JP3618960B2

JP3618960B2 - インクジェット記録ヘッド及び該ヘッドを搭載するインクジェット装置

Info

Publication number: JP3618960B2
Application number: JP13764297A
Authority: JP
Inventors: 博和小室
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1996-05-13
Filing date: 1997-05-12
Publication date: 2005-02-09
Anticipated expiration: 2017-05-12
Also published as: JPH1076646A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液体をオリフィスから噴射して液滴を形成するインクジェット記録ヘッド及び該ヘッドを搭載するインクジェット装置に関する。特に、基板に対して垂直にインクが吐出し、ヒータが時分割駆動をし、それによる被記録物に於ける着弾のずれをヒータ位置及びそれに対応する吐出口をずらすことによって補正するようにした、インクジェット記録ヘッド及び該ヘッドを搭載するインクジェット装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種のインクジェット記録ヘッドに関し、例えば特開昭５４−５１８３７号公報に記載されているインクジェット記録法は、熱エネルギーを液体に作用させて、液滴吐出の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法とは異なる特徴を有している。
即ち、上述の公報に開示されている記録法は、熱エネルギーの作用を受けた液体が加熱されて気泡を発生し、この気泡発生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吐出口から液滴が形成され、この液滴が被記録部材に付着して情報の記録が行われるということを特徴としている。
【０００３】
この記録法に適用される記録ヘッドは、一般に液体を吐出するために設けられたオリフィスと、このオリフィスに連通して液滴を吐出するための熱エネルギーが液体に作用する部分である熱作用部を構成の一部とする液流路とを有する液吐出部、及び熱エネルギーを発生する手段である電気熱変換体としての発熱抵抗体（ヒータ）と、それをインクから保護する上部保護層と蓄熱するための下部層とを具備している。
【０００４】
上記のヘッドでその特徴を生かすため高密度化、高速化のためヒータ数を多くすることが必要となっている。
ところがヒータ数が多くなると外部配線板との電気接続数が多くなる。また、高密度でヒータを並べるとそれぞれのヒータの電極のピッチが小さくなり通常の電気接続方法（ワイヤーボンディング等）では接続不可能となる。
そこで特開昭５７−７２８６７号公報に提案されているように、基板上に駆動素子を作り込むことによって、上記問題を解決できる。
ところで、特開昭５９−９５１５４号公報に述べられているように、オリフィスプレートを基板に貼り付けることによって、熱作用部面から垂直に吐出するタイプのヘッドが提案されている。
【０００５】
このようなヘッドのヒータを多くする場合、全ヒータを駆動する時のピーク電流を下げるため、時分割で駆動するのが一般的である。
ところが、時分割で駆動すると、ヒータによって電圧が印加する時間が違うため、吐出するタイミングが異なり、紙へのインクの着弾位置が異なってしまい直線がギザギザになってしまう。
そのため、上述のタイプのヘッドにおいて、ヒータの位置を時分割駆動のタイミングに合わせてずらすことが提案されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
図４は従来のものにおけるヒーター近傍を示す図であるが、この図４のように、駆動素子が一列に並んでいて、共通電極がその上に設けられているものの場合、ヒータ位置をずらすとヒータと駆動素子の配線間の距離が異なるので、選択電極の抵抗値がヒータの位置によって、異なってしまう。
また、ヒータと共通電極までの距離が異なるので、ヒータと共通電極間の配線抵抗値が異なってしまう。
そして上記のパターンでは問題点が２つあった。
その一つは、ヒータとヒータの間に配線が通るため、高密度化のときにヒータ間の配線が邪魔になってしまう。また、ヒータの横方向の自由度が少なくなり、高周波数対応ができなくなる。
他の一つは、ヒータとインク供給口間に折り返し電極があるので、ヒータとインク供給口間の距離が大きくなり、ヒータとインク供給口間の流抵抗が大きくなる。
したがって、吐出の周波数特性が悪くなり、高周波数の吐出に対応することができなくなることがある。
【０００７】
このようなことから、上記問題を解決するため、図５に示すようにヒータとインク供給口の間に電極を設けないパターンが提案されている。
しかしながら、このようなパターンでヒータの位置ずらしを行うと、ヒータと駆動素子の配線、ヒータと共通電極間の距離が異なるためヒータの個別選択配線抵抗値、ヒータと共通電極間の配線抵抗値が異なり、したがって、ヒータに印加される電圧が異なってしまう。その結果、印字性能に影響が出てしまうことがある。さらに、ひどい場合はヒータの位置によって吐出できないことがある。
【０００８】
したがって、上記図５に示されるようなパターンにおいては、ヒータの位置によってヒータに印加する電圧を一定にするような電極、駆動素子の設計を行う必要があった。特に、駆動素子を作り込む基板の場合、駆動素子とヒータの間が狭いことによって配線の抵抗値補正領域が狭いので、補正の方法を十分考える必要がある。
【０００９】
そこで、本発明は、上記従来のものにおける課題を解決し、基板に対して垂直にインクが吐出し、ヒータが時分割駆動をし、それによる被記録物に於ける着弾のずれをヒータ位置及びそれに対応する吐出口をずらすことによって補正するようにした、インクジェット記録ヘッドにおいて、前記位置のずらされた各ヒータに印加する電圧を一定になるようにして、吐出性能を一定として、印字品位のばらつきのないインクジェット記録ヘッドを提供することを目的としている。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題を解決するため、
長溝状のインク供給口を有する基板を備え、該基板に配列された複数の駆動素子と、
前記駆動素子と前記インク供給口との間に、該インク供給口の長手方向に沿って配される発熱抵抗体と、
前記発熱抵抗体と前記駆動素子とを電気的に接続し、かつ、前記発熱抵抗体に電圧を印加するために、前記基板上で前記発熱抵抗体とインク供給口との間を避けて発熱抵抗体に接続される一対の電極と、
を有し、前記駆動素子を用いて前記発熱抵抗体を時分割駆動させ、前記基板に対して垂直方向にインクを吐出するインクジェット記録ヘッドであって、
前記発熱抵抗体のインク供給口までの距離を時分割駆動されるタイミングに応じて異ならせているとともに、該発熱抵抗体のインク供給口までの距離の違いに応じて、前記一対の電極のうちの共通電極と接続される位置を共通電極の発熱抵抗体側の形状を変化させることによりそれぞれ異ならせ、前記発熱抵抗体と共通電極間の距離をすべての電極でほぼ等しくなるようにし、かつ、前記発熱抵抗体と駆動素子の配線との接続位置までの距離をすべての電極でほぼ等しくなるようにすることによって、電極の配線抵抗値がすべての電極でほぼ等しくなるように補正されていることを特徴とするものである。
【００１１】
【発明の実施の形態】
上記したように、本発明は位置ずらしの行われた各ヒータに印加する電圧を一定とするために、ヒータと駆動素子の配線間の電極、ヒータと共通電極の間の距離が全体的に短く、その間で抵抗値補正が出来ない時や、配線のオーバエッチ量が一定でなく設計どおりに配線補正が出来ない場合、さらに駆動素子の配線との接続位置とヒータとの間を一定にして接続部にインクを接しないようにする場合、ヒータと駆動素子の配線との接続位置までの距離、ヒータと共通電極の間の配線の接続位置までの距離を一定にする。
駆動素子の電極は広くできるので接続位置と駆動素子の間の距離が異なっていても抵抗値がほとんど変わらない。
また、ヒータと共通電極の間の配線の接続位置が変わっても共通電極の幅が広いので十分対応可能である。
さらに、駆動素子の配線と接続位置と駆動素子の間の距離が異なっていることによる抵抗値の違いが問題になる時は、駆動素子の位置をずらせばよい。
また、チップサイズが大きくなる、ロジック配線の引き回しが難しくなるなど、駆動素子の位置をずらすことが難しい場合、駆動素子に入力する電力配線の抵抗値を補正する方法がある。
補正の方法は駆動素子と電力配線との間の配線の幅の補正、接続位置と駆動素子との間の距離を一定にするなど考えられる。
以上、解決方法として種々上げたが、これら単独であっても良いし、複合されてもよい。
それぞれ、ヒータの位置の設計をした時、最適の組み合わせで目的を達成出来れば良い。
【００１２】
さらに、駆動素子の配線と接続位置と駆動素子の間の距離が異なっていることによる抵抗値の違いが問題になる時は、駆動素子の位置をずらせばよい。
また、チップサイズが大きくなる、ロジック配線の引き回しが難しくなるなど、駆動素子の位置をずらすことが難しい場合、駆動素子に入力する電力配線の抵抗値を補正する方法がある。
補正の方法は駆動素子と電力配線との間の配線の幅の補正、接続位置と駆動素子との間の距離を一定にするなど考えられる。
以上、解決方法として種々上げたが、これら単独であっても良いし、複合されてもよい。
それぞれ、ヒータの位置の設計をした時、最適の組み合わせで目的を達成出来れば良い。
【００１３】
【実施例】
以下、実施例にしてがって詳細に説明する。
［実施例１］
図６は実施例１に係るインクジェット記録ヘッドを示す斜視図である。
本実施例のインクジェット記録ヘッドは基板上に形成されたヒータにパルス状の電圧を与えることによりそのヒータ上に高圧の気泡を発生させ、この気泡の圧力でヒータに垂直な方向にインクを吐出させるバブルジェット方式のヘッドである。図中、参照符号１０１はシリコン（Ｓｉ）製の基板、参照符号３０２はインク流路壁をなす層、参照符号３０３は吐出口が形成されているオリフィスプレートである。参照符号３０４はアルミ（Ａｌ）製のベースプレートであり、Ｌ字型に湾曲した一方の面に上記基板１０１を接合している。参照符号３０５はインクを収容するタンクである。
参照符号３０６はフレキシブルケーブル、参照符号３０７は基板１０１上の配線とフレキシブルケーブル３０６を接続するためのボンディングワイヤ、参照符号３０８は本ヘッドが装着されるプリンタのキャリッジにおける装置本体側の電気接続と接続するための電気接点である。
オリフィスプレート３０３において、参照符号ｎ１〜ｎ３２は吐出口を示し、これら吐出口は２列で、かつ各列は互いに吐出口ピッチの１／２ずれて配置されている。すなわち、吐出口ｎ１〜ｎ３２は千鳥状の配列をなすものである。本ヘッドは後述のようにプリンタのキャリッジに装着され、図６中矢印ｘの方向に移動しながら吐出を行う。
図７は、図６におけるＡＡ´線断面の主要部を示す図である。
インクは、インクタンク３０５からベースプレート３０４に開けられた穴３１０、Ｓｉ基板１０１に開けられた穴（以下、これをインク供給口という）１０８およびインク流路３１２を介してヒータを含む室に至り、吐出口ｎｋ（ｋ＝１，２，…，３２）から吐出される。図において参照符号ｈｋ（ｋ＝１，２，…，３２）はＳｉ基板１０１上に形成されたヒータである。吐出口ｎｋに対応して設けられるヒータは、図に示すように吐出口の真下においてその中心と吐出口の中心軸を一致させて設けられている。
図８は各インク流路３１２の形状およびそれぞれのインク流路におけるヒータｈｋの配置を示す図である。
同図に示すヒータｈｋの配置、すなわち各ヒータｈｋ間の相対位置は、吐出口ｎｋの配置（吐出口間の相対位置）と一致する。
ヒータｈ１〜ｈ１０とヒータｈ１７〜ｈ３２の位置は、上述のように各ピッチの１／２だけずれている。
本ヘッドは３２個のヒータを、それぞれ等しいヒータ数の時分割で予め定められた１６回のタイミングで駆動する。従って、同一タイミングでは吐出データに応じて最大２個のヒータが駆動されることになる。本実施例において、「インク供給口端からの距離」とは、左列のヒータについてはインク供給口左端からの距離、右列のヒータについてはインク供給口右端からの距離をそれぞれ意味する。
尚、本実施例にかかるインクジェット記録ヘッドは、同一タイミングで駆動される２つのヒータはプリント媒体上で、例えばキャリッジ移動方向である主走査方向に常に１０ドットピッチ分離れた位置にインクを着弾させるようになっている。
【００１４】
図１は本発明の実施例１のヒータ近傍の詳細平面図である。
１０１は基板、１０２はヒータ、１０３はヒータと駆動素子の配線との間の選択電極、１０４はヒータと共通電極間の配線電極、１０５は駆動素子、１０６は駆動素子の配線、１０７は共通電極、１０８はインク供給口である。
【００１５】
本実施例の記録ヘッドの作成過程を説明すると、まず、シリコン基板上にｂｉ−ＣＭＯＳプロセスで駆動素子と論理素子を作成する。
駆動素子のピッチはヒータのピッチと同様で３００ｄｐｉである。
駆動素子作成の最後に駆動素子の配線電極をＡｌ−Ｃｕで１．０μｍ作成しパターニングし、層間絶縁層としてＳｉＯ2を１．５μｍ作成する。
次に、層間保護層に駆動素子の配線とヒータの個別電極と接続する位置に１０μｍ×１０μｍの大きさのスルホール１０９をエッチングによって開ける。
スルホール１０９の位置は図１に示すように、ヒータの位置のずれに対応してヒータとスルホール１０９の距離Ａが一定になるように形成する（５０μｍとした）。
そして、ヒータ材としてＴａＮを０．１μｍ形成する。
その上に電極層としてＡｌを０．６μｍ形成し、フォトリソ技術によって図１に示すようなパターンに形成する。
【００１６】
ヒータと共通電極が接続する位置を図１に示すように構成し、ヒータの位置のずれに対応してヒータと共通電極の距離Ｂが同じようにする（１００μｍとした）。
ヒータサイズは３０μｍ×３０μｍである。
電極の太さはすべて２０μｍで一定である。このようにすれば、配線抵抗値をどのヒータでも一定に出来、ヒータに印加される電圧を一定にすることが出来た。ヒータと駆動素子の配線との接続位置までの距離、ヒータと共通電極までの距離を一定にしたので、電極層のオーバーエッチ量が変わっても、どの位置のヒータも配線抵抗値を一定にすることができる。
また、ヒータと駆動素子の電極間の距離で配線抵抗値の調整をしないので、接続位置のスルホール１０９とヒータ間の距離が十分とれるため、スルホール１０９をノズル形成材などの有機樹脂で覆うことも可能になる。
【００１７】
［実施例２］
図２は本発明の実施例２のヒータ近傍の詳細平面図である。
上記実施例１では駆動素子からスルホール１０９までの間の配線１０６はヒータの位置のずれによって、配線の長さが異なる。
駆動素子からスルホール１０９までの配線は、膜厚を厚く出来、幅を太くできることから、実施例１ではこの部分の抵抗値の違いを無視した。
しかしながら、ヒータの位置ずれが大きい場合や、ヒータに印加される電圧によって大きく吐出性能がかわる場合、駆動素子からスルホール１０９までの間の配線を厚く、太く出来ない場合などは、この部分の補正をしなければいけない。そのひとつの手段として駆動素子の位置を変えることによって達成できる。
【００１８】
以下、本実施例にしたがって詳細に説明する。
実施例１と同様にシリコン基板上にｂｉ−ＣＭＯＳプロセスで駆動素子と論理素子を作成する。
駆動素子のピッチはヒータのピッチと同様で３００ｄｐｉであり図２に示すようにヒータの位置ずれに対応するように設置されている。
駆動素子作成の最後に駆動素子の配線電極をＡｌ−Ｃｕで１．０μｍ作成しパターニングし、層間絶縁層としてＳｉＯ2を１．５μｍ作成する。
次に、層間保護層に駆動素子の配線とヒータの個別電極と接続する位置に２０μｍ×２０μｍの大きさのスルホール１０９をエッチングによって開ける。
スルホール１０９の位置は実施例１と同様に、ヒータの位置のずれに対応してヒータとスルホール１０９の距離Ａが一定になるように形成する（５０μｍとした）。そして、ヒータ材としてＴａＮを０．１μｍ形成する。
その上に電極層としてＡｌを０．６μｍ形成し、フォトリソ技術によって図２に示すようなパターンに形成する。
【００１９】
ヒータと共通電極が接続する位置を実施例１と同様にヒータの位置のずれに対応してヒータと共通電極の距離Ｂが同じようにする（１００μｍとした）。
ヒータサイズは２５μｍ×５０μｍである。電極の太さはすべて３０μｍで一定である。このようにすれば、配線抵抗値と駆動素子の配線両方をどのヒータでも一定に出来、ヒータに印加される電圧を精密に一定にすることが出来た。
【００２０】
［実施例３］
図３は本発明の実施例３のヒータ近傍の詳細平面図である。
上記実施例２において、論理配線の引き回しなどで駆動素子の位置を変えることが不可能な場合、本実施例のように駆動素子に入力する電力配線４１０を補正することによって、ヒータの電圧を一定にすることが出来る。
図３に示してあるとおり、駆動素子へ入力する電力配線の接続位置を変えることによって、駆動素子配線の抵抗値の補正をすることができる。
このようにすれば、駆動素子の位置を変えずにヒータに印加される電圧を精密に一定にすることが出来る。
図９は、上述した各実施例に関して説明したインクジェットを用いることができるインクジェットプリンタの一例を示す概略斜視図である。
上述した各実施例のインクジットヘッドは、イエロー（Ｙ），マゼンタ（Ｍ），シアン（Ｃ）およびブラック（ＢＫ）の各インク毎に設けられる。これら４個のインクジェットヘッドおよびこれらのヘッドに供給するインクを貯留したタンクはキャリッジ１２に着脱自在に搭載される。キャリッジ１２は、ガイド軸１１に対して摺動可能に設けられ、これにより不図示のモータによって走行するベルト５２によってガイド軸１１に沿った走査が可能となる。各インクジェットヘッドの吐出口に対向する部分ではキャリッジ１２の走査に伴ってプリント媒体Ｐが間欠的に搬送される。すなわち、上記対向する部分を挟んで２組の搬送ローラ対１５，１６および１７，１８が設けられこれらが不図示のモータによって回転することによりプリント媒体Ｐの間欠送りがなされる。
キャリッジのホームポジションには、各インクジェットヘッドの吐出回復処理を行うための回復ユニット１９が設けられている。
【００２１】
【発明の効果】
以上のとおり、本発明は、インクを吐出する手段を備えた基板に対して垂直にインクが吐出し、前記基板に並設された各ヒータが時分割駆動をし、それによる被記録物に於ける着弾のずれをヒータ位置及びそれに対応する吐出口をずらすことによって補正し、前記各ヒータを駆動する素子が前記基板上に形成されているインクジェット記録ヘッドにおいて、前記位置のずらされた各ヒータに対して印加する電圧を一定になるように構成して、インクの吐出性能を一定にすることを可能とし、印字品位のばらつきのないインクジェット記録ヘッドを実現することができる。
本発明においては、ヒータと駆動素子の配線間の電極、ヒータと共通電極の間の距離が全体的に短く、その間で抵抗値補正が出来ない時や、配線のオーバエッチ量が一定でなく設計どおりに配線補正が出来ない場合、さらに駆動素子の配線との接続位置とヒータとの間を一定にして接続部にインクを接しないようにする場合、ヒータと駆動素子の配線との接続位置までの距離、ヒータと共通電極の間の配線の接続位置までの距離を一定にすることによってヒータに印加される電圧を一定にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例１にかかるヒータ近傍の詳細図である。
【図２】本発明の実施例２にかかるヒータ近傍の詳細図である。
【図３】本発明の実施例３にかかるヒータ近傍の詳細図である。
【図４】従来のヒータ近傍の詳細図である。
【図５】従来の更に別の形態のヒータ近傍の詳細図である。
【図６】本発明にかかるインクジェット記録ヘッドを示す模試的斜視図である。
【図７】図６におけるＡＡ´線断面の主要部を示す図である。
【図８】図６のインクジェット記録ヘッドにおける各インク流路の形状およびヒータの配置を示す図である。
【図９】本発明にかかるインクジェット記録ヘッドを搭載可能なインクジェット記録装置を示す模式的斜視図である。
【符号の説明】
１１：ガイド軸
１２：キャリッジ
１５，１６，１７，１８：搬送ローラ
１９：回復ユニット
１０１：基板
１０２：ヒータ
１０３：ヒータと駆動素子の配線との間の選択電極
１０４：ヒータと共通電極間の配線電極
１０５：駆動素子
１０６：駆動素子の配線
１０７：共通電極
１０８：インク供給口
１０９：スルホール
３０２：インク流路壁をなす層
３０３：オリフィスプレート
３０４：アルミ（Ａｌ）製のベースプレート
３０５：インクを収容するタンク
３０６：フレキシブルケーブル
３０７：ボンディングワイヤ
３０８：電気接点
３１０：ベースプレートに開けられた穴
３１２：インク流路
４１０：駆動素子に入力する電力配線

Claims

長溝状のインク供給口を有する基板を備え、該基板に配列された複数の駆動素子と、
前記駆動素子と前記インク供給口との間に、該インク供給口の長手方向に沿って配される発熱抵抗体と、
前記発熱抵抗体と前記駆動素子とを電気的に接続し、かつ、前記発熱抵抗体に電圧を印加するために、前記基板上で前記発熱抵抗体とインク供給口との間を避けて発熱抵抗体に接続される一対の電極と、
を有し、前記駆動素子を用いて前記発熱抵抗体を時分割駆動させ、前記基板に対して垂直方向にインクを吐出するインクジェット記録ヘッドであって、
前記発熱抵抗体のインク供給口までの距離を時分割駆動されるタイミングに応じて異ならせているとともに、該発熱抵抗体のインク供給口までの距離の違いに応じて、前記一対の電極のうちの共通電極と接続される位置を共通電極の発熱抵抗体側の形状を変化させることによりそれぞれ異ならせ、前記発熱抵抗体と共通電極間の距離をすべての電極でほぼ等しくなるようにし、かつ、前記発熱抵抗体と駆動素子の配線との接続位置までの距離をすべての電極でほぼ等しくなるようにすることによって、電極の配線抵抗値がすべての電極でほぼ等しくなるように補正されていることを特徴とするインクジェット記録ヘッド。
請求項１に記載のインクジェットヘッドが搭載可能であり、前記ヘッドを搭載した状態で前記発熱抵抗体の配列方向と垂直方向に走査可能なキャリッジを備えるインクジェット記録装置。