JPH0466703B2

JPH0466703B2 -

Info

Publication number: JPH0466703B2
Application number: JP56104851A
Authority: JP
Inventors: Hiroto Matsuda; Masami Ikeda
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1981-07-03
Filing date: 1981-07-03
Publication date: 1992-10-26
Also published as: JPS587361A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は、液体噴射記録装置に用いられる記録
ヘツドに関し、特に液体噴射複写機やフアクシミ
リプリンターの如き装置に用いるのに好適な液滴
を吐出噴射する形式の液体噴射記録ヘツドに関す
るものである。

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
に於いて、最近関心を集めている。その中で、高
速記録が可能であり、而も所謂普通紙に定着とい
う特別な処理を必要とせずに記録を行える所謂イ
ンクジエツト記録法（液体噴射記録法）は、極め
て有力な記録法であつて、これ迄にも様々な方式
の提案とそれを具現化する装置が考案され、改良
が加えられて商品化されたものもあれば、現在も
尚実用化への努力が続けられているものもある。

その中で、例えば特開昭54−51837号公報、ド
イツ公開（DOLS）第2843064号公報に記載され
ている液体噴射記録法は、液滴形成エネルギーで
ある熱エネルギーを液体に作用させて、液滴吐出
の為の原動力を得るという点に於いて、他の液体
噴射記録法とは異なる特徴を有している。

即ち、上記の公報に開示されている記録法で
は、熱エネルギーの作用を受けた液体が急峻な体
積の増大を伴う状態変化を起し、該状態変化に基
づく作用力によつて、記録ヘツド部先端のオリフ
イスより液滴が吐出、飛翔して被記録部材に付着
し記録が行なわれる。

殊に、DOLS 2843064に開示されている液体噴
射記録法は、所謂drop−on demand記録法に極
めて有効に適用されるばかりではなく、記録ヘツ
ド部をfull lineタイプで高密度マルチオリフイス
化して容易に実現できるので、高解像度、高品質
の画像を高速で得られるという利点を有してい
る。

この様に、上記の液体噴射記録法は、優れた特
徴を有するものであるが、高解像、高品質の画像
を更に高速で記録するにはマルチオリフイスのそ
れぞれのオリフイスから吐出される液滴の飛翔速
度と体積が均一にそろつている必要がある。

上記の如き記録法に適用される記録ヘツドに於
いて、吐出する液滴の飛翔速度および体積を決定
する要因としては、液滴形成エネルギーとして液
に作用する熱エネルギーの大きさとオリフイス等
の液体流路の形状があげられる。この点を図を用
いて説明すれば、上記の記録法に適用される記録
ヘツドは、例えば、第１図に示す様な発熱構造部
を複数有している。図に於いて、電気・熱変換体
１０２は、液滴形成エネルギー作用部である熱作
用部１０７に於いて、エネルギー作用面としての
熱作用面１０９を介して矢印Ａより導入される液
体と接触している。この様な構成は、発生される
液滴形成エネルギーとしての熱エネルギーを熱作
用部１０７にある液体に有効に且つ効率よく作用
させる目的から採用されているものである。

その為に、使用される記録液にもよるが、通常
の水を液媒体とする様な記録液を使用する場合に
は、該記録液を通じての電極１１３，１１４間の
電気的リークを防止する事、および抵抗層１１１
を前記記録液から、或いは熱的酸化から保護する
為に、上部層１１２がヘツド作成時に形成され
る。このとき抵抗層の熱発生部１０８に於ける部
分、つまり電気・熱変換を行う発熱抵抗部の上に
も形成される。

斯かる記録ヘツドを使用する記録法に於ける液
滴形成原理は、前記した様に電気・熱変換体への
通電がONされると液滴形成エネルギーである熱
エネルギーの作用を受けた、熱作用部１０７にあ
る記録液が急激な体積の増大を伴う状態変化、即
ち、熱作用部１０７にある記録液がμsec程度以下
という非常に瞬時間の中に気化状態に達し、熱作
用部１０７に於いて、瞬時の中に気泡の発生とそ
の成長が起り、該熱作用部１０７とオリフイス１
０５との間に存在する記録液を液滴として吐出す
るのである。

熱作用部１０７にある記録液に与えられる熱エ
ネルギーの大きさは、電気熱変換を行う電気・熱
変換体の位置における抵抗層（発熱抵抗部）の表
面積、厚さ、比抵抗および熱発生部１０８とその
近傍の放熱効率に依存するが、実際のヘツドの製
造では、これらの因子をマルチオリフイスに対応
する各熱発生部１０８において全く均一に形成す
る事は困難であると同時に、高度の均一性をこれ
らに求めることはヘツドの製造上の歩留りを低下
させ、製造コストを高価にしていた。また同様の
理由により、常に吐出特性の同一な記録ヘツドを
供給することは困難であつた。

本発明は、この点に鑑み成されたものであつ
て、従来に比べより一層高速で且つより高解像度
で、より高品質の画像を記録することができる液
体噴射記録ヘツド及び該記録ヘツドを搭載した記
録装置を提供する事を目的とする。

本発明は、上記の目的を達成する為に、諸々の
角度から検討し実際に多種多様の記録ヘツドを設
計製造し、種々の角度からの実験を繰返し行なつ
ている過程で、記録ヘツドのオリフイスから吐出
する液滴の飛翔速度と液滴の体積が、発熱抵抗部
に与えられる電気エネルギーに依存して変化する
ことを見出し、与える電気エネルギーを制御する
ことによつて、許容し得るある範囲内で液滴飛翔
速度とその体積を一定値に保つ事が可能であるこ
とを見出した事に基づいて成されたものである。

本発明は、第１発明の記録ヘツドが、電気エネ
ルギーが供給されることによつて熱を発生する複
数の発熱抵抗部と、該発熱抵抗部の夫々に対応し
て設けられ、該対応した発熱抵抗部と連続した同
一の抵抗層であつて、前記発熱抵抗部に流れる電
流量を調整するための電流調整用抵抗体と、前記
発熱抵抗部と前記電流調整用抵抗体とを電気的に
直列に接続するように前記抵抗層と積層されてい
る、電気エネルギーを前記発熱抵抗体に与えるた
めの電極と、を基板上に有し、熱エネルギーを用
いて記録を行うことを特徴とする記録ヘツドであ
り、また、第２発明の記録装置が、発熱抵抗部に
対応した液路とオリフイスとを更に有する第１発
明の記録ヘツドであつて、該記録ヘツドに電気エ
ネルギーを供給することによつて熱エネルギーを
発生させ、該熱エネルギーが作用する部分の前記
液路を満たすインクに熱による状態変化を生起さ
せ、該状態変化に基づいてオリフイスからインク
を吐出させる駆動パルスを供給する手段と、を有
することを特徴とする記録装置である。

この様な特徴を有する第１、第２の主たる構成
要件に依れば、同一の抵抗層で構成される発熱抵
抗部と電流調整用抵抗体とが、この抵抗層と積層
されている電極に依つて夫々が対応するように直
列に接続されている。このため発熱抵抗部と電流
調整用抵抗体間の配線を簡略化することができ、
記録ヘツドの構成の簡略化による小型化を、結果
的には装置の小型化をも図ることができ、また発
熱抵抗部を夫々調整用抵抗体で調整することが可
能であるため、更に高密度に調整された記録ヘツ
ドを得ることができる。

また熱エネルギーを利用する記録ヘツドの、発
熱抵抗部を構成する抵抗層を、電極パツトの位置
まで連続的に形成しており、その一部を調整用抵
抗として利用する構造を有しているため、ヘツド
内の熱分布をより均一化することができ、安定し
た記録を実行することができる。

そして、特に複数の流路の夫々に対応して設け
られた発熱抵抗部を有するマルチオリフイスヘツ
ドにおいては、各々のオリフイスから吐出する液
滴の体積と飛翔速度とを均一にそろえることが出
来、高解像度で高品質の画像を高速記録できる。

以下、本発明を図面に従つて更に具体的に説明
する。

第２図ａは、本発明が適用される液体噴射記録
ヘツドの電気熱変換体の表面側より見た模式的平
面図、第２図ｂは、第２図ａに一点鎖線XYで示
す部分で切断した場合の模式的断面図である。

図に示される記録ヘツドは、その表面に電気熱
変換体２０５が設けられている基板２０１の表面
に、所定の線密度で所定の巾と深さの溝が所定数
設けられている溝付板で覆うように接合すること
によつて、液体が噴射される為のオリフイスと熱
作用部を含む液吐出部の液流路が形成される構造
を有するものであるが、この溝付板は第２図ａで
は省略しており、第２図ｂには点線で仮想的に示
してある。第２図ａ中に一点鎖線で囲まれた斜線
部は記録液の流路及び共通液室となる部分であ
り、上部保護層２０４が形成されている。電気熱
変換体２０５は基板２０１に設けられた下部層２
０２、該下部層２０２上に設けられた抵抗層２０
３の一部である発熱抵抗部、該発熱抵抗部上に設
けられた上部保護層２０４とで構成される。

基板２０１の上には電気熱変換体２０５とは離
れた位置で、溝付板の設けられていない所に電気
熱変換体２０５の発熱抵抗部と連続した同一の抵
抗層で構成された調整用抵抗体２０６が設けられ
ている。その調整用抵抗体２０６の一端と電気熱
変換体２０５の発熱抵抗部の一端とは抵抗層と積
層された電極としての配線導体２０７で夫々が対
応する様に電気的に直列に接続されている。電気
熱変換体２０５の発熱抵抗部のもう一端には、抵
抗層と積層された電極としての配線導体２０８の
一端が設けられており、配線導体２０８の他端に
は電極パツト２１０が形成してある。図示されて
いる様に、抵抗層の一部である電流調整用の抵抗
体２０６のもう一端は、配線導体２０９を介して
電極パツト２１１に接続されている。いま、駆動
電源により、パツト２１０およびパツト２１１に
パルス電圧を与えると、電気・熱変換体２０５の
発熱抵抗部はそこを通過する電流値に依存して発
熱し熱作用面２１２の温度が上昇するが、この場
合の電流値は、パツト２１０よりパツト２１１に
至る回路抵抗で決まる。そこで抵抗体２０６を、
たとえばレーザ、ダイヤモンドカツト、サンドブ
ラスト、陽極化成等、機械的、物理的、化学的方
法によりトリミングすることにより、電気熱変換
体２０５に流れる電流を減少させ、発熱温度を低
下させることができる。

第３図は、本発明による記録ヘツドの電気熱変
換体の熱作用面に於ける表面温度を一定の値にす
るための抵抗トリミング方法の一例を示したもの
である。駆動パルスを供給する手段としての駆動
電源３０４よりパルス電圧をリード端子３０７，
３０８より記録ヘツド３０１に（溝付板は未だ設
けていない）に与えると、電気熱変換体３０２の
表面温度が上昇するが、この表面温度を赤外線温
度計３０５により検知し、その変換された電気信
号をレーザ・トリミング装置３０６の制御部にフ
イードバツクし、あらかじめ設定しておいた温度
に対応する電気信号と比較し、レーザ・トリミン
グ装置より照射されるレーザ・ビームの走査を制
御して抵抗体３０３の抵抗値を変化させることに
より、電気熱変換体３０２の表面温度が定められ
た値に設定される。これを各セグメント毎に繰り
返すことにより一つの記録ヘツド内のすべての発
熱部の温度を均一にすることができ、従つて記録
液の加熱状態が均一になり、オリフイスより吐出
する液滴の飛翔速度と体積は均一なものとなる。

第４図は、本発明による記録ヘツドの抵抗体ト
リミング方法の別の一実施例を示したものであ
る。記録ヘツド４０１に記録液を導入し、駆動電
源４０２より適当な電圧パルスを図に示す様に電
気熱変換体を与えるとオリフイス４０４より記録
液が吐出され、飛翔的液滴４０５が形成される。
形成される液滴４０５の飛翔速度をオリフイス４
０４前部に設けたホトカプラー４０６によつて検
出し、その信号をもつてレーザ・トリミング装置
４０７を制御し、抵抗体４０８の抵抗値を調整す
ることにより、あらかじめ設定した飛翔速度の液
滴を吐出させることのできる記録ヘツドが製作さ
れる。

このように液滴の飛翔速度を検出し、それが一
定になるようにレーザ・ビームを制御し乍ら抵抗
体４０８の抵抗値を調整する様にして製作した記
録ヘツドでは、周知の液室を形成する溝付板４０
９の溝部の形状やオリフイスの形状の微小な製作
上のばらつきによる吐出の不均一さも解消するこ
とができる。

また、電気熱変換体を駆動するトランジスタ、
ダイオード等を搭載したマルチ・セグメントの記
録ヘツドではそれらの素子のばらつきによる電気
熱変換体に流れる電流のばらつきも抵抗体４０８
のトリミングにより吸収してしまうことができ、
全セグメントの吐出が均一な記録ヘツドが得られ
るばかりでなく、ヘツドの交換による駆動電源部
の調整が不要となる。

以下、実施例に従つて、本発明を具体的に説明
する。

実施例１アルミナ基板上にSiO₂層（下部層）をスパツ
タリングにより5μm厚に形成、続いて抵抗層とし
てHfB₂を1000Å厚に、アルミニウムを電極とし
て3000Å厚に積層した後、選択エツチングでその
一部を除去することに依つて50μm×200μmの発
熱抵抗部及び電流調整様の抵抗体のパターンを形
成した。次にSiO₂層をスパツタリングにより
3500Å厚に保護層（上部層）として積層して基板
上に電気・熱変換体を形成した後、幅50μm×深
さ50μmの溝を刻んだガラス板を溝と電気熱変換
体が合致するように接合した。引続いて電気熱変
換体の先端とオリフイスの距離が250μmになるよ
うオリフイス端面を研磨して記録ヘツドを作成し
た。この記録ヘツドに黒色染料と水を主成分とす
るインクを供給しながら10μS，38Vの矩形電圧パ
ルス印字信号を1mSの周期で印加した時の、32個
のオリフイスセグメントから吐出した液滴の飛翔
速度ｖを、２セグメント毎に各セグメントナンバ
ーＮに対してプロツトしたのが第４図である。

第５図ａは、速度調整のトリミングを行なわな
かつた時の結果であるが、飛翔速度のばらつきは
約±20％であつた。次に各オリフイスから吐出し
た液滴の速度を検出し、最も遅い速度の液滴と同
じ速度になるように他のセグメントの滴飛翔速度
をレーザビームトリミングで抵抗層の一部である
調整抵抗をトリミングすることにより、そろえ電
圧を40Vに増加させて駆動した結果、各セグメン
トの滴飛翔速度は、第５図ｂに示したように±５
％におさまつた。トリミング調整なしの記録ヘツ
ドで記録した画像は高速記録の為に記録ヘツドを
被記録媒体に対して走査した（走引した）時に画
像品質が悪くなつたが、上述の如くトリミングに
より各セグメントの吐出状態をそろえた記録ヘツ
ドでは高速の走引を行なつても画像品質の劣化は
認められなかつた。

【図面の簡単な説明】

第１図ａ，ｂは、本発明に係わる記録ヘツドの
構造を説明する為のものであつて、第１図ａは、
模式的正面部分図、第１図ｂは第１図ａに一点鎖
線XYで示す部分で切断した場合の模式的切断面
部分図、第２図ａ，ｂは本発明によつて得られた
記録ヘツドの構造を説明する為のもので、第２図
ａは模式的平面図、第２図ｂは第２図ａに一点鎖
線X′Y′で示した部分で切断面した場合の模式的
切断面図、第３図は、本発明の第１の方法を説明
する為の模式的説明図、第４図は第２の方法を説
明する為の模式的説明図、第５図ａ、第５図ｂは
各々、本発明の実施例に於ける結果を説明する為
の説明図である。１０１……記録ヘツド、１０２……電気熱変換
体、１０３……基板、１０４……溝付板、１０５
……オリフイス、１０６……液吐出部、１０７…
…熱作用部、１０８……熱発生部、１０９……熱
作用面、１１０……下部層、１１１……抵抗層、
１１２……上部層、１１３，１１４……電極層、
２０１……基板、２０２……下部層、２０３……
抵抗層、２０４……上部層、２０５……電気熱変
換体、２０６……抵抗体、２０７，２０８……配
線導体、２１０，２１１……電極パツト、３０１
……記録ヘツド、３０２……電気熱変換体、３０
３……抵抗体、３０４……駆動電源、３０５……
赤外線温度計、３０６……レーザトリミング装
置、４０１……記録ヘツド。

Claims

【特許請求の範囲】１電気エネルギーが供給されることによつて熱
を発生する複数の発熱抵抗部と、該発熱抵抗部の夫々に対応して設けられ、該対
応した発熱抵抗部と連続した同一の抵抗層であつ
て、前記発熱抵抗部に流れる電流量を調整するた
めの電流調整用抵抗体と、前記発熱抵抗部と前記電流調整用抵抗体とを電
気的に直列に接続するように前記抵抗層と積層さ
れている、電気エネルギーを前記発熱抵抗体に与
えるための電極と、を基板上に有し、熱エネルギーを用いて記録を行
うことを特徴とする記録ヘツド。２前記記録ヘツドは、前記発熱抵抗部に対応し
た液路とオリフイスとを有し、該液路内の液体を
上記熱エネルギーによつて噴射する記録ヘツドで
ある特許請求の範囲第１項に記載の記録ヘツド。３電気エネルギーが供給されることによつて熱
を発生する複数の発熱抵抗部と、該発熱抵抗部の
夫々に対応して設けられ、該対応した発熱抵抗部
と連続した同一の抵抗層であつて、前記発熱抵抗
部に流れる電流量を調整するための電流調整用抵
抗体と、前記発熱抵抗部と前記電流調整用抵抗体
とを電気的に直列に接続するように前記抵抗層と
積層されている、電気エネルギーを前記発熱抵抗
体に与えるための電極と、を基板上に有すると共
に、前記発熱抵抗部に対応した液路とオリフイス
とを有する記録ヘツドと、該記録ヘツドに電気エネルギーを供給すること
によつて熱エネルギーを発生させ、該熱エネルギ
ーが作用する部分の前記液路を満たすインクに熱
による状態変化を生起させ、該状態変化に基づい
て前記オリフイスからインクを吐出させる駆動パ
ルスを供給する手段と、を有することを特徴とする記録装置。４前記記録ヘツドは、記録媒体に対して走査さ
れる記録ヘツドである特許請求の範囲第３項に記
載の記録装置。