JP2003136726A - 記録ヘッド - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】良好な画像を記録することが可能な高性能の記
録ヘッドを提供する。 【解決手段】主走査方向に配列した多数の発熱素子４か
ら成り、副走査方向にずらして配されるＮ列（Ｎは２以
上の自然数）の発熱素子列３ａ，３ｂ，３ｃと、これら
発熱素子列３ａ，３ｂ，３ｃに対して副走査方向の一方
側に位置し、且つ発熱素子列３ａ，３ｂ，３ｃに対し略
平行に配される複数個のドライバーＩＣ（図示せず）及
び共通電極配線６とを有し、前記発熱素子４の一端を前
記ドライバーＩＣの出力端子に、他端を共通電極配線６
に、配線長を異ならせた一対の個別電極配線７ａ，７
ｂ，７ｃで接続して成るヘッド基板１を備えた記録ヘッ
ドにおいて、前記発熱素子４が、その両端に接続されて
いる一対の個別電極配線７ａ，７ｂ，７ｃの配線長の総
和が大きくなるにしたがって抵抗値が小さくなるように
発熱素子列毎に異なる値に設定されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ファクシミリやビ
デオプリンタ等の記録デバイスとして用いられるサーマ
ルヘッドやインクジェットヘッド等の記録ヘッドに関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、ファクシミリやビデオプリン
タ等の記録デバイスとしてサーマルヘッドやインクジェ
ットヘッド等の記録ヘッドが用いられている。

【０００３】例えば従来の記録ヘッドとして、図５に示
すようなインクジェットヘッドが知られており、かかる
インクジェットヘッドは、アルミナセラミックスから成
るベースプレート２２の上面に、主走査方向に直線状に
配列した多数の発熱素子２４から成る３列の発熱素子列
２３ａ，２３ｂ，２３ｃと、これら発熱素子列２３ａ，
２３ｂ，２３ｃに対して副走査方向の一方側に位置し、
且つ発熱素子列２３ａ，２３ｂ，２３ｃと略平行に配さ
れる複数個のドライバーＩＣ２５及び共通電極配線２６
とを取着するとともに、前記発熱素子２４の一端を図示
しないドライバーＩＣの出力端子に、他端を共通電極配
線２６に、一対の個別電極配線２７ａ，２７ｂ，２７ｃ
で接続して成るヘッド基板２１の上方に、前記発熱素子
２４と１対１に対応したインク吐出孔２９を有する天板
２８を、間に所定の間隙を形成するように配設し、該間
隙にインク（図示せず）を充填した構造を有し、記録紙
等の記録媒体を天板２８の外表面に沿って副走査方向に
搬送しながら発熱素子２４を列毎に選択的に発熱させる
とともに、該発熱した熱エネルギーによってインク中に
気泡を発生させ、この気泡発生時の圧力でもってインク
吐出孔２９よりインク滴を外部に吐出させて記録紙に付
着させることにより所定の画像が記録される。

【０００４】尚、前記発熱素子列２３ａ，２３ｂ，２３
ｃは、共通電極配線２６に一度に大量の電流が流れ込む
ことを防ぐために列毎に異なるタイミングで時分割駆動
されるようになっており、記録紙に対するインク滴の着
弾位置を副走査方向に合わせるために、副走査方向に所
定の距離（５μｍ〜５０μｍ）ずつずらして配されてい
る。

【０００５】また、前記共通電極配線２６及び一対の個
別電極配線２７ａ，２７ｂ，２７ｃは、発熱素子２４に
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、一対の個別電極配線２７ａ，２７ｂ，２７ｃの一方
を共通電極配線２６を介して例えば２４Ｖの電位（外部
電源）に、他方をドライバーＩＣを介して基準電位に保
持し、ドライバーＩＣ内のスイッチングトランジスタが
オン状態となったとき、発熱素子２４に所定の電力を印
加するようになっている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
たインクジェットヘッドにおいては、３列の発熱素子列
２３ａ，２３ｂ，２３ｃが副走査方向にずれて配されて
おり、発熱素子２４に接続されている一対の個別電極配
線２７ａ，２７ｂ，２７ｃの配線長が発熱素子列毎によ
って異なっている。それ故、個別電極配線２７ａ，２７
ｂ，２７ｃを介して発熱素子２４に電力を供給すると、
配線長が長い個別電極配線２７ａの内部では、配線長が
短い個別電極配線２７ｂ，２７ｃよりも大きな電圧降下
が発生して、発熱素子２４に印加される電圧が小さくな
ってしまい、その結果、発熱素子２４の発する熱エネル
ギーにバラツキを生じ、良好な画像を得ることが不可と
なる欠点を有していた。

【０００７】また、上述した従来の記録ヘッドが、ヘッ
ド基板のみで構成されるサーマルヘッドである場合にお
いても、発熱素子に接続される一対の個別電極配線の配
線長が発熱素子列毎に異なっていると、発熱素子の発す
る熱エネルギーにバラツキを生じ、記録ヘッドをインク
ジェットヘッドとして用いる場合と同様に感熱記録紙等
の記録媒体に良好な画像を得ることが不可となる欠点を
有していた。

【０００８】本発明は、上記欠点に鑑み案出されたもの
であり、その目的は、良好な画像を記録することが可能
な高性能の記録ヘッドを提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明の記録ヘッドは、
多数の発熱素子を主走査方向に、且つ副走査方向にずら
して配列してなるＮ列（Ｎは２以上の自然数）の発熱素
子列と、これら発熱素子列に対して副走査方向の一方側
に位置し、且つ発熱素子列に対し略平行に配される複数
個のドライバーＩＣ及び共通電極配線と、前記発熱素子
の一端を前記ドライバーＩＣの出力端子に、他端を共通
電極配線に接続する配線長の異なる一対の個別電極配線
とから成り、記録媒体を副走査方向に搬送しながら発熱
素子を列毎に選択的に発熱させることにより記録動作を
行う記録ヘッドにおいて、前記発熱素子が、その両端に
接続されている一対の個別電極配線の配線長の総和が大
きくなるにしたがって抵抗値が小さくなるように発熱素
子列毎に異なる値に設定されていることを特徴とするも
のである。

【００１０】また、本発明の記録ヘッドは、前記発熱素
子の抵抗値は、パルストリミング法により調整されてい
ることを特徴とするものである。

【００１１】更に、本発明の記録ヘッドは、前記発熱素
子はＴａＳｉＯ系抵抗材料から成り、且つ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
するものである。

【００１２】本発明の記録ヘッドによれば、Ｎ列の発熱
素子列を構成する発熱素子に、配線長を発熱素子列毎に
異ならせた一対の個別電極配線を接続し、かかる発熱素
子を、その両端に接続される一対の個別電極配線の配線
長の総和が大きくなるにしたがって抵抗値が小さくなる
ように発熱素子列毎に異なる値に設定するようにしたこ
とから、これら個別電極配線の配線長が異なることに起
因して発熱素子に印加される電圧の大きさにバラツキが
あっても、全ての発熱素子の発する熱エネルギーを略等
しく設定することができ、インク吐出孔より吐出される
インク滴のサイズを揃えて良好な画像を記録することが
可能となる。

【００１３】また、本発明の記録ヘッドによれば、発熱
素子を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％に設定することにより、
発熱素子を形成する抵抗材料の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、所定のパルスを印加し
たとき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
るという利点もある。

【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は本発明の記録ヘッドをインク
ジェットヘッドに適用した実施形態を示す分解斜視図、
図２は図１のインクジェットヘッドの断面図、図３は図
１のインクジェットヘッドに用いられるヘッド基板の平
面図であり、同図に示すインクジェットヘッドは、大略
的にヘッド基板１と天板８とで構成され、両部材間には
インク１０が充填されている。

【００１５】前記ヘッド基板１は、ベースプレート２の
上面にＮ列（Ｎは２以上の自然数、本形態においてＮ＝
３とする）の発熱素子列３ａ，３ｂ，３ｃや複数個のド
ライバーＩＣ５、帯状の共通電極配線６、一対の個別電
極配線７ａ，７ｂ，７ｃ等を取着した構造を有してい
る。

【００１６】前記ベースプレート２は、アルミナセラミ
ックスや単結晶シリコン等の種々の材料により矩形状に
形成されており、その略平坦な上面で発熱素子列３ａ，
３ｂ，３ｃやドライバーＩＣ５、共通電極配線６、一対
の個別電極配線７ａ，７ｂ，７ｃ等を支持する支持母材
として機能する。

【００１７】このようなベースプレート２は、単結晶シ
リコンからなる場合、従来周知のチョコラルスキー法
（引き上げ法）等によって形成した単結晶シリコンのイ
ンゴット（塊）を、所定厚みにスライスすることにより
製作される。尚、この場合、得られたベースプレート２
の表面には従来周知の熱酸化法によって酸化シリコン
（ＳｉＯ₂）等の電気絶縁性材料からなる絶縁膜が１μ
ｍ〜３μｍの厚みに形成されており、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と
発熱素子４等とが電気的に絶縁される。

【００１８】また、前記ベースプレート２の上面には、
多数の発熱素子を主走査方向に、かつ副走査方向にずら
して配列される３列の発熱素子列３ａ，３ｂ，３ｃが互
いに略平行となるようにベースプレート２の一方長辺に
沿って配されている。

【００１９】前記発熱素子列３ａ，３ｂ，３ｃを構成す
る発熱素子４は、主走査方向に２００ｄｐｉ（dot per
inch）の密度で直線状に配列されており、任意の１列の
発熱素子４が他の列の発熱素子４間に位置するように斜
線状に配置されており（図３参照）、記録動作時、発熱
素子列毎に０．６μｓｅｃ〜２．０μｓｅｃずつ異なる
タイミングでジュール発熱するこのような発熱素子４
は、ＴａＮやＴａＳｉＯ，ＴａＳｉＮＯ，ＴｉＳｉＯ，
ＴｉＳｉＣＯ，ＮｂＳｉＯ等の電気抵抗材料により形成
されており、発熱素子４の主走査方向の両端に接続され
る一対の個別電極配線７ａ，７ｂ，７ｃを介して所定の
電力が印加されるとジュール発熱を起こし、インク１０
中に気泡Ａを発生させるのに必要な所定の温度（２００
℃〜４００℃）となる。

【００２０】尚、発熱素子４は、発熱素子列毎に異なる
タイミングで時分割駆動されるため、記録紙Ｍの搬送速
度に対応させて発光素子列毎に副走査方向に５μｍ〜５
０μｍずらして配置されており、これによってインク滴
ｉの着弾位置を副走査方向に揃えるようにしている。

【００２１】更に、前記発熱素子列３ａ，３ｂ，３ｃに
対して副走査方向の一方側（ベースプレート２の他方の
長辺側）に位置する領域には、発熱素子列３ａ，３ｂ，
３ｃに対して略平行に配される複数個のドライバーＩＣ
５及び帯状の共通電極配線６が取着されており、これら
ドライバーＩＣ５及び共通電極配線６と発熱素子４と
は、発熱素子４の一端をドライバーＩＣ５の出力端子
に、他端を共通電極配線６に一対の個別電極配線７ａ，
７ｂ，７ｃで電気的に接続されている。

【００２２】前記複数のドライバーＩＣ５は、ベースプ
レート２の他方の長辺に沿って直線状に配列され、各々
の下面には高密度に集積されたスイッチングトランジス
タ等の電子回路や多数の出力端子、入力端子等が設けら
れており、発熱素子４のジュール発熱を制御する作用、
具体的には、外部からの画像データに基づいてドライバ
ーＩＣ５の内部に設けられるスイッチングトランジスタ
のオン・オフを切り替えることにより、各発熱素子４へ
の電力供給を制御する作用を為す。

【００２３】前記共通電極配線６及び一対の個別電極配
線７ａ，７ｂ，７ｃは、アルミニウム、銅等の金属材料
により所定パターンをなすように被着・形成されてお
り、一対の個別電極配線７ａ，７ｂ，７ｃの一方を共通
電極配線６を介して例えば２４Ｖの電位（外部電源）
に、他方をドライバーＩＣを介して基準電位（０Ｖ）に
保持し、ドライバーＩＣ５内のスイッチングトランジス
タがオン状態となったとき、発熱素子４に所定の電力
（１．３Ｗ〜３．５Ｗ）が印加されるようになってい
る。

【００２４】尚、前記発熱素子列３ａ，３ｂ，３ｃや共
通電極配線６及び一対の個別電極配線７ａ，７ｂ，７ｃ
は、従来周知の薄膜形成技術、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や金属材料を所定パター
ンに被着させることにより形成され、このように形成さ
れた一対の個別電極配線７ａ，７ｂ，７ｃは、その配線
幅及び配線厚みが実質的に同一（平均配線幅及び平均配
線厚みに対して±５％以内）となるように設定されてい
る。

【００２５】また、ドライバーＩＣ５は、従来周知の半
導体製造技術を採用することによって製作され、得られ
たドライバーＩＣ５を従来周知のフェイスダウンボンデ
ィング、すなわち仮面に設けられている出力端子や入力
端子が半田を介して対応する個別電極配線上に位置する
ようにしてベースプレート２の所定位置に取着・実装さ
れる。

【００２６】そして、本形態において最も重要なこと
は、上述した発熱素子４を、その両端に接続されている
一対の個別電極配線７の配線長の総和が大きくなるにし
たがって抵抗値が小さくなるように発熱素子列毎に異な
る値に設定したことである。

【００２７】例えば、一対の個別電極配線７ａ，７ｂ，
７ｃの配線長の総和が、個別電極配線７ａで０．４００
ｍｍ、個別電極配線７ｂで０．３７５ｍｍ、個別電極配
線７ｃで０．３５０ｍｍである場合に、個別電極配線７
ｂの配線長の総和を基準値とすると、発熱素子４の抵抗
値は、発熱素子列３ａで約１００．０Ω、発熱素子列３
ｂで約１０１．０Ω、発熱素子列３ｃで約１０２．０Ω
の大きさに設定される。

【００２８】このように、発熱素子４を、その両端に接
続される一対の個別電極配線７ａ，７ｂ，７ｃの配線長
の総和が大きくなるにしたがって抵抗値が小さくなるよ
うに発熱素子列毎に異なる値に設定したことから、これ
ら個別電極配線７ａ，７ｂ，７ｃの配線長が異なること
に起因して発熱素子４に印加される電圧の大きさにバラ
ツキがあっても、全ての発熱素子４の発する熱エネルギ
ーを略等しく設定することができ、インク吐出孔９より
吐出されるインク滴ｉのサイズを揃えて良好な画像を記
録することが可能となる。

【００２９】尚、発熱素子４の抵抗値は、従来周知のパ
ルストリミング法を採用することにより調整される。具
体的には、発熱素子４の抵抗値を下降させる場合は、発
熱素子４に対してパルス幅（通電時間）が短く、振幅
（電圧値）が大きなトリミングパルスを印加することに
より、発熱素子４を形成する抵抗材料がアニールされて
抵抗値の下降現象が起こり、また、発熱素子４の抵抗値
を上昇させる場合は、発熱素子４に対してパルス幅が長
く、振幅が小さなトリミングパルスを印加することによ
り、発熱素子４を形成する抵抗材料の一部が酸化されて
抵抗値の上昇現象が起こる。

【００３０】このとき、発熱素子４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４を形成する抵抗材
料の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、所定のパルスを印加したとき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。

【００３１】ここで、発熱素子４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４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４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４の抵抗値変動が小さい
ため、発熱素子４の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
４内の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。

【００３２】一方、前記天板８は、前記ヘッド基板１上
に、間に所定の間隙（例えば２０μｍ〜３００μｍ）を
形成するように配設される。

【００３３】前記天板８は、発熱素子４と１対１に対応
する略円形状のインク吐出孔９を多数有しており、これ
らのインク吐出孔９が前記発熱素子４の真上に位置する
ようにしてスペーサを介してヘッド基板１上に固定され
る。

【００３４】また、前記多数のインク吐出孔９は、各々
が直径１０μｍ〜１００μｍの大きさに設定されてお
り、インクジェットヘッドの記録動作時、発熱素子４の
発熱に伴いインク１０中に気泡Ａが発生すると、この気
泡発生時の圧力でもってインク滴ｉをインク吐出孔９よ
り記録紙Ｍに向けて吐出するようになっている。

【００３５】尚、前記天板８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あるいは感光
性樹脂から成り、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
レーザー加工によってインク吐出孔９を厚み方向に穿設
することにより製作され、得られた天板８をヘッド基板
１上にスペーサを介して載置することで固定される。

【００３６】そして、ヘッド基板１−天板８間に形成さ
れる隙間にはインク１０が充填される。

【００３７】前記インク１０としては、例えば顔料タイ
プの水性インクや水性染料インク等が使用され、該イン
ク１０は図示しないインクタンクからヘッド基板１−天
板８間に供給され、前述した発熱素子４の発熱に伴う熱
エネルギーによってインク１０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１０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。

【００３８】かくして上述したインクジェットヘッド
は、記録紙Ｍを天板８の外表面に沿って副走査方向に搬
送しながら、発熱素子４を発熱素子列毎に選択的に発熱
させ、この熱エネルギーによってインク１０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
もってインク吐出孔９よりインク滴ｉを外部に吐出さ
せ、吐出したインク滴ｉを記録紙Ｍに付着させることに
よって所定の画像が記録される。

【００３９】尚、本発明は上述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。

【００４０】例えば、上述の実施形態においては、記録
ヘッドをインクジェットヘッドに適用した場合について
説明したが、記録ヘッドを、図４に示す如く、上記ヘッ
ド基板で感熱式のサーマルヘッドを構成するようにして
も良いし、或いは熱転写式のサーマルヘッドを構成する
ようにしても良い。

【００４１】このようにサーマルヘッドを構成する場合
であっても、発熱素子４’を、その両端に接続される一
対の個別電極配線の配線長の総和が大きくなるにしたが
って抵抗値が小さくなるように発熱素子列毎に異なる値
に設定しておけば、かかる個別電極配線の配線長が発熱
素子毎に異なることに起因して各発熱素子４’に印加さ
れる電力の大きさにバラツキを発生しても、全ての発熱
素子４’を略等しい温度で発熱させて、感熱記録紙に形
成される印画のドット径を揃えることができ、これによ
って良好な画像を記録することが可能となる。

【００４２】また、上述の実施形態においては、トリミ
ングパルスを発熱素子４に印加してトリミングを行なう
パルストリミング法により発熱素子４の抵抗値を調整す
るようにしたが、これに代えて、レーザービームを発熱
素子４に照射してトリミングを行うレーザートリミング
法により発熱素子４の抵抗値を調整するようにしても構
わない。

【００４３】更に、上述の実施形態において、前記発熱
素子４やドライバーＩＣ５、共通電極配線６、一対の個
別電極配線７ａ，７ｂ，７ｃ等を窒化珪素等からなる保
護膜によって被覆するようにしても良いことは言うまで
もない。

【００４４】

【発明の効果】本発明の記録ヘッドによれば、Ｎ列の発
熱素子列を構成する発熱素子に、配線長を発熱素子列毎
に異ならせた一対の個別電極配線を接続し、かかる発熱
素子を、その両端に接続される一対の個別電極配線の配
線長の総和が大きくなるにしたがって抵抗値が小さくな
るように発熱素子列毎に異なる値に設定するようにした
ことから、これら個別電極配線の配線長が異なることに
起因して発熱素子に印加される電圧の大きさにバラツキ
があっても、全ての発熱素子の発する熱エネルギーを略
等しく設定することができ、インク吐出孔より吐出され
るインク滴のサイズを揃えて良好な画像を記録すること
が可能となる。

【００４５】また、本発明の記録ヘッドによれば、発熱
素子を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％に設定することにより、
発熱素子を形成する抵抗材料の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、所定のパルスを印加し
たとき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
るという利点もある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の記録ヘッドをインクジェットヘッドに
適用した実施形態を示す分解斜視図である。

【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に用いられるヘッ
ド基板の平面図である。

【図４】本発明の記録ヘッドをサーマルヘッドに適用し
た実施形態を示す断面図である。

【図５】従来のインクジェットヘッドの分解斜視図であ
る。

【符号の説明】

１，１’・・・ヘッド基板、２，２’・・・ベースプレ
ート、３ａ，３ｂ，３ｃ・・・発熱素子列、４，４’・
・・発熱素子、５，５’・・・ドライバーＩＣ、６，
６’・・・共通電極配線、７ａ，７ｂ，７ｃ・・・個別
電極配線、８・・・天板、９・・・インク吐出孔、１０
・・・インク

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】多数の発熱素子を主走査方向に、且つ副走
   査方向にずらして配列してなるＮ列（Ｎは２以上の自然
   数）の発熱素子列と、これら発熱素子列に対して副走査
   方向の一方側に位置し、且つ発熱素子列に対し略平行に
   配される複数個のドライバーＩＣ及び共通電極配線と、
   前記発熱素子の一端を前記ドライバーＩＣの出力端子
   に、他端を共通電極配線に接続する配線長の異なる一対
   の個別電極配線とから成り、記録媒体を副走査方向に搬
   送しながら発熱素子を列毎に選択的に発熱させることに
   より記録動作を行う記録ヘッドにおいて、 前記発熱素子が、その両端に接続されている一対の個別
   電極配線の配線長の総和が大きくなるにしたがって抵抗
   値が小さくなるように発熱素子列毎に異なる値に設定さ
   れていることを特徴とする記録ヘッド。
2. 【請求項２】前記発熱素子の抵抗値は、パルストリミン
   グ法により調整されていることを特徴とする請求項１に
   記載の記録ヘッド。
3. 【請求項３】前記発熱素子はＴａＳｉＯ系抵抗材料から
   成り、且つ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請求項１または請求項２に
   記載の記録ヘッド。