JP2690337B2

JP2690337B2 - インクジェットヘッド

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Publication number: JP2690337B2
Application number: JP63325116A
Authority: JP
Inventors: 卓朗関谷; 隆木村; 智昭中野
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 1988-12-23
Filing date: 1988-12-23
Publication date: 1997-12-10
Anticipated expiration: 2012-12-10
Also published as: JPH02169257A

Description

【発明の詳細な説明】技術分野本発明は、液体噴射記録ヘッドに関し、より詳細に
は、インクジェットプリンターのプリントヘッドに関す
る。

従来技術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おいて、最
近関心を集めている。その中で、高速記録が可能であ
り、而も所謂普通紙に特別の定着処理を必要とせずに記
録の行える所謂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が提案され、改
良が加えられて商品化されたものもあれば、現在もなお
実用化への努力が続けられているものもある。

この様なインクジェット記録法は、所謂インクと称さ
れる記録液体の小滴（droplet）を飛翔させ、記録部材
に付着させて記録を行うものであって、この記録液体の
小滴の発生法及び発生された記録液小滴の飛翔方向を制
御する為の制御方法によって幾つかの方式に大別され
る。

先ず第１の方式は、例えば米国特許第3060429号明細
書に開示されているもの（Tele type方式）であって、
記録液体の小滴の発生を静電吸収的に行い、発生した記
録液体小滴を記録信号に応じて電界制御し、記録部材上
に記録液体小滴を選択的に付着させて記録を行うもので
ある。

これに就いて、更に詳述すれば、ノズルと加速電極間
に電界を掛けて、一様に帯電した記録液体の小滴をノズ
ルより吐出させ、該吐出した記録液体の小滴を記録信号
に応じて電気制御可能な様に構成されたxy偏向電極間を
飛翔させ、電界の強度変化によって選択的に小滴を記録
部材上に付着させて記録を行うものである。

第２の方式は、例えば米国特許第3596275号明細書、
米国特許第3298030号明細書等に開示されている方式（S
weet方式）であって、連続振動発生法によって帯電量の
制御された記録液体の小滴を発生させ、この発生された
帯電量の制御された小滴を、一様の電界が掛けられてい
る偏向電極間を飛翔させることで、記録部材上に記録を
行うものである。

具体的には、ピエゾ振動素子の付設されている記録ヘ
ッドを構成する一部であるノズルのオリフィス（吐出
口）の前に記録信号が印加されている様に構成した帯電
電極を所定距離だけ離して配置し、前記ピエゾ振動素子
に一定周波数の電気信号を印加することでピエゾ振動素
子を機械的に振動させ、前記吐出口より記録液体の小滴
を吐出させる。この時前記帯電電極によって吐出する記
録液体小滴には電荷が静電誘導され、小滴は記録信号に
応じた電荷量で帯電される。帯電量の制御された記録液
体の小滴は、一定の電界が一様に掛けられている偏向電
極間を飛翔する時、付加された帯電量に応じて偏向を受
け、記録信号を担う小滴のみが記録部材上に付着し得る
様にされている。

第３の方式は、例えば米国特許第3416153号明細書に
開示されている方式（Hertz方式）であって、ノズルと
リング状の帯電電極間に電界を掛け、連続振動発生法に
よって、記録液体の小滴を発生霧化させて記録する方式
である。即ちこの方式ではノズルと帯電電極間に掛ける
電界強度を記録信号に応じて変調することによって小滴
の霧化状態を制御し、記録画像の階調性を出して記録す
る。

第４の方式は、例えば米国特許第3747120号明細書に
開示されている方式（Stemme方式）で、この方式は前記
３つの方式とは根本的に原理が異なるものである。

即ち、前記３つの方式は、何れもノズルより吐出され
た記録液体の小滴を、飛翔している途中で電気的に制御
し、記録信号を担った小滴を選択的に記録部材上に付着
させて記録を行うのに対して、このStemme方式は、記録
信号に応じて吐出口より記録液体の小滴を吐出飛翔させ
て記録するものである。

つまり、Stemme方式は、記録液体を吐出する吐出口を
有する記録ヘッドに付設されているピエゾ振動素子に、
電気的な記録信号を印加し、この電気的記録信号をピエ
ゾ振動素子の機械的振動に変え、該機械的振動に従って
前記吐出口より記録液体の小滴を吐出飛翔させて記録部
材に付着させることで記録を行うものである。

これ等、従来の４つの方式は各々に特長を有するもの
であるが、又、他方において解決され得る可き点が存在
する。

即ち、前記第１から第３の方式は記録液体の小滴の発
生の直接的エネルギーが電気的エネルギーであり、又、
小滴の偏向制御も電界制御である。その為、第１の方式
は、構成上はシンプルであるが、小滴の発生に高電圧を
要し、又、記録ヘッドのマルチノズル化が困難であるの
で高速記録には不向きである。

第２の方式は、記録ヘッドのマルチノズル化が可能で
高速記録に向くが、構成上複雑であり、又記録液体小滴
の電気的制御が高度で困難であること、記録部材上にサ
テライトドットが生じ易いこと等の問題点がある。

第３の方式は、記録液体小滴を霧化することによって
階調性に優れた画像が記録され得る特長を有するが、他
方霧化状態の制御が困難であること、記録画像にカブリ
が生ずること及び記録ヘッドのマルチノズル化が困難
で、高速記録には不向きであること等の諸問題点が存す
る。

第４の方式は、第１乃至第３の方式に比べ利点を比較
的多く有する。即ち、構成上シンプルであること、オン
デマンド（on−demand）で記録液体をノズルの吐出口よ
り吐出して記録を行う為に、第１乃至第３の方式の様に
吐出飛翔する小滴の中、画像の記録に要さなかった小滴
を回収することが不要であること及び第１乃至第２の方
式の様に、導電性の記録液体を使用する必要性がなく記
録液体の物質上の自由度が大であること等の大きな利点
を有する。而乍ら、一方において、記録ヘッドの加工上
に問題があること、所望の共振数を有するピエゾ振動素
子の小型化が極めて困難であること等の理由から記録ヘ
ッドのマルチノズル化が難しく、又、ピエゾ振動素子の
機械的振動という機械的エネルギーによって記録液体小
滴の吐出飛翔を行うので高速記録には向かないこと、等
の欠点を有する。

更には、特開昭48−9622号公報（前記米国特許第3747
120号明細書に対応）には、変形例として、前記のピエ
ゾ振動素子等の手段による機械的振動エネルギーを利用
する代わりに熱エネルギーを利用することが記載されて
いる。

即ち、上記公報には、圧力上昇を生じさせる蒸気を発
生する為に液体を直接加熱する加熱コイルをピエゾ振動
素子の代りの圧力上昇手段として使用する所謂バブルジ
ェットの液体噴霧記録装置が記載されている。

しかし、上記公報には、圧力上昇手段としての加熱コ
イルに通電して液体インクが出入りし得る口が一つしか
ない袋状のインク室（液室）内の液体インクを直接加熱
して蒸気化することが記載されているに過ぎず、連続繰
返し液吐出を行う場合は、どの様に加熱すれば良いか
は、何等示唆されるところがない。加えて、加熱コイル
が設けられている位置は、液体インクの供給路から遥か
に遠い袋状液室の最深部に設けられているので、ヘッド
構造上複雑であるに加えて、高速での連続繰返し使用に
は、不向きとなっている。

しかも、上記公報に記載の技術内容からでは、実用上
重要である発生する熱で液吐出を行った後に次の液吐出
の準備状態を速やかに形成することは出来ない。

このように従来法には、構成上、高速記録化上、記録
ヘッドのマルチノズル化上、サテライトドットの発生お
よび記録画像のカブリ発生等の点において一長一短があ
って、その長所を利する用途にしか適用し得ないという
制約が存在していた。

特開昭54−51837号公報には、本出願人より熱エネル
ギーを利用するいわゆるバブルジェットインクジェット
の方式が提案されている。これは、インクへのエネルギ
ー作用部を小さくでき、高密度配列が可能な優れた方式
である。

一方、特開昭55−118874号公報は、上記バブルジェッ
トを具現化する一方法として、マルチノズルヘッドを接
合する方法に関してのものであるが、マルチノズルを形
成するため溝つきプレートとして、ガラス基板にマイク
ロカッターで溝を切込んだ例を開示している。しかしな
がら、この方法は、できあがった溝に欠けが生じたり、
あるいは、量産性が悪いため、コスト上昇をまぬがれな
いという欠点を有している。ところで、特開昭51−3523
1号公報には、これは、バブルジェットヘッドではない
が、ノズルを形成するため、コーニンググラスコーポレ
ーションの「フォトセラム」を用いた例が開示されてい
る。特開昭51−35231号公報には、詳細な記述はない
が、これはいわゆる感光性ガラスと呼ばれるセラミック
をエッチングして形成する方法であり、量産性が良く優
れた方法である。しかしながら、流路溝を形成する場合
に、エッチングの進行度合いが、複数個のパターンが配
列されている場合に、中央部と端の部分で異なるため
に、中央部の流路溝のサイズと、端の部分の流路溝のサ
イズが同じにならず、これを用いてヘッドとして駆動さ
せた場合に、中央部の吐出口から出るインク滴と、端部
の吐出口から出るインク滴の吐出スピード、あるいは質
量等が異なり、いいかえるならば、中央部と端部のそれ
ぞれの吐出口の粒子化特性が一定にならず、印字した場
合の印字品質が悪いという欠点を改良するという発想は
なかった。

一方、特開昭63−4955号公報では、バブルジェットイ
ンクジェットヘッドの電気熱変換素子の大きさがエッチ
ングによってバラツクため、その不具合いを解消するた
めに、バラツク領域、つまり、複数個配列された電気熱
変換素子の両端をダミーヒータとして扱い、実際には使
用しないことが開示されている。しかしながら、特開昭
63−4955号公報は、端にダミーヒータを実際に使用する
ヒータの両側に設けるという概念を示したにすぎず、具
体的にどの位のダミーヒータを設ければよいのかという
ところまで考えられていない。又、特開昭63−4955号公
報に記載のものは、ダミーヒータを設けるという発明で
あり、後述する本発明の吐出口，流路に関する詳細な記
載はなく、それらをどうするかという発想もない。

又、一方で、特公昭54−39134号公報が知られてい
る。これは、荷電制御型（連続流型）マルチインクジェ
ットヘッドにおいて、複数本連続して飛翔しているジェ
ットにおいて、端部のジェットに局所的空気力学的抗力
がより顕著に表われることによるインク滴が紙面に到着
するまでの時間的遅れのために、画像品質が悪くなるこ
とに鑑みなされた発明で、端部のジェットが局所的空気
力学抗力をうけないように、非マーク用流体を噴射する
ノズル（ダミーノズル）を設けたものである。しかしな
がら、特公昭54−39134号公報は、空気抵抗によるイン
ク飛翔滴の速度おくれを補償するためにダミーノズルを
設けて噴射するものであり、後述する本発明とはダミー
ノズルという考えはやや似てはいるものの、その目的及
び構成を異にするものである。

目的本発明は、上述のごとき実情に鑑みてなされたもの
で、吐出性能のバラツキの小さい記録ヘッドの製造方法
による液体噴射記録ヘッドを提案することであり、ま
た、吐出性能のバラツキの小さい記録ヘッドを用いて、
高画質の印字品質を得るようにした液体噴射記録ヘッド
を提供することを目的としてなされたものである。

構成本発明は、上記目的を達成するために、インクを吐出
して飛翔液滴を形成するための吐出口と、該吐出口に前
記インクを導くための流路と、前記インクに熱エネルギ
ーを作用させるための熱エネルギー作用部とを有するイ
ンクジェットヘッドにおいて、該インクジェットヘッド
は、複数個の発熱体と該発熱体に通電するための電極を
形成したほぼ平板状の発熱体基板と、前記インクを導く
ための流路となる20個以上の溝と、該溝に連通する液室
と、該液室に形成された前記インクを導入するための記
録液体流入口とよりなる溝付き基板とを、前記発熱体面
と溝面とが相対するように積層接合したインクジェット
ヘッドであって、（１）前記溝付き基板は、単結晶Si基
板よりなり、前記20個以上の溝は、エッチングによって
形成された溝であって、前記20個以上の溝の端の少なく
とも各々１本は、記録に使用しないこと、或いは、
（２）前記溝付き基板は、単結晶Si基板よりなり、前記
20個以上の溝は、エッチングによって形成された溝であ
って、前記20個以上の溝の両端の少なくとも各々１本
は、記録に使用しないダミーインク流路である、もしく
は、それに相当するダミーパターンであることを特徴と
したものである。

最初に、第２図に基づいてバブルジェットによるイン
ク噴射の原理について説明する。図中、21は蓋基板、22
は発熱体基板、27は選択（独立）電極、28は共通電極、
29は発熱体（ヒータ）、30はインク、31は気泡、32は飛
翔インク滴である。

（ａ）は定常状態であり、オリフィス面でインク30の
表面張力と外圧とが平衡状態にある。

（ｂ）はヒータ29が加熱されて、ヒータ29の表面温度
が急上昇し隣接インク層に沸騰現像が起きるまで加熱さ
れ、微小気泡31が点在している状態にある。

（ｃ）はヒータ29の全面で急激に加熱された隣接イン
ク層が瞬時に気化し、沸騰膜を作り、この気泡31が生長
した状態である。この時、ノズル内の圧力は、気泡の生
長した分だけ上昇し、オリフィス面での外圧とのバラン
スがくずれ、オリフィスよりインク柱が生長し始める。

（ｄ）は気泡が最大に生長した状態であり、オリフィ
ス面より気泡の体積に相当する分のインク30が押し出さ
れる。この時、ヒータ29には電流が流れていない状態に
あり、ヒータ29の表面温度は降下しつつある。気泡31の
体積の最大値は電気パルス印加のタイミングからややお
くれる。

（ｅ）は気泡31がインクなどにより冷却されて収縮を
開始し始めた状態を示す。インク柱の先端部では押し出
された速度を保ちつつ前進し、後端部では気泡の収縮に
伴ってノズル内圧の減少によりオリフィス面からノズル
内へインクが逆流してインク柱にくびれが生じている。

（ｆ）はさらに気泡31が収縮し、ヒータ面にインクが
接しヒータ面がさらに急激に冷却される状態にある。オ
リフィス面では、外圧がノズル内圧より高い状態になる
ためメニスカスが大きくノズル内に入り込んで来てい
る。インク柱の先端部は液滴になり記録紙の方向へ５〜
10m/secの速度で飛翔している。

（ｇ）はオリフィスにインクが毛細管現象により再び
供給（リフィル）されて（ａ）の状態にもどる過程で、
気泡は完全に消滅している。32は飛翔インク滴である。

第３図は、バブルジェット記録ヘッドの斜視図、第４
図は、記録ヘッドの分解構成図で（ａ）は蓋基板、
（ｂ）は発熱体基板を示す図、第５図は、第４図（ａ）
に示した蓋基板の裏面図である。

図中、23は記録液体流入口、24はオリフィス、25は流
路、26は液室を形成するための領域である。

第３図〜第５図は、バブルジェットヘッドの概念を示
すための簡略図で、オリフィスの数を４個で示して説明
したが、実際には、これは、プリンターの用途によって
かわり得るが、20〜1000個あるいは、それ以上使用す
る。そして、それらを好適に製作する方法が、以下に述
べるエッチングによって流路溝を形成する方法である。
以下、本発明の実施例に基づいて説明する。

第１図は、本発明による液体噴射記録ヘッドの一実施
例を説明するためのもので、流路溝の形成工程を示す図
である。感光性ガラス７とは、たとえば、CeO₂,Ag₂Oを
含むSiO₂−Al₂O₃−Li₂O系ガラスであり、マスク６を通
して紫外線を照射し、熱処理，エッチング，再露光，再
熱処理を施こすことにより、自由に微細な加工を施すこ
とができる特異なガラスである。

（ａ）露光感光性ガラスに紫外線（280〜350nm）をマスクを通し
て照射することにより、紫外線のあたった部分に次の反
応がおこる。

Ce³⁺＋Ag⁺＋ｈυ→Ce⁴⁺＋Ag⁰ （ｂ）現像第１次熱処理によりAgの金属コロイドを発生させる。

（ｃ）結晶化第２次熱処理により、金属コロイドが核になってLi₂O
−SiO₂結晶が発生する。

（ｄ）エッチング Li₂O−SiO₂結晶はきわめて酸に溶解しやすく、たとえ
ば、フッ酸によってエッチングすることによって微細な
流路溝ができる。

（ｅ）再露光全体に紫外線（280〜350nm）を照射する。

（ｆ）結晶化第３次熱処理によりLi₂O・2SiO₂結晶を発生させるこ
とにより、もはや感光しない、酸，熱に強い微細な流路
溝が形成された結晶化ガラスとなり、流路溝基板は完成
する。

次に、流路溝形成の他の実施例として、単結晶Siの異
方性エッチングを利用する方法について説明する。最初
に、第６図によりその原理を説明する。基板１がシリコ
ン単結晶で構成されている。このシリコン単結晶は図に
おけるＸ軸とＹ軸が互いに直交する＜110＞軸となるよ
うに限定され、且つＸ−Ｙ軸面（上下面）が単結晶の
（100）面となるように限定されている。このようにす
ると、単結晶の（111）面はＹ軸に平行で、且つＸ−Ｙ
軸面に対し、約54゜の角度で交わることになる。基板１
に形成されたＶ字形溝はその２つの軸面がそれぞれ（11
1）面で構成されている。（111）面は軸の単結晶に比べ
水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、ヒトラジンの如き
アルカリ系溶液によるエッチング速度がきわめて鈍く、
（100）面をアルカリ系溶液でエッチングすると、（11
1）面で作成されたＶ字形の溝を得ることができる。こ
のＶ字形溝の上溝の面はフォトエッチングの際のフォト
レジストの問題で定まり、きわめて精度の高いものであ
る。また、Ｖ字形溝の深さは（100）面と（111）面のな
す角度（約54゜）と上溝の面とで定まるから、これも精
度がきわめて高い。またエッチングによって表われた
（111）面はきわめて平滑で直線性が高い。

次に基板１にＶ字型の流路溝を形成する方法を第７図
に基づいて説明する。

まず、前述のような結晶方位のシリコン単結晶からな
る基板１を形成する。この図では、紙面に対し結晶方向
が＜110＞軸、この基板の上下面が（100）面である。こ
の基板１を例えば800〜1200℃程度の水蒸気雰囲気中に
置き、基板に熱酸化膜11を形成する（Ａの状態）。熱酸
化膜11の厚さはエッチング深さの0.3％程度あれば充分
である。次に、熱酸化膜11の上面全面に周知の方法でフ
ォトレジストを塗布し、それを写真乾板を用いて露光
し、現像を行ない、フォトレジストパターン12を得る
（Ｂの状態）。次に、フォトレジストパターン12の間に
対面している熱酸化膜11をフッ素水溶液等により除去
し、シリコンの露出部1a,1dを得、その後フォトレジス
ト12を取り去る（ｃの状態）。このような状態にある基
板１を、例えば５〜40％、80℃の水酸化カリウム溶液中
においてエッチングする。これにより、前記露出部1a,1
dのエッチングが進行するが、（111）面のエッチング進
行速度は（100）面のそれの0.3〜0.4％程度であるた
め、前記露出部1a,1dの各溝部からは基板１の上面（こ
れは前述のように（100）面である）に対しの角度をなす（111）面が現われ、結局、エッチングに
より形成される溝1b,1eの形状は台形状となる（Ｄの状
態）。さらにエッチングを進めると、幅のせまい方の溝
1bは２つの（111）面によって噴射されたＶ字形溝1cと
なる（Ｅの状態）。

このＶ字形溝1cの精度について説明すると、まず、熱
酸化膜11の端部の下面における、いわゆるアンダカット
はきわめて小さく、精度の高い水酸化カリウムを使用し
た場合、（100）面のエッチング深さの0.2％程度でしか
ない。したがって、Ｖ字形溝1cの幅Ｗは、フォトマスク
乾燥の誤差を考慮に入れても±５μｍ程度の精度にでき
る。また、Ｖ字形溝1cの底部がなす角度は、（111）面
同志がなす角度（約72゜）で決定される。Ｖ字形溝1cの
深さｄはとなる。このようにＶ字形溝1cの精度はきわめて高い。

最後に、エッチングマスクに使用した熱酸化膜11はフ
ッ酸水溶液等により除去され、Ｖ字形溝が形成されたシ
リコンのみの基板となる（（Ｆ）の状態）。これを実際
にインクジェットヘッドに適用するには、シリコンをイ
ンクから保護するため、SiO₂,Si₃N₄等の保護膜で被覆す
ることも行なわれる。

以上のように形成されたＶ字型流路溝を有する流路基
板は、エネルギー作用基板（たとえば、表面に発熱体が
形成された発熱体基板）と接合、あるいは、圧接されて
インクジェットヘッドとなる。

第８図に単結晶Siの（100）面を利用して、異方性エ
ッチングを行ないＶ字型流路溝を形成したインクジェッ
トヘッドを、吐出口側から見た図を示す。

また、他の実施例として、第９図に単結晶Siの（11
0）面を利用して異方性エッチングを行なった場合のヘ
ッドを吐出口側から見た図を示す。その流路溝は、垂直
に切り立った状態となり、形状的には、最初に述べた感
光性ガラスの場合のような矩形の流路溝とすることがで
きる。

このように、本発明のインクジェットヘッドの吐出口
及び流路は、エッチングによって形成される。しかしな
がら、エッチングによって流路溝を形成するにあたって
は、エッチング液のパターン部への補給，循環等が均一
に行なわれなくて、パターンが連続的に続いている箇所
と、パターンの端の部分とでは、同じサイズのパターン
を得ることが困難である。従って、このようにして形成
されたインクジェットヘッドでは、どうしてもインク滴
吐出性能が、端部の吐出口と、それ以外の吐出口とで異
なるために高画質な印字を得ることができない。本発明
者らは、以前にこれと類似の問題点を解決するための提
案をしている。これは、バブルジェット型インクジェッ
トヘッドの発熱体パターンのサイズが、フォトリソ、エ
ッチング等の技術を用いて製作した場合に、端部と、中
央部で均一にならないことに鑑み、均一な部分のパター
ン（つまり、中央部のパターン）のみを印字に使用する
というものである。この発明を出願するにあたって、種
々多様なヘッドを試作し、調査した結果、発熱体パター
ンが形成されている全体の領域と、均一なサイズの発熱
体パターンが得られる領域との間には、ある一定の関係
が見いだされ、その条件に合うように、均一なサイズと
ならない発熱体パターンをダミーとして形成しておくと
いうものである。そしてこの関係とは、全体の領域が大
きくなければそれにつれてダミーパターン領域も大きく
するというものである。

しかしながら、今回、本発明を出願するにあたって、
試作，実験を繰り返して分かったことは、流路溝のよう
に深いパターンを、ある程度長い時間をかけてエッチン
グによって形成する場合においては、サイズが均一にな
らないのは複数個配列されている流路溝パターンのうち
の両側各１コずつだけであることが見いだされた。従っ
て、吐出性能がそろって高画質の印字品質を得るために
は、複数個の吐出口及び流路のうちの両側それぞれ１個
ずつダミーとして使用しないでおけば良いわけである。
発熱体パターンの場合のように、ダミー領域がある程度
の大きさを必要としないで、両側の各１本だけで良いと
いう現象に関しては、フォトリソ、エッチング等の時間
の長さの違いが関係しているものと考えられる。

以上説明してきたように、本発明では、吐出口及び流
路が、複数個配列され、それぞれ形成するにあたってエ
ッチング技術を用いる場合に、複数個のうちの両側の少
なくとも各１本ずつをダミーとして設けておき、記録に
使用しないようにしたものである。

なお、本発明の他の実施例として、両側のダミーの吐
出口及び流路のかわりに、ダミー領域パターンを設けて
もよい。このダミー領域パターンは、必ずしも、記録に
使用される吐出口及び流路を形成するパターンと同じ形
状である必要はなく、要は、記録に使用する吐出口及び
流路のパターンがエッチング時に均一になるように補償
するために設けられるものであり、その補償が完全に行
なわれるものであれば、どのような形状のパターンであ
ってもよい。これは、フォトマスクのコスト、あるい
は、ヘッドのレイアウト上の都合、あるいは、エネルギ
ー作用基板と、流路溝基板との接合等を考慮して決定さ
れればよい。

なお、以上の説明はすべて、発熱体を用いるバブルジ
ェットを例として説明してきたが、本発明は、レーザあ
るいは放電エネルギーを用いるバブルジェットにも適用
されることはいうまでもない。

第10図は、記録液体に気泡を発生させる別の手段を説
明するための図で、図中、81はレーザ発振器、82は光変
調駆動回路、83は光変調器、84は走査器、85は集光レン
ズで、レーザ発振器81より発生されたレーザ光は、光変
調器82において、光変調器駆動回路82に入力されて電気
的に処理されて出力される画情報信号に従ってパルス変
調される。パルス変調されたレーザ光は、走査器84を通
り、集光レンズ85によって熱エネルギー作用部の外壁に
焦点が合うように集光され、記録ヘッドの外壁86を加熱
し、内部の記録液体87内で気泡を発生させる。あるいは
熱エネルギー作用部の壁86は、レーザ光に対して透過性
の材料で作られ、集光レンズ85によって内部の記録液体
87に焦点が合うように集光され、記録液体を直接加熱す
ることによって気泡を発生させてもよい。

第11図は、上述のごときレーザ光を用いたプリンター
の一例を説明するための図で、ノズル部91は、高密度に
（たとえば８ノズル/mm）、又、紙91の紙巾（たとえばA
4横巾）すべてにわたってカバーされるように集積され
ている例を示している。

レーザ発振器81より発振されたレーザ光は、光変調器
83の入口開口に導かれる。光変調器83において、レーザ
光は、光変調器83への画情報入力信号に従って強弱の変
調を受ける。変調を受けたレーザ光は、反射鏡88によっ
てその光路をビームエキスパンダー89の方向に曲げら
れ、ビームエキスパンダー89に入射する。ビームエキス
パンダー89により平行光のままビーム径が拡大される。
次に、ビーム径の拡大されたレーザ光は、高速で定速回
転する回転多面鏡90に入射される。回転多面鏡90によっ
て掃引されたレーザ光は、集光レンズ85により、ドロッ
プジェネレータの熱エネルギー作用部外壁86もしくは内
部の記録液体に結像する。それによって、各熱エネルギ
ー作用部には、気泡が発生し、記録液滴を吐出し、記録
紙92に記録が行なわれる。

第12図は、さらに別の気泡発生手段を示す図で、この
例は、熱エネルギー作用部の内壁側に配置された１対の
放電電極100が、放電装置101から高電圧のパルスを受
け、水中で放電をおこし、その放電によって発生する熱
により瞬時に気泡を形成するようにしたものである。

第13図乃至第20図は、それぞれ第12図に示した放電電
極の具体例を示す図で、第13図に示した例は、電極100を針状にして、電界を集中させ、効率よく
（低エネルギーで）放電をおこさせるようにしたもので
ある。

第14図に示した例は、２枚の平板電極にして、電極間に安定して気泡が発生
するようにしたものである。針状の電極より、発生気泡
の位置が安定している。

第15図に示した例は、電極にほぼ同軸の穴をあけたものである。２枚の電極
の両穴がガイドになって、発生気泡の位置はさらに安定
する。

第16図に示した例は、リング状の電極にしたものであり、基本的には第15図
に示した例と同じであり、その変形実施例である。

第17図に示した例は、一方をリング状電極とし、もう一方を針状電極とした
ものである。リング状電極により、発生気泡の安定性を
狙い、針状電極により電界の集中により効率を狙ったも
のである。

第18図に示した例は、一方のリング状電極を熱エネルギー作用部の壁面に形
成したものである。これは、第17図に示した例の効果に
加えて、基板上に平面的に電極を形成するという製造上
の容易さを狙ったものである。このような平面的な電極
は、蒸着（あるいはスパッタリング）や、フォトエッチ
ングの技術によって容易に高密度な複数個のものが製作
され得る。マルチアレイに得に威力を発揮する。

第19図に示した例は、第18図に示した例のリング状電極形成部を電極の外周
にそった形状で周囲から一段高くしたものである。やは
り、発生気泡の安定性を狙ったものであり、第17図に示
したものよりも３次元的なガイドを付け加えた分だけ安
定する。

第20図に示した例は、第19図に示した例とは反対に、リング状電極形成部
を、周囲から下へ落しこんだ構造としたもので、やは
り、発生気泡は安定して形成される。

効果以上の説明から明らかなように、本発明によると、ダ
ミーの吐出口，流路を設けることにより、記録に使用す
る吐出口，流路のサイズが均一になり、従って、吐出性
能が均一になり、高画像品質の印字が行なわれるように
なった。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明による液体噴射記録ヘッドの一実施例
を説明するためのもので、流路溝の形成工程を示す図で
ある。第２図は、記録ヘッドのバブルジェットインク吐
出と気泡発生・消滅の原理図、第３図は、記録ヘッドの
斜視図、第４図は、記録ヘッドの分解構成図で、（ａ）
は蓋基板、（ｂ）は発熱体基板を示す図、第５図は、記
録ヘッドの蓋基板の裏面図、第６図は、Ｖ字形溝と結晶
方位軸との関係を示す図、第７図は、Ｖ字形の流路溝を
形成する工程を示す図、第８図は、単結晶Si（100）面
を利用したＶ字形の流路溝の例を示す図、第９図は、単
結晶Si（110）面を利用した矩形流路溝の例を示す図、
第10図は、レーザ光を用いた気泡発生手段の一例を説明
するための図、第11図は、プリンターの一例を説明する
ための図、第12図は、放電を利用した気泡発生手段の一
例を説明するための図、第13図乃至第20図は、それぞれ
第11図に示した放電電極の具体例を示す図である。１……基板,1a,1d……露出部,1b,1e……溝,1c,1f……Ｖ
字形溝,2……熱エネルギー作用部（発熱体）,3……熱エ
ネルギー作用基板,4……Ｖ字形流路溝,5……矩形流路
溝、６……マスク、７……感光性ガラス。

フロントページの続き (56)参考文献特開昭61−35966（ＪＰ，Ａ) 特開昭54−150127（ＪＰ，Ａ) 特開昭54−146633（ＪＰ，Ａ) 特開昭55−49275（ＪＰ，Ａ) 特開昭63−4955（ＪＰ，Ａ)

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】インクを吐出して飛翔液滴を形成するため
の吐出口と、該吐出口に前記インクを導くための流路
と、前記インクに熱エネルギーを作用させるための熱エ
ネルギー作用部とを有するインクジェットヘッドにおい
て、該インクジェットヘッドは、複数個の発熱体と該発
熱体に通電するための電極を形成したほぼ平板状の発熱
体基板と、前記インクを導くための流路となる20個以上
の溝と、該溝に連通する液室と、該液室に形成され前記
インクを導入するための記録液体流入口とよりなる溝付
き基板とを、前記発熱体面と溝面とが相対するように積
層接合したインクジェットヘッドであって、前記溝付き
基板は、単結晶Si基板よりなり、前記20個以上の溝は、
エッチングによって形成された溝であって、前記20個以
上の溝の端の少なくとも各々１本は、記録に使用しない
ことを特徴とするインクジェットヘッド。
【請求項２】インクを吐出して飛翔液滴を形成するため
の吐出口と、該吐出口に前記インクを導くための流路
と、前記インクに熱エネルギーを作用させるための熱エ
ネルギー作用部とを有するインクジェットヘッドにおい
て、該インクジェットヘッドは、複数個の発熱体と該発
熱体に通電するための電極を形成したほぼ平板状の発熱
体基板と、前記インクを導くための流路となる20個以上
の溝と、該溝に連通する液室と、該液室に形成され前記
インクを導入するための記録液体流入口とよりなる溝付
き基板とを、前記発熱体面と溝面とが相対するように積
層接合したインクジェットヘッドであって、前記溝付き
基板は、単結晶Si基板よりなり、前記20個以上の溝は、
エッチングによって形成された溝であって、前記20個以
上の溝の両端の少なくとも各々１本は、記録に使用しな
いダミーインク流路である、もしくは、それに相当する
ダミーパターンであることを特徴とするインクジェット
ヘッド。