JPH0311902B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、所謂、インクジエツト記録に係るそ
の実施装置、特に、並設された複数の吐出オリフ
イスから記録用インクを小滴として所定方向に吐
出飛翔させ、それ等、小滴の少なくとも一部を被
記録面に付着させて記録を行う液滴噴射記録装置
に関する。

現在、知られる各種、記録方式の中でも、記録
時に、騒音の発生がほとんどないノンインパクト
記録方式であつて、且つ、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せ
ずに記録の行える所謂インクジエツト記録法は、
極めて有用な記録方式であると認められている。
このインクジエツト記録法に就いては、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。

インクジエツト記録法は、要するに、インクと
称される記録液体の液滴（droplet）を飛翔させ、
それを紙等の被記録部材に付着させて記録を行う
ものである。そして、記録液体の液滴の発生法及
び生じた液滴の飛翔方向を制御する為の制御方法
等に基づき、このインクジエツト記録法は、幾つ
かの方式に大別される。

それ等の中で、代表的な方式の一つは、例えば
USP3596275（Sweet方式）、USP3298030（Lewis
and Brown方式）等に開示されている方式であ
つて、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、この帯電量の制御された液
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、液滴の飛翔軌道を制御しつ
つ被記録部材上に記録を行うものである。そし
て、この方式は、一般にコンテイニアス方式とも
略称されている。

これと対比される代表的な他の方式は、例えば
USP3747120に開示せれている方式（Stemme方
式）である。この方式は、記録のための液体を吐
出するオリフイスを有する記録ヘツドに付設され
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、その機械的振動に従つて必要時
毎に前記オリフイスより液滴を吐出飛翔させて被
記録部材に付着させることで記録を行うものであ
る。

これが、所謂、オンデイマンド方式である。又
別に、これ等の方式とは原理・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）に於て提案されている。この新規
方式は、要するに、液室中に導入された記録液体
に対して、情報信号として熱的パルスを与え、前
記液体が状態変化をおこすことによつて生じる作
用力に従つて、先の液室に付設したオリフイスよ
り、前記液体を小液滴として吐出・飛翔せしめ、
これを被記録部材に付着させて記録を行う方式で
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つはインク滴による記録をより高速化
する目的から、インク滴の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、均一化されたイ
ンク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
ノズル部を構成し、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、それを歩留まり良く製造する
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。斯かるインクジエツト記録技術に於ける実情
に鑑み、本発明に於ては、上記項乃至項に挙
げた課題を満足させる新規構成の液滴噴射記録装
置を提供すること、換言すれば、その製造が簡略
にして精度良く行われると共に、高速度で良品位
の記録を可能にする液滴噴射記録装置を提供する
ことが主たる目的である。

又、本発明に於ては、その製造を容易に、しか
も精度良く為すことができるマルチオリフイスア
レイ型式の液滴噴射記録装置を提供することを他
の目的とする。

更には又、その作用部をマトリクス駆動するの
に好適なリード電極を備えたマルチオリフイスア
レイ型式の液滴噴射記録装置を提供することも本
発明の別の目的である。而して、これ等、本発明
の目的は要するに、並設された複数の吐出オリフ
イスから記録用インクを小滴として吐出飛翔さ
せ、それ等、小滴の少なくとも一部を被記録面に
付着させて記録を行う液滴噴射記録装置に於て、
基板面に、複数の作用部とそれ等作用部に接続し
て電気信号を入力するためのリード電極とを成形
して付設すると共に、前記作用部に夫々、上記オ
リフイスと連絡し、且つ上記インクをその吐出
前、収容しておくための室を配設して成ることを
特徴とする液滴噴射記録装置によつて達成するこ
とができる。

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、記録用イン
クの供給系、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図の記録ヘツドは、
実際には、作用部としての発熱抵抗体２₁，２₂…
…，２ｎを設置した基板１と、インク収容室とな
る長尺溝３₁，３₂……，３ｎを設けた溝付き板４
とを互に、発熱抵抗体と長尺溝が対応位置にくる
ようにして接合し一体化されている。

そして、基板１上に形成された発熱抵抗体２₁，
２₂……，２ｎには、更に、抵抗体２₁，２₂……，
２ｎに個別のリード電極５₁，５₂……，５ｎと、
数個単位の抵抗体が共有する共通リード電極６₁，
６₂……，６ｍとが夫々、接続してある。個別の
リード電極５₁，５₂……，５ｎは、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個の端子８₁，８₂……，８ｌに引き出
される。又、共通リード電極６₁，６₂……，６ｍ
は第２図に示すように、基板１の裏面に沿つて、
夫々の端子６₁′……，６m′迄引き出されている。

この図示例に於ては、不図示のインク供給系か
ら各長尺溝３₁，３₂……，３ｎに記録用インクの
導入が為された後、上記端子８₁，８₂……，８ｌ
及び６₁′……６m′を介して発熱抵抗体２₁，２₂…
…，２ｎに電気パルス信号を入力する。すると、
電気パルス信号の入力に従つて、発熱抵抗体２₁，
２₂……，２ｎが熱的パルスを発生し、この熱的
パルスを受けてインクが瞬時に、気化等の状態変
化をおこし、このインク自体に作用力が加わる。
その結果、図示、太線９上に並んだ、上記長尺溝
の側端縁部で構成されるオリフイスから、インク
が小滴１０となつて吐出する。これ等の小滴１０
が前記作用力の強度に応じた速度で飛翔し、不図
示の被記録材に付着することによつてインク滴に
よる記録が為される。なお、この時、オリフイス
から吐出されて飛翔するインク小滴１０の大きさ
（径）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
のインクへの伝達効率、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、作用を受けるインクの量、用いるインク
の比熱、熱伝導率、沸点、蒸発潜熱等に依存して
決まる。

従つて、これ等の要素の何れか１つ又は、２つ
以上を変化させることにより、インク小滴１０の
大きさは容易に制御することができ、任意のドロ
ツプレツト径、スポツト径を以て被記録材上に記
録を為すことができる。

因に、発熱抵抗体２₁，２₂……，２ｎはその形
態等から、厚膜型、薄膜型、半導体型に分類でき
るが、本実施例では、それ等何れであつても良
い。但し、特に高速、高解像度の記録を希望する
ときには、薄膜型にするのが現在のところ望まし
い。

又、本発明装置に適用するインクは、水、エタ
ノール等のアルコール、或はトルエン等を例とす
る主溶媒に、エチレングリコール等を例とする湿
潤剤、界面活性剤、及び各種染料等を溶解或は分
散させて作成する。なお、吐出オリフイスを詰ら
さないために、作成後それをフイルターでロ過し
たり、インク流路中にフイルタ設けたりする工夫
は既存のインクジエツト記録法の場合と同様に有
効なことである。

ところで、上記図示例装置では、下記２点の理
由から、図示のようなリード電極の構成及び引き
出し方式が工夫された。

つまり、1.一般に５〜250μｍφ程度の微細であ
るオリフイスを塞いではならないので、リード電
極の取り出し用端子をオリフイス列９側に設ける
ことが事実上、不可能であることと、2.リード電
極のうち、特に共通リード電極の設置スペースを
基板上の狭領域中で確保する意図からである。な
お、図示例に於けるオリフイス列９と発熱抵抗体
２₁，２₂……，２ｎの設置例との間隔はインク小
滴の吐出状態に大きな影響を与える（つまり、こ
の間隔が大きくなるに従つてインク小滴の不安定
吐出が多発する傾向が強くなる）ので、その間隔
は、必然的に微小となつて、そこにリード電極の
有効設置スペースを確保し難くなるのである。

以上に詳述したとおり、図示の如き、リード電
極の取り出し方式は同一基板面にインクを吐出さ
せるための作用部が多数、高密度に配列ざれる場
合に特に有効である。

次に第３図によつて、別の実施例に就き説明す
る。この第３図示例では、発熱抵抗体設置基板１
のみが図示されているが、不図示の記録ヘツド部
の構成或はインク滴の吐出原理は、先の第１図示
例とほゞ同等であるので、その説明は省略する。

基板１上に設けたｎ個の発熱抵抗体２₁，２₂…
…，２ｎから夫々、個別のリード電極５₁，５₂…
…，５ｎが各個別の端子５₁′，５₂′……，５n′に
引き出される。他方、抵抗体２₁，２₂……，２ｎ
に共通するリード電極１１は、オリフイス列９と
抵抗体列との間隔が極めて短く、そこで端子を設
けることが困難であるため、オリフイス列９と平
行な向きに引き出した後、抵抗体列から離間した
基板１の端部に設定した端子１２迄引き出され
る。次いでインク滴を吐出される上で必要な不図
示の溝付き板（……抵抗体２₁，２₂……，２ｎに
対応するｎ個の長尺溝を有する）が図示基板１上
に取付けられるのは勿論である。

以上の図示例に共通する工夫は、インク滴の吐
出安定性を得る目的から、オリフイス列と発熱抵
抗体で代表される作用部の設置列との間隔を短く
とるために、前記作用部に係るリード電極の取り
出し端子を作用部列を挾んでオリフイス列とは対
向する側に集中配置したことである。ところで、
本発明に於ける他の１つの工夫は作用部に印加さ
れる電圧を記録情報にかかわらず全ての作用部に
於て、ほゞ一定に保つ為の配慮である。このこと
は、電極の抵抗が無視できない薄膜電極を用い、
多数の作用部に同時に電気パルス信号を印加する
場合には特に重要になる。この問題点を解決する
有効な手段は共通リード電極の抵抗を下げること
である。その具体的方策の一つは、第４図に示さ
れる。

この第４図示例に就いては前述第３図示例の一
変形例として説明する。

第４図示例では、基板１上に蒸着法或はスパツ
タ法によつて薄く成膜させたリード電極部のう
ち、特に共通リード電極１１のオリフイス列９と
発熱抵抗体２₁，２₂……，２ｎの列との間に位置
する部分１１ａを、メツキ等により厚膜にするか
或は、金属棒を埋込む等して変形し、狭領域内に
規制される共通リード電極１１の電気抵抗を下げ
る工夫が為されている。

そして、この図示装置を定電圧電源で駆動する
場合、端子５₁′，５₂′……，５n′と共通リード電
極端子１２間に定電圧Ｖが印加される。

この時、複数個の抵抗体を同時駆動すると、そ
の数が多い程、抵抗体個々の印加電圧のバラツキ
が大きくなるのであるが、この第４図示例の如く
共通リード電極１１の抵抗を下げるようにしてお
けば、個々の発熱抵抗体２₁，２₂……，２ｎに印
加される電圧のバラツキを低く押えることがで
き、その結果、インク滴の吐出状態が安定化され
ると言う効果がある。

但し、マトリクス駆動する場合には、この第４
図示例装置に較べて、第１図及び第２図による図
示例装置の方が有利である。

第５図に、発熱抵抗体設置基板１の更に別の構
成例を示す。

この第５図は、基板１の上面図であるが、ｎ個
の発熱抵抗体１３₁，１３₂……，１３ｎに接続し
ているリード電極の片方１４₁，１４₂……，１４
ｎを夫々、図示のとおり、同一面上で折り返し、
それ等を絶縁層１５上で低抵抗の共通電極１６₁，
……１６ｍの形にしてその端子１６₁′，……１６
m′から基板１外に取り出している。一方、個別
リード電極１７₁，１７₂……１７ｎはマトリクス
配線部１８を経てｎ個より少ない端子１９₁，１
９₂……１９ｌから基板１外に取り出される。又、
太線２０はオリフイスに設置列を示している。

この第５図示例に於ける第１の利点はオリフイ
ス列２０と発熱抵抗体１３₁，１３₂……，１３ｎ
の設置列との距離を任意に短くとることができ、
且つ、リード電極を全て相当広い面積でゆとりを
もつて設定できることである。

第２の利点は第１図及び第２図による図示例と
異なり同一基板面上に全ての構成要素のパターン
を形成するのでフオトリソグラフイ等での取扱い
が容易になること、第３の利点は得られた基板１
に不図示の溝付き板を接合した後、オリフイス列
表面を研磨・整形する場合にも、リード電極を破
損する恐れが全くない事である。

第６図は、第５図の変形例であつて、発熱抵抗
体を不図示の作用室１個に対し、夫々、２個対応
させる構成例である。第６図示例では、不図示の
ｎ個の作用室に夫々２個の発熱抵抗体（１３₁，
１３₁′）、（１３₂，１３₂′）……，（１３ｎ，１３
n′）が配設される。なお、その他第５図示例と同
等の要素は同一符号により示してある。この第６
図示例では、第５図示例に較べて、その製造段階
に於けるマスク合せが容易であると言う利点があ
る。

リード電極の構成例は、上記、第５図或は第６
図の図示例に限らない。

例えば、第７図、及び第８図に略示する如く、
１つの作用室当り、３〜４本の折返しリード電極
を対応させる構成にすることもできる。

ここで更に、第５図に基づく実施例に就いて詳
説する。

（実施例） 60mm×90mmのアルミナ基板１にSiO₂を4μｍRF
スパツタリングし、更に発熱抵抗体としてHfB₂、
電極としてAlを連続スパツタリングした後選択
エツチングによつて第５図と同様のパターンを形
成した。リード電極部１３₁，１４₁，１３₂，１
４₂……，１３ｎ，１４ｎの幅は40μｍ、ピツチは
50μｍである。又、発熱抵抗体の大きさは幅40μ
ｍ、長さ300μｍ、ピツチは100μｍである。各発
熱抵抗体の抵抗値は200オーム、リード電極の抵
抗値は、夫々、20オームであつた。リード電極１
４₁，１４₂……，１４ｎは50本づつまとめて図示
に如く端子１６₁′……，１６m′から取り出した、
なお、この時ｎ＝500、ｍ＝10である。絶縁層１
５は5μｍ厚のSiO₂スパツタ膜を用いた。そして、
18部ではマトリクス配線された。

この基板１上に幅40μｍ、深さ40μｍ、ピツチ
100μｍの溝を刻んだガラス板を各溝と、発熱抵
抗体が対応するようにして接着した後、オリフイ
ス面を研磨してオリフイス列２０と発熱抵抗体の
設置列との距離を１mmに規整した。このようにし
て得られた装置にインクを供給しつつ、各抵抗体
に40ボルト、10μsecの短形波を、500μsec周期で
印加したところ、その電気信号に応じて安定した
インク滴の吐出が為された。50本まとまつたリー
ド電極の全てに通電した場合と、１本のみに通電
した場合とで印字品質の変化はみられなかつた。

以上、本発明の実施例を熱エネルギーを利用し
たインク吐出方法に例をとつて説明したが、本発
明は、圧電素子その他の電気信号を入力するため
のリード電極を有する作用部をもつインク吐出方
式に対しても同様に有効な技術を示唆している。

本発明は、多数の作用部が高密度（例えば８
本／mm〜16本／mm程度）に並んだインクジエツト
記録方式に対して能く適合することができる。
又、折返したリード電極は必ずしも一本にまとめ
る必要はなくそれぞれボンデイング等によつて基
板外に取り出すことも可能である。

そして、本発明に於ては、基板上に成形された
発熱抵抗体やリード電極が漏電したり、記録イン
クと直接、接触することがないように、それ等に
絶縁材や保護材を熱伝導を損なわない程度に被覆
するのも望ましいことである。

以上に詳説したとおり、本発明に於ては、イン
ク滴の吐出を行う作用室が精度良く、多数高密度
に集合配置された液滴噴射記録装置が提供され
る。

なお、その製造は容易であり、又、その印字品
質も極めて良好である。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図は本発明の一実施例を説明す
るための略画斜視図であり、第３図乃至第８図
は、夫々、本発明の他の実施例を説明するために
装置の主要部のみを描いた略図である。 図に於て、１は基板、２₁，２₂……２ｎ，１３
_１，１３₂……，１３ｎ，１３₁′，１３₂′……，１
３n′は発熱抵抗体、３₁，３₂……，３ｎは溝、４
は溝付き板、５₁，５₂……，５ｎ，６₁，６₂…
…，６ｍ，１１，１４₁，１４₂……，１４ｎ，１
７₁，１７₂……，１７ｎはリード電極、５₁′，５
₂′……，５n′，６₁′……，６m′，８₁，８₂……，
８ｌ，１２，１６₁′……，１６m′，１９₁，１９₂
……，１９ｌは端子、７，１８はマトリクス配線
部、９，２０はオリフイス列である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 基板上に設けられた発熱抵抗体と該発熱抵抗
   体に電気的に接続された一対の電極とで形成され
   た作用部の複数と該作用部の複数に夫々対応して
   設けられた吐出オリフイスの複数と該吐出オリフ
   イスの複数に連絡され前記吐出オリフイスから吐
   出されるインクを収容し得る室とを有する液滴噴
   射記録装置において、前記電極の一方を個々のリ
   ード電極とし、他方を共通リード電極とするとと
   もに、前記共通リードは前記作用部が設けられた
   側の前記基板の裏面に沿つて引き出されているこ
   とを特徴とする液滴噴射記録装置。