JPH0234786B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、記録液を吐出オリフイスから吐出さ
せ、液滴として飛翔させる記録ヘツドの改良に関
する。

ノンインパクト記録法は、記録時に於ける騒音
の発生が無視し得る程度に極めて小さいという点
で、最近関心を集めている。その中でも特に、高
速記録が可能であり、しかも、普通紙に特別の定
着処理を必要とすることなく記録の行えるインク
ジエツト記録法は、極めて有力な記録法であると
認められている。このインクジエツト記録法には
これ迄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。

記録液を吐出オリフイスから吐出させる為のエ
ネルギーの作用としては静電引力、機械的振動に
よる圧力変化、熱エネルギーによる圧力変化等
種々のものが利用される。

例えば記録ヘツドと吐出オリフイスの前方に設
けられた電極との間に高電圧を印加し、吐出オリ
フイスから記録液（いずれの形式でも水或いは各
種溶剤に各種染顔料を分散・溶解したものを主成
分とする）の液柱を静電吸引的に発生させ、必要
に応じて発生させた液滴を電界制御する方式；連
続振動発生法によつて帯電量の制御された液滴流
を発生させ、該液滴流を、一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
上に記録を行う方式；液室（通常機械的な振動を
発生させるピエゾ振動子等が設けられている）と
その前方の帯電電極との間に電界を印加し、連続
振動発生法により液滴を帯電した霧状となし、印
加電界強度を変えることで霧化状態を制御する方
式；或いは、液室に付設されているピエゾ振動素
子の機械的振動によつて、必要時に記録液を吐出
させる方式等が知られている。

又別に、これ等、第１乃至第４の方式とは原
理・思想を異にする新規記録方式も、本件出願人
の先願（つまり、特願昭52−118798号）に於いて
提案されている。この新規方式は、要するに、液
室内の記録液に熱エネルギーを与えて前記記録液
に体積膨張、気泡の発生等の状態変化を発生さ
せ、該状態変化に基づく圧力変化を吐出オリフイ
ス方向に伝えて記録液を吐出オリフイスから吐出
させるものである。

ところで以上に例示した各種インクジエツト記
録方式に就いて、何れにも共通する、解決される
べき技術的課題が今もなお残されている。

その１つは記録をより高速化する目的から、
吐出オリフイスをマルチアレイにした記録装置
を開発することであり、 又、そのとき、印字品位の向上と、記録画の
解像度を向上させる目的から均一化された液滴
を高密度に安定して吐出させることのできる記
録装置を開発する必要がある。

更には、高精度の細密構造を備えた記録装置
を完成させねばならない。

しかしながら、斯かる記録装置に対し要求され
るこれ等の条件を満足させるのは、特に、その実
際の製造上から見て、容易なことではない。

たとえば、従来法のように、細孔を以て１つの
ノズル状の液室を構成し、その複数個を合体して
マルチアレイ型式の記録装置を完成するには、そ
れが極めて微細なものであるだけに、高度の技術
力を要する。

そして、その各構成要素が均質であることを要
求されるから、それを歩留り良く製造することは
容易でない。

このように、各構成要素自体が微細、且つ精密
である記録装置をマルチアレイ構造とする場合に
は、より一層の技術的困難さを伴なうものであ
る。

この様な事情に鑑み、本発明に於いては、上記
項乃至項に挙げた課題を満足させる記録ヘツ
ドを提供すること、特に構造が簡単で、その製造
が簡略にして精度良く行なわれると共に、高精度
で良品位の記録を可能にする記録ヘツドを提供す
ることを目的とする。

又、本発明に於いては、その製造を容易に、し
かも精度良くすることができるマルチオリフイス
の記録ヘツドを与えることも目的とする。

更に又、熱エネルギーを作用させる手段を駆動
する通電手段が簡略化され、マトリクス駆動に好
適な記録ヘツドを与えることも目的とする。

基板上に絶縁層を介して形成された記録液に対
する発熱作用部と該発熱作用部に接続される一対
の電極リードとを有し、前記発熱作用部が記録液
の吐出口に連通している前記記録液の流路に配設
されてなる記録ヘツドにおいて、前記一対の電極
リードのうち一方を前記絶縁層の上面に設けると
ともに他方を前記絶縁層の下面に設けたことを特
徴とするものである。

この様に吐出エネルギーを発生する手段に信号
（電気信号）を印加する為の電極、リード、端子
等の通電手段が、基板上の絶縁層をはさんで積層
された導電層から成つていると、端子の設置場所
が特定の位置に限られず、装置の構成上に都合の
良い位置が選定できること、マルチオリフイスか
ら選択的に液滴を発生させる場合に、１つの基板
上の狭い領域に多くのリード端子を設ける必要が
なくなること、殊に電気熱変換体が設けられた基
板と、液室を与える多数の溝が形成された溝つき
板とを係合一体化する構造のヘツドでは、微細な
吐出オリフイス近傍を閉塞させる原因がとり除か
れ、吐出安定性が向上するのみならず、実装上の
簡略化がはかれること等の利点を生ずる。ここ
で、図示実施例に従つて本発明を詳細に説明す
る。

先ず、第１図及び第２図を用いて本発明の一実
施例に就き説明する。

なお、第１図は記録ヘツド部のみを説明の便宜
上、分解図で描いたものであつて、記録液の供給
系、或はこのヘツドの駆動回路等の詳細は図示し
ていない。又、第１図の記録ヘツドでは、実際に
は、電気熱変換体の発熱要素としての発熱抵抗体
２−１，２−２，……２−ｎを絶縁層１１上に設
置した導電性基板１と、記録液を収容する液室す
なわち流路となる長尺溝３−１，３−２，……３
−ｎを設けた溝付き板４とを互に発熱抵抗体−長
尺溝が対応位置にするようにして接合し一体化さ
れている。

絶縁層１１は、電気的絶縁を目的とするのみな
らず、発熱抵抗体が発生する熱の流量制御の為の
蓄熱層としても機能している。

そして基板１上に形成された発熱抵抗体２−
１，２−２，……２−ｎには、更に該抵抗体に選
択的に電気信号を印加する為の選択電極（リー
ド）５−１，５−２，……５−ｎと、共通電極
（リード）６−１，６−２，……６−ｍ等が接続
され、これらの部位は記録液に対する発熱作用部
を構成している。

この共通電極は、発熱抵抗体２−１，２−２，
……２−ｎのすべてに共通に設けても良いし、複
数個の発熱抵抗体をユニツトとしてユニツト毎形
成しても良い。いずれにしても導電性基板を信号
印加用の電極（リード）として利用することがで
きる。

更に、信号印加用の手段として、基板１に於い
て吐出オリフイスが形成される箇所と反対側に
は、共通電極（リード）用のリード端子６′−１、
６′−２，……６′−ｍがすべての発熱抵抗体に対
し共通に、或いは所定数の発熱抵抗体毎に設けら
れる。一方選択電極（リード）には、電極の引き
出し途中でマトリクス配線７が組まれ、そこから
ｎ個より少ないｌ個の選択電極用端子８−１，８
−２，……８−ｌが形成される。

この様にして、信号を印加する為の通電手段と
しての共通電極（リード）端子６′−１，６′−
２，……６′−ｍ（又は基板１自体）と選択電極
（リード）５−１，５−２，……５−ｎとが、基
板１上の絶縁層を挾む形で形成されている。従つ
て多数の電極、端子等を１つの面内で形成する方
法に比べ、基板面の構成が簡略化されるという利
点がある。

尚、記録ヘツドには、貯蔵層・供給管等（不図
示）から供給されてくる記録液をヘツド内に導入
する為の管１０がが適当な場所に設けられる。

次に第２図ａは、上記構成の基板１を鎖線Ｘ−
Ｙに沿つて切断した断面図を示している。

この図から明らかな様に発熱抵抗体２−ｉは基
板１上に絶縁層１１を介して形成され、又該抵抗
体に信号を印加する為の共通電極となる導電層と
選択電極となる導電層とが絶縁層１１を介して異
なつた面内に多層電極として形成されている。

第２図ｂは、本発明記録ヘツドの別の実施態様
であり、絶縁性の基板上に導電層１２を形成し、
これを信号印加用の導電層即ち電極として利用す
る例である。

導電層の材料ひは、Al、Au等の金属が、又発
熱抵抗体の材料としては、ZrB₂、HfB₂、Ta₂N、
Ｗ、Ni−Cr、厚膜抵抗体（Pd−Ag系、Ru系等）
SnD₂等通常の抵抗体が使用される。

基板１としては、第２図ａの様な態様の場合に
は、各種金属・結晶性Si基板等、第２ｂの様な態
様では、熱伝導性の良好なセラミクス基板が好ま
しく使用される。

尚、導電層６−２，５−ｉ、発熱抵抗層２−ｉ
等の表面には、記録液との接触による化学反応、
電流リーク、機械的な摩擦等を防止する目的で薄
い絶縁保護層を設けたり、或いは長時間の連続記
録性を向上させる為に基板に冷却手段を付設する
ことも望ましい。

尚、上記いずれの例に於いても、共通電極（リ
ード）を絶縁層の下側に、選択電極（リード）を
絶縁層の上側にそれぞれ形成しているが、共通電
極及び選択電極の上下の位置関係を逆にしても良
い。

或いは、電極（リード）と、端子との接続に
は、第２図ｃに示す様なスルーホール１３を用い
ても良いし、又、数多くの選択電極（リード）を
１つの面内に更に余裕をもつて形成する為に、電
極となる導電層及び絶縁層を複数交互に設けると
いう様な方法も採用されうる。

第１図に示す記録ヘツドの駆動状況を簡単に述
べると、不図示の記録液供給系から管１０により
各長尺溝３−１，３−２，……３−ｎに記録液が
導入された後、上記端子８−１，８−２，……８
−ｌ及び６′−１，６′−２，……６′−ｍを介し
て発熱抵抗体２−１，２−２，……２−ｎに選択
的に信号（通常、パルス変換器によつてパルス状
とされている）を入力する。すると信号の入力に
従つて、発熱抵抗体２−１，２−２，……２−ｎ
が熱パルスを発生し、記録液は該熱エネルギーの
作用を受けて体積膨張・気化等の状態変化を生じ
る。該状態変化による圧力変化は、基板１の前縁
部９及び溝つき板の溝の端部で形成される吐出オ
リフイスの方向に伝わり、該圧力変化が記録液を
吐出させる為の作用力となつて、吐出オリフイス
から記録液が液滴として吐出・飛翔する。前記作
用力の強度を変えることにより、液滴の径が変わ
り、信号に応じた記録がなされる。尚、作用力の
強度は、情報として発熱抵抗体に入力される電気
エネルギー量、そこで変換された熱エネルギーの
伝達効率、抵抗体のエネルギー変換効率、オリフ
イスの径、溝の内径、オリフイスの位置より抵抗
体までの距離、インクに加えられる作用力、作用
を受ける記録液の量・記録液の比熱、熱伝導率、
沸点、蒸発潜熱等に依存して決まる。

熱エネルギーを記録液に作用させるタイプの記
録ヘツドでは、熱エネルギーを付与する場所と吐
出オリフイスとの距離が大きくなると、液滴の不
安定吐出が起こりやすくなることがあり、吐出オ
リフイス近傍に電極及びその取り出し用の端子を
設けることはあまり好ましくない。本発明記録ヘ
ツドでは、吐出オリフイスの近くに電極（リー
ド）の取り出し端子の設置スペースを必要とせ
ず、吐出安定性の向上がはかれるとともに又非常
に多数の吐出オリフイスが配列された場合に、電
極（リード）の取り出し端子の構成が単純化さ
れ、実装上に於いても良好な結果が得られるもの
である。

実施例 １ 第２図ａに示す構造の基板を用いて、記録ヘツ
ドを作成した。但し、基板１；高抵抗シリコンウ
エハーに低抵抗シリコンをエピタキシアル生長し
たウエハー（0.6mm厚）、絶縁層１１；SiO₂（5μ
厚）、抵抗層２−ｉ；ZrB₂（厚さ800Å）、導電層
（電極６−２，５−ｉ）；Al（1000Å）の順に積層
した。その後巾40μｍ、長さ100μ、ピツチ120μｍ
の発熱抵抗体及び所定パターンの共通電極・選択
電極をフオトエツチングで形成した。

尚、共通電極は、熱酸化層により発熱抵抗体30
個毎に分離された構造となつている。

この上に更にSiO₂層（厚さ1μｍ）を積層し、
発熱抵抗体を有する基板構造物とした。

一方、ガラス板（厚さ１mm）に、巾40μｍ、深
さ40μｍの溝状パターンをピツチ120μｍで形成し
た。

次いで前述の基板と溝付き板とを接着一体化す
ることにより記録ヘツドとした。

この様にして得られた装置に記録液を供給しつ
つ、発熱抵抗体に40V、巾10μSの矩形波を500μS
周期で印加したところ、信号に応じて安定した液
滴吐出が為された。

実施例 ２ 第２図ａに示す断面を有する基板を次の要領で
作成し記録ヘツドに用いた。

即ち、結晶性シリコン基板（巾５mm長さ1.5cm
比抵抗10^-2Ωcm）の表面に厚さ5μｍの熱酸化層
（SiO₂層）を形成した。但し、上記基板の長方形
の短い方の辺の一端は、第２図ａに示す様に酸化
層を形成しなかつた。実施例１とほぼ同じ手順に
より発熱抵抗体、電極、端子、保護層等を形成し
た。

この様な基板を40コ作成し、それらの長辺を第
１図に示す様に互いに硬化性接着剤（比抵抗＞
10⁹Ωcm）で接着した。又実施例１と同様の溝つ
き板を、上記発熱抵抗体を有する基板と位置合わ
せをして一体化した（ノズル数1200本）。

実施例１と同様の条件でＡ−４サイズの記録紙
上に記録を行なつたところ、極めて高速で且つ良
好な記録が得られた。

以上本発明の特に好適な例として、熱エネルギ
ーの作用を利用した記録液吐出方法を説明した
が、ピエゾ振動素子その他の記録液を吐出させる
為の手段を用いた記録ヘツドに於いて、該手段に
電気信号を入力する為の電極、電極取り出し端子
に対しても、本発明は同様に有効な技術になり得
ることを示唆している。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明記録ヘツドの概要を示す説明
図。第２図ａ，ｂ及びｃは本発明の態様図。 図に於いて、１，１′……基板、２−１，２−
２，…，２−ｉ，…，２−ｎ……発熱抵抗体、３
−１，３−２，…３−ｉ，…３−ｎ……溝、４…
…溝付き板、５−１，５−２，…５−ｉ，…５−
ｎ……選択電極（リード）、６−１，６−２，…
６−ｍ……共通電極（リード）、６′−１，６′−
２，…，６′−ｍ……共通電極用端子、７……マ
トリクス配線、８−１，８−２，…８−ｉ，…８
−ｌ……選択電極用端子、９……前縁部、１０…
…管、１１……絶縁層、１２……導電層、１３…
…スルーホール。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 基板上に絶縁層を介して形成された記録液に
   対する発熱作用部と該発熱作用部に接続される一
   対の電極リードとを有し、前記発熱作用部が記録
   液の吐出口に連通している前記記録液の流路に配
   設されてなる記録ヘツドにおいて、前記一対の電
   極リードのうち一方を前記絶縁層の上面に設ける
   とともに他方を前記絶縁層の下面に設けたことを
   特徴とする記録ヘツド。