JPH0626887B2 - 液体噴射記録ヘツド - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、液体を噴射し、飛翔液滴を形成して記録を行
なう液体噴射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
お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おい
て、最近関心を集めている。

その中で、例えば特開昭54-51837号公報、ドイツ公開(D
OLS)第2843064号公報に記載されている液体噴射記録法
は、熱エネルギーを液体に作用させて、液滴吐出の原動
力を得るという点において、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た記録法は、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体が吐出されて、飛翔的液
滴が形成され、該液滴が被記録部材に付着し記録が行な
われる。

殊に、DOLS第2843064 号公報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、記録ヘッド部を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
速で得られるという特徴を有している。

上記の記録法に適用される装置の記録ヘツド部は、液体
を吐出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、液滴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構成の一部とする液流
路とを有する液吐出部と、熱エネルギーを発生する手段
としての電気熱変換体とを具備している。

そして、この電気熱変換体は、一対の電極と、これ等の
電極に接続しこれ等の電極の間に発熱する領域（熱発生
部）を有する発熱抵抗層とを具備している。

このような液体噴射記録ヘツドの構造を示す典型的な例
が、第１図(a)、及び第１図(b)に示される。第１図(a)
は、液体噴射記録ヘツドのオリフイス側から見た正面部
分図であり、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切断面部分図である。

記録ヘツド100は、その表面に電気熱変換体101が設けら
れている基板102の表面を、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103で覆うよう
に接合することによつて、オリフイス104と液吐出部105
が形成された構造を有している。図に示す記録ヘツドの
場合には、オリフイス104を複数有するものとて示され
ているが、勿論本発明においては、このようなものに限
定されるものではなく、単一オリフイスの記録ヘツドも
本発明の範疇にはいるものである。

液吐出部105は、その終端に液体を吐出させるためのオ
リフイス104と、電気熱変換体101より発生される熱エネ
ルギーが液体に作用して気泡を発生し、その体積の膨張
と収縮に依る急激な状態変化を引き起す箇所である熱作
用部106とを有する。

熱作用部106は、電気熱変換体101の熱発生部107の上部
に位置し、熱発生部107の液体と接触する面としての熱
作用面108をその底面としている。

熱発生部107は、基板102上に設けられた下部層109、該
下部層109上に設けられた発熱抵抗層110、該発熱抵抗層
110上に設けられた上部層111とで構成される。発熱抵抗
層110には、熱を発生させるために該層110に通伝するた
めの配線層（以下電極と称す。）112，113がその表面に
設けられてある。電極112は、各液吐出部の熱発生部に
共通の電極であり、電極113は、各液吐出部の熱発生部
を選択して発熱させるための選択電極であつて、液吐出
部の液流路に沿つて設けられている。

上部層111は、熱発生部107に於いては発熱抵抗層110
を、使用する液体から化学的、物理的に保護するために
発熱抵抗層110と液吐出部105の液流路を満たしている液
体とを隔絶すると共に、液体を通じて電極112，113 間
が短絡するのを防止する、発熱抵抗層110 の保護的機能
を有している。また、上部層111は、隣接する電極間に
於ける電気的リークを防止する役目も荷つている。殊
に、各選択電極間に於ける電気的リークの防止、或いは
各液流路下にある電極が何等かの理由で電極と液体とが
接触し、これに通電することによつて起る電極の電蝕の
防止は重要であつて、このためにこのような保護層的機
能を有する上部層111が少なくとも液流路下に存在する
電極上には設けられている。

更に、各液吐出部に設けられている液流路は、その上流
に於いて、該液流路に供給する液体を貯える共通液室
（不図示）に連通しているが、各液吐出部に設けられた
電気熱変換体に接続されている電極は、その設計上の都
合により、熱作用部の上流側に於いて前記共通液室下を
通るように設けられるのが一般的である。従つて、この
部分に於いても電極が液体と接触するのを防止すべく前
記した上部層が設けられるのが一般的である。

基板102は、シリコン，ガラス，セマミックス等で構成
されている支持体114、該支持体114上にSiO₂ ，酸化ジ
ルコニウム，酸化タンタル，酸化マグネシウム等の金属
酸化物等で構成される下部層109、発熱抵抗層110、発熱
抵抗層の両側に共通電極112、選択電極113、発熱抵抗層
110の電極で被覆されていない部分および電極112，113
を覆う様に上部層111を具備している。

上記の様に従来の基板ではリジツドな支持体上に種々の
層が各基板ごとにスパッタリング、蒸着等の成膜方法で
形成されている。この為大量生産には不向きで、工程が
多く、製造には長時間を要していた。また材料も高価で
あるため、液体噴射記録ヘツドのコストも高くならざる
得なかつた。更に、製造された基板としてもリジツドで
あるため液体噴射記録ヘツドの使用範囲も限られてい
た。

本発明は、上記の諸点に鑑みなされたものであって、生
産コストの簡略化、大量生産によるコストの低減を達成
することのできる液体噴射記録ヘッドを提供することを
主たる目的とする。

また、本発明の別の目的は、従来記録ヘッドの取り付け
が容易にできなかった場所にも記録ヘッドの取り付けが
容易にでき、使用範囲の広い液体噴射記録ヘッドを提供
することにある。

このような本発明の液体噴射記録ヘッドは、液体を吐出
させるための熱エネルギーを発生する発熱抵抗層と該発
熱抵抗層に電気的に接続された配線層とが配された支持
体を有する液体噴射記録ヘッドにおいて、少なくとも前
記支持体がフレキシブルなフィルムによって構成されて
おり、前記熱抵抗層と前記配線層とが該フレキシブルな
フィルムの上に成膜工程で形成されていることを特徴と
する。

本発明の液体噴射記録ヘツドに於いては、フレキシブル
材料よりなるのは支持体のみとしても良いし、記録ヘッ
ドを構成する部材全てであつても良い。これは製造上、
ヘツドの取付等から適宜決定されるものである。例えば
支持体および支持体と組合わされて液流路を形成する為
の溝付板の双方がフレキシブル材料であれば液体噴射記
録ヘツド自体を特にフレキシブルにすることができ、従
来装着するのが困難であつた様な場所への装着も可能と
なる。支持体にフレキシブルなフィルム状の材料を用い
ることにより、下部層を省略することができ、他の発熱
抵抗層，電極，上部層は従来の方法に加えてフィルムコ
ーティング、スクリーン印刷等の成膜方法で形成するこ
とができ、工程が簡略化できるとともに、フレキシブル
フィルム基板に対して成膜工程を行うため連続的に形成
することができる。

本発明に用いることができるフレキシブルなフィルム状
の材料としては、例えばポリイミド，フツ素樹脂，アク
リル樹脂などの有機樹脂フイルムが好ましいものとして
あげられる。

以下、図面に従つて本発明の液体噴射記録ヘツドを具体
的に説明する。

第２図(a)，(b)は本発明の液体噴射記録ヘツドである。
第２図(a)はオリフイス側正面図、第２図(b)は第２図
(a)に一点鎖線ＡＢで示す部分で切断した場合の切断面
部分図である。

図に示される液体噴射記録ヘツド200は、所望数の電気
熱変換体201が設けられた熱を利用する液体噴射記録ヘ
ツド（バブルジエツト）用に基板202と、前記電気熱変
換体201に対応して設けられた溝を所望数有する溝付板2
03とでその主要部が構成されている。

バブルジェット基板202と溝付板203とは、所定箇所で接
着剤等で接合されることでＢＪ基板202の電気熱変換体2
01の設けられている部分と、溝付板203の溝の部分とに
よつて液流路215を形成しており、該液流路215は、その
構成の一部に熱作用部206を有する。

ＢＪ基板202は、前述のようなフレキシブルフイルムの
上に発熱抵抗層210と、発熱抵抗層210の上面の両側には
液流路215に沿つて共通電極212及び選択電極213と、発
熱抵抗層210の電極で被覆されてない部分及び電極212，
213の部分を覆う様に上部層211とを具備している。

発熱抵抗層210を構成する材料は、通電されることによ
つて、所望通りの熱が発生するものであれば大概のもの
が採用され得る。

そのような材料としては、具体的には例えば窒化タンタ
ル、ニクロム、銀−パラジウム合金、シリコン半導体、
或いは、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
硼化物等が好ましいものとして挙げられる。

これ等の発熱抵抗層210を構成する材料の中、殊に金属
硼化物が優れたものとして挙げることができ、その中で
も最も特性の優れているのが硼化ハフニウムであり、次
いで硼化ジルコニウム、硼化ランタン、硼化タンタル、
硼化パナジウム、硼化ニオブの順となつている。

電極212及び213を構成する材料としては、通常使用され
ている電極材料の多くのものが有効に使用され、具体的
には例えば、Al，Ag，Au，Pt，Cu等の金属が挙げられ
る。上部層211は、設けられる場所によつて要求される
特性が各々異なる。即ち、例えば熱発生部207に於いて
は、耐熱性、耐液性、液浸透防止性、熱伝導
性、酸化防止性、絶縁性及び耐破傷性に優れてい
ることが要求され、熱発生部207以外の領域に於いては
熱的条件で緩和されるが液浸透防止性、耐液性及び耐破
傷性には充分優れていることが要求される。

さらに上部層は、段差部に於ける被覆性が良好であるこ
と、形成される層にピンホール等の欠陥の発生する確率
が低く、発生しても実用上無視し得る程度或いはそれ以
上に少ないことが要求される。

そこで、これ等の要求を満たすべく上部層を無機絶縁材
料で構成される第１の保護層と有機材料で構成される第
２の保護層を積層して形成したり、更には第１の保護層
を２層構造にして下層を無機絶縁材料で構成し、上層を
粘りがあつて、比較的機械的強度に優れ、第１の保護層
と第２の保護層に対して密着性と粘着性のある例えば金
属等の無機材料で構成したり、第２の保護層の更に上部
に第３の保護層を金属等の無機材料で構成して配設した
りされている。

第１の保護層の下層を構成する材料としては、比較的熱
伝導性及び耐熱性に優れた無機質絶縁材料が適してい
る。例えば、SiO₂等の無機酸化物や、酸化チタン、酸化
パナジウム、酸化ニオブ、酸化モリブデン、酸化タンタ
ル、酸化タングステン、酸化クロム、酸化ジルコニウ
ム、酸化ハフニウム、酸化ランタン、酸化イツトリウ
ム、酸化マンガン等の遷移金属酸化物、更に酸化アルミ
ニウム、酸化カルシウム、酸化ストロンチウム、酸化バ
リウム、酸化シリコン、等の金属酸化物及びそれらの複
合体、窒化シリコン、窒化アルミニウム、窒化ボロン、
窒化タンタル等高抵抗窒化物及びこれら酸化物、窒化物
の複合体、更にアモルフアスシリコン、アモルフアスセ
レン等の半導体などバルクでは低抵抗であつてもスパツ
タリング法、ＣＶＤ法、蒸着法、気相反応法、液体コー
テイング法等の製造過程で高抵抗化し得る薄膜材料を挙
げることができる。

第１の保護層の上層及び第３の保護層を形成することの
できる材料としては、上記のTaの他に、Sc、Ｙなどの周
期律表第IIIａ族の元素、Ti，Zr，Hfなどの第IVａ族の
元素、Ｖ，Nbなどの第Va族の元素、Cr，Mo，Ｗなどの第
VIａ族の元素、Fe，Co，Niなどの第VIII族の元素；Ti−
Ni，Ta−Ｗ，Ta−Mo−Ni，Ni−Cr，Fe−Co，Ti−Ｗ，Fe
−Ti，Fe−Ni，Fe−Cr，Fe−Ni−Crなどの上記金属の合
金；Ti−Ｂ，Ta−Ｂ，Hf−Ｂ，Ｗ−Ｂなどの上記金属の
硼化物；Ti，Ｃ−Zr−Ｃ，Ｖ−Ｃ，Ta−Ｃ，Mo−Ｃ，Cr
−Ｃなどの上記金属の炭化物；Mo−Si，Ｗ−Si，Ta−Si
などの上記金属のケイ化物；Ti−Ｎ，Nb−Ｎ，Ta−Ｎな
どの上記金属の窒化物が挙げられる。

第１の保護層の上層及び第３の保護層は、上記の層単独
であつてもよいが、もちろんこれらの幾つかを組合わせ
ることもできる。

第２の保護層は、液浸透防止と耐液作用に優れた有機質
絶縁材料で構成され、更には、成膜性が良いこと、
緻密な構造でかつピンホールが少ないこと、使用イン
クに対し膨潤，溶解しないこと、成膜したとき絶縁性
が良いこと、耐熱性が高いこと等の物性を具備してい
ることが望ましい。そのような有機質材料としては以下
の樹脂、例えば、シリコーン樹脂、フツ素樹脂、芳香族
ポリアミド、付加重合型ポリイミド、ポリベンズイミダ
ゾール、金属キレート重合体、チタン酸エステル、エポ
キシ樹脂、フタル酸樹脂、熱硬化性フエノール樹脂、Ｐ
−ビニルフエノール樹脂、ザイロツク樹脂、トリアジン
樹脂、ＢＴ樹脂（トリアジン樹脂とビスマレイミド付加
重合樹脂）等が挙げられる。又、この他に、ポリキシリ
レン樹脂及びその誘導体を蒸着して第２の保護層を形成
することもできる。

更に、種々の有機化合物モノマー、例えばチオウレア、
チオアセトアミド、ビニルフエロセン、１，３，５−ト
リクロロベンゼン、クロロベンゼン、スチレン、フエロ
セン、ピロリン、ナフタレン、ペンタメチルベンゼン、
ニトロトルエン、アクリロニトリル、ジフエニルセレナ
イド、Ｐ−トルイジン、Ｐ−キシレン、Ｎ，Ｎ−ジメチ
ル−Ｐ−トルイジン、トルエン、アニリン、ジフエニル
マーキユリー、ヘキサメチルベンゼン、マロノニトリ
ル、テトラシアノエチレン、チオフエン、ベンゼンセレ
ノール、テトラフルオロエチレン、エチレン、Ｎ−ニト
ロソジフエニルアミン、アセチレン、１，２，４−トリ
クロロベンゼン、プロパン、等を使用してプラズマ重合
法によつて成膜させて、第２の保護層を形成することも
できる。

しかしながら、高密度マルチオリフイスタイプの記録ヘ
ツドを作成するのであれば、上記した有機質材料とは別
に微細フオトリソグラフイー加工が極めて容易とされる
有機質材料を第２の保護層を形成する材料として使用す
るのが望ましい。そのような有機質材料としては具体的
には、例えば、ポリイミドイソインドロキナゾリンジオ
ン（商品名：ＰＩＱ、日立化成製）、ポリイミド樹脂
（商品名PYRALIN、デュポン製）、環化ポリブタジエン
（商品名：JSR-CBR、CBR-M901、日本合成ゴム製）、フ
オトニース（商品名：東レ製）、その他の感光性ポリイ
ミド樹脂等が好ましいものとして挙げられる。

前記の各層の形成には、従来の技術以外にもフイルムコ
ーテイングの方法を用いることができ、工程の簡略化が
可能である。

オリフイス204の周りの外表面が、液体で漏れて液体が
オリフイス204の外側に回り込まないように、液体が水
系の場合には撥水処理を、液体が非水系の場合には撥油
処理を施すことは好ましい。

オリフイス204の形成は、感光性樹脂を基板202に貼り付
け、フオトリソグラフイーでパターン形成し、さらに天
板を貼付けることによつて行なつても良い。又、感光性
樹脂を用いることでオリフイス204の形成と同時に液流
路を形成する為の流路壁も形成しても良い。

溝付板203は、前述のように支持体と同様にフレキシブ
ルフイルムを用いてもよい。フレキシブルフイルム以外
の材料でも記録ヘツドの工作時の、或いは使用時の環境
下に於いて形状に熱的影響を受けないか或いは殆んど受
けないものであつて微細精密加工が容易に適用され得る
と共に、面精度を所望通りに容易に出すことができ、更
には、それ等によつて形成される流路中を液体がスムー
ズに流れ得るように加工し得るものであれば、大概のも
のが有効である。

そのような材料として代表的なものを挙げれば、セラミ
ツクス、ガラス、金属、プラスチツク或いはシリコンウ
エハー等が好適なものとして例示される。

第３図(a)，(b)，(c)に本発明の他の実施態様を示す。
第３図(a)は熱発生部におけるオリフイス面に平行な切
断面部分図、第３図(b)は第３図(a)に一点鎖線ＣＤで示
す部分で切断した場合の切断面部分図、第３図(c)は基
板平面図である。

図に示される液体噴射記録ヘツド300は以下の方法で製
造される。

まず、支持体314，上部層311の材料としてフレキシブル
フイルムを用い、支持体314，上部層311，電極312を従
来のフレキシブルプリント基板の工程で作成する。第３
図(c)に示した316の部分をバー状にフイルムに穴をあ
け、電極を露出させる。電極露出部上に発熱抵抗層310
を蒸着、スクリーン印刷などの方法を用いて作成する。
以上のようにして作成した基板と、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303とを
接合する。溝付板は、第２図に示した液体噴射記録ヘツ
ド同様、フレキシブルフイルムを用いても、従来の材料
を用いてもよい。

以上のように少なくとも支持体314にフレキシブルなフ
ィルム状の材料を用いることによつて、従来より構成，
工程を簡略にできる上、特殊な工程が不要である。さら
に支持体としてフレキシブルなフィルム材料を用いるた
め材料費も従来に比べて低廉であると共に、大量生産を
容易に行い得るためコストの面では従来の液体噴射記録
ヘツドの1/10以下にすることも可能である。液体噴射記
録ヘツド自体がフレキシブルになる（特に支持体と溝付
板の双方をフレキシブル材料で作成した場合）ので、ど
のような形でも装着することができる。

本発明の液体噴射記録ヘツドは、上記のような利点を有
するので産業上の利用性が更に向上し得るものである。

【図面の簡単な説明】

第１図(a)，(b)は従来の液体噴射記録ヘツドの構成を説
明するためのもので、第１図(a)は模式的正面部分図、
第１図(b)は第１図(a)の一点鎖線ＸＹでの切断面部分図
である。第２図(a)，(b)、第３図(a)，(b)，(c)は夫々
本発明の液体噴射記録ヘツドの構成を説明するためのも
ので、第２図(a)は模式的正面部分図、第２図(b)は第２
図(a)に示す一点鎖線ＡＢでの切断面部分図、第３図(a)
は模式的オリフイス面に平行な切断面部分図、第３図
(b)は第３図(a)に示す一点鎖線ＣＤでの切断面部分図、
第３図(c)は基板平面図である。 100，200，300……液体噴射記録ヘツド 101，201，301……電気熱変換体 102，202，302……基板 103，203，303……溝付板 104，204，304……オリフイス 105……液吐出部 106，206，306……熱作用部 107，207，307……熱発生部 108，208，308……熱作用面 109……下部層 110，210，310……発熱抵抗層 111，211，311……上部層 112，212……（共通）電極 113，213……（選択）電極 312……電極 114，214，314……支持体 215，315……液流路 316……電極露出部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 柴田 誠 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 池田 雅実 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 津田 尚徳 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 (56)参考文献 特開 昭57−178764（ＪＰ，Ａ) 特開 昭57−107850（ＪＰ，Ａ)

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】液体を吐出させるための熱エネルギーを発
   生する発熱抵抗層と該発熱抵抗層に電気的に接続された
   配線層とが配された支持体を有する液体噴射記録ヘッド
   において、 少なくとも前記支持体がフレキシブルなフィルムによっ
   て構成されており、前記熱抵抗層と前記配線層とが該フ
   レキシブルなフィルムの上に成膜工程で形成されている
   ことを特徴とする液体噴射記録ヘッド。
2. 【請求項２】前記フィルムは有機フィルムであることを
   特徴とする特許請求の範囲第１項記載の液体噴射記録ヘ
   ッド。