JPH0276744A - スリットノズルインクジェットヘッド及びスリットノズル板の製造方法 - 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〕 本発明は、ノンインパクトプリンティング技術に関する
ものでわり、特に、記録インクを記録媒体上に飛翔させ
て記録を行うインクジェット記録技術に用いられるイン
クジェットへ、ドの構造及びその製法に関するものであ
る〇 〔従来の技術〕 従来、ノンインパクトプリンティング技術において、記
録インク中の発熱体を加熱し、そのときに発生する蒸気
１包の圧力によってインク滴を形成飛翔させて記録を行
う技術があり、これについては、ヒ、−レ、ト・パラカ
ード・ジャーナル（ＨＥＷＬＥＴＴ＠ＰＡｃＫＲＤ、Ｊ
ＯＵＲＮＡＬ　）第３６巻、第５号に記載されている。

第８図を用いて、この技術について説明する０第８図（
ａ）の断圓図に示すように、記録へ、ドは、ノズル孔８
１８を有するノズル板８０２、基板８０６及び発熱体８
１２などから構成されている。

各発熱体毎にインク室８２２ｔ−設けるために、ノズル
板８０２には壁８０８が多数個形成されているＯ 第８図（ｂ）にノズル板８０２の平面図を示す。この図
よりわかるように、ノズル孔８１８と壁８０８と°を交
互に形成することにより、マルチノズル化を実現してい
る・このノズル孔８１８と発熱体８１２は１対１に対応
し、更にほぼ同一軸上に並んでいる〇 このようなヘッドにおいて、発熱体８１２に１流を流し
、発熱させることにより接した記録インク８０４を急激
に気化させ蒸気バブル８１０を作るＯ このときの急激な体積膨張によ多ノズル孔８１８よりイ
ンク１ｓｏｏを噴射するものである。

なお、図中８１６はメニスカスである。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、上術した従来技術に於ける記録ヘッドは
、各発熱体毎にそれぞれインク室８２２を設けているた
めに、ノズル板側に発熱体８１２の数と同数以上の壁を
形成する必要がある。このため、記録密度を高めること
が困難である０また各発熱体８１２ごとにノズル孔８１
８を設けているので、発熱体８１２の密度をあげてマル
チノズル型のへ、ドを構成しようとした場合、ノズル孔
８１８ごとの位置合わせが困難であプ、更には平板上に
平面的なノズル孔を形成しているため、各ノズル孔表面
近傍でのインクに対する濡れ状態の影響を受は安く、イ
ンク滴噴射特性にばらつきを生ずる。

また第２の問題点をｇ９図に示す・これはノズル孔近傍
での濡れ状態によるメニスカ表形状の差及びインク滴噴
射状態の差を示している＠ｌｌ１ｇ９図（ａ）はノズル
孔近傍が軸対称に均一に濡れている状態を示している・
この状態をいつも保てれば、同図＋ａｌの右側の図に示
すようにインク滴は常に安定な飛翔特性を示す・しかし
ながら第９図（ｂ）、及び第９図（Ｃ）に示すように、
ノズル孔近傍が必要以上に濡れたり、また非軸対称に捕
れたりした場合、同図（ｂ）　、　ｔｃ）の右側の図に
示すように、インクｔ４運度、インク滴体積及びインク
滴飛翔方向の不安定性を引き起こす＠本発明の目的は、
上記の問題点を解決し、常に安定な飛翔特性が得られる
高記録密度の平面走査型インクジェットヘッド及びメブ
型スリットノズル板の製法を提供することにある０ 〔課題を解決するための手段〕 本発明のインクジェットへ、ドは、記録インクを急激に
加熱して噴射エネルギーを与える発熱体アレイ、発熱体
アレイ上に形成された保護層、保護層上の発熱体間に発
熱体アレイと同ピツチで形成された壁アレイとから成る
基板と、 基板と対向配置されるスリ、トノズル板であって、前記
記録インクを前記基板との間で保持すると共に、前記記
録インクを一定方向にかつ安定に噴射するためのメチ状
でかつスリット状のノズル孔が前記発熱体アレイ上に平
行に対向させて配置さね、かつ該スリ、トノズル孔近傍
に形成されたインクリザーバ及び補助メニスカスアレイ
を備えたスリ、トノズル板と、 前記記録インクが満たされ、前記基板の裏面に形成され
たインクタンクよ＃）構成されたことを特徴とし、 父上記のインクジェットヘッドに用いるスリットノズル
板の製法は、絶縁性の樹脂基板上に吹骨導′鑞性感光樹
脂を用いてインクリザーバ部、スリットノズル部、補助
孔部を形成する工程と、該導電感光樹脂を電極として、
鍍金を行う工程と、前記スリットノズル部及び前記補助
孔部に、絶縁性感光樹脂を前記ノズル板の厚さ程度フォ
トリングラフイー技術を用いて形成する工程と、前記イ
ンクリザーバ部に導電感光樹脂を数百〜数千オングスト
ローム形成する工程と、この状態で再び鍍金を前記ノズ
ル板の卑さ程度だけ行う工程と、最後に前記導電感光樹
脂、及び前記絶縁性感光樹脂を溶剤を用いて溶解する工
程とに依って構成されておシ、 更に、もう１つのスリ、トノズル板の製法は、絶縁性の
樹脂基板を用意し、金属ＩＩを用いて前記インクリザー
バ部、前記スリ、トノズル部、前記補助孔部などを蒸着
法、スパッタ法などで形成する工程と、前記金属膜を電
極として、金鍍金を数千オングストローム厚行う工程と
、前記インクインクリザーバ部に導電感光樹脂を数百〜
数千オングストローム形成する工程と、前記スリ、トノ
ズル部及び前記補助孔部にノズル板の厚さ程度だけ、絶
縁性感光樹脂をフォトリソグラフィー技術を用いて形成
する工程と、この状態で再び二、ケル鍍金を前記ノズル
板の厚さ程度だけ行う工程と、最後に前記金属膜、及び
前記絶縁性感光樹脂を溶剤を用いて溶解し、更に前記金
属膜を選択工、チングする工程に依って構成される。

〔作用〕

本発明では、インク調を噴射するために従来から用いら
れている円形ノズル孔にかえて前記円形ノズル孔数ｌθ
〜数１００個分の長さを持つスリ、ト状のノズル孔（ス
リ、トノスル孔）をノズル板に設けると共に、その断面
形状をインク噴射方向に凸ないわゆるメサ形状のノズル
としている。

更に発熱体アレイアレイを備える基板には、凸形状の壁
をこの発熱体アレイ間にこれと同ピツチで交互に形成し
く壁プレイと呼ぶ）、前記発熱体アレイの配列方向に平
行に対向させている・この状態で記録インクを注入しス
リットノズル孔内にインクメニスカスを形成した場合、
メチ型ノズル孔の肉厚を数ミクロン程度に薄くできるた
め、ノズル孔表面でのインクの濡れ状態の影響を少なく
できる。つまシ作製条件、使用環境の差によるノズル孔
の表面状態のばらつきの影響を従来からの平面的なノズ
ル孔形状に比べて小さく抑えることができる。

また同様に、インク作製時のインク物性値のばらつき、
及びインク使用時の経時変化によるインク物性値の変化
によるメニスカスの変動を小さくできる。

更に、各ノズル孔近傍での濡れ面積を一定にできるため
、色々な画像記録周波数に従ってノズル孔からインク滴
を噴射した場合でも、各メニスカスの復帰時間、及び復
帰位置のばらつきを小さく抑えられる。このため、各ノ
ズル位置から噴射するインク滴体積、噴射速度のばらつ
きを抑えた安定なインク噴射を実現できる。

〔実施例〕

第１ＬＮは本発明に於けるスリットノズルインクジェッ
トへ、ドの構成を示す斜視断面図である。

本インクジェットへ、ドは、スリットノズル板１０３、
スペーｔ１００、基板１０７及びインクタンク１１１な
どから構成されている・基板１０７上には前述したよう
に発熱体アレイ１０８、壁アレイ１０５．インク供給孔
アレイ１０９などが形成されている。

第２図は本発明に於けるインクジェットへ、ドのノズル
近傍を説明したＸ−２平面での斜視断面図である＠ ノズル板上にはインクリザーバ２０、スリット状のノズ
ル孔（スリットノズル孔）２０２、補助孔２０３などが
配置されている・材料としては後述するようにＮ　ｉ　
＊　Ａ　ｕ　ｅステンレス等を用いている。

インクリザーバ２０１はインクがインク供給口２０４か
らノズル孔２０２までメニスカスの力で供給される際の
流体抵抗を小さくシ、供給スピードを速めるためのもの
でアシ、スリットノズル孔から１！藝離れて平行に、幅
１！、基板からの高さはｈ３で形成されている。

凸型のスリットノズル孔２０２Ｆｉ、前述したように、
発熱体アレイ２０５上方に間隔り、を隔て平行に位置し
てφる・凸部の高さはｈ４ｓ先端部の肉厚はｌ１ｍスリ
、トノスル孔の幅は１３であるＯ 補助孔２０３は、スリットノズル孔２０２のメニスカス
復帰を速くシ、且つ該メニスカス表面の不必要な振動を
早期に減衰させる役目をするものであシ、直径１４ｓ高
さ１３の円形凸形状のものがスリットノズル孔２０２か
ら１ｉｅＭれて平行に、配列ピッチ１１ｍで形成されて
いる。

スベー？２０７を介してノズル板と対向して配置された
基板上には前述したように発熱体アレイ２０５（淳さ１
１ｏ、大きさ１１！Ｘ１ｔｓ）、壁アレイ２０６（高さ
ｈｌ、長さｌｌｅ幅１１１）などがフォトリングラフィ
技術を用いて形成されている。

発熱体プレイ材料としては、’ｒｉ、Ｍｏ、ｗ、ｖ＃Ｎ
ｂ、Ｚｒ、’ｌＸ、Ｈｆ、Ｂなどの珪化物、炭化物、電
化物、＃１う化物または、ニクロム等を用いている。発
熱体アレイ２０５の上には、電極２０８、保護層２０９
が各々ｉｓ　ｅ　ｌｙの厚みで形成されている０核保絃
層材料としては、無機系では例えば、シリコンの炭化物
、窒化物、酸化物、また有機系としてはポリイミド、ポ
リベンズイミダゾールおよびそのプレポリマー、ポリ中
すリン、ポリパラフェニレン、ポリフェニレンプルファ
イドなどを用いている。また発熱体アレイ２０５の下に
は熱絶縁層（断熱層）２１０が厚さ１審で形成されて−
る・材料としては、無機系では例えは、シリコンの炭化
物、窒化物、酸化物、また有機系としてはポリイミド、
ポリベンズイミダゾールおよびそのプレポリマー、ポリ
キテリン、ポリパラフェニレン、ポリフェニレンプルフ
ァイドなど’に用いている◎ ここで前述した各寸法（１１〜Ｘｔａ及びｈ１〜ｈａ）
の具体例を示す。

ｉｓ　＝　ｌｏＯＪｍ〜１０００／Ｊｍ１ｇ　＝　１０
０ｏｍ〜１ｍｍ ｌ５　ｗｘ　１０ｊｊｒｎ−１００μｍ１４　＝＝　ｓ
ｏａｍ〜ｓｏｏμｍ １Ｂ−１μｍ〜２０　μｍ １ｓ　＝ｓ＋　５Ｊｌｆｎ〜６０４ｍ １７　Ｗ　１０　ｎｍ〜ｌ　Ｏμｍ １ｍ　”　　１０ｏｍ−＝５μｍ ｌ―＝１μｍ〜ｌｏＯμｍ １１（１＝　ｌ　Ｏｆｌ　ｍｍ５　μｍ１１１；　３０
Ａｍ〜１００＃ｍ １ｔｓ：：　　　３０　　μｍ　〜４００　　μｍＩ　
Ｉ＄　−１００ｆｉ　ｍｍｌ　ｍｍ１１４−　３００μ
ｍ〜５ｍｍ １１ｇ＝３００μｍ〜５ｍｍ １ｉｅ−３０μｍ〜１５０μｍ １ｉｔ　　＝１０　μｍ〜１００Ａｒｎｈ、”　　１０
４ｍ”’＝２００μｍ ｔ１ｍ−１０Ａｍ〜２５０　μｍ ｈａ　　ｇ　　１０　Ａｍ〜８０　ａｍ第３図は、スリ
、トノズル孔近傍でのＹ−Ｚ平面に於ける斜視断面図で
ある０壁アレイ２０６は発熱体アレイ２０５と同ビ、チ
で形成されている。

第４図は本発明によるインクジェットヘッドのインク滴
飛翔速度特性を説明した図である。横軸はインク滴吐出
周期、縦軸はインク滴飛翔速度を示している＠実線が本
発明のスリットノズル型インクジェットヘッドの特性で
あり、破線が従来からのドロップオンデイマント型イン
クジェットへ、ドのものである。従来例に示されている
インク滴飛翔速度の周波数分散が本実施例では解決され
ていることが解る。

第５図は、本発明によるインクジェットヘッドのインク
滴体積特性を説明した図である。横軸はインク滴吐出周
期、縦軸はインク滴体積を示している。実線が本発明の
スリ、トノズル型インクジェットヘッドの特性でアシ、
破線が従来からのドロップオンデイマント型インクジェ
ットヘッドのものである・従来例に示されているインク
滴飛翔速体積の周波数分散が本実施例では解決されてい
ることが解る。

第４図及び第５図より明らかなように本発明によるスリ
ットノズル型インクジェットヘッドは安定なインク吐出
特性を実現できる。

第６図＋８）〜げ）は本発明のインクジェットへ、ドに
用いるメを型ノズル板の製造方法についての実施例であ
る。

まず絶縁性の樹脂基板６０１を用意する（ｓ６図ｆａｔ
　）、本実施例では、メタクリル樹脂、プラスチック、
ビニル、アクリル樹脂、フェノール樹脂、エポキシ樹脂
、テトラフルオロエチレンなどを用いている・次に導電
性感光樹脂６０５（厚さｈ′４）を用いてインクリザー
バ部６０２（長さ１′り、スリットノズル部６０３（長
さ１’＠　）　ｓ補助孔部６０４（長さ１′４）などを
形成する（４６図（ｂｌ）。

１’ｓｓ　ｌ’３ｅ　１’４は各々 １／、　＝　１２−　ＩＩ ′１′ｓＩｇ１１８−１＠ １’４　ａｍ　１４−１１ ｈ　’４−ｈ　４−　Ｉ　Ｂ を満たす。次に前記導電感光樹脂６０５を・電極として
、麓金を行う（第６図（Ｃ）　）　、　＃金淳は、であ
る。次にスリットノズル部６０３及び補助孔部６０４に
谷々幅１３及び１４、高さ、＋ｈ’番だけ、絶縁性感光
樹脂６０６をフォトリングラフイー技術を用いて形成す
る。同時にインクリザーバ部６０２に導′４感光樹脂６
０７ｔ−数百〜数千オンゲス）ｏ−ム形成する（第６図
（ｄ）　）　にの状態で再び鍍金を厚さｌ’、（＋ａｌ
ｓ−１ｓ）だけ行うＣｌ４６図（ｅ））・最後に前記導
電感光樹脂６０５、及び前記絶縁性感光樹脂６０６を溶
剤を用いて溶解することに依って所望の形状のメサ型ノ
ズル板を作ることができる（第６図（ｆ））。ここで、
ノズル板の厚さ１６と独立に非常に肉厚の薄く且つそそ
シ立ったスリ、トノスル孔６０８が得られることを強調
しておく。なお本実施例では、導電感光樹脂６０５．６
０７としてポリアセチレン、ポリパラフェニレン、ポリ
パラフェニド、ポリピロール。

ポリチェニレンなどを用いている０また絶縁性感光樹脂
６０６としてポリビニールアルコール、ポリイミド、ボ
リアきド、ポリビニレンナメートなどを用いている。

第７図（ａ）〜（ｆ）はインクジェットヘッドのメサ型
ノズル板の製造方法についてのもう１つの実施例である
。

まず絶縁性の樹脂基板７０１を用意する・本実施例では
、メタクリル樹脂、プラスチ、り、ビニル、アクリル樹
脂、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、テトラフルオロエ
チレンなどを用いている０次に金属［７０５（厚すｈ’
ａ　）　ｔＭ層着法スバ。

り法を用−て形成し、インクリザーバ部７０２（長さ１
’、）％スリ、トノズル部７０３（長さＩ’ｓ）、補助
孔Ｗ１７０４（長さ１′４）などを形成する（第７図（
ａ））　ｏ　１’１　＊　Ｉ’ｓ　＊　１’４は各々、
Ｉ’ｓ　＝１ｍ　−１１ １’＠　ｘｌｓ−１゜ １／、　＝１４−１゜ ｈ’４寓ｈ４　１゜ を満たす。次に前記金属膜７０５を″電極として、金鍍
金を行う（第７図（ｂ））・鍍金厚は、である。

次に、インクインクリザーバ部７０２に導電性感光樹脂
７０７を数百〜数千オングストローム形成する（第７図
（Ｃ））・次にスリ、トノズル部７０３及び補助孔部７
０４に各々幅１３及び１４ｅ高さｌ・＋ｈ′４だけ、絶
縁性感光樹１５ｗ７０６をフォトリソグラフィー技術を
用−て形成する（第７図（ｄ））・この状態で再びニッ
ケル鍍金を厚さ１′・（＝１６−１纒）だけ行う（第７
図（ｅ））。最後に金属１１１７０５゜及び前記絶縁性
感光樹脂７０６を溶剤を用−て溶解することに依って所
望の形状のメｔｍノズル板を作ることができる（第７図
げ））ｏことで、ノズル板の厚さ１６と独立に非常に肉
厚の薄く且つそそり立ったスリットノズル孔が獲られる
ことを強調しておく＠なお本実施例では一４′＆Ｅ感光
樹脂７０７としてポリアセチレン、ポリパラフェニレン
、ポリパラフェード。ポリピロール、ポリチエニレｙな
どを用いているもまた絶縁性感光樹脂７０６としてポリ
ビニールアルコール、ポリイミド、ポリアミド、ポリビ
ニレンナメートなどを用いている・更に、金属膜７０５
としては、ニッケを鍍金層との選択エッチ特性を考慮し
て、例えばＣｕなどを用−ている・ 〔効果〕 以上説明したよりに、本発明によるインクジェットイン
クジェットへ、ドによれば、メブ型のスリットノズル孔
をノズル板に形成するため、従来のマルチノズル型ライ
ンインクジェットへ、ドに比べて、発熱体アレイ毎の目
合わせが不用とな坑容易に高密度化を達成で龜、更に大
きなライン型インクジェットヘッドが実現可能となる・
更にノズル孔をメサ型立体構造とすることによって、イ
ンク物性値、インクジェットヘッド使用環境及び作製条
件等に起因する各ノズル孔でのインクメニスカスのばら
つきを小さく抑えることができ、各ノズル位置から噴射
するインク滴体積。

噴射速度のばらつきを抑えた安定なインク噴射を実現で
なる。

また、本発明の凸型ノズル板の製法によれば、従来に比
べより肉厚の薄く且つそそシ立ったメサ型立体構造のノ
ズル孔が容易に実現できる０４、図の簡単な説明 第１図は本発明に於けるスリットノズルインクジェット
へ、ドの構成を示す斜視断面図でおるや第２図は本発明
に於けるインクジェットへ、ドのノズル近傍を説明した
Ｘ−Ｚ平面での斜視断面図である◎ 第３図は、スリ、トノズル孔近傍でのＹ−Ｚ平面に於け
る斜視断面図である＠ 第４図は本発明によるインクジェットヘッドのインク滴
飛翔速度特性を説明した図である。

第５図は、本発明によるインクジェットヘッドのインク
滴体積特性を説明したーである。

第６図及び第７図は本発明のインクジェットヘッドのノ
ズル板の製造方法についての実施例を示す図である。

第８図は、従来のインクジェットヘッドのインク宣近傍
の構造について説明を行うための断面図である・ 第９図は、従来のインクジェットヘッドに於て平面ノズ
ルを用−た場合のインクメニスカスの状態に依存したイ
ンク滴飛翔状態について説明を行うための断面図である
。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）記録インクを急激に加熱して噴射エネルギーを与
   える発熱体アレイ、発熱体アレイ上に形成された保護層
   、保護層上の発熱体間に発熱体アレイと同ピッチで形成
   された壁アレイとから成る基板と、 記録インクを一定方向にかつ安定に噴射するためのメサ
   状でかつスリット状のノズル孔とスリット状のノズル孔
   近傍に形成されたインクリザーバ及び補助孔とを備えて
   、前記ノズル孔が前記発熱体アレイ上に平行に対向配置
   するように前記基板に対向配置されたスリットノズル板
   と、 記録インクが満たされ、前記基板の裏面に形成されたイ
   ンクタンクと より構成されたスリットノズルインクジェットヘッド。
2. （２）導電性感光樹脂を用いて絶縁性の樹脂基板上にイ
   ンクリザーバ部、スリットノズル部、補助孔部を形成す
   る工程と、該導電感光樹脂を電極として、鍍金を行う工
   程と、フォトリソグラフィー技術を用いて前記スリット
   ノズル部及び前記補助孔部に、絶縁性感光樹脂を前記ノ
   ズル板の厚さ程度形成する工程と、前記インクリザーバ
   部に導電感光樹脂を数百〜数千オングストローム形成す
   る工程と、この状態で再び鍍金を前記ノズル板の厚さ程
   度だけ行う工程と、前記導電感光樹脂、及び前記絶縁性
   感光樹脂を溶剤を用いて溶解する工程とを有することを
   特徴とするスリットノズル板の製造方法。
3. （３）絶縁性の樹脂基板を用意し、金属膜を前記樹脂基
   板に被着してインクリザーバ部、スリットノズル部、補
   助孔部形成する工程と、前記金属膜を電極として、金鍍
   金を数千オングストローム厚行う工程と、前記インクリ
   ザーバ部に導電感光樹脂を数百〜数千オングストローム
   形成する工程と、前記スリットノズル部及び前記補助孔
   部に前記ノズル板の厚さ程度だけ、絶縁性感光樹脂を形
   成する工程と、この状態で再びニッケル鍍金を前記ノズ
   ル板の厚さ程度だけ行う工程と、最後に前記金属膜、及
   び前記絶縁性感光樹脂を溶剤を用いて溶解し、更に前記
   金属膜を選択エッチングする工程とを有することを特徴
   とするスリットノズル板の製造方法。