JP2562439B2 - 液体噴射記録ヘッドおよび液体噴射方法 - Google Patents

液体噴射記録ヘッドおよび液体噴射方法

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Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は、液体噴射記録ヘッドおよび液体噴射記録方
法に関し、詳しくは、記録用液体を液滴として吐出して
階調記録が可能な液体噴射記録ヘッドおよび液体噴射記
録方法に関するものである。
[従来の技術] 従来、ノンインパクト記録法は、記録時における騒音
の発生が無視し得る程度に極めて小さいという点に於て
関心を集めている。その中で高速記録が可能であり、し
かも普通紙に定着という特別な処理を必要とせずに記録
が行える液体噴射記録方法(インクジェット記録法)は
極めて有力な記録法であって、これまでにも様々な方式
の提案とそれを具現化する装置が考案され、更に改良が
加えられて商品化されたものもあり現在も実用化への努
力が続けられているものもある。
中でも、例えば特開昭54−51837号公報およびドイツ
公開(DOLS)第2843064号公報に記載されているもの
は、熱エネルギーを液体に作用させて、記録用液体を液
滴として吐出させる原動力を得るという点において、他
のインクジェット記録方式とは異なる特徴を有してい
る。
すなわち、上記の公報に開示されてある記録方式にお
いては、熱エネルギーの作用を受けた液体が気泡の発生
を含む急峻な体積の増大を伴う状態変化を起し、その状
態変化に基づく作用力によって、記録ヘッド部先端のオ
リフィスから記録用液体を液滴として吐出させ、被記録
部材に付着して記録が行われる。
さらにまた、DOLS2843064に開示されているインクジ
ェット記録方式は、記録ヘッド部をフル・ラインタイプ
で高密度マルチオリフィス化することも容易であるの
で、高解像度、高品質の画像が高速で得ることができる
という利点を有している。
このように、液体噴射記録装置は多くの利点を有する
ものではあるが、更に高解像度、高品質の画像を記録し
ようとするためには記録画素に階調性を持たせ、中間調
(ハーフトーン)の情報を含む画像記録を行なう要求が
ある。
従来、このような液体噴射記録装置に階調制御性を持
たせる方式として、一画素が複数のセルのマトリクス状
に配置されたもので形成され、そのマトリクス状に形成
されたセルの中の具現化された像形成素体によって占領
されているセルの個数とその配列状態に応じて所望のレ
ベルの階調性がデジタル的に表現される第1の方式、一
画素をそれぞれ個々の像形成素体によって構成し、像形
成素体の光学的濃度を変えることによって所望の階調性
表現がアナログ的に表現される第2の方式が知られてい
る。
しかし、熱エネルギーによって液体を吐出させて記録
を行なう液体噴射記録法に於ては、第1の階調制御方式
(第1の方式)によると、一画素自体の面積が大きくな
り、鮮明度等の低下を招きやすい。また、デジタル制御
であるところから階調のステップが粗くなり、画像品位
の木目こまかさに欠ける場合があった。さらにまた、第
2の階調制御方式(第2の方式)では一般に、吐出され
る液滴の大きさをエネルギー発生体に加える電気エネル
ギーを変化させることによって一画素、すなわち像形成
素体の大きさを変化させるようにするもので、この方式
では充分な階調制御範囲を得ることができない場合があ
った。
そこで、例えば、特開昭55−132259号公報に開示され
ているように、複数個の発熱素子をノズル内の吐出方向
に直列に配置し、その動作個数を変化させることによ
り、熱作用面積を変化させて気泡発生面積の増減による
気泡体積の変調を行なうようにした記録ヘッドが提案さ
れている。
また、特開昭55−73568号公報に開示されているもの
では、発熱体面積の異なる2つ以上の発熱素子をノズル
内の吐出方向に配置して入力信号に応じ適切な1つの発
熱体を選択しドット径を可変となし階調を制御してい
る。
すなわち、上述したような記録ヘッドではノズル内に
複数の発熱素子をその吐出方向に配置してこれら発熱素
子の選択または複数個の組合せ駆動によって、熱作用面
積を変化させ、ドット径を変化させ階調を行なってい
た。
しかしながら、以上述べてきたようにノズル内に複数
の発熱素子を吐出方向に配置させるとその発熱素子とノ
ズル吐出口との間の相対距離が変化してしまう。
特に特開昭55−59975号公報に開示されているように
インクの熱作用部への流入方向と熱作用部からインクが
吐出される方向とが異なる場合、つまり熱作用面と対向
する面に吐出口が配設される場合にあって、気泡が発生
する中心すなわち熱作用部の中心と、吐出口との相対的
な位置関係が前述した構成をとることにより変化すると
インクの吐出方向にずれを生じる場合がある。また、吐
出特性が変化することで高速の記録に向かない場合もあ
る。特に発熱素子の数が多くなると、上述したような傾
向が顕著になるので、従来では発熱素子の面積や個数が
限定されがちとなる傾向があった。
[発明が解決しようとする問題点] 本発明の目的は、上述した従来の欠点を除去し、常に
安定した吐出性能により階調記録を実施できる液体噴射
記録ヘッドおよび液体噴射記録方法を提供することにあ
る。
[問題点を解決するための手段] 本発明の液体噴射記録ヘッドは、記録用液体を吐出す
るための吐出口と、該吐出口に連通した液路と、発熱部
を含む発熱抵抗層および該発熱抵抗層に電気的に接続さ
れた電極を具えた複数の電気熱変換体と、を有する液体
噴射記録ヘッドにおいて、前記複数の電気熱変換体を絶
縁層を介して積層し、該複数の電気熱変換体をそれぞれ
における前記発熱部の熱作用部の中心を通る積層方向の
中心線を略一致させ、それらの中心線上に前記吐出口を
配設したことを特徴とする。
本発明の液体噴射記録方法は、記録用液体を吐出する
ための吐出口と、該吐出口に連通した液路と、発熱部を
含む発熱抵抗層および該発熱抵抗層に電気的に接続され
た電極を具えた複数の電気熱変換体と、を有し、前記複
数の電気熱変換体を絶縁層を介して積層し、該複数の電
気熱変換体のそれぞれにおける前記発熱部の熱作用部の
中心を通る積層方向の中心線を略一致させ、それらの中
心線上に前記吐出口を配設した液体噴射記録ヘッドを用
いて被記録媒体に記録をする液体噴射記録方法であっ
て、前記複数の電気熱変換体における前記発熱抵抗層を
前記電極を介して選択的に通電し発熱させることによ
り、前記吐出口からの前記記録用液体の吐出量を制御す
ることを特徴とする。
[作 用] 本発明によれば、基板上に絶縁層を介して複数の電気
熱変換体を積層して配設したことにより、吐出オリフィ
スと個々の電気熱変換体との間の相対位置を距離ならび
に、方向の双方において一定に保つことができ、これら
の電気熱変換体の選択若しくは組み合せによって熱作用
面積や熱発生量が変化しても液滴吐出時における物理的
条件が変わらないので、安定した吐出性能を保って階調
的に記録を実施することができ、しかも複数の電気熱変
換体に広い場所を占有させることなく、1つのノズル内
に容易に収容することができる。また、その結果、より
高密度マルチオリフィス化をも図ることができる。
[実施例] 以下に、図面に基づいて本発明の実施例をその製造過
程にしたがって具体的に説明する。
第1図〜第3図は本発明の一実施例を示す。ここで、
1は例えばシリコンSiの単結晶インゴットから得られた
ウェハーであり、Siウェハー1上に熱酸化により、厚さ
が約3μmのシリカ(SiO2)層10が形成される。しかし
て、層10の上に、例えばマグネトロンを用いたスパッタ
法によりホウ化ハフニウムHfB2の厚さが約0.2μmの第
1発熱抵抗層11を形成し、さらにその上に真空蒸着によ
って厚さが約0.2μmのアルミニウムAlによる第1の電
極層12を形成した上、フォトリソグラフィにより第1の
電極12Aおよび12Bと、発熱面積が約100μm×100μmの
第1ヒータ11Aとをパターン形成する。
ついでこの上から例えばバイアススパッタ法によって
シリカ(SiO2)を厚さ約0.2μmに蒸着するが、ここで
重要なことは形成されるシリカ(SiO2)の絶縁層がこの
あと次々に積層された形態に形成されるヒータの縁部に
おいて凹凸になりすぎると、熱作用面からの発泡が不安
定な状態となる。そこで、本例では、上下のヒータ間に
形成される絶縁層ができるだけ平坦に保たれるように工
夫されている。符号13はこのような発想に基づいて形成
した第1の絶縁層を示す。
かくして第1の電極12Aおよび12Bと第1のヒータ11A
が絶縁層13によって被覆されたならば、以下同様の手順
と工法を繰返すことによって第2の電極22Aおよび22Bを
約0.2μm厚さのHfB2でまた、約0.2μm厚さのアルミニ
ウムで第2のヒータ21Aを、この場合第2のヒータ21Aの
面積が約75μm×75μmとなるようにしてパターン形成
し、厚さ約0.2μmのシリカ(SiO2)による第2の絶縁
層23によって被覆する。
ついで、さらに第3の電極32Aおよび32Bを約0.2μm
厚さのHfB2で、また、第3のヒータ31Aをアルミニウム
で約0.2μm厚さ、面積が約50μm×50μmとなるよう
に形成し、その上に第1の保護層33をバイアススパッタ
法によりシリカ(SiO2)の約0.6μm厚さで形成する。3
4は第2の保護層であり、マグネトロンを用いたマイク
ロ波電子サイクロトロン共鳴スパッタ法により例えばタ
ンタルTaで約0.3μm厚さに形成したものである。な
お、第2図において、21および31はそれぞれ第2発熱抵
抗層および第3発熱抵抗層、22および32はそれぞれ第2
電極層および第3電極層、34は第2の保護層である。
上述したような過程によって構成した基板に対し、第
3図に示すように、オリフィス2の穿設されたオリフィ
スプレート3をその上部に設け、更に液室4を形成し、
液体供給系5を取付けて液体噴射記録ヘッドを構成する
ことができる。かくして、記録ヘッドの第1電極12A,12
B,第2電極22A,22Bおよび第3電極32A,32Bにそれぞれ選
択的若しくは同時にパルス信号を供給することによって
れぞれ第1表に示すような直径の液滴による記録を得る
ことができた。
この第1表からも明らかなように、その吐出速度や周
波数特性に大きい変化を斉すことなく、ヒータの作用面
積にほぼ比例した吐出特性を得ることができたが、この
ような結果は第4図に示すようにオリフィス2がそれぞ
れ積層されたヒータ中心線の直上に位置し(Cはこれら
の中心線を示す)、オリフィス2と個々のヒータ11A,2
A,31Aとの相対位置が一定に保たれていることによるも
のであることはいうまでもない。
なお、以上の説明では3つのヒータを重ねて形成した
例について述べたが、ヒータの個数はこれに限るもので
はなく、必要に応じてその個数を増減することができる
のはもちろんである。
また、ヒータの大きさも本例では先に述べたようにし
て異ならせたが、これに限らず適切に選択することがで
き、更にまた、これらのヒータのうちから1つのヒータ
を選択することも複数のヒータを組合せて同時に使用す
ることも可能であることはいうまでもない。
[発明の効果] 以上説明したように、本発明によれば、ノズル内の基
板上に絶縁層を介して複数の電気熱変換体を積層した形
態としたことにより、ノズルオリフイスと電気熱変換体
との相対位置が一定に保たれることによって吐出性能を
安定した状態に保つことができ、絶縁層を介して積層し
た複数の電気熱変換体を選択的に通電し発熱させること
によって、適正な階調記録を達成することが可能となっ
た。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明液体噴射記録ヘッドにかかる基板上の電
気熱変換体の構成の一例を模式に示す平面図、 第2図は第1図のA−A線断面図、 第3図は本発明液体噴射記録ヘッドの斜視図、 第4図はその一部を透視して示す斜視図である。 1……ウェハー、 2……オリフィス、 10……シリカ層、 11,21,31……抵抗層、 12,22,32……電極層、 11A,21A,31A……ヒータ、 12A,12B,22A,22B,32A,32B……電極、 13,23……絶縁層、 33,34……保護層。

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】記録用液体を吐出するための吐出口と、該
    吐出口に連通した液路と、発熱部を含む発熱抵抗層およ
    び該発熱抵抗層に電気的に接続された電極を具えた複数
    の電気熱変換体と、を有する液体噴射記録ヘッドにおい
    て、 前記複数の電気熱変換体を絶縁層を介して積層し、該複
    数の電気熱変換体をそれぞれにおける前記発熱部の熱作
    用部の中心を通る積層方向の中心線を略一致させ、それ
    らの中心線上に前記吐出口を配設したことを特徴とする
    液体噴射記録ヘッド。
  2. 【請求項2】前記複数の電気熱変換体における前記発熱
    部は、少なくとも異なる2つの大きさに形成されている
    ことを特徴とする特許請求の範囲第1項に記載の液体噴
    射記録ヘッド。
  3. 【請求項3】記録用液体を吐出するための吐出口と、該
    吐出口に連通した液路と、発熱部を含む発熱抵抗層およ
    び該発熱抵抗層に電気的に接続された電極を具えた複数
    の電気熱変換体と、を有し、前記複数の電気熱変換体を
    絶縁層を介して積層し、該複数の電気熱変換体のそれぞ
    れにおける前記発熱部の熱作用部の中心を通る積層方向
    の中心線を略一致させ、それらの中心線上に前記吐出口
    を配設した液体噴射記録ヘッドを用いて被記録媒体に記
    録をする液体噴射記録方法であって、 前記複数の電気熱変換体における前記発熱抵抗層を前記
    電極を介して選択的に通電し発熱させることにより、前
    記吐出口からの前記記録用液体の吐出量を制御すること
    を特徴とする液体噴射記録方法。
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