JPH0323346B2

JPH0323346B2 -

Info

Publication number: JPH0323346B2
Application number: JP15085679A
Authority: JP
Inventors: Yasushi Takatori
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1979-11-21
Filing date: 1979-11-21
Publication date: 1991-03-28
Also published as: JPS5672968A

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は、一般にインクと呼ぶ、記録液を種々
の方式によつて小滴化し、このインク小滴の被記
録面への付着を以て記録を行なうインクジエツト
記録装置に適用されるヘツド部の構成に関する。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
ずに記録の行な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。インクジエツト記録法は、要するに、インクと
称される記録液の液滴（droplet）を吐出、飛翔
させ、それを紙等の被記録部材に付着させて記録
を行なうものである。そして、インク滴の発生法
及びインク滴の飛翔方向を制御する為の制御方法
等により、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インク滴流を発生させ、こ
の帯電量の制御されたインク滴流を、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紙等の被記録部
材上に記録を行なうものである。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に開示されている方式（Stemme方
式）である。この方式は、記録のためのインクを
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インク滴を吐出飛翔さ
せて被記録部材に付着させることで記録を行なう
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、作用室中に導入された
インクに対して、情報信号として熱的パルスを与
え、前記インク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、先の作用室に付設したオ
リフイスより、前記インクを小滴にして吐出・飛
翔せしめ、これを紙等の被記録部材に付着させて
記録を行なう方式である。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。その中でも特に重要な課題は、より高速のイン
クジエツト記録を行なう目的から、記録ヘツドの
マルチアレイ化、並びに、高密度集積化技術を確
立することである。しかも、その場合、吐出するインク滴の大きさ
や、その吐出速度或は吐出方向が常時、一様とな
るような記録ヘツドを構成することが大切なこと
とされる。しかしながら、斯かる記録ヘツドに対し要求さ
れるこれ等の条件を全て満足させるのは、特に、
その製造技術上から見て、容易なことではない。たとえば、元来、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
の記録ヘツドを完成するには、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し、
その細孔を高密度（例えば、８本／mm程度以上）
に集合するには、自づから限界がある。そして、
信頼性の高い高密度マルチアレイ記録ヘツドを歩
止まり良く得ることは更に容易なことではない。そこで、本発明の主たる目的は、インクジエツ
ト記録方式に係る叙上の技術的課題を満足した記
録ヘツドを提供すること、換言すれば、その作用
部が高密度に集積され、且つ、実用上の信頼性が
高い（記録）出力装置を提供することである。本発明の別の目的は、高速度で良品位の記録を
長期に亘つて保証する新規構成の記録ヘツドを提
供することにある。又、本発明に於ては、細密にして高精度に加工
された記録ヘツドを提供することも他の目的であ
る。而して、これ等の目的を達成する本発明は、記
録液の移動経路として細孔を備え、この細孔の一
端を流出口にしてそこから前記記録液の小滴を吐
出、飛翔させ、この小滴の被記録面への付着を以
つて記録を為す記録ヘツドに於て、前記細孔が、
少なくとも一方に細溝を削成した２枚の基板を接
合することにより構成されると共に、前記２枚の
基板が共にシリコンから成つていることを特徴と
している。本発明の記録ヘツドに於ける記録用インクの移
動経路、つまり流路としての細孔は原則として、
微細溝を刻設した平板に、これと同材質から成る
別の平板を貼着すると言う、極めて簡略な手法に
より構成される。なお、この微細溝は、マイクロ
カツターを用いて、巾、数μm以上、深さ、10μm
〜250μm程度の大きさで、且つ、ピツチ10μm以
上の範囲で任意に切削形成することが可能であ
る。従つて、この作成法によれば、極めて微細で
あるインク流路を従来になく高密度（８本／mm以
上）に集積したマルチアレイ型の記録ヘツドを得
ることが容易であつて、インクジエツト記録分野
に於ける現在の要望をかなり満足させることがで
きる。しかしながらマルチアレイ型式のインクジエツ
ト記録ヘツドを作成する際、叙上の切削法は、万
能とは言い難い。つまり、この切削法を、従来、汎用されている
青板ガラスとか一般の光学ガラス等に対して採用
した場合、切削形成される微細溝の壁面に必ず微
小凹凸が残るし、溝縁部には、チツピング（欠
け）、マイクロクラツク等、多数の欠損箇所が残
存することになる。それ等を表面粗さで見た場
合、前者では約5μm前後、後者では、10μm〜
30μm程度にもなる。本発明に係る記録ヘツドに
於けるインク流路がその断面径で一般に、数
10μm程度と微細なものであるだけに、叙上の切
削に基づく表面粗さは無視できるものではない。
事実、このような粗面及び欠損部を内壁に残した
まま、微細（例えば、10μmφ〜50μmφ程度）な
インク流路が形成された場合、その流路内で、イ
ンク流が乱流となつたり、キヤビテーシヨンによ
る小気泡が発生し易い状態になる。これに加え
て、インク流路の終端に当る吐出口（オリフイ
ス）の形状や大きさにもバラツキができるし、壁
面物性も一様化しない。従つて、この様な欠陥の
ある記録ヘツドを用いた場合、吐出するインク滴
の大きさ（量）や、方向が一定とならず、インク
滴の不安定吐出が続くことになる。そして、叙上の記録ヘツドの作成法には又、別
の問題点もある。即ち、本発明記録ヘツドの作成に於ては、２枚
の平板を接合することを基本としているから接合
部分の強度や、それを含む記録ヘツド全体の使用
耐久性を如何にして高めるかが記録ヘツド作成技
術上での重要な課題である。しかしながら、接合
によつて得られた記録ヘツドは、とかく、これに
加えられる信号としての熱的変化や機械的振動に
対して弱点を持つものであり、従来、実用上、十
分な耐久性を備えたものは皆無に近い状況であ
る。この様に、少なくとも一方に微細溝を設けた２
枚の平板を単に接合することによつて記録ヘツド
を作成と言う簡略ではある手法にも、未だ解決さ
れるべき重要課題が残されているのである。本発明は、正しく、叙上の作成法によるインク
流路の成形技術に見られた欠点を素材選択によつ
て解消し、完成されたものである。以下、図示例によつて本発明を詳説する。先ず、マルチアレイ型記録ヘツドの組立手順の
一具体例に従つて、本発明を説明する。第１図に、記録ヘツドの作用室部分を構成する
ための２つの構成部品Ａ，Ｂが略画的斜視図によ
つて描かれている。第１図ａは部品Ａを、又、第
１図ｂは部品Ｂを夫々、描いた図である。本発明では、これ等の構成部品Ａ，Ｂを共に同
一素材を用いて作成する。なお、本発明に於て、この素材としては、シリ
コンが特に好適なものである。このシリコンとしては、その形態から分類され
る単結晶、多結晶、無定形（アモルフアス）、又、
これ等の混合形態にあるシリコンの何れをも用い
ることができる。又、このシリコン板は、複層化されたものであ
つても良いし、酸化、窒化等、適宜、表面処理し
たものであつても良い。構成部品Ａは、上記シリコンから成る平板１に
下記の加工を施して第１図ａに描いた様な形状で
得られる。即ち、平板１を洗浄した後、その片面
にエポキシ樹脂を主体にしたアンカー層２を塗工
し、100℃で20分間、ベーキングを行なう。次いで、このアンカー層２上に下記組成の接合
剤層３を厚さ約3μm〜10μm程度に塗工する。エピコート＃1007（商品名）： 500重量部芳香族アミン硬化剤：５〃シランカツプリング剤：５〃メチルエチルケトン： 300〃 100℃で５分間、予備乾燥し半硬化させた後、
塗工面にダイヤモンドブレードカツター〔例え
ば、Disco 2H／５型（商品名）、Disco社製〕を
用いて、所定数の長尺細溝４を切削形成する。な
お、この場合、平板１の切削壁面、つまり、長尺
細溝４の壁面は、表面粗さにして、約２〜5μm程
度の粗面として得られるが、本発明ではそれ以上
の大きさのチツピング箇所が発生することは、皆
無に近いことである。又、この時、ブレードカツ
ターの摩耗が、極めて少ないことも判つた。この
様に平板１に切削加工を施した後、部品Ａとして
所定の大きさに切断する。因に、上記溝４は、略々、10μm×10μm〜
150μm×150μmの断面積で、ピツチ30μm〜
200μmにして切削される。又、接合剤としては、上記組成のものに限らな
い。ここで用いるのに好適な接合剤は、加熱によ
り接合作用を生ずる材料であり、たとえばエポキ
シ樹脂系接着剤、フエノール樹脂系接着剤、ウレ
タン樹脂系接着剤、シリコーン樹脂系接着剤、ト
リアジン樹脂、BT樹脂等を例とする有機化合物
系接着剤や、特公昭38−20227号記載の熔融銀塩
類、低融点ガラス類等の無機化合物類である。中
でも、後者の無機化合物類の場合は、使用形態が
液状でなく、粉末状である場合が多い。これとは
別個に、第１図ｂに示すような構成部品Ｂも準備
される。この部品Ｂは、第２図に第１図ｂのＸ−
Ｙ線に於ける断面図で示すとおり、単結晶シリコ
ン等、平板１と同一素材から成る基板（厚さ、約
0.6mm）５の片面に、蓄熱層（SiO₂スパツタ膜２
〜3μm）６、発熱抵抗体層（HfB₂スパツタ膜500
〜1000Å）７、電極層（アルミニウム蒸着層700
〜800Å）８、保護層（SiO₂スパツタ膜1μm）
９、目止層（パリレン、シリコン、Ta₂O₃等のス
パツタ膜）１０を順次、積層した後、所定の大き
さに切断して得られる。なお、この際、この部品
Ｂの表層は、表面粗さにして、ほぼ1.0μm前後の
平滑性を有している。なお、この際、電極層８は
所定スパツタにエツチングされ、第１図ｂに斜視
図で略示するとおり、個別リード電極１１、及び
共通リード電極１２に分離される。そして、同時
に発熱抵抗体層７は所定数、所望のパターン１３
で露出する。この発熱抵抗体パターン１３の巾ｌ
は、前記溝４の巾とほぼ同程度にするのが望まし
い。又、第２図に示した保護層９及び目止層１０
は、場合によつては積層されない。しかる後、基
板５は、部品Ｂとして、所定の大きさに切断され
る。なお、溝４の外部から信号が入力される型式
の記録ヘツドを構成するときは、部品Ｂは単なる
平板であつて良い。このようにして作成された部
品Ａ，Ｂは、第３図に示すとおり、溝４と発熱抵
抗体パターン１３とが対応位置にくるように位置
合わせを行なつた後、互に層合される。次に、こ
れ等を約100℃で10分間加熱して接合剤層３を更
に半硬化させ、ここで一度、位置ズレ、或は溝４
の目詰り等の有無を確認する。このチエツクで否
の場合は、部品Ａ，Ｂを分離した後、部品Ｂを洗
浄して再利用する。なお、部品Ａは廃棄する。そ
して、欠陥のない場合には、100℃で50分間、180
℃で２時間の加熱を行なつて接合剤層３を完全硬
化させる。その後、溝４の目詰りの有無を再度、
確認し、欠陥がない場合には、組立た作用部ブロ
ツクＣを次工程に移す。続く工程では、第４図に示すようなインク供給
に係る中継室ブロツクＤの組立を行なう。先ず、側板部品Ｅ，E′に夫々、下記組成の接合
剤を塗布して、第４図に矢印で示すように作用室
ブロツクＣとの位置合わせを行なつた後、約60℃
で１分間加熱して接合剤を半硬化させ、ここで、
位置ズレ或いは他部品への接合剤の流れ込み等の
有無を確認する。＊接合剤エピコート＃828（シエ
ル化学製）エポメートＢ−002（味の素製） 100重量部 40重量部このチエツクで否の場合は、ブロツクＣから部
品Ｅ，E′を分離した後、両者を洗浄して再利用す
る。欠陥のない場合には約60℃で30分間の加熱を
行なつて接合剤を硬化させる。次に、後端部品Ｆに接合剤を塗布して位置合わ
せを行なつた後、約60℃で１分間加熱して接合剤
を半硬化させ、ここで前工程と同様に確認を行な
い、否の場合は前工程と同様に洗浄し、欠陥のな
い場合には約60℃で30分間加熱を行なつて接合剤
を硬化させる。次に、平板部品Ｇに接合剤を塗布して位置合わ
せを行なつた後、約60℃で１分間加熱して接合剤
を半硬化させ、ここで前工程と同様に確認を行な
い、否の場合は前工程と同様に洗浄し、欠陥のな
い場合には約60℃で30分間、更に約100℃で10分
間加熱を行ない接合剤を完全硬化させる。次に、管状部品Ｈ，H′を前記工程までに組立
てられたブロツクの所定の位置にさし込み、間隙
には接合剤を充填する。この場合の接合剤の硬化
は、ゆつくり行なう事が必要であるので、室温で
30分間放置しておく。次に、部品Ｈ，H′の中へ
の接合剤の流れ込み、或はインク供給の中継室へ
の流れ込み等の有無を確認する。このチエツクで
否の場合は、前工程と同様に洗浄し、再利用を行
なう。欠陥のない場合には、約60℃で30分間、更
に100℃で10分間の加熱を行ない完全硬化を行な
う。このようにして、作用部ブロツクＣの後部へ
の中継室ブロツクＤの接続が完了する。その後、
作用部ブロツクＣのうち、吐出オリフイス１４の
設置端面１５を、研摩砂（＃1000以上）を用いて
研摩し、平滑面になるよう成形する。続いて研摩
中にオリフイス１４から細溝４の中にはいり込ん
だ研摩砂および不要物等を取り除くために洗浄を
行なう。ここで、オリフイス設置端面１５が完全
に平面になつているか否か、更に、細溝４の中が
完全に洗浄されているか否かを確認し、研摩が不
完全の場合は研摩をやり直し、続いて、洗浄を行
なう。同様に確認を行ない、否の場合には、この
工程をくり返し、欠陥のない場合には、ブロツク
ＣとブロツクＤとの合体組立品を乾燥させる。更
に、該ヘツド完成品をアルミ板に接合し、又、リ
ード電極をフレキシブル配線板に接続する。次に、以上で得られた記録ヘツドを使用して行
なうインクジエツト記録の一具体例を第４図示例
に従つて説明する。なお、この第４図では説明の
便宜上、各構成ブロツクが分離した状態に描かれ
ている。しかし、実際には、叙上のとおり、各構
成部品及びブロツク間が接合により一体化されて
いることは言う迄もない。つまりこの図示例で
は、先ず、部品Ｈ，H′を通じて、各作用室４内
に記録用インクの導入を行なう。次に、不図示の
発熱抵抗体に電気パルス信号が入力されると、そ
こに熱パルスが発生し、その結果、インクは瞬時
に状態変化を起こす。この状態変化によつて、前
記インクには圧力波（作用力）が加わり、その結
果、インクが前記作用室４に連絡して設けた吐出
オリフイス１４より小液滴となつて吐出・飛翔
し、これが不図示の被記録部材上に付着すること
によつて記録が為される。実施例及び比較例第１図ａに示した部品Ａを構成する為の平板１
として下表に示す各種のシリコン板及び青板ガラ
ス〔ソーダ石灰ガラス〕（厚さは何れも１mm）を
用意し、夫々に、＃800の粒度を持つダイヤモン
ドを含有した巾40μmのダイヤモンドブレードを
30000rpmの速度で回転させながら、深さ40μmの
溝を250μmのピツチで切削した。この際に生じた
チツピングの程度は、下表に併記したとおりであ
つた。これ等の切削加工後の平板１と単結晶シリ
コン基板から成る部品Ｅを用いて、夫々、上記し
たのと同等のヘツド組立手順に従つて記録ヘツド
を完成させた。

【表】以上に得られた各実施例及び比較例に対応する
記録ヘツドに対して、下記の信号パルス条件で、
下記組成のインクを用いて、インク滴吐出実験を
行なつたところ、実施例１〜３に相当する実験で
は、何れも、10⁹回以上、安定したインク滴の吐
出が為され、記録用紙上に得られたドツトは、ほ
ぼ一様であつた。信号パルス条件印加パルス巾； 10μsec パルス周波数； 10KHz 印加エネルギー；
0.01mJ／１パルス（発熱体１個当り）インク組成水 70重量部ジエチレングリコール 29重量部黒色染料１〃他方、比較例に相当する実験に於ては、インク
滴の吐出方向にバラツキが見られたり、スプラツ
シユが起きたりした。又、記録紙上に得られたド
ツトの大きさにもバラツキが認められた。又、本
発明の記録ヘツドの熱的変化に対する安定性を調
べるため、以下の実験を行なつた。実施例４とし
て部品Ａに単結晶シリコン、部品Ｂにも単結晶シ
リコンを用いた記録ヘツドを、比較例２として部
品Ａに青板ガラス、部品Ｂに単結晶シリコンを用
いた記録ヘツドを、比較例３として部品Ａに単結
晶シリコン、部品Ｂに青板ガラスを用いた記録ヘ
ツドを、比較例４として部品Ａに青板ガラス、部
品Ｂにも青板ガラスを用いた記録ヘツドを用い
て、夫々０℃から50℃まで温度変化をくり返し与
えた後、上述の実施例１〜３及び比較例で行なつ
たのと同様のインク吐出を行なつた。実施例４及び比較例２〜４で使用した記録ヘツ
ドの形状に準じた。その結果、各記録ヘツドを肉視で観察したとこ
ろ、実施例４では上記温度変化を30時間与えたも
のでも、本実験の前の状態と何ら変わるところは
見られなかつた。又、インクの吐出に関しても本
実験前と同様の結果が得られた。これに対して、比較例２及び比較例３の記録ヘ
ツドを肉視で観察したところ、上記温度変化を10
時間しか与えてないものにも、基板同士の接合部
にはがれが見られた。又、比較例４の記録ヘツドを肉視で観察したと
ころ、上記温度変化を15時間与えたものに、基板
同士のはがれが見られた。なお、本発明ヘツドに於ては、情報信号入力手
段を上記図示例の如き発熱抵抗体に代表される電
気・熱変換体に限るものではなく、これを例え
ば、ピエゾ振動子に代えるか、或は、インクに熱
エネルギーを入力できる他の手段に代えることが
できる。その一例として不図示の輻射線照射手段
を、前記電気・熱変換体に代えて採用することが
できる。その中でも、特に、熱変換効率が大き
く、その伝達、供給及び制御が容易であり、且つ
装置的に小型化し得る事等の利点から（半導体）
レーザー照射手段の採用は好適とされる。このよ
うに、レーザー照射によつて、インクに信号を与
える型式では、インク流路の外部からそれを行な
うことができるので、ヘツドの内部構造が極めて
簡略化されると言う利点がある。そして、上記何れの信号入力方式を採用した場
合にも、本発明の記録ヘツドは使用耐久性に優れ
たものである。つまり、本発明の記録ヘツドは、
接合される部品間に物性上の差がほとんどない為
に加熱〜放熱の熱サイクルや機械的振動に対して
高度の安定性を示すことが確認されている。この
事に加えて、叙上のとおり、本発明では切削加工
に於ても切削面、つまり、インク流路壁面の程度
の大なるチツピング、マイクロクラツク等が残存
しないので、キヤビテーシヨンの核となるべき点
が失なわれ、インク滴の高周波吐出における最大
の弊害となるキヤビテーシヨンを低く抑える事が
可能であり、インク流の乱流及びインク流中での
不要気泡の残留を防ぐ事ができる。以上に詳説した本発明によれば、下記のとお
り、多大な効果が得られる。つまり、本発明では、インクの吐出特性即ちイ
ンク滴発生効率、消費エネルギー率、インク滴発
生の安定性、発生されるインク滴の均一性、入力
信号に対する応答性に優れた記録ヘツドが、得ら
れるばかりか、精密加工が容易に行なえ、高密度
マルチオリフイス化された記録ヘツドを簡単な手
順で得ることができる。特に、本発明によつて得
られた記録ヘツドは、高速且つ、連続吐出に於い
て、極めて安定したインク滴の形成が可能であ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図ａ、第１図ｂ、第２図、第３図及び第４
図は、夫々、本発明ヘツドの組立工程に沿つた一
実施例の説明図である。図に於いて、１は平板、３は接合剤層、４は
溝、５は基板、１１，１２はリード電極、１３は
発熱抵抗体パターン、１４，ORは吐出オリフイ
ス、Ａ，Ｂ，Ｅ，E′，Ｆ，Ｇ，Ｈ，H′は構成部
品、Ｃ，Ｄは構成ブロツクである。

Claims

【特許請求の範囲】

１記録液の移動経路として細孔を備え、この細
孔の一端を流出口にしてそこから前記記録液の小
滴を吐出、飛翔させ、この小滴の被記録面への付
着を以つて記録を為す記録ヘツドに於て、前記細
孔が、少なくとも一方に細溝を削成した２枚の基
板を接合することにより構成されると共に、前記
２枚の基板が共にシリコンから成つていることを
特徴とする記録ヘツド。