JP3248964B2 - 液体噴射記録ヘッド及び同ヘッドを備えた液体噴射記録装置 - Google Patents
液体噴射記録ヘッド及び同ヘッドを備えた液体噴射記録装置Info
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Description
作用させ、該記録液を飛翔液滴として噴射させて記録を
行う液体噴射記録ヘッドに関する。
設けた吐出口からインク(記録液)を吐出させ、これを
紙等の被記録材に付着させて記録を行う記録方法であ
り、騒音の発生が極めて少なく、かつ高速記録が可能で
あり、しかも特別な構成の記録用の紙を用いる必要がな
いなどの多くの利点を有しており、種々のタイプの記録
ヘッドが開発されている。
せて吐出口から吐出させるタイプの記録ヘッドは、記録
信号に対する応答性が良いこと、吐出口を高密度に多数
個配置することが容易であることなどの利点を有してい
る。
0は、代表的には、図2の模式的斜視図に示されるよう
な構成を有している。具体的には、インクを吐出して飛
翔液滴を形成するために設けた吐出口202と、該吐出
口202に連通してインクを供給するための液路201
と、インクを吐出して飛翔液滴を形成するための熱作用
部111であり、液路201内に設けた、発熱抵抗体と
発熱抵抗体に電流を供給するための電極とを有する電気
熱変換素子と、液路の上流側に設けられ液路201内に
供給するインクを貯えるための液室204とを具備し、
必要に応じて電気熱変換素子の耐インク性を高める作用
などをもつ保護膜などを設けている。なお、206はイ
ンク供給口である。
(a)〜(q)に示すようにして製造している。図3で
は図2に示されるA〜A’部分で記録ヘッドを切断した
場合の位置における作製工程を模式的切断面図として示
している。まず、最終的にその一部が発熱抵抗体となる
層251(以下、発熱抵抗層)と、その一部が電極とな
る層252(以下、電極層)を支持体253上に成膜す
る(工程(a);(b))。次いで、フォトレジスト2
54にフォトリソグラフィー技術及びエッチング技術を
適用して電極層252をパターニングし、続けて、発熱
抵抗層251を同様にしてパターニングすることによ
り、抵抗発熱体と電極を形成する(工程(c)〜
(k))。
(b)上に感光性樹脂等のフォトレジスト254をラミ
ネートした後(工程(c))、フォトマスクを用いて作
製物(c)のフォトレジスト254をパターン露光し
(工程(d))、次いで作製物(d)のフォトレジスト
254を現像する(工程(e))。工程(e)によって
フォトレジスト254は所望のパターン形状254’に
不要部のみが除去される。つぎに、作製物(e)の露出
した電極層252をエッチングして除去し(工程
(f))、こうして作製された作製物(f)の残ったレ
ジスト部分254’を除去する(工程(g))。このよ
うにして所望の電極層252のパターン252’を形成
する。
2のパターンを形成する場合と同様の工程をもって形成
する。すなわち、フォトレジスト254”をラミネート
(工程(h))、フォトマスクを用いて作製物(h)の
フォトレジスト254”にパターン露光(工程
(i))、作製物(i)のパターン露光されたフォトレ
ジスト254”を現像、不要部除去(工程(j))、作
製物(j)の露出している発熱抵抗層251をエッチン
グ(工程(k))することで発熱抵抗層251のパター
ン251’を形成する。
(l))。次に、耐インクなどの目的をもつ保護膜25
5を成膜する(図では簡単の為1層しか示していな
い。)(工程(m))。その後感光性樹脂256をラミ
ネートし(工程(n))、しかる後、それを露光(工程
(o))、現像(工程(p))することによりパターニ
ングした感光性樹脂の硬化膜による液路壁203を形成
する((m)〜(p))。この壁203は記録時にイン
クで満たされうる液路の壁を構成する。次に壁203上
に天板205を貼り合わせ、その後切断によって(不図
示)、吐出口面が形成され、インクジェット記録ヘッド
が完成する(工程(q))。
ヘッドは、しかし種々の問題を有している。
レージ性が挙げられる。
気熱変換素子を示しているが、発熱抵抗層107の幅が
上層の電極層104よりも小さいためステップカバレー
ジは低下し易いが、導電性インクをサーマルヘッドは使
用しないから、インクによる腐蝕の問題は生じず、従っ
てステップカバレージは問題にならない。しかし、サー
マルヘッドと異なり、このインクジェットヘッドは使用
時に電極層104、発熱抵抗層107の上に導電性のイ
ンクが存在する。この為、保護膜のステップカバレージ
性が悪いと、導電性インクがしみ込み、電触を起こすと
いう不都合が生じる。この不都合の改善策として、特開
昭59−194859号公報に開示されているように、
電極層の幅よりも、発熱抵抗層の幅を大きくすること
で、実質的に保護膜のステップカバレージ性を上げるこ
とに成功している(図7にサーマルヘッドの発熱抵抗体
近傍を、図8に特開昭59−194859号開示の発熱
抵抗体近傍を示す。)。
は改良されるものの、特開昭62−104763号に開
示されているように、新たに発熱抵抗体が均一に発熱し
ないという問題が生じている。これは電極層と発熱抵抗
層の形状に依る。特開昭62−104763号では図9
に示す形状を提案しており、この形状によって発熱抵抗
体の発熱量の均一化を達成している。
出願人が先に出願した特願平1−046769号明細書
に記載してあるように、保護膜を設けることなく使用し
うるものを用い、電極材質として貴金属等の耐蝕性の材
質を用いる事により、保護膜を設けないで構成すること
もできる。この場合においても、製造上、発熱抵抗層と
電極層の位置ずれをゼロとする事は不可能であるので、
電極部において、発熱抵抗層の幅を電極層の幅よりも大
きくして品質を安定させている。
に示された形状は、発熱抵抗体が比較的小さくなった場
合に不都合を生じる。即ち、発熱抵抗層と電極層のパタ
ーニング時の位置ずれ量を、発熱抵抗体が小さくなって
も同じ量だけ見積もらなくてはならない。従って発熱抵
抗体を相似的に小さくすることができず、均一に発熱さ
せることができないのである。又、発熱抵抗体の長さと
幅の比が1に近づいた場合にも同様のことが言える。殊
に発熱抵抗体上に保護膜を設けない場合、あるいは保護
膜の厚みを比較的薄くした場合には、保護膜により熱が
拡散され、平均化される事が無い為、局部的に発熱する
傾向が大きく、従ってより以上に均一に発熱させること
が重要になる。
に鑑み成されたものであって、保護膜のステップカバレ
ージ性を損なう事なく、且つ発熱抵抗体の大きさに依ら
ず、製造が容易で、しかも均一に発熱抵抗体が発熱し、
かつ耐久性に優れた液体噴射記録ヘッド及び同ヘッドを
備えた記録装置を供給することを目的とする。
に、本発明は記録液を吐出して飛翔液滴を形成する吐出
口と、互いに対向する電極層を発熱抵抗層上に形成して
なり前記電極層に電力を供給することにより前記飛翔液
滴を形成するために用いられる熱エネルギーを発生する
電気熱変換体とを有する液体噴射記録ヘッドにおいて、
前記発熱抵抗層が電極層よりも幅広であり、かつ、前記
電極層の対向する端部が電極層幅全体に大略ゆるい曲線
状に膨出しているもので、更に同ヘッドを備えた記録装
置を含むものである。
02において、電流密度が過度に大きくなって異常な発
熱を起こす部分は、発熱抵抗体102の周縁部の4隅
で、特に外側に対して凹状になっている部分(図中Xで
示す)、及び電極103、104の対向面の両側で凸状
になっている部分(図中Yで示す)である。
より対向する電極が、その中央部において最短距離とな
るようにたがいに膨出させているため、電極近傍におい
ては発熱抵抗体の4隅の電流密度を比較的小さくする事
ができる。従って、発熱抵抗体の4隅に凹となっている
部分が有っても、その部分の電流密度は低くなり、過度
に高い発熱を生じない。又、本発明においては、電極の
対向する端部が発熱抵抗体の中央部の線幅の範囲で全体
的に大略ゆるい曲線状に膨出させているため、特定の部
分にのみ電流密度が過度になる事はなく、これにより発
熱抵抗体を均一に発熱させる事ができるものである。
説明する。
し、図2は同実施例の液体噴射記録ヘッドの斜視図を示
す。ここで、101は基板、102は発熱部分、103
は共通電極、104は選択電極である。
を説明すると、まず、図1(e)、(f)に示すよう
に、基板支持体105であるSiウエハの熱酸化により
1.0μm厚のSiO2膜を形成して基板101の下部層1
06とする。この下部層106上にスパッタ(スパッタ
リング)によりHfB2の発熱抵抗層107を500Åの厚
みに形成する。
層5000Åを連続的に堆積して共通電極103と選択電極
104とを形成する。このとき、フォトリソ(フォトリ
ソグラフィ)工程により図1(a)に示すような回路パ
ターンを形成し、熱作用部111の発熱抵抗部分(発熱
抵抗体102)の熱作用面はその寸法を20μm幅で、
30μm長にし、Alによる両電極103、104の抵抗
を含めて100Ωの抵抗値にする。
保護層108としてSiO2を1.2μm厚に基板101の
全面上にマグネトロン型ハイレートスパッタ法によって
積層する。
Taを0.15μ厚にマグネトロン型ハイレートスパッタ法に
よって積層する。次に、第2の上部保護層110をフォ
トリソ工程により、図1(f)に示すような発熱抵抗体
102の上部を覆うパターンに形成する。
感光性ポリイミド(商品名フォトニース)を基板101
の第1上部保護層108上に塗布し、フォトリソ工程に
よりパターンを形成する。
厚さ20μmの感光性樹脂ドライフィルムを積層して、
所定のパターンマスクによる露光と現像を行うことによ
り、図2に示すように液路201と共通液室204とを
形成し、更に前記液路201等を形成したフィルム上に
エポキシ系接着剤を介してガラス製の天井板205を接
着積層して液体噴射記録ヘッドを作製する。なお、20
2は吐出口、203はインク液路壁、206はインク供
給口である。
m、高さ20μm、長さ150μmの寸法に形成した。
また、熱作用部(ヒータ)111の前端と吐出口202
までの長さは50μmにした。
(a)に示し、詳細に説明する。電極103と104に
は、互に対向する端部に発熱抵抗体の中心軸に半径中心
を持ち、R=30μmの円弧状の膨出部E,Fを形成し
てある。また、電極の両サイドGにはR=3μmの円弧
が前記R=30μmの円弧と接するように形成してあ
る。電極間の距離は最小30μm、対向する電極方向と
垂直な方向の発熱抵抗体102の幅は20μmとした。
発熱抵抗体102の4隅H部にはR=3μmの円弧をつ
け、図2に示した本発明による液体噴射記録ヘッドを完
成した。
層152と発熱抵抗層151のパターニングずれに対し
てもその許容範囲が大きく、図1(a)のx軸、y軸方
向にそれぞれ±1μの位置ずれがあっても、図中H部で
の電流密度は発熱抵抗体中央部での電流密度に対して
1.2倍以下である。
れ示す。膜構成及び厚さについては実施例1と同様であ
る。
E、Fにストレート部Pを設け、これに接するようにR
=30μmの円弧を、更にこの円弧と接するようにR=
3μmの円弧を配している。
いたものである。また、図1(d)は、電極形状に用い
る弧を多角形で近似したものである。この形状で設計さ
れたものであっても、実際にはレジストパターニング及
びエッチング等により、多角形の頂点には小さな丸味が
付き、角が取れる。またこの小さな丸味と直線部から電
極全体には、発熱抵抗体の幅よりも大きな曲率半径を持
つようになる為、他の実施例と同様の良好な結果が得ら
れた。
グラフィーの工程で用いるフォトマスクのパターンの形
状としては、その作製工程上の問題により、細かい凹凸
ができる場合が多いが、極めて微小な凹凸は実質的には
問題にならない。
構成されるが、これにつき更に説明する。
ッドの概略構成図であり、エッチング・蒸着・スパッタ
リング等の半導体製造プロセス工程を経て、基板110
2上に成膜形成された電気熱変換体1103、電極11
04、液路壁1105、天板1106から構成されてい
るインクジェット記録ヘッドが示されている。記録用液
体1112は図示していない液体貯蔵室から液体供給管
1107を通して記録ヘッド1101の共通液室110
8内に供給される。図中1109は液体供給管用コネク
タである。共通液室1108内に供給された液体111
2は所謂毛管現象により液路1110内に供給され、液
路先端の吐出口面(オリフィス面)でメニスカスを形成
することにより安定に保持される。ここで電気熱変換体
1103に通電することにより、電気熱変換体面上の液
体が急峻に加熱され、液路中に気泡が生起され、その気
泡の膨張・収縮により吐出口1111から液体を吐出し
液滴が形成される。上述したような構成により、吐出口
密度16ノズル/mmといった高密度の吐出口配列で1
28吐出口或いは256吐出口という、更には、記録幅
内全域にわたって吐出口が配置されたマルチノズルのイ
ンクジェット記録ヘッドが形成できる。
成の概略を示した斜視図である。図11において、1は
所定の記録信号に基づいてインクを吐出し、所望の画像
を記録するインクジェット記録ヘッド(以下、記録ヘッ
ドと称す)、2は前記記録ヘッド1を載せて記録行方向
(主走査方向)に走査移動するキャリッジである。前記
キャリッジ2はガイド軸3、4によって摺動可能に支持
されており、タイミングベルト8に連動して主走査方向
に往復運動する。プーリ6、7に係合している前記タイ
ミングベルト8は、プーリ7を介してキャリッジモータ
5によって駆動される。
イドされ、ピンチローラで圧接させられている図示しな
い紙送りローラーによって搬送される。この搬送は、紙
送りモータ16を駆動源として行われる。搬送された記
録紙9は、排紙ローラ13と拍車14とによりテンショ
ンを加えられていて、弾性部材で形成される紙押さえ板
12によってヒータ11に圧接させられているため、ヒ
ータ11に密着させられながら搬送される。ヘッド1に
より噴射されたインクが付着した記録紙9は、ヒータ1
1によって温められ、付着したインクはその水分が蒸発
して記録紙9に定着する。
ヘッド1の吐出口(図示せず)に付着した異物や粘度の
高くなったインクを除去することにより、吐出特性を正
規の状態に維持するためのものである。
するキャップであり、インクジェット記録ヘッド1の吐
出口をキャッピングして、目詰りの発生を防止するため
のものである。キャップ18aの内部には、インク吸収
体18が配されている。
は記録ヘッド1の吐出口が形成された面と当接し、吐出
口面に付着した異物やインク滴をクリーニングするため
のクリーニングブレード17が設けられている。
ヘッドは、インクの吐出時において、図1(a)の発熱
抵抗体の4隅(図中、Hで示す)から発泡することな
く、均一に発泡を開始する。この為、飛翔液滴の吐出速
度のばらつきが小さくなるだけでなく、発熱抵抗体のヒ
ートスポットをなくすることができるため最高到達温度
も下げることが出来、耐久寿命も延ばすことが出来た。
成を示す部分拡大図である。
ある。
ある。
ある。
ある。
説明図である。
構造を示す説明図である。
構造を示す説明図である。
図である。
す概略斜視図である。
Claims (3)
- 【請求項1】 記録液を吐出して飛翔液滴を形成する吐
出口と、互いに対向する電極層を発熱抵抗層上に形成し
てなり前記電極層に電力を供給することにより前記飛翔
液滴を形成するために用いられる熱エネルギーを発生す
る電気熱変換体とを有する液体噴射記録ヘッドにおい
て、前記発熱抵抗層が電極層よりも幅広であり、かつ、 前記電極層の対向する端部が電極層幅全体に大略ゆるい
曲線状に膨出している ことを特徴とする液体噴射記録ヘ
ッド。 - 【請求項2】 記録媒体の記録領域の全幅にわたってイ
ンク吐出口が複数設けられているフルラインタイプのも
のであることを特徴とする請求項1記載の液体噴射記録
ヘッド。 - 【請求項3】 記録媒体の被記録面に対向してインク吐
出口が設けられている請求項2記載の液体噴射記録ヘッ
ドと、該ヘッドを載置するための部材とを少なくとも具
備することを特徴とする液体噴射記録装置。
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