JPH02187344A - 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】 ［ａ業上の利用分野］ 本発明は、インクジェット記録ヘッドに関し、特にイン
クを吐出するための吐出口が形成された吐出口形成部材
（以下、オリフィスプレート）を有したインクジェット
記録ヘッドに関する。

［従来の技術］ 上述したインクジェット記録へ、ラドとしては、圧電素
子の変形により液流路内に圧力変化を発生させて微小液
滴を吐出させるもの、あるいは更に一対の電極を設けて
、これにより液滴を偏向して吐出させるものが知られて
いる。さらには液路内に配設した発熱素子を急激に発熱
させることによって気泡を生ぜしめ、この気泡の状態変
化によって吐出口から液滴を吐出させるものが知られて
いる。

これらの中でも、発熱による熱エネルギーを利用して記
録液を吐出する方式のインクジェット記録ヘッドは、そ
の構造上記録用の液滴を吐出して飛Ｉｎ用液滴を形成す
るための液体吐出口（以下、オリフィスともいう）を高
密度に配列することができ、高解像力の記録をすること
が可能であること、また、記録ヘッドとして全体的なコ
ンパクト化も容易であること、さらには最近の半導体分
野における技術の進歩と信頼性の向上が著しいＩＣ技術
やマイクロ加工技術の長所を十二分に活用でき、長尺化
および面状化（２次元化）が容易であること等により、
マルチノズル化および高密度実装化が容易で、しかも大
量生産時の生産性が良く製造費用も廉価にできるものと
して特に注目されている。

このようなインクジェット記録ヘッドは、一般に微細な
インク吐出口（オリフィス）、インク？夜路、およびこ
のインク液路の一部に設けられる吐出エネルギー発生素
子を具えている。

そして、これらインクジェット記録ヘッドは、例えば、
ガラスや金属等の基板に切削やエツチング等により微細
な凹部（以下、溝という）が形成された基板（以下、天
板）と、吐出エネルギー発生素子が設けられた他の適当
な基板とを接着剤等により接合することによって形成さ
れる。また、複数のインク液路を有する場合には、これ
らインク液路に連通ずる共通液室を構成する溝が、イン
クが円滑かつ充分にインク液路内に供給され得るように
形成される。

ところで、上記共通液室はインクの吐出によって消費さ
れる量に応じて充分な量の記録液をインク液路内に供給
するためにその消費量に対して充分に余裕のある容積を
有することが望まれる。しかしながら、インク路の高さ
と同じ程度の高さを有する共通液室では実質的な記録液
の流動抵抗を小さくすることができず、容量的には余裕
があるものの充分な記録液の供給を行えないため、共通
液室の高さを液路の高さに対して充分大きくすることが
一般的な構成となる。

ところが、ガラスや金属の基板に微細な溝を形成する方
法では、インク路の高さに対して充分な高さを有する共
通液室を形成することが困難である。

また、エツチングを複数回繰返して共通液室のエツチン
グ量を多くし共通液室の高さを大きくすることもできる
が、この方法では工程が増加するためコストダウンや生
産性に対する要求に充分答えられるとはいえない。

そこで、従来は、共通液室部を別途製造し、接着剤等に
よってインク液路部分の終端部にその共通液室部を接合
することで所望の共通液室を形成することが行われてき
た。

この方法によれば、充分な共通液室容量も得やすいため
インクジェットヘッドの性能面から見れば好ましいが、
このように別途部品を接合する方法は同様に工程数の増
加、生産性の低下という問題を内在しており、より多く
のコストダウンを行うためにはまだ解決すべき点も有し
ている。

また、このような方法を用いた場合には接着剤の硬化収
縮に伴う応力の発生や位置ずれ、不完全密閉による記録
液のもれ、インク路内や共通液室内への接着剤の流れ込
みや目詰りなどが発生する場合があった。

このような問題°を解決するために、本願人は、例えば
特願昭６３−２７５７９９等において共通液室とインク
液路とを構成する溝が射出成型により一体に形成された
インクジェット記録ヘッドを提案してきた。

また、インクジェット記録ヘッドの一般的な構成として
、接合される基板と天板との濡れ性の違いに起因する吐
出インク鏑の吐出方向のずれを防止するため、吐出口面
を同一部材で構成することを目的としてオリフィスを有
したオリフィスプレートが設けられる。

このオリフィスプレートはその形状、材質等がインクジ
ェット記録ヘッドの吐出性能を左右する重要な要素であ
り、とりわけ、インクが吐出される吐出口としてのオリ
フィスは最も重要な部分となるが、前述したように、近
年の記録ヘッド製造技術の高度化に伴い、オリフィスの
微小化および高密度化が要求されるようになった。

これに対して従来から種々のオリフィス加工がなされて
きた。これら加工方法としては、例えば１）ドリルによ
る機織加工、２）放電加工による微細加工、３）Ｓｉの
異方性エツチングによる微細加工、４）フォトリソによ
りパターン化し、メツキにより得る方法、５）炭酸ガス
、　ＹＡＧレーザーによる微細加工などがある。

ところが、上述したような要求に基くインクジェット記
録ヘッドのオリフィスプレートを実現するには、従来の
オリフィス加工方法には種々の問題点があった。

例えば、前記従来例１）および２）の方法によっては、
オフイリス寸法の微小化が困難であるとともに、高密度
な複数のオリフィスを加工する上で効率が良くないなど
の問題点があった。また、３）の方法では、オリフィス
プレートとなるＳｉ材のコストが高く、加工時間が長い
という問題点があった。さらに、４）の方法では、フォ
トリソからメツキまでの製造工程が長く、基板やレジス
トなどの補助材料を使用しなければならない。

加えて、５）の方法は以下に説明する理由により上記要
求にかなう十分なオリフィスを製造できないものであっ
た。

すなわち、炭酸ガスレーザーおよびＹＡＧレーザーによ
る加工はそのレーザー出力が十分でなく、形成されるオ
リフィスの形状、精度とも十分でなかった。例えば、Ｙ
ＡＧ　レーザーによるオリフィスは形状が円形でなく、
また、レーザーにより十分に除去されない異物がオリフ
ィス周辺に付着する。また、オリフィスプレートの材質
および厚さによっては、オリフィスすなわち開口部が形
成されないこともあった。

また、炭酸ガスレーザーおよびＹＡＧレーザーによる加
工は１個所ずつオリフィスを加工していくため、複数の
オリフィスを加工するには時間がかかり、量産性に適し
ていなかった。

これに対し、樹脂等の部材を容易に、かつ高精度に加工
することが可能なエキシマレーザ−光によってオリフィ
スを加工する方法が、本願人により例えば特願昭６３−
２７５７９７等において提案されてきた。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、上述したインクジェット記録ヘッドの構
成に関する２つの特徴について、記録ヘッドのインク吐
出精度を向上する目的でより好ましい形態とする余地が
残されている。

すなわち、インク液室と共通液室とを構成するための溝
を一体に有した天板においては、インク吐出精度に多大
な彫りを及ぼす天板の剛性、放熱性、さらには成形寸法
の精度を向上させる必要がある。

また、エキシマレーザ−光でオリフィスを加工する方法
においては、オリフィスの加工されたオリフィスプレー
トを貼り合わせる場合、またはオリフィスプレートを貼
り合わせた後オリフィスを加工する場合にインク液路と
オリフィスとの位置合わせ精度が問題となる。

本発明は上述した観点に鑑みてなされたものであり、そ
の目的とするところは一体に形成される天板の放熱性、
剛性および成形寸法精度、およびオリフィスプレート（
吐出口形成部材）に形成されるオリフィス（吐出口）と
インク液路との位置合わせ精度を向上させ、これにより
インクの吐出精度を向上させることが可能なインクジェ
ット記録ヘッドを提供することにある。

［課題を解決するための手段］ そのために本発明では、複数の吐出口の各々に対応して
設けられるインク液路およびインク液路に供給されるイ
ンクを貯留する共通液室を構成するための凹部が形成さ
れる天板と、インク液路の一部に配される吐出エネルギ
ー発生素子を有した基板とを接合し、接合によって構成
されるインク液路に連通ずる開口が配された開口配設面
に接合され、開口に対応して設けられたインクを吐出す
るための吐出口を有する吐出口形成部材を具えたインク
ジェット記録ヘッドにおいて、天板は添加剤が添加され
た樹脂を用い射出成型により一体に形成され、吐出口形
成部材は透明材質であることを特徴とする。

［作　用］ 以上の構成によれば、記録ヘッド製造時における成形寸
法精度および吐出口とインク液路との位置精度を向上さ
せることが可能となる。また、記録ヘッドの剛性や放熱
性が向上する。

［実施例］ 以下、図面を参照して本発明の実施例を詳細に説明する
。

第１図は本発明の一実施例に係るインクジェット記録ヘ
ッドを示し、インクタンクを一体としたディスポーザブ
ルなものである。

図において、４はインク液路および共通液室を構成する
ための凹部（以下、溝）を一体に形成した天板であり、
この天板４と、吐出エネルギーを発生するための電気熱
変換体（以下、吐出ヒータ）およびこれに電気信号を供
給するためのＡ℃配線とが成膜技術によってＳｉ基板上
に形成された後述の基板（以下、ヒータボード）とを接
合することによって記録ヘッド本体を構成する。この接
合によって形成されるインク液路の開口を配する開口配
設面には、オリフィスプレート６が貼り合わされる。

また、図中１は記録ヘッド本体に隣接して配設されるサ
ブインクタンクであり、このサブインクタンク１および
上記主要部はＭ２および３によって支持される。さらに
、１ｏｏｏはカートリッジ本体、１１００はカートリッ
ジ本体の蓋部材である。

カートリッジ本体内部にはインクタンクが内蔵され、サ
ブインクタンクｌに適宜インクを供給する。

第２図は第１図に示した天板４を示す斜視図であり、こ
の天板４は共通液室用溝４０３とインク液路用溝４０２
とを一体に有する樹脂成形体である。

樹脂材料としては耐インク性の優れたポリエーテルサル
フォン、ポリエーテルエーテルケトンなどを用い、その
中でも成形のために流動性のよい（ｍｅｌｔ　ｆｌｏｗ
　ｒａｔｅ　１０３７１０分以上）材料を用い、成形さ
れる前に予め金属粉またはセラミック粉を添加する。こ
れにより、天板の放熱性、剛性が向上し、また成形時に
おける樹脂の収縮率が低下に、成形精度が向上する。

成形機は市販の射出成形機を用いるが、微細な形状を精
度よく転写するため射出圧力２０００ｋｇ／ｃｍ’以上
の能力を有する成形機を用いる。また、プラスチックの
流動性を高めるためシリンダ温度は４００℃以上に加熱
する。

金型は第２図に示す天板４と対になる形状の金型を用い
る。また、転写性を良くするため金型を材料の熱変形温
度以上に加熱できるようにヒータ、熱媒体等を金型内に
設ける。なお、金型の樹脂充填部を真空ポンプ等により
減圧し転写性を高めることも有効である。

第２図に示す溝幅ａは、本例の記録ヘッドが１ｍａ＋当
り１６個の吐出口を有するため３２μｍとし非溝部の幅
すは３１．５μｍとする。従って金型の、溝部に対応す
る凸部の幅を３１．５μｍとした。

金型で成形された天板４は精密に洗浄された後に第３図
に示す如く、Ｓｉで形成される基板に吐出エネルギー発
生素子としての電気熱変換体１０１　ｋ・配設したヒー
タボード１００と接合し、記録ヘッド本体８を構成する
。なお、ヒータボードはガラス、セラミックス、プラス
チックあるいは金属等で形成することもできる。１０は
インク液路４ａの開口が配される開口配設面であり、こ
の間口配設面にオリフィスプレート６が貼り合わされ、
オリフィスとインク液室とが連通ずる。

なお、上側においては、天板を形成する樹脂に添加剤を
一様に分散するものとしたが、２色成形により微細な構
造のインク液路部には、添加剤を分散せず、樹脂の平滑
性を保ち、共通液室部に添加剤を分散することにより天
板の剛性を保ち、さらにインクの蓄熱を共通液室部にお
いて効率よく放熱することができる。

また、吐出エネルギー発生素子としては電気熱変換体に
限られるものではなく、圧電素子が発生する機械的振動
によってインクを吐出するようにしてもよい。

Ｓ４図は第１図に示した記録ヘッド本体とこれに隣接す
るサブインクタンクの模式的斜視図である。図中、４は
上述した天板、１００゛はヒータボードである。天板４
の溝部とヒータボード１００の上面とによりインク液路
４ａが複数個形成される。６はインク液路４ａに対応し
たオリフィス（吐出口）６ａが形成されたオリフィスプ
レートである。

オリフィスプレート６は、オリフィス６ａが加工された
後、インク液路４ａとの位置を合わせながらインク液路
４ａの開口が形成される開口配設面ｌＯに貼り合わされ
る。この際オリフィスプレート６が不透明な材料である
と、位置決めが困難であるため、第５図に示したように
位置がずれて貼り合わされる場合があるが、本例ではオ
リフィスプレートにＰＥ５（ポリエーテルサルフオン）
　、　ＰＥＥＫ　（ポリエーテルエーテルケトン）、ま
たはＰＳＦ　（ポリサルフオン）等の透明樹脂材料を使
用することにより、インク液路４ａの位置を確認しなが
らオリフィス６ａとの位置決めを容易に行うことができ
るため、位置ずれはほとんど生じない。

また、同様にオリフィスプレート６を開口配設面に貼り
合わせた後、オリフィス６ａをレーザー加工する場合に
おいても、オリフィスプレート６が透明であれば容易に
、しかも正確に加工すべき位置を確認することができる
。

［発明の効果］ 以上の説明から明らかなように、本発明によれば、記録
ヘッド製造時における成形寸法精度および吐出口とイン
ク液路との位置精度を向上させることが可能となる。ま
た、記録ヘッドの剛性や放熱性が向上する。

この結果、インク吐出の精度が向上し、より高精細な画
像を記録することのできるインクジェット記録装置を得
ることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に係るディスポーザブル形態
のインクジェット記録ヘッドの外観斜視図、 第２図は第１図に示したインクジェット記録ヘッドを構
成する天板の斜視図、 第３図は第２図に示した天厳と吐出エネルギー発生素子
を有した基板とを接合した状態を示す斜視図、 第４図は本発明の一実施例に係り、オリフィスプレート
が記録ヘッドに貼り合わされる状態を示す模式的斜視図
、 第５図はオリフィスとインク液路との位置関係を示す説
明図である。 ４・・・天板、 ４ａ・・・インク液路、 ６・・・オリフィスプレート、 ６ａ・・・オリフィス、 ８・・・インクジェット記録ヘッド本体、１０・・・開
口配設面、 １００・・・ヒータボード、 １０１・・・電気熱変換体、 ４０２・・・インク液路用溝、 ４０３・・・共通液室用溝。 第２図 第 図 第 図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）複数の吐出口の各々に対応して設けられるインク液
   路および該インク液路に供給されるインクを貯留する共
   通液室を構成するための凹部が形成される天板と、前記
   インク液路の一部に配される吐出エネルギー発生素子を
   有した基板とを接合し、当該接合によって構成される前
   記インク液路に連通する開口が配された開口配設面に接
   合され、前記開口に対応して設けられたインクを吐出す
   るための吐出口を有する吐出口形成部材を具えたインク
   ジェット記録ヘッドにおいて、 前記天板は添加剤が添加された樹脂を用い射出成型によ
   り一体に形成され、前記吐出口形成部材は透明材質であ
   ることを特徴とするインクジェット記録ヘッド。 ２）前記天板の形成において、前記共通液室が構成され
   る部位に前記添加剤を添加し、前記インク液路が構成さ
   れる部位には前記添加剤は添加しないことを特徴とする
   請求項１に記載のインクジェット記録ヘッド。 ３）前記添加剤は金属粉またはセラミック粉であること
   を特徴とする請求項１または２に記載のインクジェット
   記録ヘッド。 ４）前記吐出エネルギー発生素子は電気熱変換体である
   ことを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の
   インクジェット記録ヘッド。 ５）前記吐出エネルギー発生素子は熱エネルギーを前記
   インクに作用させる形態を有することを特徴とする請求
   項１ないし３のいずれかに記載にインクジェット記録ヘ
   ッド。