JP2002200754A - インクジェットヘッド - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】インク滴を記録紙の所定位置に正確に着弾させ
ることが可能な高性能のインクジェットヘッドを提供す
る。 【解決手段】絶縁基板２の上面に発熱抵抗体４及び保護
膜６を順次被着させたヘッド基板１と、前記発熱抵抗体
４上にインク吐出孔８を有するノズル部材７とを、間に
所定の間隔をあけて配置させるとともに、ヘッド基板１
及びノズル部材７間の隙間にインク９を充填してなり、
前記発熱抵抗体４の発する熱エネルギーによってインク
９中に気泡Ａを発生させ、該発生した気泡Ａによる圧力
でもってインク吐出孔８よりインク滴ｉを吐出させるこ
とにより記録動作を行うようにしたインクジェットヘッ
ドであって、前記発熱抵抗体４上に位置する保護膜６の
表面に窪み６ａが形成されており、記録動作時、前記気
泡Ａを前記窪み６ａ内のインク１０中で発生させるよう
にインクジェットヘッドを構成する。

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記録するインクジェ
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４に示す如く、絶縁基
板１２の上面に発熱抵抗体１３及び保護膜１４を順次被
着させたヘッド基板１１と、前記発熱抵抗体１３上にイ
ンク吐出孔１６を有するノズル部材１５とを、間に所定
の間隔をあけて配置させるとともに、ヘッド基板１１及
びノズル部材１５間の隙間にインク１７を充填した構造
のものが知られており、記録紙をノズル部材１５の外表
面に沿って搬送しながら、ヘッド基板１１の発熱抵抗体
１３を外部からの画像データに基づき選択的にジュール
発熱させてインク１７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発熱抵抗体１
３上のインク１７を上方に押し上げ、インク１７の一部
をインク吐出孔１６より外部に吐出させることによって
記録紙に画像が記録される。

【０００５】

【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、ヘッド基板
１１−ノズル部材１５間で発生した気泡Ａの拡がりを抑
制するものが何ら存在していないことから、発熱抵抗体
１３をジュール発熱させてインク１７中で気泡Ａを発生
させると、気泡Ａからの圧力は四方に分散し、インク吐
出孔１６側に効率良く圧力を伝達することができない。
このため、インク滴ｉの吐出速度が低下し、記録紙に対
するインク滴ｉの着弾位置にズレを生じるという欠点を
有していた。

【０００６】本発明は上記欠点に鑑み案出されたもの
で、その目的は、インク滴を記録紙の所定位置に正確に
着弾させることが可能な高性能のインクジェットヘッド
を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明のインクジェット
ヘッドは、絶縁基板の上面に発熱抵抗体及び保護膜を順
次被着させたヘッド基板と、前記発熱抵抗体上にインク
吐出孔を有するノズル部材とを、間に所定の間隔をあけ
て配置させるとともに、前記ヘッド基板及びノズル部材
間の隙間にインクを充填してなり、前記発熱抵抗体の発
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ことにより記録動作を行うよう
にしたインクジェットヘッドであって、前記発熱抵抗体
上に位置する保護膜の表面に窪みが形成されており、記
録動作時、前記気泡が前記窪み内のインク中で発生する
ようになしたことを特徴とするものである。

【０００８】また本発明のインクジェットヘッドは、前
記絶縁基板と発熱抵抗体との間に、上面に凹部を有する
グレーズ層を介在させるとともに、該グレーズ層の凹部
内に前記発熱抵抗体を埋設したことを特徴とするもので
ある。

【０００９】更に本発明のインクジェットヘッドは、前
記グレーズ層の厚みが１０μｍ〜１００μｍに、前記凹
部の深さが０．５μｍ〜３０．０μｍに設定されること
を特徴とするものである。

【００１０】また更に本発明のインクジェットヘッド
は、前記ヘッド基板−ノズル部材間のインクが流動する
ように、インクを循環させることを特徴とするものであ
る。

【００１１】本発明のインクジェットヘッドによれば、
ヘッド基板の発熱抵抗体上に位置する保護膜の表面に大
きな窪みを形成し、記録動作時、前記窪み内のインク中
でインク吐出用の気泡を発生させるようにしたことか
ら、気泡の圧力が副走査方向に分散しようとするのを窪
みの内壁で有効に抑えることができるようになる。従っ
て、気泡の圧力は発熱抵抗体上のインクに効率良く伝達
されるようになり、インク滴の吐出速度を高速に維持し
て、インク滴を記録紙の所定位置に正確に着弾させるこ
とが可能となる。

【００１２】

【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。 （第1の実施形態）図１は本発明の第1の実施形態に係る
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はヘッド基板、７はノ
ズル部材、９はヘッド基板１−ノズル部材７間に充填さ
れるインクである。

【００１３】前記ヘッド基板１は、矩形状をなすように
形成された絶縁基板２の上面に、頂部に凹部３ａを有し
た断面山状のグレーズ層３を主走査方向に帯状に被着さ
せるとともに、該グレーズ層３の凹部３ａ内に多数の発
熱抵抗体４を配設し、これらを保護膜６で被覆した構造
を有している。

【００１４】前記絶縁基板２は、その上面でグレーズ層
３や発熱抵抗体４，保護膜６等を支持するための支持母
材として機能するものであり、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形成し、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製作される。

【００１５】また前記絶縁基板２の上面に被着されるグ
レーズ層３は、ガラス等の低熱伝導性材料によって１０
μｍ〜１００μｍの厚みに形成されており、その内部で
発熱抵抗体４の発する熱の一部を蓄積及び放散すること
によって発熱抵抗体４の温度を短時間でインク９の吐出
に必要な所定の温度まで上昇させる蓄熱層としての作用
を為す。

【００１６】更に前記グレーズ層３の頂部に設けられて
いる凹部３ａは、例えば１０μｍ〜２００μｍの幅でグ
レーズ層３の長手方向に帯状に形成されており、その断
面形状は略矩形状をなし、例えばグレーズ層３の厚みが
５０μｍの場合、その２％〜２０％に相当する１μｍ〜
１０μｍの深さを有している。

【００１７】従って前記凹部３ａの内面に沿って発熱抵
抗体４と保護膜６とをそれぞれ略一定の厚みで順次被着
させると、該凹部３ａ内に被着される保護膜６の表面に
は大きな窪み６ａが形成されることとなる。

【００１８】尚、前記グレーズ層３は、ガラス粉末に適
当な有機溶剤を添加・混合して得た所定のガラスペース
トを従来周知のスクリーン印刷等によって絶縁基板２の
上面に帯状に印刷・塗布し、これを高温で焼き付けるこ
とによって断面円弧状のガラス層を形成し、しかる後、
得られたガラス層の頂部を所定の深さまでエッチング
し、凹部３ａを設けることによって形成される。

【００１９】また前記グレーズ層３の凹部３ａには、そ
の内面に沿って発熱抵抗体４が被着されており、このよ
うな発熱抵抗体４が複数個、主走査方向に配列されてい
る。

【００２０】前記発熱抵抗体４は、その各々がＴａＮや
ＴａＳｉＯ,ＴａＳｉＮＯ,ＴｉＳｉＯ，ＴｉＳｉＣＯ，
ＮｂＳｉＯ等の電気抵抗材料により形成されているた
め、その両端に接続される電極５等を介して電源電力が
印加されるとジュール発熱を起こし、インク９中で気泡
Ａを発生させるようになっている。

【００２１】尚、前記発熱抵抗体４及び電極５は、従来
周知の薄膜形成技術、具体的には、スパッタリングやフ
ォトリソグラフィー，エッチング等を採用し、前述の電
気抵抗材料やアルミニウム等の金属を絶縁基板２やグレ
ーズ層３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】また更に前記発熱抵抗体４等を有するグレ
ーズ層３や絶縁基板２の上面には保護膜６が被着され、
該保護膜６でグレーズ層３や発熱抵抗体４，電極５等の
表面が被覆されている。

【００２３】前記保護膜６は、例えば窒下珪素（Ｓｉ₃
Ｎ₄）やガラス等の無機質材料から成り、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抵抗体４や
電極５等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抵抗体４の
表面に付着しようとするのを有効に防止する作用を為
す。

【００２４】前記保護膜６は、従来周知のスパッタリン
グや真空蒸着法等を採用することによってグレーズ層
３、発熱抵抗体４及び絶縁基板２等の上面に例えば５μ
ｍ〜２０μｍの厚みに被着・形成される。

【００２５】尚、このようにして得られる保護膜６の厚
みは略一定（±０．１μｍ以内）で、その表面は下地に
応じた形状となることから、凹部３ａ内に設けられる保
護膜６の表面には、前述した如く、大きな窪み６ａが形
成されることとなる。

【００２６】また一方、前記ノズル部材７は、上述した
ヘッド基板１上に、例えば２５μｍ〜２００μｍの間隙
を設けるようにして略平行に配設される。

【００２７】前記ノズル部材７は、発熱抵抗体４と１対
１に対応する複数個のインク吐出孔８を有しており、各
インク吐出孔８を対応する発熱抵抗体４の上方に位置さ
せてある。

【００２８】前記ノズル部材７のインク吐出孔８は、イ
ンクジェットヘッドの記録動作時、インク滴を記録紙に
向けて吐出するためのものであり、各々の直径は１０μ
ｍ〜１００μｍ程度の大きさに設定され、発熱抵抗体４
と同じ密度で主走査方向に配列される。

【００２９】尚、前記ノズル部材７は、感光性のエポキ
シ樹脂やポリイミド樹脂，モリブデン，アルミナセラミ
ックス等を所定形状に加工したり、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を施し、インク吐出
孔８を複数個、穿設することによって製作され、得られ
たノズル部材７を図示しないスペーサ等を介してヘッド
基板１上に載置させることによりノズル部材７がヘッド
基板１上の所定位置に固定される。

【００３０】そして前記ヘッド基板１及びノズル部材７
間に充填されるインク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、その粘度は
例えば０．３ｍＰａ・ｓ〜３．０ｍＰａ・ｓ（２５℃）に
調整される。

【００３１】前記インク９は図示しないインクタンクか
らヘッド基板１−ノズル部材７間の間隙に供給されるよ
うになっており、前述した発熱抵抗体４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、該発生した
気泡Ａによる圧力でもってインク９の一部がインク滴と
なり、インク吐出孔８より外部に吐出される。

【００３２】この場合、インク９は保護膜６の表面に形
成されている窪み６ａの内部にも充填されており、発熱
抵抗体４をジュール発熱させると、気泡Ａは窪み６ａの
内側で発生するようになっている。

【００３３】従って、インク９中で発生した気泡Ａが副
走査方向に拡がろうとしても、その拡がりは窪み６ａの
内壁で確実に抑えられ、気泡Ａの発生に伴う圧力の分散
が有効に防止される。これにより、気泡Ａからの圧力は
インク吐出孔８側に効率良く伝達されることとなり、イ
ンク滴ｉの吐出速度を高速に維持して、インク滴ｉを記
録紙の所定位置に正確に着弾させることが可能となる。

【００３４】しかも前述の窪み６ａは、保護膜６をスパ
ッタリング等によって成膜・形成する前に、発熱抵抗体
４が配されるグレーズ層３の頂部に凹部３ａを形成して
おくだけで簡単に設けることができるため、インクジェ
ットヘッドの製造プロセスが著しく複雑化することはな
く、生産性を高く維持することもできる。

【００３５】かくして上述したインクジェットヘッド
は、記録紙をノズル部材７の外表面に沿ってインク吐出
孔８の穿設方向と直交する方向に搬送しながら、複数個
の発熱抵抗体４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発熱抵
抗体４上に設けられている窪み６ａ内のインク９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
力でもってインク滴ｉをノズル部材７のインク吐出孔８
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。

【００３６】（第２の実施形態）次に本発明の第２の実
施形態について図３を用いて説明する。尚、第1の実施
形態と同様の構成には同一の参照符を付し、重複する説
明を省略する。

【００３７】この第２実施形態のインクジェットヘッド
が先に述べた第1実施形態のものと相違する点は、第1実
施形態では発熱抵抗体４上に位置する保護膜６の表面に
窪み６ａを形成するのにグレーズ層３の上面に発熱抵抗
体４が埋設される凹部３ａを設けるようにしたのに対
し、この第２実施形態ではグレーズ層３’には凹部を設
けず、発熱抵抗体４を被覆する保護膜６’の厚みを発熱
抵抗体４上で薄くすることによって保護膜６’の上面に
窪み６ａ’を設けるようにした点である。

【００３８】前記保護膜６’は、その平均厚みが４μｍ
〜２５μｍと比較的厚く形成されており、窪み６ａ’の
深さは保護膜６’の最大厚みの７５％〜８０％程度、即
ち、３μｍ〜２０μｍ程度に設定されている。

【００３９】かかる構成のインクジェットヘッドにおい
ても、記録動作時、発熱抵抗体４上に発生する気泡Ａは
保護膜上面の窪み６ａ’内に充填されたインク９中で発
生することから、気泡Ａが副走査方向に拡がろうとして
も、その拡がりは窪み６ａ’の内壁で確実に抑えられ、
気泡Ａの発生に伴う圧力の分散が有効に防止される。こ
れにより、インク９中で発生した気泡Ａからの圧力はイ
ンク吐出孔８側に効率良く伝達されることとなり、イン
ク滴ｉの吐出速度を高速に維持して、インク滴ｉを記録
紙の所定位置に正確に着弾させることができる。

【００４０】尚、保護膜６ａの上面に設けた大きな窪み
６ａ’は、保護膜６’を従来周知のスパッタリング等で
形成した後、その一部上面、具体的には発熱抵抗体４の
真上に位置する部位を従来周知のフォトリソグラフィー
技術及びエッチング技術によって所定の深さまで浸食す
ることにより形成される。

【００４１】尚、本発明は上述した第1、第２の実施形
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。

【００４２】例えば上述の第１、第２の実施形態におい
てヘッド基板１−ノズル部材７間のインク９が５０μｍ
／ｓｅｃ〜２０００μｍ／ｓｅｃの流速で副走査方向へ
流動するように、インク９を循環ポンプ等によってイン
クタンクとの間で循環させるようにしても良い。この場
合、グレーズ層３は循環するインク９によって良好に冷
却されることから、グレーズ層３の温度は記録動作に適
した温度状態に維持されて、インク滴の吐出量を略一定
に保つことができる上に、発熱抵抗体４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
されるようになるのでインク９が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
ができる利点もある。

【００４３】また上述した第１、第２の実施形態におい
てはグレーズ層３の上面に凹部３ａを設けたり、保護膜
６’の上面に窪み６ａ’を設けるのにグレーズ層３や保
護膜６’の上面を所定の深さまでエッチング除去するよ
うにしたが、これに代えてグレーズ層３や保護膜６’を
２層以上の積層体により形成し、その上層に凹部３ａや
窪み６ａ’に対応した穴部を設けることによって凹部３
ａや窪み６ａ'を形成するようにしても構わない。

【００４４】

【発明の効果】本発明のインクジェットヘッドによれ
ば、ヘッド基板の発熱抵抗体上に位置する保護膜の表面
に大きな窪みを形成し、記録動作時、前記窪み内のイン
ク中でインク吐出用の気泡を発生させるようにしたこと
から、気泡の圧力が副走査方向に分散しようとするのを
窪みの内壁で有効に抑えることができるようになる。従
って、気泡の圧力は発熱抵抗体上のインクに効率良く伝
達されるようになり、インク滴の吐出速度を高速に維持
して、インク滴を記録紙の所定位置に正確に着弾させる
ことが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第1の実施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】本発明の第２の実施形態に係るインクジェット
ヘッドの断面図である。

【図４】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・・・絶縁基板、３，３'・・
・グレーズ層、３ａ・・・凹部、４・・・発熱抵抗体、
６，６’・・・保護膜、６ａ，６ａ'・・・窪み、７・
・・ノズル部材、８・・・インク吐出孔、９・・・イン
ク、Ａ・・・気泡、ｉ・・・インク滴

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】絶縁基板の上面に発熱抵抗体及び保護膜を
   順次被着させたヘッド基板と、前記発熱抵抗体上にイン
   ク吐出孔を有するノズル部材とを、間に所定の間隔をあ
   けて配置させるとともに、前記ヘッド基板及びノズル部
   材間の隙間にインクを充填してなり、前記発熱抵抗体の
   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ことにより記録動作を行う
   ようにしたインクジェットヘッドであって、 前記発熱抵抗体上に位置する保護膜の表面に窪みが形成
   されており、記録動作時、前記気泡が前記窪み内のイン
   ク中で発生するようにな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】前記絶縁基板と発熱抵抗体との間に、上面
   に凹部を有するグレーズ層を介在させるとともに、該グ
   レーズ層の凹部内に前記発熱抵抗体を埋設したことを特
   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】前記グレーズ層の厚みが１０μｍ〜１００
   μｍに、前記凹部の深さが０．５μｍ〜３０．０μｍに
   設定されることを特徴とする請求項２に記載のインクジ
   ェットヘッド。
4. 【請求項４】前記ヘッド基板−ノズル部材間のインクが
   流動するように、インクを循環させ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。