JPH0513063B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は記録液としての液体を飛翔的液滴とし
て噴射し、該液滴を用いて記録を行なう液体噴射
記録装置に装備される記録ヘツド、なかでも熱エ
ネルギーを利用して液体を噴射させる液体噴射記
録装置に使用され、高密度集積化されたオリフイ
スを有する記録ヘツドに関する。

インクジエツト記録法（液体噴射記録法）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、高速記録が可能であり、し
かも所謂普通紙に定着という特別な処理を必要と
せずに記録の行なえる点に於いて注目されてお
り、最近種々のタイプのものが活発に研究されて
いる。

その中でも、熱エネルギーを液体に作用させ、
液体吐出のための原動力を得る方式、即ち、熱エ
ネルギーの作用を受けた液体が急峻な体積の増大
を伴なう状態変化を起し、該状態変化に基く作用
力によつて、記録ヘツド部先端のオリフイス（液
体吐出孔）より液体が吐出されて、飛翔的液滴が
形成され、該液滴を紙等の被記録材に付着させて
記録を行なう方式は、所謂dorop−on demand記
録法に極めて有効に適用されるばかりでなく、記
録ヘツド部をfull lineタイプで高密度マルチオリ
フイス化された記録ヘツドが容易に具現化できる
ので、高解像度、高品質の画像を高速で得られる
方式として注目されている。

このような方式を適用した記録法に用いられる
装置の記録ヘツド部は、液体を吐出する為に設け
られたオリフイスと、該オリフイスに連通し、液
体を吐出するための熱エネルギーが液体に作用す
る部分である熱作用部を有する液流路と、基体上
に設けられた発熱抵抗層に電気的に接続して、少
なくとも一対の対置する電極が設けられ、これら
電極の間に前記熱エネルギーを発生するための熱
発生部が形成されている電気熱変換体とを具備し
ている。

このような記録ヘツドのなかでも、オリフイス
の高密度集積化に好適な構造を有するものとし
て、基体の長手方向に液滴を吐出させる記録ヘツ
ドが挙げられる。その構造を示す典型的な例を第
１図ａ〜第１図ｃに示す。

第１図ａは液体噴射記録ヘツドの主要部の切断
面部分図、第１図ｂは第１図ａに示した記録ヘツ
ドのオリフイス側から見た正面部分図、第１図ａ
に示した記録ヘツドの有する基体の側面部分図で
ある。

この例に於いては、記録ヘツド１０１の有する
支持体１２０を構成する基体１０３の１つの面に
選択電極１０８が設けられ、その面に対向したも
う１つの他の面に共通電極１０９が設けられ、更
にこれらの電極端部に接続した発熱抵抗層１１７
からなる熱発生部１０２がその側面に設けられて
電気熱変換体が構成されている。

発熱抵抗層１１３及び選択電極１０８は、それ
ぞれ共通電極１０９と選択電極１０８との間の所
望の位置に熱発生部１０２が配置されるような形
状及び大きさにパターニングされている。

共通電極１０９は、基体１０３の１つの面全面
にわたり一体化されて設けられている。

このように電気熱変換体の形成された基体１０
３が、一対の電極がそれぞれ配線された相対する
２つの面を介して支持部材１０６−１と支持部材
１０６−２の間に接合されて一体となつて支持体
１２０を構成している。

この支持体は、更に治具１１１によつて位置決
めされ、これに天板１０４及び溝側壁１１２が接
合されることによつて、熱発生部１０２に対応し
たオリフイス１０５と、該オリフイスに連通し、
熱作用部１１９を構成の一部とする液流路１１８
と、該液流路に液体を供給するための共通液室１
１０が形成されている。支持部材１０６−２に
は、液流路１１８の一部を構成する熱作用部１１
９に液体を供給するための供給孔１０７が設けら
れている。従つて、溝側壁１１２によつて仕切ら
れた各液流路１１８は、この供給孔１０７と共通
液室１１０を介して連通されている。

このような記録ヘツドに於いては、選択電極１
０８と共通電極１０９のそれぞれが基体の異なる
面に分離して配線されることによつて、選択電極
１０８に対応して設けられる熱発生部１０２の高
密度化を可能としている。

これに対して、それまでの記録ヘツドに於いて
は、第２図に示すように選択電極２０８と共通電
極２０９が交互に基体２２０の同一面上に折り返
しパターンで配線され、１本おきに配列された選
択電極２０８に対応して設けられた各熱発生部２
０２間の間隔を狭くするには、スペースの問題あ
るいは電極や発熱抵抗層の機能の点から限界があ
つた。

このように、第１図ａ〜第１図ｃに示した記録
ヘツドは、オリフイスの高密度化に好適な構造を
有するものとなつたが、このような記録ヘツドの
電気熱変換体の設けられた基体１０３を形成する
際に、金属、ガラス、セラミツクス、樹脂等から
なる基体１０３の熱発生部１０２の設けられる側
面を研摩等の方法によつて均一に形成し、該側面
に直接発熱抵抗層１１３をスパツタリング、蒸着
法等によつて精度良く積層するためには、高度な
技術が必要であり、横一列に一直線上に配列され
た複数のオリフイスを有する記録ヘツドを精度良
く、かつ生産性良く形成することが困難であつ
た。

本発明の目的は、複数のオリフイスの高密度集
積化に好適な構造を有し、簡易に精度良く製造可
能な液体噴射記録ヘツドを提供することにある。

上記の目的は、以下の本発明によつて達成する
ことができる。

すなわち、本発明の液体噴射記録ヘツドは、液
体を吐出して飛翔的液滴を形成するために設けら
れたオリフイスと、該オリフイスに連通し前記液
滴を形成するための熱エネルギーが液体に作用す
る部分である熱作用部を有する支持体上に形成さ
れた液流路と、発熱抵抗層に電気的に接続して、
少なくとも一対の対置する電極が設けられ、これ
ら電極の間に前記熱エネルギーを発生するための
熱発生部が形成されている電気熱変換体とを具備
し、前記電気熱変換体が、前記熱発生部が基体の
一つの面上に形成され、かつ前記一対の電極が前
記基体の前記熱発生部が設けられた面に相接した
左右両面にそれぞれ別々に配線されて構成され、
該基体と支持部材とが接合一体化されて前記支持
体が構成されている液体噴射記録ヘツドに於い
て、屈曲自在な薄板と該薄板上に設けられた前記
発熱抵抗層と一対の電極とを有するフレキシブル
基板が前記基体に貼着されて前記電気熱変換体が
形成されてなるものであることを特徴とする。

以下、図面を用いて本発明の液体噴射記録ヘツ
ドを詳細に説明する。

第３図ａ〜第３図ｃは、本発明の液体噴射記録
ヘツドの一例の有する電気熱変換体の構成を説明
するための模式図である。

第３図ａは本発明の液体噴射記録ヘツドの一例
の有する支持体の主要部を構成する電気熱変換体
の設けられた基体の断面部分図、第３図ｂは基体
に貼着される屈曲自在なフレキシブル基板の展開
部分図、第３図ｃは第３図ｂに示した一点鎖線Ｘ
−Ｙに沿つてフレキシブル基板を切断した場合の
断面部分図である。

本発明の液体噴射記録ヘツドの有する電気熱変
換体は、第３図ａに示すように、熱発生部３０２
が基体３１４の側面に形成され、更に一対の電極
（選択電極３０５、共通電極３０９）が基体３１
４の相対する２つの面にそれぞれ分離されて配線
されることによつて構成されている。

このような構成の電気熱変換体は、第３図ｂ及
びｃに示したようなフレキシブル基板３１５を、
基体３１４に貼着することによつて形成すること
ができる。

本発明でいうフレキシブル基板３１５とは、少
なくともフレキシブルな薄板３１６と、該薄板表
面に設けられ、所定の形状にパターニングされた
発熱抵抗層３１３及び電極３０８，３０９とを有
してなるものである。

発熱抵抗層３１３と電極（選択電極３０８、共
通電極３０９）は、それぞれ選択電極３０８と共
通電極３０９の間にこれらに接続された発熱抵抗
層３１３が熱発生部３０２を形成するように、所
定の形状及び大きさにパターニングされている。

基体３１４に貼着されるフレキシブル基板３１
５を構成する薄板３１６には、基体３１４に密着
性良く、かつ基体３１４の形状に良く適合してこ
れに貼着することのできるフレキシブル性を有
し、更に発熱抵抗層３１３及び電極３０８，３０
９を構成する材料との密着性も良く、これに加え
て、電極及び発熱部分がその表面上に設けられる
ので、特に絶縁性、耐熱性に優れていることが要
求される。

このような要求を満たす薄板としては、例えば
ポリイミド、ポリエステル、マイラ等の材料から
なる薄板またはフイルム、及びPEEK FILM
（ICI社製）等を上げることができる。

熱発生部３０２を構成する発熱抵抗層３１３を
形成することのできる材料としては、通電される
ことによつて、所望の熱を発生させることがで
き、上記のような薄板３１６上に密着性良く積層
可能なものであれば大概のものが挙げられる。

このような材料としては、例えば窒化タンタ
ル、ニクロム、銀−パラジウム合金及びシリコン
半導体、更にハフニウム、ランタン、ジルコニウ
ム、チタン、タンタル、タングステン、モリブデ
ン、ニオブ、クロム、バナジウム等の金属及びそ
の合金並びにそれらのホウ化物等が好ましい材料
として挙げられる。

これらの発熱抵抗層３１３を成することのでき
る材料のなかでも、最も発熱抵抗層としての特性
に優れているのが、ホウ化ハフニウムであり、次
にホウ化ジルコニウム等が優れている。更に、
Ta系合金、セラミツクス等の材料も発熱抵抗層
として優れている。

発熱抵抗層３１３の層厚は、単位時間の発熱量
が所望の値となるように、その面積、材料及び熱
作用部の形状と大きさ、更に実際面での消費電力
等の諸条件に応じて適宜決定される。

電極３０８及び３０９形成することのできる材
料としては、通常使用されている電極材料のうち
前述の薄板３１６上に密着性良く積層可能なもの
が使用され、例えばAl，Ag，Au，Pt，Cu等の
金属が挙げられ、これらを使用して、蒸着法等を
用いて電極３０８及び３０９を形成することがで
きる。

フレキシブル基板３１５を形成する方法として
は、薄板３１６の所定の表面に、上記の材料を用
いて、感光性樹脂を用いたフオトリソグラフイー
を適用したパターン形成法やマスク蒸着法等によ
つて発熱抵抗層３１３及び電極３０８，３０９を
所望の形状及び大きさに成形する方法等を適用す
ることができる。

一方、基体３１４としては、薄板３１６に基本
的形状をあたえることのできるものならば、どの
ようなものも使用することができるが、例えば金
属、ガラス、セラミツクス、樹脂等の材料からな
るものを使用することができる。

このようにして形成されたフレキシブル基板３
１５を、熱発生部３０２が基体３１４の所定の側
面に配置されるように、基体３１４に例えばエポ
キシ接着剤を用いて貼着することによつて、本発
明の液体噴射記録ヘツドの有する電気熱変換体を
簡易に形成することができる。

以上のように、本発明の液体噴射記録ヘツドの
有するフレキシブル基板３１５は、その表面に発
熱抵抗層３１３及び電極３０８，３０９を設ける
際に、薄板３１６が適度な柔軟性有しているの
で、所望のパターン形成法に適合した状態及び形
状でこれらのパターニングを行なうことができ、
例えば高密度微細パターンを容易に生産性良く形
成することのできる回転露光法を適用して、精度
良く、かつ生産性良く電気熱変換体のパターニン
グを行なうことが可能となつた。

更に、電気熱変換体は、フレキシブル基板３１
５を基体３１４に貼着するだけで形成することが
でき、従来ガラス、セラミツクス等の薄板の研摩
加工された側面に直接電気熱変換体のパターニン
グを行なつていたのに対して、本発明の液体噴射
記録ヘツドの有する電気熱変換体の形成は非常に
簡易化されたものとなつた。

以上のような構成の電気熱変換体を有する本発
明の液体噴射記録ヘツドの一例を第４図ａ及び第
４図ｂに示す。

第４図ａは本発明の液体噴射記録ヘツドの一例
の主要部の断面部分図、第４図ｂは第４図ａに示
した記録ヘツドの主要部のオリフイス側から見た
正面部分図である。

第３図ａに示したものと同様の構成を有する電
気熱変換体の設けられた基体４１４は、支持部材
４０６の間に接合されて支持体４２０を構成し、
更にこの支持体４０２が治具４１１によつて位置
決めされ、これに天板４０４及び溝側壁４１２が
接合されることによつて、熱発生部４０２に対応
したオリフイス４０５と、該オリフイスに連通
し、熱作用部４１９を構成の一部とする液流路４
１８と、該液流路に液体を供給するための共通液
室４１０が形成されている。支持部材４０６に
は、液流路４１８の一部を構成する熱作用部４１
９に液体を供給するための供給孔４０７が設けら
れている。従つて、溝側壁４１２によつて仕切ら
れた各液流路４１８は、この供給孔４０７と共通
液室４１０を介して連通されている。

支持部材４０６、溝側壁４１２及び天板４０４
は、シリコン、ガラス、セラミツクス、樹脂等の
材料から形成することができるが、液体と直接接
触する部分に於ける耐液性に優れていることが望
ましい。

なお、支持部材４０６の一方、すなわち供給孔
４０７の設けられていない方の支持部材は、治具
４１１と一体化されていても良い。また、熱発生
部４０２及び電極４０８、４０９の液体と接触す
る部分上には、必要に応じて熱発生部４０２を形
成している発熱抵抗層と電極４０８，４０９を液
体から保護し、電極４０８と電極４０９間の液体
を通して起る短絡を防止する等のために保護層
（不図示）を設けることができる。このような保
護層は、金属酸化物、金属窒化物、金属炭化物あ
るいは樹脂等の材料から適宜選択された材料を用
いて形成することができる。

本発明の液体噴射記録ヘツドは、第５図ａ及び
第５図ｂに示すように、共通液室５１０に仕切り
壁５１５を設けることにより、共通液室５１０を
分割してブロツク化し、１つの記録ヘツドに複数
の共通液室５１０−１，５１０−２……を設け、
それぞれに異色の記録液を満たして、多色印字に
好適な記録ヘツドとすることができる。

更に、第６図ａ及び第６図ｂに示すように本発
明の記録ヘツドは、第４図に示したような支持体
３２０を２枚以上重ねて形成されたオリフイスが
上下（図に於いては左右）に２列以上配列された
ものであつても良い。この場合、第５図ａ及び第
５図ｂに示したように、横に配列されたオリフイ
スをブロツク化し、より多色でより高密度のドツ
ト印字が可能となる。

なお、第５図ａ〜第６図ｂの記録ヘツドの各構
成部分のうち、第４図ａ及び第４図ｂに示したも
のと同様の部分には、それぞれ同じ番号を付し
た。

以上のような構造を有する本発明の液体噴射記
録ヘツドに於いては、屈曲自在な薄板と、該薄板
上に設けられた発熱抵抗層と一対の電極とを有す
るフレキシブル基板が基体に貼着され、前記一対
の電極が前記基体の相対した２つの面に分離され
てそれぞれ配線されて電気熱変換体が構成された
ことによつて、本発明の記録ヘツドは、複数のオ
リフイスの高密度化に好適な構造を有し、しかも
精度良く簡易に製造可能な液体噴射記録ヘツドと
なつた。

特に、本発明の液体噴射記録ヘツドの構造は、
オリフイスのブロツク化及び高密度集積化を行な
うのに適しており、オリフイスがブロツク化及び
高密度集積化された本発明の液体噴射記録ヘツド
は、高密度多色ドツト印字に適用するのに好適な
記録ヘツドとなつた。

【図面の簡単な説明】

第１図ａは従来の液体噴射記録ヘツドの主要部
の切断面部分図、第１図ｂは第１図ａに示した記
録ヘツドのオリフイス側から見た正面部分図、第
１図ｃは第１図ａに示した記録ヘツドの有する電
気熱変換体の設けられた基体の側面部分図、第２
図は他の形式の従来の液体噴射記録ヘツド有する
電気熱変換体の設けられた基体の平面部分図、第
３図ａは本発明の液体噴射記録ヘツドの一例の有
する支持体の一部を構成する電気熱変換体の設け
られた基体の断面部分図、第３図ｂは第３図ａに
示した基体を構成するフレキシブル基板の展開部
分図、第３図ｃは第３図ｂに示した一点鎖線Ｘ−
Ｙに沿つてフレキシブル基板を切断した場合の断
面部分図、第４図ａ、第５図ａ及び第６図ａは本
発明の液体噴射記録ヘツドの一例の主要部の断面
部分図、第４図ｂ、第５図ｂ及び第６図ｂはそれ
ぞれ第４図ａ、第５図ａ及び第６図ａに示した記
録ヘツドの主要部のオリフイス側から見た正面部
分図である。 １０１，４０１，５０１，６０１……記録ヘツ
ド、１０２，２０２，３０２，４０２−１，４０
２−２……熱発生部、１０３，２２０，３１４，
４１４，４１４−１，４１４−２……基体、１０
４，４０４……天板、１０５，４０５，４０５−
１，４０５−２……オリフイス、１０６−１，１
０６−２，４０６，４０６−１，４０６−２……
支持部材、１０７，４０７……供給孔、１０８，
２０８，３０８，４０８，４０８−１，４０８−
２……選択電極、１０９，２０９，３０９，４０
９，４０９−１，４０９−２……共通電極、１１
０，４１０，４１０−１，４１０−２，５１０，
５１０−１，５１０−２……共通液室、１１１，
４１１……治具、１１２，４１２……溝側壁、１
１３，３１３……発熱抵抗層、１１８，４１８…
…液流路、１１９，４１９……熱作用部、１２
０，４２０，４２０−１，４２０−２……支持
体、３１５，４１５……フレキシブル基板、３１
６，４１６……薄板。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 液体を吐出して飛翔的液滴を形成するために
   設けられたオリフイスと、該オリフイスに連通し
   前記液滴を形成するための熱エネルギーが液体に
   作用する部分である熱作用部を有する支持体上に
   形成された液流路と、発熱抵抗層に電気的に接続
   して、少なくとも一対の対置する電極が設けら
   れ、これら電極の間に前記熱エネルギーを発生す
   るための熱発生部が形成されている電気熱変換体
   とを具備し、前記電気熱変換体が、前記熱発生部
   が基体の一つの面上に形成され、かつ前記一対の
   電極が前記基体の前記熱発生部が設けられた面に
   相接した左右両面にそれぞれ別々に配線されて構
   成され、該基体と支持部材とが接合一体化されて
   前記支持体が構成されている液体噴射記録ヘツド
   において、屈曲自在な薄板と該薄板上に設けられ
   た前記発熱抵抗層と一対の電極とを有するフレキ
   シブル基板が前記基体に貼着されて前記電気熱変
   換体が形成されてなるものであることを特徴とす
   る液体噴射記録ヘツド。