吐出量が
不均一となり、濃度むらの原因となる欠点を有してい
た。

【０００７】そこで上記欠点を解消するために、基板１
１−天板１８間に充填されているインク２０を所定の流
速で流動させることにより、インク吐出孔１９−発熱部
間より残留気泡ａを除去することが検討されている。

【０００８】しかしながら、上述したインクジェットヘ
ッドの抵抗層１３上には、通常、給電用の電極１４が積
層されており、このような電極１４や抵抗層１３を被覆
する保護膜１５の表面には抵抗層１３の発熱部の上面と
電極１４の上面との間に出来た段差に起因する大きな窪
みが形成されている。従って、インク２０を前述の如く
所定の流速で流動させたとしても、残留気泡ａは上記段
差に引っ掛かって窪みの中にとどまることが多く、それ
故、特に記録速度を２ｍｓｅｃ／ｌｉｎｅ以上の高速に
設定した場合には、次ラインの記録動作が開始されるま
での短い間に残留気泡ａを発熱部上から排除することが
難しく、濃度むらの発生を確実に防止するには至ってい
ない。

【０００９】

【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、
上面にグレーズ層、抵抗層及び一対の電極を順次被着さ
せた基板と、前記一対の電極間に位置する抵抗層上にイ
ンク吐出孔を有す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に形成される隙
間にインクを充填してなり、前記基板及び天板間のイン
クを流動させながら、前記抵抗層の発する熱エネルギー
によってインク中に気泡を発生させ、該発生した気泡に
よる圧力でもって前記インク吐出孔よりインク滴を吐出
させるようにしたインクジェットヘッドであって、前記
グレーズ層の上面で、かつ一対の電極間の領域に該電極
の厚みよりも厚い凸部を形成するとともに、該凸部上に
配される抵抗層の上面を電極の上面よりも天板側に位置
させたことを特徴とするものでる。

【００１０】また本発明のインクジェットヘッドは、前
記グレーズ層の凸部の厚みが２０μｍ以下であることを
特徴とするものである。

【００１１】

【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、１は基板、２はグレーズ層、２
ａは凸部、３は抵抗層、４は一対の電極、６は天板、７
はインク吐出孔、８はインクである。

【００１２】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て
おり、その上面でグレーズ層２や抵抗層３，一対の電極
４等を支持するための支持母材として機能する。

【００１３】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所定の矩形状をなすよ
うに製作される。

【００１４】また前記基板１の上面には、断面山状のグ
レーズ層２が基板１の長手方向に沿って帯状に被着・形
成されている。

【００１５】前記グレーズ層２は、その頂部付近に後述
する電極４の厚みよりも厚い断面台形状の凸部２ａを有
しており、この凸部２ａ上に抵抗層３の発熱部が設けら
れることとなる。例えば電極４の厚みが０．１μｍ〜
２．０μｍの場合、凸部２ａの厚みは０．６μｍ〜６．
０μｍに設定される。

【００１６】このグレーズ層２は、ガラス等の低熱伝導
性材料により形成されているため、その上に被着される
抵抗層３の発熱部が短時間で気泡Ａを形成するのに必要
な所定の温度となるように抵抗層３の発する熱を蓄積及
び放散し、インクジェットヘッドの熱応答特性を良好に
維持する作用を為す。

【００１７】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媒、溶剤を添加・混合
して得たガラスペーストを基板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・塗布した上、これ
を高温で焼き付けることにより断面山状のガラス層を形
成し、しかる後、前記ガラス層の表面を頂部付近のみを
残して所定の深さ領域までエッチングすることにより頂
部付近に凸部２ａを一体的に設けたグレーズ層２が形成
され、最後にグレーズ層全体を約８５０℃の温度で所定
時間、熱処理することにより表面を平滑化する。この場
合、グレーズ層２の表面は極めて平滑な表面状態（中心
線平均粗さＲａ：０．０１μｍ〜０．１０μｍ）となる
ため、その上に抵抗層３や電極４等を従来周知のフォト
リソグラフィーによって形成する際、抵抗層３等の微細
加工が容易になる。

【００１８】また前記グレーズ層２及び基板１の上面に
は、多数の発熱部を有する抵抗層３と該抵抗層３の発熱
部に電気的に接続される一対の電極４とが順次積層され
ている。

【００１９】前記抵抗層３の発熱部は、その各々がグレ
ーズ層２の凸部２ａ上に位置するように、例えば６００
ｄｐｉのドット密度で主走査方向に直線状に配列されて
おり、前記抵抗層３はＴａＮやＴａＳｉＯ，ＴａＳｉＮ
Ｏ，ＴｉＳｉＯ，ＴｉＳｉＣＯ，ＮｂＳｉＯ等の電気抵
抗材料から成っているため、一対の電極４等を介して電
源電力が供給されると一対の電極４間の領域（発熱部）
がジュール発熱を起こし、インク８中で気泡Ａを形成す
るのに必要な所定の温度となる。

【００２０】また一方、前記抵抗層３上に積層されてい
る一対の電極４は、前述した凸部２ａの両側に、凸部２
ａを挟んで対向するように配されている。

【００２１】前記電極４は、抵抗層３の発熱部に電源電
力を供給するための給電配線として機能するものであ
り、アルミニウム等の金属材料により形成され、その上
面は凸部２ａ上に配されている抵抗層３の上面よりも下
方、即ち、基板１側に位置される。

【００２２】尚、前記抵抗層３及び一対の電極４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によって、前
述の電気抵抗材料及び金属材料をグレーズ層２等の上面
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。

【００２３】またこれらの抵抗層３及び一対の電極４
は、Ｓｉ₃Ｎ₄等から成る保護膜５によって被覆され、該
保護膜５によって抵抗層３の発熱部や一対の電極４をイ
ンク８中に含まれている水分等の接触による腐食等から
保護するようになっている。

【００２４】このような保護膜５は、従来周知の薄膜手
法、例えばスパッタリング等によって先に述べた抵抗層
３の発熱部や電極４の上面に略一定（±０．０５μｍ以
内）の厚みに被着される。

【００２５】この場合、抵抗層３の発熱部は、電極４よ
りも厚く形成されているグレーズ層２の凸部２ａ上に設
けられており、抵抗層３の発熱部の上面は電極４の上面
より上方（天板５側）に位置しているため、これらの上
に略一定の厚みをもって被着される保護膜５の表面は下
地に応じた形状、即ち、抵抗層３の発熱部上で最も突出
した形となっており、保護膜５の表面には図3に示した
従来例のサーマルヘッドの如き大きな窪みは存在しな
い。

【００２６】そして、上述した基板１上には、抵抗層３
の発熱部に１対１に対応する多数のインク吐出孔７を有
する天板６が、インク吐出孔７を前記発熱部に対向させ
た形で、間に所定の間隔を空けて基板１と略平行に配置
される。

【００２７】前記天板６は、前述した基板１との間に３
０μｍ〜６００μｍ程度の隙間が設けられるように、図
示しないスペーサを介して基板１上に載置されており、
これによって基板１−天板６間には所定の隙間が形成さ
れる。

【００２８】前記天板６のインク吐出孔７は、インクジ
ェットヘッドの記録動作時、インク滴を記録紙に向けて
吐出するためのものであり、前述した如く抵抗層３の発
熱部と１対１に対応するように、発熱部と略等しい密
度、例えば６００ｄｐｉのドット密度で主走査方向に直
線状に配列される。

【００２９】尚、前記天板６は、鉄、ニッケル合金等の
金属材料やアルミナセラミックス等の電気絶縁性材料か
ら成り、例えば鉄、ニッケル合金から成る場合、該合金
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７を複数個、穿設することにより製作される。

【００３０】そして、基板１−天板６間に形成した隙間
にはインク８が充填される。前記インク８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８は図示しないインクタンクから基板１
−天板６間に供給され、前述した抵抗層３の熱エネルギ
ーによってインク８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８の一部がインク滴となって
インク吐出孔７より外部に吐出されるようになってい
る。

【００３１】また前記インク８は、全てのインク吐出孔
７の直下領域で発熱部の配列と直交する方向（副走査方
向）に流動するように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８の流速は、例えば５０μｍ／
ｓｅｃ〜２０００μｍ／ｓｅｃに制御され、かかるイン
ク８の流れは、発熱部の駆動状態にかかわらず、抵抗層
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、抵抗層３の発熱部上で気泡Ａを
発生させ、この気泡Ａによる圧力でもってインク滴を吐
出させた後、基板１−天板６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６間を流動するインク８と共にインク吐出孔７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、発熱部とインク吐出孔７との間の
領域より速やかに排除される。従って、次ラインの記録
動作に伴い抵抗層３を再び発熱させて新たな気泡Ａを発
生させる際、インク吐出孔７より吐出されるインク滴の
中に残留気泡ａが含まれたり、新たに発生した気泡Ａに
よる圧力が残留気泡ａによって吸収されたりすることは
殆どなく、これによりインク８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】しかも本形態のインクジェットヘッドにお
いては、グレーズ層２の凸部２ａ上に設けられている抵
抗層３の上面を電極４の上面よりも天板６側に位置させ
てあるため、インク８を前述の如く流動させて残留気泡
ａを発熱部上から排除しようとする際に、残留気泡ａが
何かに引っ掛かって発熱部上にとどまるといった事態は
有効に防止され、記録速度を２ｍｓｅｃ／ｌｉｎｅ以上
の高速に設定する場合であっても、次ラインの記録動作
が開始されるまでの間に残留気泡ａを発熱部上から良好
に排除することができ、これによって濃度むらの発生防
止がより確実なものとなる。

【００３５】また、前記グレーズ層２の凸部２ａの厚み
を２０μｍ以下に設定しておけば、インク８を流動させ
る際にインク８が凸部２ａから受ける抵抗を極小とな
し、インク８の流れが凸部２ａの近傍で乱れてしまうの
を有効に防止することができる。従って、連続吐出を行
うような場合であっても、インク滴の大きさや吐出方向
を略一定に揃え、画像データに対応した、より良好な画
像を形成することができる。従ってグレーズ層２の凸部
２ａの厚みは２０μｍ以下に設定しておくことが好まし
い。

【００３６】尚、インク８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７の配列と平行な主走査方
向に設定した場合、インク８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７が多数配置され
ているので、全ての残留気泡ａを発熱部とインク吐出孔
７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８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。

【００３７】これに対し、本形態においてはインク８の
流動方向が副走査方向と合致させてあるため、インク８
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７は存在せず、それ故、インク８をインク吐出
孔７の直径に相当する距離だけ流動させることにより、
全ての残留気泡ａを発熱部とインク吐出孔７との間の領
域から短時間で良好に排除して次ラインの記録動作をす
ぐに開始することができる。

【００３８】よって、インク８の流動方向は、インク吐
出孔７の配列と直交する方向（副走査方向）に設定する
ことが好ましい。

【００３９】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。

【００４０】

【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−天板間のインクを流動させるようにしたこと
から、記録動作時、抵抗層の発熱部上で気泡を発生さ
せ、この気泡による圧力でもってインク滴を吐出させた
後、基板−天板間に細かな気泡が残留したとしても、こ
れらの残留気泡は基板−天板間を流動するインクと共に
移動して、次ラインの記録動作が開始されるまでの間
に、発熱部とインク吐出孔との間の領域より速やかに排
除される。従って、次ラインの記録動作に伴い抵抗層を
再び発熱させて新たな気泡を発生させる際、インク吐出
孔より吐出されるインク滴の中に残留気泡が含まれた
り、新たに発生した気泡による圧力が残留気泡によって
吸収されたりすることは殆どなく、これによりインクの
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。

【００４１】また本発明のインクジェットヘッドにおい
ては、グレーズ層の上面で、かつ一対の電極間の領域に
該電極の厚みよりも厚い凸部を形成するとともに、該凸
部上に配される抵抗層の上面を電極の上面よりも天板側
に位置させるようにしたことから、インクを前述の如く
流動させて残留気泡を発熱部上から排除しようとする際
に、残留気泡が何かに引っ掛かって発熱部上にとどまる
といった事態は有効に防止され、記録速度を例えば２ｍ
ｓｅｃ／ｌｉｎｅ以上の高速に設定する場合であって
も、次ラインの記録動作が開始されるまでの間に残留気
泡を発熱部上から良好に排除することができ、これによ
って濃度むらの発生防止がより確実なものとなる。

【００４２】更に本発明のインクジェットヘッドにおい
ては、グレーズ層の凸部の厚みを２０μｍ以下になして
おくことにより、インクを流動させる際にインクが凸部
から受ける抵抗をが小さくして、インクの流れを安定化
させることができる。これにより、連続吐出を行うよう
な場合であってもインク滴の大きさや吐出方向を一定に
揃え、画像データに対応した、より良好な画像を形成す
ることができるようになる。

【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
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】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・・・基板、２・・・グレーズ層、２ａ・・・凸部、
３・・・抵抗層、４・・・一対の電極、６・・・天板、
７・・・インク吐出孔、８・・・インク

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】上面にグレーズ層、抵抗層及び一対の電極
   を順次被着させた基板と、前記一対の電極間に位置する
   抵抗層上にインク吐出孔を有す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に
   形成される隙間にインクを充填してなり、前記基板及び
   天板間のインクを流動させながら、前記抵抗層の発する
   熱エネルギーによってインク中に気泡を発生させ、該発
   生した気泡による圧力でもって前記インク吐出孔よりイ
   ンク滴を吐出させるようにしたインクジェットヘッドで
   あって、 前記グレーズ層の上面で、かつ一対の電極間の領域に該
   電極の厚みよりも厚い凸部を形成するとともに、該凸部
   上に配される抵抗層の上面を電極の上面よりも天板側に
   位置させたことを特徴とするインクジェットヘッド。
2. 【請求項２】前記グレーズ層の凸部の厚みが２０μｍ以
   下であ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。