JP2002011881A - インクジェットヘッド - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】濃度むらの少ない鮮明な画像を高速で記録する
ことが可能なインクジェットヘッドを提供する。 【解決手段】頂部に多数の発熱抵抗体３が被着・配列さ
れている断面円弧状のグレーズ層２を有する基板１と、
グレーズ層２よりも厚みが厚く、多数のインク吐出孔７
が穿設されている天板６とを、インク吐出孔７が発熱抵
抗体３の上部に位置するようにして所定の間隔を空けて
配置させるとともに、基板１−天板６間に形成される隙
間にインク９を充填させてなり、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インク吐出孔
７よりインク滴ｉ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、前記天板６の下面で、かつ前記
グレーズ層２の上部に、断面円弧状の窪み８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、例えば図３に示す如く、頂部に
多数の発熱抵抗体１３が被着・配列されている断面円弧
状のグレーズ層１２を有する基板１１と、前記発熱抵抗
体１３と１対１に対応する多数のインク吐出孔１５が穿
設されている天板１４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１１及び天板１４間の隙間
にインク１６を充填させた構造のものが提案されてお
り、記録紙を前記天板１４の上面に沿って搬送しなが
ら、多数の発熱抵抗体１３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
１６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１６の一部を天板１４のイ
ンク吐出孔１５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１６をインク吐出孔１５よ
り外部に吐出した後、基板１１と天板１４との間には吐
出したインク１６と同じ量のインク１６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１３
の熱エネルギーによってインク滴を吐出させた後、基板
１１−天板１４間の気泡Ａ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ａが残っ
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１４間のインク１６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１３を再び発熱させて新たな気泡Ａを発
生させると、インク１６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
泡を形成する等してインク１６の吐出量にバラツキを生
じ、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１１−天板１４間に充填されているインク１６
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１６や基板１１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１１やグレーズ層１２等
の温度が過度に高温となり、これによってもインク１６
の吐出量にバラツキを生じて濃度むらが形成されたり、
或いは不要なインク１６が外部に吐出される等の不具合
を生じる欠点がある。

【０００８】そこで上記欠点を解消するために、基板１
１−天板１４間に充填されているインク１６を流動させ
ることでインク吐出孔１５−発熱抵抗体１３間より残留
気泡を除去し、同時に基板１１−天板１４間を流動する
インク１６でもって基板１１やグレーズ層１２等の熱を
吸収することにより、これらを冷却することが検討され
ている。

【０００９】しかしながら、このような従来のインクジ
ェットヘッドにおいては、基板１１−天板１４間に形成
されているインク流路がグレーズ層１２付近で狭くなっ
ており、グレーズ層１２付近ではインク１６が流れにく
い。このため、インク１６の流速が遅くなって、残留気
泡ａを除去するのに要する時間が長くなる上に基板１１
を短時間で冷却するのに必要なインク１６の流速が得ら
れず、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、
頂部に多数の発熱抵抗体が被着・配列されている断面円
弧状のグレーズ層を有する基板と、前記グレーズ層より
も厚みが厚く、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、前記天板の下面で、かつ前記グレーズ層の上部に、
断面円弧状の窪みを形成した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
記グレーズ層の高さと前記窪みの深さとが略等しく成し
てあ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
記グレーズ層の上面と前記窪みの内面とが略平行に配置
されていることを特徴とするものである。

【００１３】また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。

【００１４】

【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であり、１は基
板、２はグレーズ層、３は発熱抵抗体、6は天板６はイ
ンク吐出孔７は窪み、９はインクである。

【００１５】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。

【００１６】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。

【００１７】また前記基板１の上面には、一方の長辺に
沿って断面円弧状のグレーズ層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。

【００１８】前記グレーズ層２は、ガラスやポリイミド
樹脂等の低熱伝導性材料により断面円弧状（高さ：２５
μｍ〜１００μｍ、幅：０．５μｍ〜２．０μｍ、曲率
半径：１ｍｍ〜６ｍｍ）をなすように形成されており、
その内部で発熱抵抗体３の発する熱の一部を蓄積するこ
とにより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。

【００１９】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
断面円弧状をなすように形成される。このようにして得
られるグレーズ層２は極めて滑らかな表面状態を有して
いるため、その上面に後述する発熱抵抗体３等を従来周
知の薄膜手法、具体的にはスパッタリングやフォトリソ
グラフィー，エッチング等によって形成する際、その微
細加工が比較的容易になる。

【００２０】また前記グレーズ層２上に設けられている
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、その各々が
ＴａＮ系やＴａＳｉＯ系，ＴａＳｉＮＯ系，ＴｉＳｉＯ
系，ＴｉＳｉＣＯ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。

【００２１】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。

【００２２】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でもって発熱抵抗体３や電極４，４を被覆してい
る。

【００２３】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。

【００２４】そして上述した基板１上には、前記発熱抵
抗体３と１対１に対応する多数のインク吐出孔７を有し
た天板６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。

【００２５】前記天板６は、先に述べたグレーズ層２の
厚みよりも厚く、例えばグレーズ層２の厚みが２５μｍ
の場合、４０μｍ〜１００μｍの厚みをもって形成さ
れ、インク吐出孔７が対応する発熱抵抗体３の上部に位
置するように位置合わせされる。

【００２６】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
直線状に配列されている。

【００２７】また前記天板６の下面には、前記グレーズ
層２の上部に断面円弧状の窪み８が形成されており、該
窪み８はグレーズ層２と略等しい断面形状を有し、その
深さはグレーズ層２の高さと略等しく（±１０μｍ以
内）、窪み８の内面はグレーズ層２の上面と略平行に配
置されている。従って、基板１−天板６間に形成される
隙間は、グレーズ層２の存在する領域でも、存在しない
領域と略等しく設定されることとなる。

【００２８】尚、前記天板６は、モリブデン等の金属材
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
所定形状と成し、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。

【００２９】また前記天板６と基板１との間には、天板
６の外周に沿ってスペーサ（図示せず）が介在されてお
り、該スペーサによって基板１−天板６間の隙間が略一
定（例えば２５μｍ〜２００μｍ）に保持される。

【００３０】そして更に前記天板６と基板１との間に形
成された隙間にはインク９が充填される。

【００３１】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６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
によりインク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。

【００３２】前記インク９は、インク吐出孔７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、発
熱抵抗体３とインク吐出孔７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る。このインク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】従って、発熱抵抗体３の発する熱エネルギ
ーによってインク滴をインク吐出孔７より吐出させた
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８間
を流動するインク９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、発熱抵抗体３とインク吐出孔７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７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７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７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７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ことが重要である。

【００３５】また前記インク９は、発熱抵抗体３やグレ
ーズ層２，基板１等を被覆する保護膜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やグレーズ層２，基板１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９の吐出量を常に略一定となす
ことができ、高速記録への対応が可能となる。

【００３６】しかも本形態においては、前記天板６の下
面で、前記グレーズ層２の上部に断面円弧状の窪み８が
形成され、基板１−天板６間に形成される隙間の幅が、
グレーズ層２の存在する領域でも、存在しない領域と略
等しく設定されていることから、インク流路の幅をグレ
ーズ層２付近でも他の領域と同様に確保することがで
き、インク９を比較的高速（５０μｍ／ｓｅｃ〜２００
０μｍ／ｓｅｃ）で良好に流動させることができる。従
って、残留気泡ａを発熱抵抗体３上から短時間で除去す
ることができるとともに、流動するインク９でもって基
板１やグレーズ層２等に蓄積されている熱を良好に吸収
し、これらを短時間で冷却することができる。

【００３７】尚、前記インク９は、基板１と天板６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６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６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６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６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６の上面に沿ってインク吐出孔７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６のインク吐出孔７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、金属材料から
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。

【００４２】また上述の形態において、基板１−天板６
間のインク９が全てのインク吐出孔７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７から多量に蒸発し、インク吐出孔７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
７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７付近で
固まってしまうことはなく、インク吐出孔７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が向上される利点もある。

【００４３】

【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。

【００４４】また本発明のインクジェットヘッドによれ
ば、基板−天板間に充填させたインクを流動させるよう
にしたことから、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の
吐出量を略一定となすことができ、高速記録への対応が
可能となる。

【００４５】更に本発明のインクジェットヘッドにおい
ては、前記天板の下面で、かつ基板上面に設けられるグ
レーズ層の上部に断面円弧状の窪みを形成するようにし
たことから、基板−天板間に形成されるインク流路の幅
が、グレーズ層の存在する領域でも、存在しない領域と
略等しく設定され、基板−天板間のインクを比較的高速
で良好に流動させることができる。従って、残留気泡を
発熱抵抗体上から短時間で除去するとともに、基板やグ
レーズ層等に蓄積されている熱を前記インクで良好に吸
収して、これらを短時間で冷却するのに必要な所定の流
速を得ることができる。

【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副走査方向にか
かる断面図である。

【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、３・・・発熱抵抗
体、６・・・天板、７・・・インク吐出孔、８・・・窪
み、９・・・インク

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】頂部に多数の発熱抵抗体が被着・配列され
   ている断面円弧状のグレーズ層を有する基板と、前記グ
   レーズ層よりも厚みが厚く、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、 前記天板の下面で、かつ前記グレーズ層の上部に、断面
   円弧状の窪みを形成したことを特徴とするインクジェッ
   トヘッド。
2. 【請求項２】前記グレーズ層の高さと前記窪みの深さと
   が略等しく成して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。
3. 【請求項３】前記グレーズ層の上面と前記窪みの内面と
   が略平行に配置されていることを特徴とする請求項１ま
   たは請求項２に記載のインクジェットヘッド。
4. 【請求項４】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
   乃至請求項３のいずれかに記載のインクジェットヘッ
   ド。