JPH06155745A - インクジェット記録ヘッドおよびその製造方法およびインクジェット記録装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 吐出エネルギー発生素子とオリフィスとの正
確な位置出しすることのできるインクジェット記録ヘッ
ドを提供する。 【構成】 発熱抵抗素子１０２の幅Ｗ_H が液路１０９の
幅Ｌ_C の幅よりも広く、発熱抵抗素子１０２と電極配線
１１０とが導電可能なように、基板１０１とオリフィス
プレート１０６とが接続されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はインクジェット記録ヘッ
ドに関し、より詳細には熱エネルギーを利用してインク
を吐出させるインクジェット記録ヘッドおよびその製造
方法およびインクジェット記録装置に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】図７にインクジェット記録ヘッドの一従
来例に係る模式的分解斜視図を示す。

【０００３】このインクジェット記録ヘッドは、記録液
滴を吐出するための熱エネルギーを記録液に供給する発
熱抵抗素子１０２およびこの素子に電気信号を伝達する
ための電極配線１０３が形成された基板１０１と、イン
ク流路等（不図示）を作製するための隔壁部材１０４
と、記録液滴を吐出するインク吐出口１０５（以下、オ
リフィスと言う）が開口されたオリフィスプレート１０
６とを具備している。

【０００４】このようなインクジェット記録ヘッドを製
造する上で重要な問題の一つとして、基板１０１とオリ
フィスプレート１０６とを接合する際の位置合わせの問
題がある。すなわち、基板１０１とオリフィスプレート
１０６とを接合する際に、これらの間の相互の位置ずれ
があると、これに伴なって、発熱抵抗素子１０２とオリ
フィス１０５との所定の位置関係もずれることになる。
これにより、記録液滴の吐出方向が偏向するかまたはサ
テライト液滴が増加することがあり、その結果として記
録画像の品位が低下する。

【０００５】そこで、従来のインクジェット記録ヘッド
においては、基板１０１とオリフィスプレート１０６と
の接合の際に、発熱抵抗素子１０２とオリフィス１０５
との位置についての情報を画像処理装置等を用いてとり
込み、両者の位置を調整し直す作業を行うことがあっ
た。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来のインクジェット記録ヘッドを製造する際には、
両者の位置についての画像情報のとり込みや位置の再調
整に時間がかかり、また接合の際の位置精度だし作業が
必要となるので、工程が複雑化してスループットが低下
するという問題を生じる。

【０００７】そこで、本発明の目的は、上述した問題点
を解消し、簡易な構成で発熱抵抗素子とオリフィスとの
間の正確な位置出しを可能とするインクジェット記録ヘ
ッドおよびその製造方法および該ヘッドを用いたインク
ジェット記録装置を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
るために、本発明のインクジェット記録ヘッドは、基体
上に、記録液滴を吐出するためのエネルギーを液路内の
記録液に供給する吐出エネルギー発生素子が設けられた
第１の基板と、前記吐出エネルギー発生素子を離隔する
ための隔壁上の所定の位置に電極配線膜が形成された第
２の基板とを有し、前記吐出エネルギー発生素子の幅が
前記液路の幅よりも広く、前記吐出エネルギー発生素子
と前記電極配線とが導通可能なように、前記第１の基板
と前記第２の基板とが接合されていることを特徴とす
る。

【０００９】さらに、本発明のインクジェット記録ヘッ
ドの製造方法は、第１の基板上に記録液滴を吐出するた
めのエネルギーを供給する吐出エネルギー発生素子を形
成する工程と、第２の基板に前記吐出エネルギー発生素
子を離隔するための隔壁上に電極配線を形成する工程
と、前記吐出エネルギー発生素子の幅が前記隔壁間の幅
よりも広くし、前記吐出エネルギー発生素子と前記電極
配線とが導通可能なように、前記第１の基板と前記第２
の基板とを接合する工程とを含むことを特徴とする。

【００１０】さらにまた、本発明のインクジェット記録
装置は、被記録媒体に記録液滴を吐出して記録を行うイ
ンクジェット記録装置において、該基体上に、前記記録
液滴を吐出するためのエネルギーを液路内の記録液に供
給する複数の吐出エネルギー発生素子が設けられた第１
の基板と、前記複数の吐出エネルギー発生素子を離隔す
るための隔壁上の所定の位置に電極配線が形成された第
２の基板とを有し、前記吐出エネルギー発生素子の幅が
前記液路の幅よりも広く、前記吐出エネルギー発生素子
と前記電極配線とが導通可能なように、前記第１の基板
と前記第２の基板とが接合されているインクジェット記
録ヘッドを有することを特徴とする。

【００１１】

【作用】本発明によれば、吐出エネルギー発生素子が設
けられた基板と、この吐出エネルギー発生素子に電力を
供給する電極配線が設けられた基板とを別々の基板に形
成し、インクジェット記録ヘッドを構成したので、吐出
エネルギー発生素子とオリフィスとを正確に位置合わせ
を行わなくても、インク流路内の記録液にエネルギーを
供給するエネルギー発生部の中心とオリフィスの中心と
を一致させることができる。

【００１２】

【実施例】以下、図面を参照しつつ本発明の実施例を詳
細に説明する。

【００１３】実施例１ 図１は本発明に係るインクジェット記録ヘッドの一実施
例を示す模式的分解斜視図である。

【００１４】シリコン等からなる基板１０１上には発熱
抵抗素子１０２および後述する電極配線に接続するボン
ディングパッド部１０７が形成されている。本実施例に
おいては電極配線は基板１０１とは異なるオリフィスプ
レート１０６の裏面側に設けられているので、基板１０
１のみでは発熱抵抗素子１０２とボンディングパッド部
１０７とは電気的に接続されていない。また、オリフィ
スプレート１０６には、記録液滴を吐出するためのオリ
フィス１０５が設けられていると共に、後述のように基
板１０１との接合側にはオリフィス１０５と連通し、発
熱抵抗素子１０２に対応してインク路を形成するための
隔壁１０８（図２参照）が設けられている。

【００１５】図２は、図１に示したオリフィスプレート
１０６と基板１０１との接合面側を示す斜視図である。

【００１６】図２において、隔壁１０８は、インクを貯
留するインクタンク（不図示）よりオリフィス１０５へ
とインクを導くインク流路１０９を形成するように設け
られている。基板１０１（図１参照）と接合される隔壁
１０８上には所定の位置にＡｌ等の材料からなる電極配
線１１０が形成されている。この電極配線１１０を、蒸
着法等により隔壁１０８上に形成した後に、フォトリソ
グラフィー法によりボンディングパッド部１０７を成膜
する。

【００１７】図３は、図１のＡ−Ａ′線に沿った模式的
断面図である。

【００１８】図３において、発熱抵抗素子１０２の幅方
向の寸法Ｗ_H をインク流路１０９の幅Ｌ_C の寸法よりも
充分大きくとる。これにより、基板１０１とオリフィス
プレート１０６とを図１のＢ−Ｂ′線と図２のＣ−Ｃ′
線との粗い位置合わせにより接合した場合においても電
極配線１１０と発熱抵抗素子１０２とが接触するので、
ボンディングパッド部１０７より電極配線１１０を通っ
て発熱抵抗素子１０２に通電することができる。

【００１９】図４は、オリフィス１０５と発熱抵抗素子
１０２との位置関係を示す説明図である。

【００２０】図４（Ａ）は、図１のＢ−Ｂ′線と図２の
Ｃ−Ｃ′線が一致してオリフィス１０５と発熱抵抗素子
１０２とを接合した場合を示す。この時は、オリフィス
１０５の中心線とエネルギー発生部１１１との中心線と
が一致していることになる。ここで、エネルギー発生部
１１１は電極配線１１０により覆われていない発熱抵抗
素子１０２の実質的な熱エネルギーの発生部を意味す
る。

【００２１】図４（Ｂ）は、図１に示した発熱抵抗素子
１０２の中心線Ｂ−Ｂ′が図２に示したオリフィス１０
５の中心線Ｃ−Ｃ′と一致していない場合を示す。この
ように両者の中心線が一致しなくても、エネルギー発生
部１１１の中心線とオリフィス１０５の中心線とは一致
する。このように発熱抵抗素子１０２の幅をインク路の
幅よりも大きくすることにより、オリフィス１０５はエ
ネルギー発生部１１１によって覆われているので、オリ
フィス１０５と発熱抵抗素子１０２との位置関係がずれ
ても、オリフィス１０５の中心とエネルギー発生部１１
１との中心は一致する。従って、オリフィス１０５から
記録液滴は正規の方向に吐出することが可能となる。

【００２２】これに対して、図５に示すような構造で
は、エネルギー発生部１１１の位置は基板１０１の位置
で決定されるため、正確な位置合わせを行わないと図４
（Ｃ）の比較例のようにオリフィス１０５とエネルギー
発生部１１１の中心がずれて、好ましい吐出は困難であ
る。

【００２３】実施例２ 図６は本発明に係るインクジェット記録ヘッドの他の実
施例を示す模式的断面図である。

【００２４】本図において、オリフィスプレートと天板
とを樹脂モールドにより一体的に形成した後に、オリフ
ィスプレートにレーザー光を照射してオリフィス１０５
を形成したものである。図１に示した構成と同じ構造を
有する基板１０１とオリフィスプレート１０６との接合
により、図６に示すインクジェット記録ヘッドを構成す
る。本実施例においても従来例と異なりオリフィスプレ
ート１０６に電極配線１１０（図２参照）が設けられて
いるので、オリフィス１０５とエネルギー発生部との軸
ずれなく接合することができる。さらに、記録液滴の吐
出特性に影響するオリフィス１０５と発熱抵抗素子１０
２との距離を一定にすることができるので、インクジェ
ット記録ヘッドの個体間の吐出特性、例えば、滴体積の
ばらつきを低減することができる。

【００２５】図８は、図６に示したインクジェット記録
ヘッドを搭載して構成されるインクジェット記録装置の
模式的斜視図である。

【００２６】本図において、１０はインクカートリッジ
であり、このカートリッジ１０は、押さえ部材１１によ
りキャリッジ１２の上に固定されており、これらはシャ
フト１３に沿って長手方向に往復可能となっている。さ
らに、電気的接続は、配線基板に設けた接続パッドに、
キャリッジ１２上のコネクタを結合されることによって
行う。

【００２７】記録ヘッドより吐出された記録液滴は、記
録ヘッドと微少間隔をおいてプラテン１４に記録面を規
制された被記録媒体１５に到達し、被記録媒体１５上に
画像を形成する。

【００２８】記録ヘッドには、ケーブル１６およびこれ
に結合する端子を介して吐出信号が供給される。カート
リッジ１０は、用いるインク色等に応じて、１ないし複
数個（図では２個）を設けることができる。

【００２９】また、１７はキャリッジ１２をシャフト１
３に沿って走査させるためのキャリッジモータ、１８は
キャリッジモータ１７の駆動力をキャリッジ１２に伝達
するワイヤである。また、１９はプラテンローラ１４に
結合して被記録媒体を搬送させるためのフィードモータ
である。

【００３０】（その他）なお、本発明は、特にインクジ
ェット記録方式の中でも、インク吐出を行わせるために
利用されるエネルギとして熱エネルギを発生する手段
（例えば電気熱変換体やレーザ光等）を備え、前記熱エ
ネルギによりインクの状態変化を生起させる方式の記録
ヘッド、記録装置において優れた効果をもたらすもので
ある。かかる方式によれば記録の高密度化，高精細化が
達成できるからである。

【００３１】その代表的な構成や原理については、例え
ば、米国特許第４７２３１２９号明細書，同第４７４０
７９６号明細書に開示されている基本的な原理を用いて
行うものが好ましい。この方式は所謂オンデマンド型，
コンティニュアス型のいずれにも適用可能であるが、特
に、オンデマンド型の場合には、液体（インク）が保持
されているシートや液路に対応して配置されている電気
熱変換体に、記録情報に対応していて核沸騰を越える急
速な温度上昇を与える少なくとも１つの駆動信号を印加
することによって、電気熱変換体に熱エネルギを発生せ
しめ、記録ヘッドの熱作用面に膜沸騰を生じさせて、結
果的にこの駆動信号に一対一で対応した液体（インク）
内の気泡を形成できるので有効である。この気泡の成
長，収縮により吐出用開口を介して液体（インク）を吐
出させて、少なくとも１つの滴を形成する。この駆動信
号をパルス形状とすると、即時適切に気泡の成長収縮が
行われるので、特に応答性に優れた液体（インク）の吐
出が達成でき、より好ましい。このパルス形状の駆動信
号としては、米国特許第４４６３３５９号明細書，同第
４３４５２６２号明細書に記載されているようなものが
適している。なお、上記熱作用面の温度上昇率に関する
発明の米国特許第４３１３１２４号明細書に記載されて
いる条件を採用すると、さらに優れた記録を行うことが
できる。

【００３２】記録ヘッドの構成としては、上述の各明細
書に開示されているような吐出口，液路，電気熱変換体
の組合せ構成（直線状液流路または直角液流路）の他に
熱作用部が屈曲する領域に配置されている構成を開示す
る米国特許第４５５８３３３号明細書，米国特許第４４
５９６００号明細書を用いた構成も本発明に含まれるも
のである。加えて、複数の電気熱変換体に対して、共通
するスリットを電気熱変換体の吐出部とする構成を開示
する特開昭５９−１２３６７０号公報や熱エネルギの圧
力波を吸収する開孔を吐出部に対応させる構成を開示す
る特開昭５９−１３８４６１号公報に基いた構成として
も本発明の効果は有効である。すなわち、記録ヘッドの
形態がどのようなものであっても、本発明によれば記録
を確実に効率よく行うことができるようになるからであ
る。

【００３３】さらに、記録装置が記録できる記録媒体の
最大幅に対応した長さを有するフルラインタイプの記録
ヘッドに対しても本発明は有効に適用できる。そのよう
な記録ヘッドとしては、複数記録ヘッドの組合せによっ
てその長さを満たす構成や、一体的に形成された１個の
記録ヘッドとしての構成のいずれでもよい。

【００３４】加えて、上例のようなシリアルタイプのも
のでも、装置本体に固定された記録ヘッド、あるいは装
置本体に装着されることで装置本体との電気的な接続や
装置本体からのインクの供給が可能になる交換自在のチ
ップタイプの記録ヘッド、あるいは記録ヘッド自体に一
体的にインクタンクが設けられたカートリッジタイプの
記録ヘッドを用いた場合にも本発明は有効である。

【００３５】また、本発明の記録装置の構成として、記
録ヘッドの吐出回復手段、予備的な補助手段等を付加す
ることは本発明の効果を一層安定できるので、好ましい
ものである。これらを具体的に挙げれば、記録ヘッドに
対してのキャッピング手段、クリーニング手段、加圧或
は吸引手段、電気熱変換体或はこれとは別の加熱素子或
はこれらの組み合わせを用いて加熱を行う予備加熱手
段、記録とは別の吐出を行なう予備吐出手段を挙げるこ
とができる。

【００３６】また、搭載される記録ヘッドの種類ないし
個数についても、例えば単色のインクに対応して１個の
みが設けられたものの他、記録色や濃度を異にする複数
のインクに対応して複数個数設けられるものであっても
よい。すなわち、例えば記録装置の記録モードとしては
黒色等の主流色のみの記録モードだけではなく、記録ヘ
ッドを一体的に構成するか複数個の組み合わせによるか
いずれでもよいが、異なる色の複色カラー、または混色
によるフルカラーの各記録モードの少なくとも一つを備
えた装置にも本発明は極めて有効である。

【００３７】さらに加えて、以上説明した本発明実施例
においては、インクを液体として説明しているが、室温
やそれ以下で固化するインクであって、室温で軟化もし
くは液化するものを用いてもよく、あるいはインクジェ
ット方式ではインク自体を３０℃以上７０℃以下の範囲
内で温度調整を行ってインクの粘性を安定吐出範囲にあ
るように温度制御するものが一般的であるから、使用記
録信号付与時にインクが液状をなすものを用いてもよ
い。加えて、熱エネルギによる昇温を、インクの固形状
態から液体状態への状態変化のエネルギとして使用せし
めることで積極的に防止するため、またはインクの蒸発
を防止するため、放置状態で固化し加熱によって液化す
るインクを用いてもよい。いずれにしても熱エネルギの
記録信号に応じた付与によってインクが液化し、液状イ
ンクが吐出されるものや、記録媒体に到達する時点では
すでに固化し始めるもの等のような、熱エネルギの付与
によって初めて液化する性質のインクを使用する場合も
本発明は適用可能である。このような場合のインクは、
特開昭５４−５６８４７号公報あるいは特開昭６０−７
１２６０号公報に記載されるような、多孔質シート凹部
または貫通孔に液状又は固形物として保持された状態
で、電気熱変換体に対して対向するような形態としても
よい。本発明においては、上述した各インクに対して最
も有効なものは、上述した膜沸騰方式を実行するもので
ある。

【００３８】さらに加えて、本発明インクジェット記録
装置の形態としては、コンピュータ等の情報処理機器の
画像出力端末として用いられるものの他、リーダ等と組
合せた複写装置、さらには送受信機能を有するファクシ
ミリ装置の形態を採るもの等であってもよい。

【００３９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
吐出エネルギー発生素子が設けられた基板と、この吐出
エネルギー発生素子に電力を供給する電極配線が設けら
れた基板とを別々の基板に形成し、インクジェット記録
ヘッドを構成したので、吐出エネルギー発生素子とオリ
フィスとを正確に位置合わせを行わなくても、インク流
路内の記録液にエネルギーを供給するエネルギー発生部
の中心とオリフィスの中心とを一致させることができ
る。

【００４０】従って、記録液滴の吐出方向の曲がりやサ
テライト液滴が起きることなく、記録品位の優れた画像
を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るインクジェット記録ヘッドの一実
施例を示す模式的斜視図である。

【図２】オリフィスプレートと基板との接合面側を示す
模式的斜視図である。

【図３】図１のＡ−Ａ′線に沿った模式的断面図であ
る。

【図４】オリフィスと吐出エネルギー発生素子との相対
位置関係を示す説明図である。

【図５】本発明に係るインクジェット記録ヘッドの他の
実施例を示す模式的斜視図である。

【図６】本発明に係るインクジェット記録ヘッドの模式
的断面図である。

【図７】従来のインクジェット記録ヘッドの分解斜視図
である。

【図８】図６に示したインクジェット記録ヘッドを搭載
して構成されるインクジェット記録装置の模式的斜視図
である。

【符号の説明】

１０ インクカートリッジ １１ 押さえ部材 １２ キャリッジ １３ シャフト １４ プラテン １５ 被記録媒体 １６ ケーブル １７ キャリッジモータ １８ ワイヤ １９ フィードモータ １０１ 基板 １０２ 発熱抵抗素子 １０３ 電極配線 １０４ 隔壁部材 １０５ オリフィス １０６ オリフィスプレート １０７ ボンディングパッド部 １０８ 隔壁 １０９ インク流路 １１０ 電極配線 １１１ エネルギー発生部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 前田 浩行 東京都大田区下丸子３丁目30番２号 キヤ ノン株式会社内 (72)発明者 土井 健 東京都大田区下丸子３丁目30番２号 キヤ ノン株式会社内

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基体上に、記録液滴を吐出するためのエ
   ネルギーを液路内の記録液に供給する吐出エネルギー発
   生素子が設けられた第１の基板と、 前記吐出エネルギー発生素子を離隔するための隔壁上の
   所定の位置に電極配線膜が形成された第２の基板とを有
   し、 前記吐出エネルギー発生素子の幅が前記液路の幅よりも
   広く、前記吐出エネルギー発生素子と前記電極配線とが
   導通可能なように、前記第１の基板と前記第２の基板と
   が接合されていることを特徴とするインクジェット記録
   ヘッド。
2. 【請求項２】 第１の基板上に記録液滴を吐出するため
   のエネルギーを供給する吐出エネルギー発生素子を形成
   する工程と、 第２の基板に前記吐出エネルギー発生素子を離隔するた
   めの隔壁上に電極配線を形成する工程と、 前記吐出エネルギー発生素子の幅が前記隔壁間の幅より
   も広くし、前記吐出エネルギー発生素子と前記電極配線
   とが導通可能なように、前記第１の基板と前記第２の基
   板とを接合する工程とを含むことを特徴とするインクジ
   ェット記録ヘッドの製造方法。
3. 【請求項３】 被記録媒体に記録液滴を吐出して記録を
   行うインクジェット記録装置において、 該基体上に、前記記録液滴を吐出するためのエネルギー
   を液路内の記録液に供給する複数の吐出エネルギー発生
   素子が設けられた第１の基板と、 前記複数の吐出エネルギー発生素子を離隔するための隔
   壁上の所定の位置に電極配線が形成された第２の基板と
   を有し、 前記吐出エネルギー発生素子の幅が前記液路の幅よりも
   広く、前記吐出エネルギー発生素子と前記電極配線とが
   導通可能なように、前記第１の基板と前記第２の基板と
   が接合されているインクジェット記録ヘッドを有するこ
   とを特徴とするインクジェット記録装置。
4. 【請求項４】 前記インクジェット記録装置は、熱エネ
   ルギーを利用して記録液に気泡を生成させ、該気泡の生
   成に基づいて記録液滴を吐出することを特徴とする請求
   項３に記載のインクジェット記録装置。