JPH0245151A - 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１ 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
飛翔させるようにした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６２−２２５３８８号公報所載のものがある。

これは、一対の絶縁性基板にてスリット状のインク室が
形成されるヘッド本体を構成し、一方の絶縁性基板のイ
ンク吐出部に対応した箇所には画像情報に応じた熱信号
印加用の発熱素子を画素密度に応じて配列する一方、こ
の発熱素子上には絶縁層を介してインク吐出部のインク
に対しインク吐出方向に向う静電界形成用の静電誘導電
極を配設したものがある。

このタイプによれば、インク吐出部内のインク単位領域
に画像情報に応じた熱信号を印加すると、対応するイン
ク単位領域の粘度、表面張力が低下して臨界飛翔状態に
なり、静電誘導電極に基づく静電界の誘引作用により臨
界飛翔状態になったインク単位領域が飛翔するのである
。

［発明が解決しようとする課題］ ところが、このようなインクジェット記録ヘッドにおい
ては、印字する画像パターンによって印字ドツトの径寸
法が若干ばらついたり、印字ドツトが若干蛇行するとい
う現象が見られた。特に、このような問題は低粘度のイ
ンクを使用した場合に顕著であり、極端な場合には隣接
するインク柱がつながってしまうというブリッジ現象も
見られ、画像品質を維持する上で問題になる虞れがあっ
た。

そこで、本願発明者らは上述した現象を分析し、以下の
ような結論に到達した。

すなわち、孤立状態の印字ドツト琴形成する場合には、
孤立ドツトに対応する着目発熱素子のみが発熱し、着目
インク単位領域Ｍに所定の熱信号が印加され、着目イン
ク単位領域Ｍの温度分布は第８図に実線で示すようにな
る。一方、隣接した位置関係で印字ドラ１−を形成する
場合には、隣接ドツトに対応する発熱素子が夫々発熱し
、対応インク単位領域に夫々所定の熱信号が印加される
が、着目インク単位領域Ｍには、隣接発熱素子からの熱
エネルギの一部が供給され、この着目インク単位領域Ｍ
の温度分布は第８図に点線で示すようになる。

このとき、両者の着目インク単位領域Ｍの温度分布を比
較してみるに、隣接した位置関係で印字ドツトを形成す
る場合の方が孤立状態の印字ドツトを形成する場合より
も着目インク単位領域Ｍに供給される熱エネルギ量が多
くなるため、その分だけ、着目インク単位領域Ｍのうち
飛翔可能な臨界温度Ｔ（以下臨界飛翔温度という）に達
する領域Ｎが広くなる。このため、インクの飛翔動作時
において、隆起するインク柱の大きさ自体が変化し、記
録シートに接触転移する印字ドツト径がばらつくという
事態につながると考えられる。

また、上記インク単位領域Ｍは加熱されて臨界飛翔状態
になった後、所定の静電界によって記録シート側へ隆起
するが、このとき、上記インク単位領域の一部はインク
室のスリット長手方向にも拡散しようとするため、イン
ク単位領域Ｍの吐出方向が若干偏位し、印字ドツトの蛇
行現象につながるものと考えられる。

この発明は、以上の問題点に着目してなされたものであ
って、各インク単位領域への熱エネルギの供給量を一定
にすると共にインク単位領域の吐出方向を規制し、もっ
て、記録シートに形成される印字ドツト径の均一化を図
り、しかも、印字ドツトの蛇行現象を防止できるように
したインクジェット記録ヘッドの改良に関する。

［課題を解決するための手段］ すなわち、この発明は、スリット状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素子を画素
密度毎に配列する一方、インク室内にはインク吐出部内
のインクに対しインク吐出方向へ向う静電界形成用の静
電誘導電極を配設してなるインクジェット記録ヘッドを
前提とし、上記発熱素子が配列された側の絶縁性基板に
は、各発熱素子の隣接領域にてインク室のスリット幅よ
り狭い寸法の仕切り突部を設けたものである。

このような技術的手段において、ヘッド本体としては、
スリット状のインク室を右し、しかも、発熱素子や静電
層Ｓ電極を装備し得る構造のものであれば、一対の平板
状の絶縁性基板間にスペーサ部材を介在させて接合する
ようにしてもよいし、また、一対の平板状の絶縁性基板
の一方側に適宜のスペーサ部を一体的に形成し、両者を
接合させるようにする等適宜設計変更して差支えない。

また、発熱素子の素材としては抵抗体、その他所望の発
熱特性を有するものであれば適宜選択して差支えなく、
発熱素子の形状についてもインク単位領域に対して効率
良く熱エネルギを与えられるものであれば適宜設計変更
して差支えない。また、静電誘導電極については導電性
素材であれば適宜選択することができ、しかも、その配
設位置については上記発熱素子上に絶縁層を介して重合
させてもよいし、発熱素子に対向する側の絶縁性基板に
配置するようにしてもよい。この場合において、静電誘
導電極を配設するに際し、配設作業性を考慮すると、一
方の絶縁性基板側に発熱素子と合せて静電誘１電極を配
設する方が好ましく、更に、発熱素子からの熱エネルギ
を対応するインク単位領域に効率良く伝達するという観
点からすれば、発熱素子に対応したパターンに静電誘導
電極を形成することが好ましい。

更に、上記仕切り突部のインク室の深さ方向寸法及び厚
さ寸法については、インク吐出部におけるインクの飛翔
動作を損わない範囲で、しかも、隣接する発熱素子から
の熱エネルギの供給を阻止し得る範囲であれば適宜設定
して差支えない。具体的には、仕切り突部のインク室の
深さ方向寸法については、少なくとも発熱素子の発熱領
域に対応した箇所を含み、その発熱領域から更に５０μ
ｍ程度が好ましく、また、上記仕切り突部の厚さ寸法に
ついては、スリット幅の１／２程度が好ましい。また、
仕切り突部の形成方法については、感光性ポリイミド樹
脂をパターン化したり、リストンフィルム（デュポン社
）等の感光性ドライフィルムを張付ける等適宜設計変更
して差支えなく、仕切り突部の構成素材については、上
記感光性ポリイミド樹脂等１．少なくとも耐熱、耐溶剤
性のあるもので、しかも、パターン化し得るものであれ
ば適宜選択することができる。この場合において、一方
の絶縁性基板側に発熱素子及び静電誘導電極を配設する
タイプにおいて、両者間の絶縁層の一部をパターン化し
て仕切り突部とすれば、仕切り突部を構成するための独
自の工程が不要になり、製造工程が不必要に面倒になる
という事態を有効に防止することが可能になる。

［作用］ 上述したような技術的手段によれば、ヘッド本体の構成
部材である絶縁性基板に配列された各発熱素子間に夫々
仕切り突部が形成されており、上記仕切り突部は、第一
に、隣接する発熱素子の影響を受けずにインク柱の形状
を規制するよう機能し、第二に、各インク単位領域をイ
ンク吐出方向へ積極的に導く案内壁として機能する。

［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。

実施例１ 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と１と、インク室４の出
口側に位置するインク吐出部４ａ内のインク５に対し画
素密度に応じて熱エネルギを印加する熱エネルギ印加手
段１０と、インク吐出部４ａに対向して配置される対向
電極（図示せず）との間でインク吐出部４ａ内のインク
５に上記熱エネルギの印加タイミングに同期した静電界
を作用させる静電誘導電極３０とを備えている。

この実施例において、上記絶縁性基板２，３は例えばア
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
ＳｉＯ２からなるグレーズ６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３０μ工程度のイ
ンク吐出部４ａと、このインク吐出部４ａより幅広のギ
ヤツブ１鑓程度のインク溜め部４ｂとで構成されている
。

また、熱エネルギ印加手段１０は、インク吐出部４ａに
対応した絶縁性基板２の内面部に画素密度（この実施例
では８ビット／ｍ）毎に例えば矩形状に形成された発熱
抵抗体（この実施例では幅寸法６４μｍ、奥行き寸法１
９０μｍ）１１と、この発熱抵抗体１１に図示外の画像
制御ユニットからの画信号に応じた制御信号を供給すべ
く絶縁性基板２の内面部に形成される通電用電極１２と
を備えている。尚、この実施例においては、ヘツド本体
１端部は切断若しくは研磨されて平面度を保つようにな
っており、発熱抵抗体１１はヘッド本体１端部から５０
μｍ離間した位置に設定されている。

この実施例において、上記発熱抵抗体１１は、例えば窒
化タンタルＴａ、、Ｎを反応性スパッタリング法により
成膜し、ホトリソプロセスにて成膜された窒化タンタル
層をパターン化した後、反応性イオンエツチング法によ
りエツチング処理したものである。また、上記通電用Ｎ
極１２としては例えばＮｉＣｒ等の接着層上に例えば全
導電層を積層したものが用いられ、この通電用電極１２
の製法としては、絶縁性基板２の内面上に接着層用の下
層及び金ＩＪ電層用の上層を所定厚で順次真空蒸着した
後、これを７オトリソエツチング処理法にて所定のパタ
ーンに形成したものが用いられる。

更に、上記発熱抵抗体１１及び通電用電極１２は絶縁層
２０で被覆されており、この絶縁層２０は例えばＲＦス
パッタリング法により形成された約２μｍ厚のＳ　＋　
０２にて構成されている。

更にまた、上記絶縁層２０上には静電誘導電極３０が配
設されている。この実施例においては、上記静電誘導電
極３０は、発熱抵抗体１１の配設パターンに対応して設
けられる矩形状の主電極部３１と、各主電極部３１から
インク室４の深さ方向へ延びる線幅の狭い連結用電極部
３２と、各連結用Ｎ極部３２の基端部に接続されて各連
結用電極部３２と直交する方向へ延びる共通電極部３３
とで構成されている。そして、この実施例で用いられる
静電誘導電極３０は、Ｃｒを約５００人、Ｃｕを約ｉｏ
、ｏｏｏ人、Ｃｒを約５００人類次蒸着し、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。

また、この実施例においては、上記一方の絶縁性基板２
の発熱抵抗体１１間には感光性ポリイミド樹脂からなる
仕切り突部４０が形成されている。

この仕切り突部４０はヘッド端部１からインク室４の奥
行き方向へ延設されるもので、その寸法関係は幅４０ｕ
ｍ、長さ３００μｍ、厚さ１５μｍになっている。そし
て、この仕切り突部４０の製造方法としては、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ＵＲ３１４０）を上記絶縁層２０上の所定箇所にスピ
ンコード法により塗布し、８０℃、６０分の熱処理（プ
リベーク）を行った後、上記仕切り突部形成領域以外の
領域に対して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、次いで、窒素雰囲気下１８０℃で
３０分、３００℃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。

更にまた、この実施例において使用されるインク５とし
ては室温粘度が１２０ｃｐｓ程度のものが用いられる。

従って、この実施例に係るインクジェット記録ヘッドに
よれば、第４図に示すように、通電用電極１２を通じて
注目発熱抵抗体１１ａに画信号に基づく制御信号が印加
されると、この注目発熱抵抗体１１ａが発熱して所定の
熱エネルギＱが対応するインク単位領域Ｍａへ供給され
る。そして、上記制御信号の印加タイミングに同期して
、静電誘導電極３０と図示外の対向Ｎ極との間にインク
誘引用の静電界Ｓが作用すると、各インク単位領域Ｍの
うち臨界飛翔温度に達した領域が記録シート５０側へ隆
起し、インク柱５ａの先端が記録シート５０に接触転移
して印字ドツトＤが形成されるのである。

しかしながら、隣接する発熱抵抗体１１ｂが発熱すると
、この発熱抵抗体１１ｂに対応するインク単位領域Ｍｂ
に熱エネルギＱが供給され、その一部ΔＱが隣接するイ
ンク単位領域Ｍａ側へ拡散移動する。そのため、臨界飛
翔温度に達する領域は、印字する画像パターンに影響さ
れるのであるが、この実施例のように、仕切り突部４０
を設けることにより、インク柱の形状、殊にスリット長
手方向の曳糸の幅が規制されるため、飛翔し得るインク
量が温度の影響を受は難い。

また、各インク中位領域Ｍのインク室４のスリット長手
方向への移動は仕切り突部４０によって塞き止められる
分、各インク単位領域Ｍの移動方向は吐出方向側へ規制
され、インク柱５ａは真直ぐに隆起することになる。よ
って、記録シート５０に付着する印字ドツトＤは、一定
の径寸法で、しかも、蛇行の少ないものとして得られる
のである。

このような動作過程を確認するために、上記仕切り突部
４０のないインクシェツト記録ヘッドを比較例とし、印
字条件として、記録ヘッドと対向電極との間の距離を２
００μｍ、熱エネルギパルスを０．３Ｗ、　２ｆｌｌＳ
ｅＣ，、静電エネルギパルスを２、４ＫＶ、　０．５Ｉ
Ｉｌｓｅｃ、とじ、印字実験ヲ行ッた。

この実験結果によると、比較例にあっては、孤立ビット
を連続的に印字する場合には印字ドツトＤの径寸法は１
２０±５μｍ、隣接ビットを同時に印字する場合には印
字ドツトＤの径寸法は１４０±１０μｍであり、印字ド
ツトＤの蛇行量も最大１５μｍで、低粘度のインク（室
温で３５ＣＩ）Ｓ）を使用する場合にはインク柱のブリ
ッジ現象が見られた。

一方、この実施例にあっては、孤゛立ビットを連続的に
印字する場合並びに隣接ビットを同時に印字する場合の
いずれでも、印字ドツトＤの径寸法は１２５±５μｍで
あり、最大蛇行」は８μｍで収まり、更に、低粘度イン
クの使用に対してもインク柱のブリッジ現象は見られな
かった。

実施例２ 第５図ないし第７図においては、実施例１と異なる構成
のインクジェット記録ヘッドにこの発明を適用したもの
である。

この実施例においては、上記通電用電極１２は、相隣接
する発熱抵抗体１１を一甲位として、略コ字型に形成さ
れ各発熱抵抗体１１の相隣接する基端側に接続される共
通電極１３と、各発熱抵抗体１１の隣接しない基端側に
接続される独立電極１４とからなるものである。

また、上記絶縁層２０は、発熱抵抗体１１及び通電用電
極゛１２の発熱抵抗体１１側に設けられるＳｉＯ□から
なる第一の絶縁保護層２１と、通電用電極１２の基端側
に設けられる感光性ポリイミド樹脂からなる第二の絶縁
保護層２２とで構成され、第二の絶縁保護１ｍ２２には
発熱抵抗体１１付近まで延びる延長部２２ａが形成され
て第一の絶縁保護層２１上に積層される。そして、延長
部２２ａを除く第二の絶縁保護層２２には上記通電用電
極１２の共通電極１３の基端連結部１３ａに通ずる矩形
状のスルーホール部２３が形成されており、また、上記
延長部２２ａを除く第二の絶縁保護層２２上にはＮｉＣ
ｒ合金を約５００人、ＡＵを約２μｍの厚みで順次真空
蒸着してなる共通電極層２４が設けられており、この共
通電極層２４と上記共通電極１３の基端連結部１３ａと
が上記スルーホール部２３を介して相互に着接されてい
る。

更に、仕切り突部４０は、上記第二の絶縁保護層２２の
延長部２２ａの端縁にて各発熱抵抗体２２の隣接領域に
対し突出する変調用突条部４１を一体的に設け、このこ
の変調用突条部４１上に厚みをかせぐという目的で感光
性ポリイミド樹脂からなる積層部４２を設けたものであ
る。この実施例においては、上記変調用突条部４１の厚
みは５μｍ程度であり、上記積層部４２の厚みは１０μ
ｍ程度に設定されている。

尚、実施例１と同様な構成部材については同一の符号を
付してここではその詳細な説明を省略する。

従って、この実施例に係るインクジェット記録ヘッドに
よれば、実施例１と同様な作用、効果を奏するほか、通
電用電極１２と静電誘導電極３０との間の絶縁層２０が
第一の絶縁保護層２１上に第二の絶縁保護層２２の延長
部２２ａを積層したものであるため、両者間の抵抗値は
非常に高いものになり、その分、対応する絶縁１２０部
分にはピンホールが形成され難く、ピンホールによる電
気的なリークは有効に回避される。また、この実施例で
は、第二の絶縁保護層２２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［１２２を形成する過程においてスルーホール部２
３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２３を利用した通電構造を採用するにしても
、スルーホール部２３の製造工程を独自に設ける必要が
なくなり、ヘッドの製造上の効率化を図ることができる
。

尚、この実施例においては、仕切り突部４０を形成する
上で第二の絶縁保護層２２の一部である変調用突条部４
１上に積層部４２を設けているが、第二の絶縁保護層２
２としである程度の厚みをかせげる場合や第二の絶縁保
護層２２の変調用突条部４１のみ部分的に厚みをかせぐ
ことができるような場合には、上記積層部４２を設ける
必要はない。

［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、以下のような基本的効果を奏す
る。

すなわち、第一に、ヘッド本体の構成部材である一方の
絶縁性基板の各発熱素子間に所定の仕切り突部を設け、
この仕切り突部にてインク柱の形状の均一化、殊にスリ
ット長手方向の幅を規制するため、隣接ビットの加熱に
よる温・度上昇の影響を緩和でき、記録シートへの印字
ドツト径を一定に保って画像品質を良好に保つことがで
きる。

第二に、上記仕切り突部を案内壁として機能させること
により、各インク単位領域の吐出方向を規ｌｌ１１する
ようにしたので、インク柱の隆起方向を略一定に保つこ
とができ、記録シートに形成される印字ドツトの蛇行を
有効に防止することができる。

第三に、発熱素子が配列された絶縁性基板側に仕切り突
部を設けたので、ヘッド本体の構成部材である一対の絶
縁性基板を接合する際の位置合せ等の面倒な作業が不要
になり、その分、記録ヘッドの製造作業性を向上させる
ことができる。

更に、請求項２記載のインフジエラ１〜記録ヘッドによ
れば、ヘッド本体の構成部材である一方の絶縁性基板に
静電誘導電極をも組込むようにしたので、対向する絶縁
性基板に静電誘導電極を組込む場合に比べて、製造工程
数が少なくなり、しかも、両方の絶縁性基板間の位置合
せ等が容易になる分、記録ヘッド自体の製造工程を簡略
化することができる。

更にまた、請求項３記載のインクジェット記録ヘッドに
よれば、仕切り突部を作成するための独自の工程が不要
になるので、記録ヘッドの製造工程をより簡略化するこ
とができる。

【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実
施例１を示す一部破断斜視図、第２図は第１図中■方向
から見た矢視図、第３図は第１図中■−■線断面図、第
４図は実施例１に係るインクジェット記録ヘッドのイン
ク飛翔動作過程を示す説明図、第５図はこの発明に係る
インクジェット記録ヘッドの実施例２を示す一部破断斜
視図、第６図は第５図中■方向から見た矢視図、第７図
は第５図中■−■線断面図、第８図は従来におけるイン
クジェット記録ヘッドのインク飛翔特性を示す説明図で
ある。 ［符号の説明］ １・・・ヘッド本体 ２・・・絶縁性基板 ４・・・インク室 ４ａ・・・インク吐出部 ５・・・インク １１・・・発熱抵抗体（発熱素子） ２０・・・絶縁層 ３０・・・静電誘導電極 ４０・・・仕切り突部

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）スリット状インク室（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素
   子（１１）を画素密度毎に配列する一方、インク室（４
   ）内にはインク吐出部（４ａ）内のインク（５）に対し
   インク吐出方向へ向う静電界形成用の静電誘導電極（３
   ０）を配設してなるインクジェット記録ヘッドにおいて
   、 上記発熱素子（１１）が配列された側の絶縁性基板（２
   ）には、各発熱素子（１１）の隣接領域にてインク吐出
   部（４ａ）のスリット幅より小さい寸法の仕切り突部（
   ４０）を設けたことを特徴とするインクジェット記録ヘ
   ッド。 ２）請求項１記載のものにおいて、上記静電誘導電極（
   ３０）は発熱素子（１１）上に絶縁層（２０）を介して
   配設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。 ３）請求項２記載のものにおいて、上記仕切り突部（４
   ０）は発熱素子（１１）と静電誘導電極（３０）との間
   の絶縁層（２０）の一部をパターン化して形成されてい
   ることを特徴とするインクジェット記録ヘッド。