JPH02102054A - インクジェット記録ヘッド - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は、インクジェット記録ヘッドに係り、特に、
熱エネルギと静電エネルギとの協同作用によりインクを
吐出させるようにしたタイプのインクジェット記録ヘッ
ドの改良に関する。

［従来の技術］ 従来この種のインクジェット記録ヘッドとしては例えば
特開昭６３−３５３４７号公報所載のものがある。

これは、第７図及び第８図に示すように、一対の絶縁性
基板２．３でスリット状のインク室４が形成されるヘッ
ド本体１を形成し、一方の絶縁性基板２のインク吐出部
４ａに対応した箇所には画像情報に応じた熱エネルギ印
加用の例えばＭ字型の発熱抵抗体５を画素密度に応じて
配列すると共に、各発熱抵抗体５には８対の通電用電極
６を配設し、前記各発熱抵抗体５及び各通電用電極６を
一様厚の絶縁［１７で被覆し、更に、上記絶縁１１７上
にはインク吐出口に対向する対向電極８との間で静電界
が形成されるヘッド側電極９を配設したものである。そ
して、上記ヘッド側電極９は上記発熱抵抗体５のパター
ンに対応して個々的に配設されており、インク単位領域
Ｈａに対して静電工ネルギを集中的に印加すると共に、
発熱抵抗体５からの熱エネルギの不必要な拡散を防止し
ながら、インク単位領域１ａに熱エネルギを集中的に印
加し、インクの飛翔動作の安定化を図るように配慮され
ている。尚、符号１０は対向電極８の手前側を移動する
記録シート、１１は上記発熱抵抗体５に画像情報に応じ
た画像信号を供給する画像信号制御手段、１２は対向電
極８とヘッド側Ｍ１極９との間に介装される静電誘導用
電圧印加手段である。

このタイプによれば、インク吐出部４ａ内のインク■の
単位領域に画像情報に応じた熱エネルギを印加すること
により、対応するインク単位領域ｌａの粘度、表面張力
を低下させ、静電界の誘引力によって加熱されたインク
単位領域１ａのみを記録シート１０側へ飛翔させること
ができる。

また、一方の絶縁性基板２に発熱抵抗体５及びヘッド側
電極９を組付けるようにしているため、前記各機能部を
両方の絶縁性基板２．３に分けて設ける場合に比べて、
製造工数が少なくなり、しかも、両者間の位置合せ等が
容易になる分、ヘッド自体の製造工程を簡略化すること
ができる。

［発明が解決しようとする課題〕 ところで、このようなインクジェット記録ヘッドにおい
ては、ヘッド本体１の端面にインク■が濡れたまま残存
することに基づくインクＩの誤飛翔を防止する上で、ヘ
ッド本体１の端面を滑かな面として形成することが必要
になり、通常、ヘッド本体１の端面を切削した後に研磨
処理を施すということが行われる。一方、各インク単位
ｆｉＥｉ［における熱エネルギ供給量の均一化を図るに
は、各インク吐出部４ａ内における発熱抵抗体５の位置
関係を正確に設定することが必要になる。このような背
景下において、発熱抵抗体５の配設位置のばらつきの影
響を少なくするには、ヘッド本体１の端面からある程度
離間した距離ｍに発熱抵抗体５を配設せざるを得ない。

しかしながら、上記ヘッド側電極９は上記発熱抵抗体５
の配設領域に対応した範囲に設定されるため、発熱抵抗
体５からの熱は絶縁層７及びヘッド側電橋９を介してイ
ンク単位領域１ａへと伝達されてい（が、ヘッド側電極
９もヘッド本体１の端面から離間した位置に配設される
ため、インク単位領域１ａへ与えられる熱エネルギは周
囲に分散し、その分散した一部の熱エネルギがインク単
位領域１ａの表面部分に伝達されることになる。

それゆえ、インク単位領域ｌａの表面温度を飛翔臨界状
態に到達させる上で供給すべき熱エネルギ量が不必要に
多くなってしまい、その分、熱エネルギの供給効率が未
だ不十分であるという問題を生ずる。

また、インク単位領域１ａへの熱エネルギ供給部位とイ
ンク単位領域１ａの表面部位との間はある程度離間して
いるので、飛翔すべきインク単位領域１ａの表面温度が
臨界飛翔状態に到達するまでには若干時間を要すること
になり、その分、インク単位領域１ａの周囲にも熱エネ
ルギがある程度分散してしまい、極端な場合には、飛翔
すべきインク単位領域１ａと飛翔しない隣接インクとの
間で表面温度分布コントラストを充分大きく確保し得な
い虞れが生じ、インクの誤飛翔の原因に繋がるという問
題を含んでいた。

更に、上記ヘッド側電極９は上記発熱抵抗体５の配設領
域に対応して配設されるが、その配設位置のばらつきに
伴って、発熱抵抗体５とヘッド側電極９との重合範囲が
異なってしまうため、インク単位領域ｌａへ与えられる
熱エネルギの分布が微妙に変化し、その分、インク単位
領域１ａの表面温度分布が不安定なものになる分、イン
クの飛翔具合が不均一になり、印字ドツト径がばらつく
原因になってしまうばかりか、仮に、ヘッド側電極９の
先端位置が発熱抵抗体５の先端位置より後退した箇所に
設定された場合には、上記ヘッド側電極９が重合してい
ない発熱抵抗体５上の絶縁層７には熱が蓄積され易く、
絶縁層７の熱劣化の原因に繋がるという問題も含んでい
る。

この発明は、以上の問題点に着目して為されたものであ
って、インク単位領域に対する熱エネルギの供給効率を
向上させ、しかも、インクの飛翔動作の安定化及び印字
ドツト径の均一化を達成する上でのインクの表面温度分
布の最適化を図り、更に、発熱抵抗体とヘッド側電極と
の間に介装される絶縁層の熱劣化をも有効に防止できる
ようにしたインクジェット記録ヘッドを提供するもので
ある。

［課題を解決するための手段１ すなわち、この発明は、スリット状のインク室が形成さ
れるヘッド本体の構成部材である絶縁性基板のインク吐
出部に対応した箇所に熱エネルギ印加用の発熱抵抗体を
画素密度毎に配列すると共に、インク吐出口に対向する
対向電極との間で静電界が形成されるヘッド側電極を各
発熱抵抗体上に絶縁層を介して個々的に配設してなるイ
ンクジェット記録ヘッドを前提とし、上記ヘッド側電極
に発熱抵抗体の先端部位置よりインク吐出口側に突出す
る突出部を具備させるようにしたものである。

このような技術的手段において、上記ヘッド側電極とし
ては、対向電極との間で静電界を形成し得るものであれ
ば、ヘッド側電極を独立に配列して対向電極との間で個
々的に接続する等適宜設計変更して差支えないが、接続
構造の簡略化という観点からすれば、個々のヘッド側電
極の基端側を共通電極に接続し、この共通電極と上記対
向電極とを接続するようにすることが好ましく、上記ヘ
ッド側電極と共通電極との接続構造としては、熱エネル
ギの損失を少なく抑えるという観点からすれば、ヘッド
側電極よりも細い連結用電極を介して接続することが好
ましい。

また、上記ヘッド側電極の形状についても、矩形状を始
め適宜選定して差支えないが、対向電極との間に形成さ
れる静電界をインク単位領域に集中させてインクの飛翔
動作を安定させるという観点からすれば、ヘッド側電極
の突出部をインク吐出口側に向かって先細り形状になる
ようにすることが好ましい。

［作用］ 上述したような技術的手段によれば、ヘッド側電極は発
熱抵抗体の先端部位置よりインク吐出口側に突出する突
出部を備えているので、ヘッド側電極の突出部がインク
単位領域の表面部に接近した位置まで延びることになり
、その分、発熱抵抗体からの熱エネルギ供給部がインク
単位領域の表面部に接近配置されるほか、ヘッド側電極
は発熱抵抗体上に完全に重合配置される。

［実施例］ 以下、添附図面に示す実施例に基づいてこの発明の詳細
な説明する。

第１図ないし第３図において、インクジェット記録ヘッ
ドＨは、一対の絶縁性基板２，３間にスリット状のイン
ク室４が形成されるヘッド本体１と、一方の絶縁性基板
２のインク吐出部４ａに対応した壁面に画素密度（この
実施例では８ドツト／ｍ）毎に配列されると共にインク
吐出部４ａ内のインクｆの単位領域（ａに画像情報に応
じた熱エネルギを印加する発熱抵抗体５と、この発熱抵
抗体５上に絶縁層７を介して個々的に配設され且つイン
ク吐出口に対向配置された対向電極８との間で静電界が
形成されるヘッド側電極９とを備えたものである。

この実施例において、上記絶縁性基板２，３は例えば厚
さ１Ｍのアルミナセラミックスで構成されており、一方
の絶縁性基板２の内面には平面性及び蓄熱性を確保する
上で例えば５ｉ０２からなるグレーズ２ａが積層されて
いる。そして、上記インク室４は、例えばギヤラフ５０
μｍ程度のインク吐出部４ａと、このインク吐出部４ａ
より幅広のギヤラフ１１ｍ程度のインク溜め部４ｂとで
構成されている。

また、上記発熱抵抗体５は例えばＭ字型に形成されるも
のであり、例えばＴａ２Ｎを反応性スパッタリング法に
より２０００人厚で成膜し、フォトリソエツチング法に
て成膜されたＴａ２Ｎ層をＭ字型の抵抗体パターンに形
成したものであり、この実施例においては、発熱抵抗体
５の発熱ｆＲ域は１５０μｍＸ７０μｍ程度のものであ
る。

そしてまた、上記発熱抵抗体５の基端側には画像情報に
応じた制御信号を供給するための通電用電極６が設けら
れている。この通電用電極６は、相隣接する発熱抵抗体
５を一単位として、略コ字状に形成されて各発熱抵抗体
５の相隣接する基端側に接続される共通電極２１と、各
発熱抵抗体５の相隣接しない基端側に接続される独立電
極２２とからなるもので、通電用電極６としては、例え
ば５００人のＮｉＣｒ等の接着層上に約１μｍの金導電
層を積層したものが用いられる。この種の通電用電極６
の製法として、例えば、絶縁性基板２の内面上に接着層
用の下層及び金導電層用の上層を所定厚で順次真空蒸着
した後、これをフォトリソエッヂフグ法にて所定のパタ
ーンに形成したものが用いられる。

更に、上記発熱抵抗体５及び通電用電極６は絶縁層７で
被覆されている。より具体的に述べると、上記発熱抵抗
体５及び通電用電極６の発熱抵抗体５側には、ＲＦスパ
ッタリング法により形成された約２μｍ厚のＳｉＯ２の
無機絶縁材料からなる第一の絶縁層ＩＩ　２３が配設さ
れている。一方、通電用電極６の基端側は有機絶縁材料
からなる第二の絶縁保護層２４で被覆されている。この
実施例において、上記第二の絶縁保護層２４は、例えば
感光性ポリイミド樹脂（東し株式会社製商品名フォトニ
ースＵＲ３１００）をスピンコード法により塗布し、８
０℃、６０分の熱処理（プリベーク）を行った後パター
ン露光処理を施し、未露光部分を溶剤処理により除去し
て上記共通電極２１の基端側連結部２１ａに対応した箇
所に、２００×５００μｍの矩形状スルーホール部２５
を形成し、次いで、窒素雰囲気下１８０℃で３０分、３
００℃で３０分及び４００℃で３０分の熱処理を施し、
上記ポリイミド樹脂をイミド化させたものである。

尚、第二の絶縁保護層２４上には、ＮｉＣｒ合金を約５
００人、Ａｕを約２μｍの厚みで順次真空蒸着して形成
してなる共通導電層２６が設けられており、この共通導
電層２６と上記共通雷神２１の基端連結部２１ａとが上
記スルーホール部２５を介して相互に着接されている。

また、上記ヘッド側電極９は発熱抵抗体５の配設パター
ンに対応した箇所において第一の絶縁保護層２３上に配
置されており、このヘッド側電極９は上記発熱抵抗体５
の発熱領域に応じた範囲で矩形状に形成される電極本体
３１と、この電極本体３１のインク吐出口側に向って突
出する突出部３２とからなり、この突出部３２はインク
吐出口に向って略三角形状に形成されている。そして、
上記ヘッド側電極９の基端にはインク室４の深さ方向側
に延びる線幅の細い連結用電極３３が接続されると共に
、各連結用電極３３・の基＠ｉ部は連結用電極３３に対
して直交配置される共通用電極３４に接続され、この共
通用電極３４と対向電極８とが静ｉ１！誘導電圧印加手
段１２を介して接続されている。この実施例において、
上記ヘッド側電極９、連結用電極３３及び共通用電極３
４は、Ｃｒを約５００人、ＣＵを約９０００人及びＣｒ
を約９０００人次蒸着し、ホトリソエツチング処理法に
より上述したパターンに形成したものである。

尚、この実施例では、インク■として、体積抵抗率が１
×１０８Ωｔ：ｍ　（２０℃）のものが使用される。

次に、この実施例に係るインクジェット記録ヘッドの動
作試験を行う。

今、ヘッド側電極９に上述した突出部３２が設けられて
いないインクジェット記録ヘッドを比較例とし、安定し
た印字動作を行わせる上で必要な熱エネルギ駆動パルス
を調べて見ると、比較例が０．３６Ｗ、１．５ｉｓｅｃ
、ｔ’あルノニ対シ、上記実施例においては、０．３０
Ｗ、１．５ｍ５ｅｃ、　であり、熱エネルギ駆動パルス
のエネルギレベルを低減することができた。

また、印字ドツト（８ドツト／　ｔｍ　）のばらつきを
調べて見ると、比較例においては、印字ドツトサイズの
ばらつきが８０±１０（μｍ）、印字ドツト間隔が１２
５±１０（μ７ｙＬ）であるのに対し、実施例において
は、夫々８０±５（μｍ）、１２５±５（μｍ）となり
、印字の安定性が図れた。

このような結果を解析するために、インクの表面温度分
布をスリット長手方向に沿って米国バーンズ社製走査型
赤外顕微ＩＲＭ−５０で測定したところ、第４図のよう
な結果が得られた。同図において、実線が実施例のもの
で、点線が比較例のものであるが、実施例のものは、印
加エネルギを低減させたとしても、印字に必要な臨界飛
翔状態丁ａを保ったまま非印字部のインク温度を下げ、
比較例よりも大きな温度コントラストを得ることができ
たため、印字が安定したと考えられる。

また、この実施例では、ヘッド側電極９の突出部３２が
先細り形状になっているので、ヘッド側電極９と対向電
極８との間で形成される静電界が各ヘッド側電極９にお
ける突出部３２の鋭利な先端に集中し、各インク単位領
域に作用する静電誘引力の方向が安定するため、更に印
字が安定するものと考えられる。このことを確認するた
めに、上記ヘッド側電極９の突出部３２を先細り形状に
しないものについて上述したのと同様な動作試験を行っ
たところ、印字ドツトのばらつきが実施例に比べて僅か
に大きくなるが、実施例と略同様に良好な結果が得られ
た。これは、上記突出部３２を先細り形状にする構成が
印字のばらつきを抑える働きをすることの裏付けになっ
ている。

尚、上記実施例では、上記突出部３２は略三角形からな
る先細り形状になっているが、これに限られるものでは
なく、例えば第５図に示すように、突出部３２を緩かな
円弧状にしたり、第６図に示すように、突出部３２をも
つと鋭利な針状のもの等にしたとしても、実施例と略同
様な作用、効果を奏することができる。

更に、この実施例においては、上記第二の絶縁保護層２
４として、有機絶縁材料、例えば感光性のポリイミド樹
脂を用いているので、第二の絶縁保護１１２４を形成す
る過程においてスルーホール部２５を同時にバターニン
グすることができ、その分、スルーホール部２５を利用
した通電構造を採用したとしても、スルーホール部２５
の製造工程を独自に設ける必要がなく、ヘッドの製造上
の効率化を図ることができる。

［発明の効果］ 以上説明してきたように、この発明に係るインクジェッ
ト記録ヘッドによれば、熱エネルギ印加用の発熱抵抗体
上に絶縁層を介して静電界形成用のヘッド側電極を個々
的に配してなるタイプを前提とし、前記ヘッド側電極に
発熱抵抗体の先端部位置よりインク吐出口側に突出する
突出部を設けるという特徴的な構成を具備しているので
、以下のような基本的効果を奏する。

すなわち、インク単位領域に面する発熱抵抗体からの熱
エネルギ供給部位をインク単位領域の表面部に接近配置
することができるので、インク単位領域の表面部に効率
良く熱エネルギを供給することが可能になる分、熱エネ
ルギの損失を少なく抑えることができ、熱エネルギの供
給効率を向上させることができる。

また、熱エネルギの供給効率が向上することに伴って、
飛翔対象となるインク単位領域に隣接するインク領域に
熱エネルギが不必要に分散する事態を回避できるので、
飛翔対象となるインク単位領域周辺におけるインクの表
面温度分布コントラストを常時大きく確保することがで
き、その分、飛翔対象でないインク部分を臨界飛翔状態
として誤飛翔させる事態を確実に防止でき、インクの飛
翔動作の安定化を図ることができる。

更に、ヘッド側電極の突出部の存在により発熱抵抗体全
域にヘッド側電極を重合配置するようにしたので、発熱
抵抗体全域からの熱エネルギをヘッド側電極を通してイ
ンク単位領域に確実に供給することが可能になり、イン
ク単位領域へ供給される熱エネルギ量を均一にすること
ができる。このため、インクの飛翔度合を均一にするこ
とができ、印字ドツト径のばらつきを有効に防止するこ
とができる。更にまた、ヘッド側電極が重合していない
発熱抵抗体部分は存在しないので、ヘッド側電極が重合
していない発熱抵抗体上の絶縁層に不必要に熱が蓄積す
る虞れはなくなり、その分、絶縁層の熱劣化を有効に防
止してヘッドの寿命を伸すこともできる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明に係るインクジェット記録ヘッドの一
実施例を一部破断斜祝図、第２図は第１図中ＩＩ−ＩＩ
線断面図、第３図は第１図中■方向から見た矢視図、第
４図は実施例に係るインクジェット記録ヘッドを用いた
場合のインクの表面温度分布を示すグラフ図、第５図及
び第６図はこの発明に係るインクジェット記録ヘッドに
夫々変形例を示す第３図に相当する説明図、第７図は従
来におけるインクジェット記録ヘッドの一例を示す断面
説明図、第８図は第７図中■方向から見た矢視図である
。 ［符号の説明］ １・・・ヘッド本体 ２．３・・・絶縁性基板 ４・・・インク室 ４ａ・・・インク吐出部 ５・・・発熱抵抗体 ６・・・通電用電極 ７・・・絶縁層 ８・・・対向電極 ９・・・ヘッド側電極 １０・・・記録シート ３２・・・突出部 第 図 第 図 第 図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 スリット状のインク室（４）が形成されるヘッド本体（
   １）の構成部材である絶縁性基板（２）のインク吐出部
   （４ａ）に対応した箇所に熱エネルギ印加用の発熱抵抗
   体（５）を画素密度毎に配列すると共に、インク吐出口
   に対向する対向電極（８）との間で静電界が形成される
   ヘッド側電極（９）を各発熱抵抗体（５）上に絶縁層（
   １）を介して個々的に配設してなるインクジェット記録
   ヘッドにおいて、 上記ヘッド側電極（９）は発熱抵抗体（５）の先端部位
   置よりインク吐出口側に突出する突出部（３２）を備え
   ていることを特徴とするインクジェット記録ヘッド。