JPH02165962A - 液体墳射記録ヘッド - 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】 荻生分互 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の記録ヘッドに関する。

且］Ｉ虹権 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１例えば米国特許筒３０６０４２９号
明ａ書に開示されているもの（Ｔａｌｅ　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、−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１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（Ｓｗｅｅｔ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、−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ｉ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
た電荷斌で帯電される。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、例えば米国特許筒３４１６１５３号明＃
Ｉ書に開示されている方式（１！ｅｒｔｚ方式）であっ
て、ノズルとリング状の帯′？！ｉ電極間に電界を掛け
、連続振動発生法によりて、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、例えば米国特許筒３７４７１２０分明Ｍ
書にυＨ示されている方式（Ｓｔｅｒｍｒｎｅ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
ライトドツ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Ｍ
ｆＡ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。丙午ら、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１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
３７４７１２０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
ットの液体噴射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！１５米ない。

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、サテライトドツトの発生およ
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。

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特開昭５４−５１８３
７号公報として提案されている。

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。

この技術を具体化するために、特開昭５６−１２３８６
９号公報が提案されている。これは、感光性樹脂を用い
てインク流路を形成する方法についての提案であり、そ
の製造方法に関する記載はあるものの、実際のインク吐
出性能の詳細な記載はされていない。よって、当然のこ
とながら、「インク流路を精度良く正確に且つ歩留り良
く微細加工される構成を有するインクジェット記録ヘッ
ドを提供する」とはいうものの、後述するような不具合
点を改良するという発想はない、すなわち、感光性樹脂
を用いてフォトリソグラフィーを行ない（つまり、電光
、現像を行ない）、流路溝を形成する場合に、現像時に
、現像の進行度合いが、複数個のパターンが配列されて
いる場合に、中央部と端の部分とで異なるために、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
ツ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５
ｗ、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、単
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
のかという発想はない。

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
いことに鑑みなされた発明で、端部のジェットが局所的
空気力学的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。又、特公昭５４−３
９１３４号公報は、単にダミーノズルを設けるという概
念を示したにすぎず、具体的にどのくらい（いくつぐら
い）ダミーノズルを設ければよいのかという記載もない
。

几−一旗 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が許容される範囲を具体的に示し、
歩留りの高いヘッドを製造するための具体的な提案をす
ることであり、また、吐出口及び流路のサイズを吐出性
能のバラツキが許容される範囲内にはいるようにし、高
画質の印字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。

！−−双 本発明は、上記目的を達成するために、記録液体を吐出
して飛翔液滴を形成するための吐出口と、該吐出口に前
記記録液体を導くための流路と、前記記録液体にエネル
ギーを作用させるためのエネルギー作用部とを有する液
体噴射記録ヘッドにおいて、前記吐出口及び流路は、前
記エネルギー作用部を付設した基板上に感光性樹脂で形
成された流路溝を形成し２、その後に蓋部材を設けるこ
とによって形成されて複数個配列され、該複数個のうち
、実際に記録に使用されるのは、両端の数個〜数１０個
をのぞいた中央付近の吐出口及び流路である液体噴射記
録ヘッドであって、前記中央付近の吐出口及び流路の領
域の配列方向の長さをＬｕ、記録に使用しない吐出口及
び流路の領域の片側だけの配列方向の長さをＬｄとする
とき、Ｌｄ≧０．０１２６Ｌｕ＋０．４５８を満足する
こと、或いは、記録液体を吐出して飛翔液滴を形成する
ための吐出口と、該吐出口に前記記録液体を導くための
流路と、前記記録液体にエネルギーを作用させるための
エネルギー作用部とを有する液体噴射記録ヘッドにおい
て、前記吐出口及び流路は、前記エネルギー作用部を付
設した基板上に感光性樹脂で形成された流路溝を形成し
、その後に蓋部材を設けることによって形成されて複数
個配列され。

その配列された領域の配列方向の長さをＬｕとし。

前記吐出口及び流路の配列領域の面側に、前記吐出口及
び流路とは異なる感光性樹脂で形成されたパターン領域
を設け、該パターン領域の片側だけの前記吐出口及び流
路の配列方向の長さをＬｄとするとき、Ｌｄ≧０．０１
２６Ｌｕ＋０．４５８を満足することを特徴としたもの
である。

最初に、第３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、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ｍ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。

（Ｑ）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３ｏ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〜ｌ
　Ｏｍ　／　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（、）の状態にもどる過程で、気
泡は完全に消滅している。

次に、上記原理を用いるバブルジェットヘッドの製作方
法を第４図〜第８図に示した製作工程に従って説明する
。ここで示す実施例は、感光性樹脂の硬化膜から成る吐
出口、流路、共通液室に関するものである０図中、１は
基板、２はインク吐出圧発生素子、３は薄膜、４は接着
剤層、５はドライフィルムフォトレジスト、６はフォト
マスク、７は接着剤、８は平板、９は溝である。

第４図の工程では、ガラス、セラミック、プラスチック
、或は金属等の基板ｌ上に発熱素子やピエゾ素子等のイ
ンク吐出圧発生素子２を所望の個数配設し、更に必要に
応じて耐インク性、電気絶縁性を付与する目的で、Ｓ　
ｘ　０２　＋　Ｔ　ａ　ｘ　Ｏｓ　ｔガラス等の薄膜３
を被覆する。尚、インク吐出圧発生素子２には１図示さ
れていないが、信号入力用電極が接続しである。

第５図に示す工程では、上記インク吐出圧発生素子２を
有する基板１の表面に接着剤Ｎ４を約１μ〜５μ程度の
厚さに形成する。

このとき、所望の液状接着剤を周知の手法、例えば、ス
ピンナーコート法、デイツプコート法。

ローラーコート法によって、基板表面に塗工した後、半
硬化させておく。

尚、具体的には、スピンナーコート法の場合、粘度２〜
１５ＣＰの接着剤を１０ｏｏ〜５０ｏＯｒｐｍで塗布す
る。又、デイツプコート法の場合は。

粘度２０〜３０ＣＰの接着剤中に基板１を浸漬した後、
２０〜５０ｃｍ／分の一定速度で引き揚げる。

更に、ローラーコート法の場合には、粘度１００〜３０
０ＣＰの接着剤をローラー間速６０〜２００ｃｍ／分で
塗布する。

ここで使用する接着剤の種類は所定の接着力が示されれ
ば特に限定されないが、本発明においては、とりわけ、
光硬化性樹脂接着剤が製造上の便宜から換奨されるもの
である。

この様に、本発明に於いて好適な光硬化性樹脂接着剤と
しては１例えば不飽和ポリエステル樹脂と、分子中に少
なくとも１つの不飽和二重結合を有するモノマー、ダイ
マー・或はオリゴマー化合物（メチルメタアクリレート
、スチレン、ジアリルフタレート等）１又は不飽和ポリ
エステルと少なくとも１つの不飽和二重結合を末鎖基或
は主鎖中持つように変性したシリコン、ウレタン、エポ
キシ等の樹脂単数或はこれと、前記モノマー、ダイマー
、オリゴマー等の組み合わせ等から成るものである。又
、本発明に於て、これらの接着剤の被接着界面剤Ｓｉを
基本とする化合物で形成されている場合は、上記接着剤
にシランカップリング剤を混合するか、前もって基板１
の表面をシランカップリング剤で処理することも有効で
ある。

続く第６図に示す工程では、第５図に示す工程を経て得
られた基板１の接着剤層４の表面を清浄化すると共に乾
燥させた後、接着剤層４に重ねて。

８０℃〜１００℃程度に加温されたドライフィルムフォ
トレジスト５（膜厚、約２５μ〜１００μ）を０．３〜
０．４ｆ／分の速度、１〜３Ｋｇ／ａｊの加圧条件下で
ラミネートする。このとき、ドライフィルムフォトレジ
スト５は、接着剤層４に融着する。この後、使用した接
着剤の性状に合わせて、接着剤層４を紫外線を照射して
本硬化させる。以後、ドライフィルムフォトレジスト５
に相当の外圧が加わった場合にも基板１から剥離するこ
とはない、続いて、第６図に示すように、基板面に設け
たドライフィルムフォトレジスト５上に所定のパターン
を有するフォトマスタ６を重ね合わせた後、このフォト
マスタ６の上部から露光を行う。

このとき、インク吐出圧発生素子２の設置位置と上記パ
ターンの位置合わせを周知の手段で行っておく必要があ
る。

第７図は、上記露光済みのドライフィルムフォトレジス
ト５の未露光部分を所定の有機溶剤から成る現像液にて
溶解除去した工程を示す説明図である。

次に、基板１に残されたドライフィルムフォトレジスト
５の露光された部分５Ｐの耐インク性向上のため、熱硬
化処理（例えば、１５０〜２５０℃で３０分〜６時間加
熱）又は、紫外線照射（例えば、５０〜２００ｍｗ／１
ｍ”、又はそれ以上の紫外線強度で）を行い、充分に重
合硬化反応を強める。

上記熱硬化と紫外線による硬化の両方を兼用するのも効
果的である。

ところで、使用した接着剤層４が溝９内に残存すると、
インク中に溶出してインクを変質させたり、インク通路
を目詰らせたり、或は、インク吐出圧発生素子２の機能
を損う恐れがあるので、本発明に於いては、ドライフィ
ルムフォトレジスト５に対するパターン露光時（第６図
）に接着剤層４も同時に光硬化させ、続く、有機溶剤に
よる現像段階で未硬化の接着剤層４をフォトレジスト５
と共に溶解除去する（第７図）。

第８図は、上記の充分な重合を終えて硬化したドライフ
ィルムフォトレジスト５Ｐによりインク通路となる溝９
の形成された基板１に、天井を構成するため平板８を接
着するか単に圧着して固定したところを示す図である。

第６図に示す工程に於て、天井を構成するための具体的
方法としては。

１）ガラス、セラミックス、金属、プラスチック等の平
板８にエポキシ系接着剤を厚さ３〜４μにスピンナーコ
ートした後、予偏加熱して接着剤７を所謂、Ｂステージ
化させ、これを硬化したフォトレジスト膜５Ｐ上に貼り
合わせて前記接着剤を本硬化させる。或は、２）アクリ
ル系樹脂、ＡＢＳ樹脂、ポリエチレン等の熱可塑性樹脂
の平板８を硬化したフォトレジスト膜５Ｐ上に、直接、
熱融着させる方法がある。

囚に、叙上の工程に於て、接着剤層４が１μの厚さに塗
布したアクリル樹脂系光硬化型接着剤である場合、又２
μの厚さに塗布したアクリル樹脂系光硬化型接着剤であ
る場合の各々について、フォトレジスト硬化膜５Ｐの基
板１からの剥離強度（試験Ａ）と、基板１に形成したフ
ォトレジスト硬化膜５　Ｐ　（１ｍｍＸ　１ｍ＋ｍ）を
８０℃の水中に１週間浸漬したときの基板１面に於ける
残存率（試験Ｂ）を測定したところ、第１表に記載した
とおりの結果であった。

第１表 ここで、第８図の工程終了後の記録ヘッドの外観を第９
図に、模式的斜視図で示す。図中、９−１はインク供給
室、９−２はインク液流路、１０はインク供給室９−１
にインク供給管（図示せず）を連結させる為の貫通孔を
示している。

叙」二の実施例に於ては、溝作成用の感光性組成物（フ
ォトレジスト）としてドライフィルムタイプ、つまり固
体のものを利用したが、本発明では、これのみに限るも
のではなく、液状の感光性組成物も勿論、利用すること
ができる。

そして、基板上へのこの感光性組成物塗膜の形成方法と
して、液体の場合にはレリーフ画像の製作時に用いられ
るスキージによる方法、すなわち所望の感光性組成物膜
厚と同じ高さの壁を基板の周囲におき、スキージによっ
て余分の組成物を除去する方法である。この場合、感光
性組成物の粘度は１００ＣＰ〜３００ＣＰが適当である
。又、基板の周囲におく壁の高さは、感光性組成物の溶
剤分の蒸発の減量を見込んで決定する必要がある。

他方、固体の場合は、感光性組成物シートを基板上に加
熱圧着して貼着する。

尚、その取扱い上、及び厚さの制御が容易且つ精確にで
きる点で、固定のフィルムタイプのものを利用する方が
有利ではある。このような固体のものとしては、例えば
、デュポン社製、パーマネントフォトポリマーコーティ
ングＲＩＳＴＯＮ、ソルダーマスク７３０Ｓ、同７４０
Ｓ、同７５０ＦＲ１同７４０ＦＲ，同ＳＭＩ等の商品名
で市販されている感光性樹脂がある。この他、使用され
る感光性組成物としては感光性樹脂、フォトレジスト等
の通常のフォトリソグラフィーの分野において使用され
ている感光性組成物の多くのものが挙げられる。これら
の感光性組成物としては、例えば、ジアゾレジン、Ｐ−
ジアゾキノン、更には例えばビニルモノマーと重合開始
剤を使用する光重合型フォトポリマー、ポリビニルシン
ナメート等と増感剤を使用する二量化型フォトポリマー
オルソナフトキノンジアジドとノボラックタイプのフェ
ノール樹脂との混合物、ポリビニルアルコールとジアゾ
樹脂の混合物４−グリシジルエチレンオキシドとベンゾ
フェノンやグリシジルカルコンとを共重合させたポリエ
ーテル型フォトポリマ、Ｎ、Ｎ−ジメチルメタクリルア
ミドと例えばアクリルアミドベンゾフェノンとの共重合
体、不飽和ポリエステル系感光性樹脂〔例えばＡＰＲ（
Ｍ化成）、テビスタ（帝人）、ゾンネ（関西ペイント）
等〕、不飽和ウレタンオリゴマー系感光性樹脂、二官能
アクリルモノマーに光重合開始剤とポリマーとを混合し
た感光性組成物、重クロム酸系フォトレジスト、非クロ
ム系水溶性フォトレジスト、ポリケイ度酸ビニル系フォ
トレジスト、環化ゴム−アジド系フォトレジスト、等が
挙げられる。

第１０図によりいっそうの信頼性、耐久性を向上させる
ための一例を示す、これは、前述の第７図の工程のあと
にさらに、もう−工程加えたものである。つまり、感光
性樹脂がインクと接触する部分に保護膜１１を形成した
ものである。このような保護膜としては、耐インク性に
優れたものであれば、どのようなものであってもよい、
たとえば、本発明者は、ＳｉＯ□、Ｓｉ、Ｎ、等の薄膜
をＣＶＤ、スパッタリング等の技法によって形成し、良
好な結果を得ている。他に、ＳｉＣ，ＡＱ２０゜等も好
適な材料としてあげられる。有機材料にも好適なものは
あり、たとえば、四フッ化エチレンは耐インク性に優れ
好適である。なお、第１０図では、流路の底部にも保護
膜を形成した図を示したが、基本的には、ここは必要で
はない（なぜならば感光性樹脂がないからである）、又
、発熱部の熱伝導を考えるとない方が望ましい。これは
。

フォトリソ技法によって除去することも可能である。

以上のような方法によって製作されるヘッドにおいて、
流路パターンを形成する感光性樹脂が現像される時に、
現像の進行スピードが、パターンが多くあるところ（た
とえば、本発明でいうならば、複数個吐出口及び流路が
配列されているところの中央の領域）と、パターンが片
側しかないところ（たとえば、本発明でいうならば、複
数個吐出口及び流路が配列されているところの両端部）
では、異なることが一般に知られている。これは。

中央の領域のパターンが多くあるところでは、現像液の
新規補給がされにくく、又、両端部のパターンが片側し
かないところでは現像液の新規補給がされやすいため、
一般に、両端部の現像の進行スピードが速い。従って、
流路、吐出口のサイズが、中央部と両端部で異なるため
、それらから出るインク滴の吐出スピードあるいは質量
等が異なす、いいかえるならば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現象として知
られている。

本発明者らは、上記の点に鑑み、記録液体を吐出して飛
翔液滴を形成するための吐出口と、吐出口に記録液体を
導くための流路と、記録液体にエネルギーを作用させる
ためのエネルギー作用部を有する液体噴射記録ヘッドに
おいて、吐出口及び流路は、エネルギー作用部を付設し
た基板上に感光性樹脂で形成された流路溝を形成し、そ
の後に蓋部材を設けることによって形成され、吐出口及
び流路は、複数個配列され、その複数個のうち。

実際に記録に使用するのは、両端の数個〜数１０個をの
ぞいた中央付近の吐出口及び流路である液体噴射記録ヘ
ッドを提案するものである。このようなヘッドにおいて
、記録に使用する吐出口及び流路と、記録に使用しない
吐出口及び流路との関係において、使用しない吐出口及
び流路を、ある数、あるいは、それらが形成されている
領域がある面積以上であれば、上記のような印字品質が
悪いという欠点は解消される。しかしながら、必要以上
に、使用しない吐出口及び流路あるいはそれらが形成さ
れている領域を多くとることは、プリンターヘッドが大
きくなるだけでなく、一般に、高価なＳｉウニ八へを用
いて形成されるヘッドであるが故に、コストが高くつき
大変不経済である。

従って、必要最低限にそれらを使用しない吐出口及び流
路は設けられねばならない。本発明者らは。

膨大な量に及ぶ実験、試作をくり返し、最適な条件を定
量的に明確にし印字品質が良好で、かつ、最もコスト的
に有利な量産向けのヘッドを製作できるようにしたので
ある。以下、本発明者らの検討結果を示す。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
を説明するための構成図で、第１図は、発熱体基板上に
形成した吐出口、流路、共通液室を示す概念平面図であ
る。この図は、概念図なので、実際の発熱体、電極、及
び天井を形成する平板は省略しである。図中、Ａ領域は
記録に使用する吐出口及び流路であり、その配列方向の
長さをＬｕとする。Ｂ領域は、記録に使用しない吐出口
及び流路であり、その配列方向の長さをＬｄとする。Ｂ
領域は一般に、Ａ領域の両側に設けられ。

その配列方向の長さＬｄはそれぞれ等しくされるが、必
ずしも等しくなければならないということではなく、ヘ
ッドのレイアウト上等しくならないこともある。その場
合には、短い方の値をＬｄとして本発明には適用される
。なお、Ｌｕ及びＬｄの定義は５流路及び吐出口の中心
線から測定されるため、１つの吐出のための流路単位で
ある。従って、配列密度の違い等により、数μｍ〜数１
０μｍの誤差を含むものである６ 以上の第１表及び第１図では、記録に使用しない吐出口
及び流路のパターンと記録に使用する吐出口及び流路の
パターンは同じ形状としたが、現像液のパターン部への
供給、Ｗｉ環が不均一であることによって生ずる前述の
ような不具合点を改善するという本発明の原点に立ちか
えって考えるならば、記録に使用しない吐出口及び流路
のいわゆるダミーパターンは、必ずしも記録に使用する
吐出口及び流路のパターンと同じにする必要はなく。

要するに、記録に使用する領域の現像スピードが均一に
なるように現像液が供給、循環されるように、上記のよ
うな記録に使用する領域のパターン現像時に、適当なパ
ターンをダミーとして同時に現像してやれば、記録に使
用する領域への現像液の供給、循慄が均一に行なわれ、
支障のない結果が得られることは容易に想像がつく。第
２表は、そのダミー領域のパターンを第２図のような格
子状にして試作、評価した結果である。Ｌｕ、Ｌｄの定
義は、第１表及び第１図の場合と同様である。

以上の試作、評価検討結果から、本発明者らは、エネル
ギー作用部を付設した基板上に感光性樹脂で露光、現像
により流路溝を形成し、その後に蓋部材を設けることに
よって形成されるインクジェットヘッドにおいて、その
吐出性能のバラツキが許容される範囲内におさまるには
、記録に使用しない吐出口及び流路、いわゆるダミーノ
ズル、もしくは、それに相当するダミーパターンを設け
ればよいことを見い出した。しかしながら、ダミーノズ
ル、もしくはそれに相当するダミーパターンは、その領
域が少なすぎては、効果はなく、又、無制限に設けても
コストがかさむだけである。本発明者らは、上記結果か
ら、記録に使用する吐出口及び流路の領域の配列方向の
長さをＬｕとし、記録に使用しない吐出口及び流路いわ
ゆるダミーノズルの領域の片側だけの配列方向の長さあ
るいは、それに相当するダミーパターンの流路を満たす
ように、吐出口及び流路あるいはダミーノズル及びそれ
相当のダミーパターンがレイアウトされるならば、その
完成したインクジェットヘッドは、インク滴噴射速度の
バラツキが小さく、従って。

高画像品質の印字が得られることを見い出した。

すなわち。

Ｌｄ≧０．０１２６Ｌｕ＋０．４５８ を満足するようにヘッドを設計することにより、バラツ
キの少ない高品質の量産に適したヘッドが得られるわけ
である。なお、この実験式は、記録に使用される吐出口
及び流路の領域が３．３〜４３　、３　ｍ　ｍの領域で
、又、それらの配列密度が２００〜８００ｄｐｉにおい
て好適に適用されることをつけ加えておく。なお、説明
は、発熱体を用いるバブルジェットで行なったが、本発
明は、レーザあるいは放電エネルギーを利用する方法に
おいても適用される。

第１１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１図中、８１はレーザ発振器、８２は
光変調艶動回路、８３は゛光変調器、８４は走査器、８
５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８
２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８
６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１２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／ｉｎ）、又、紙９１の紙山（た
とえばＡ４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への画情報人力信号に従って強
弱の変調を受ける。変調を受けたレーザ光は１反射鏡８
８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０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に記録に行なわれる。

第１３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１４図乃至第２１図は、それぞれ第１３図に示した放
電電極の具体例を示す図で、 第１４１’ｉ４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１５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１６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１７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１６図
に示した例と同じであり、その変形実施例である。

第１８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、釘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１９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１８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、フォトエツチ
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。マルチアレイに特に威力を発揮する。

第２０図に示した例は、 第１９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１８図に
示したものよりも３次元的なガイドを付は加えた分だけ
安定する。

第２１図に示した例は、 第２０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１
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、記録
に使用しない吐出口及び流路、いわゆるダミーノズルを
設けることにより、さらにその設ける条件を最適化する
ことにより、最も生産効率の良いしかもバラツキの少な
い高性能ヘッドを量産できるようになった。又、そのヘ
ッドを使用することにより、非常に高画質の印字ができ
るようになった（請求項１に対応）。

必ずしもダミー領域のパターンは５吐出口及び流路と同
じ形状とする必要はなく、従って、フォトマスクが簡略
化され、低コストでできる。ダミー領域をある条件（本
発明の実験式）で設けることによる生産効率的効果ある
いは、高性能ヘッドが量産できるようになったこと及び
それを用いて高画質の印字ができるようになった点につ
いては請求項１に対応する作用効果と同じである（請求
項２に対応）。

【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
を説明するための構成図で、発熱体基板上に形成した吐
出口、流路、共通液室を示す図、第２図は、流路のダミ
ー領域を格子状にした他の実施例を示す図、第３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４図〜第８図は、第３図に示された原理
を用いた記録ヘッドの製作工程を説明するための図、第
９図は、製作終了後の記録ヘッドの斜視図、第１０図は
、第７図の工程のあとに保護膜を設けた図、第１１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１２図は、プリンターの一例を説明するための
図、第１３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１４図乃至第２１図は、それぞれ
第１３図に示した放電電極の具体例を示す図である。 １・・・基板、２・・・インク吐出圧発生素子、３・・
・薄膜。 ４・・・接着剤層、５・・・ドライフィルムフォトレジ
スト、６・・・フォトマスク、７・・・接着剤、８・・
・平板。 ９・・・溝、９−１・・・インク供給室、９−２・・・
インク液流路。 第１図 −ぷ 第 図 第 図 第 図 第 図 第 図 第 図 光 第 図 第 図 第 図 第 図 第 図 第 図 第 図 第 図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、記録液体を吐出して飛翔液滴を形成するための吐出
   口と、該吐出口に前記記録液体を導くための流路と、前
   記記録液体にエネルギーを作用させるためのエネルギー
   作用部とを有する液体噴射記録ヘッドにおいて、前記吐
   出口及び流路は、前記エネルギー作用部を付設した基板
   上に感光性樹脂で形成された流路溝を形成し、その後に
   蓋部材を設けることによって形成されて複数個配列され
   、該複数個のうち、実際に記録に使用されるのは、両端
   の数個〜数１０個をのぞいた中央付近の吐出口及び流路
   である液体噴射記録ヘッドであって、前記中央付近の吐
   出口及び流路の領域の配列方向の長さをＬｕ、記録に使
   用しない吐出口及び流路の領域の片側だけの配列方向の
   長さをＬｄとするとき、Ｌｄ≧０．０１２６Ｌｕ＋０．
   ４５８を満足することを特徴とする液体噴射記録ヘッド
   。 ２、記録液体を吐出して飛翔液滴を形成するための吐出
   口と、該吐出口に前記記録液体を導くための流路と、前
   記記録液体にエネルギーを作用させるためのエネルギー
   作用部とを有する液体噴射記録ヘッドにおいて、前記吐
   出口及び流路は、前記エネルギー作用部を付設した基板
   上に感光性樹脂で形成された流路溝を形成し、その後に
   蓋部材を設けることによって形成されて複数個配列され
   、その配列された領域の配列方向の長さをＬｕとし、前
   記吐出口及び流路の配列領域の両側に、前記吐出口及び
   流路とは異なる感光性樹脂で形成されたパターン領域を
   設け、該パターン領域の片側だけの前記吐出口及び流路
   の配列方向の長さをＬｄとするとき、Ｌｄ≧０．０１２
   ６Ｌｕ＋０．４５８を満足することを特徴とする液体噴
   射記録ヘッド。