JPH07232433A - サーマルインクジェットヘッド - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ゴミを確実にトラップするとともに、クロス
トークの影響を減少させ、動作周波数を向上させたサー
マルインクジェットヘッドを提供する。 【構成】 チャネルウェハ１１には、ノズル流路５、連
通流路６、インクリザーバ７が設けられている。ヒータ
ウェハ８上に、保護層１０、ポリイミド層９が形成さ
れ、ポリイミド層９に発熱体１から連通流路６まで延在
するピット２、インクリザーバ７と連通流路６をつなぐ
バイパスピット４が設けられている、バイパスピット４
の入り口、連通流路６の入り口でゴミをトラップする。
ピット２は、発熱体１の前方が削除され、後方が絞ら
れ、バブルの成長を制御している。また、ピット２の終
端のポリイミド壁３は半円形に構成され、連通流路６側
への圧力伝播を抑制し、連通流路６とともにクロストー
クを低減する。ノズル流路５の終端のチャネル圧力壁１
２で、流路抵抗を低減する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、バブル発生用抵抗体か
ら発生する熱によりインク中に気泡を発生させ、発生し
た気泡によりインクをノズルから吐出させ、記録を行な
うサーマルインクジェットヘッドに関するものであり、
特に、サーマルインクジェットヘッドのインク流路の構
造に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より知られているサーマルインクジ
ェットヘッドは、例えば、特開平１−１４８５６０号公
報に記載されているように、ＯＤＥ（異方性エッチン
グ）によって複数の三角柱状のノズル流路、インクリザ
ーバ、インク供給口等を形成したチャネル基板と、ＬＳ
Ｉプロセスにより各ノズル流路に対応したヒータと配線
と駆動回路を作成した上に、合成樹脂層によってヒータ
発熱領域溝と流路をインクリザーバに連通させるバイパ
ス溝を設けた基板とをはり合わせることによって作製さ
れていた。

【０００３】このように形成されたサーマルインクジェ
ットヘッドのインク流路においては、バイパス部が狭
く、屈曲しているために、インク中のゴミがバイパス部
に溜まりやすく、ノズルへのインク供給を阻害しやすい
という問題があった。バイパス部に滞留するゴミは、ノ
ズルへのインク供給を阻害し、ノズルの繰り返し噴射特
性を劣化させ、噴射ドロップが小さくなったり、あるい
は、全く噴射できなくなるなどの欠陥を生じ、画質が低
下する。一方、インク中あるいは製造工程でヘッド内に
混入するゴミを皆無とすることは極めて困難であり、い
くらかのゴミが混入してしまうことは避けられなかっ
た。

【０００４】ゴミによる画質の低下を防止するため、例
えば、特開平５−１２４２０６号公報や、特開平６−１
７１０９２号公報では、ヒータとインクリザーバ間の各
流路を連通させる連通流路を設けて、ゴミによりインク
の供給が阻害されたインク流路に対し、付近のインク流
路から共通インク流路を経由してインクを供給するよう
に構成している。また、特願平４−３５１８４２号で
は、ポリイミド層に共通スリットを設け、バイパス部に
ゴミが滞留したときに、共通スリットからインクを供給
するように構成している。

【０００５】さらに、ゴミを確実にトラップするため、
例えば、特願平５−２４６４１９号では、チャネル基板
のインクリザーバと個別のノズル流路の間に複数のイン
ク流路を配置し、個別のノズル流路とインク流路とをポ
リイミドに設けた共通スリットで連結するとともに、イ
ンク流路とインクリザーバ間もポリイミドに設けたバイ
パス部で連結して形成している。この方式のサーマルイ
ンクジェットヘッドでは、バイパス部とともに、ノズル
流路の入り口でゴミを確実にトラップすることができ
る。この部分にゴミが滞留しても、共通スリットからイ
ンクが供給されるので、噴射特性が劣化しない。

【０００６】ところが、この方式は、インクの不吐出は
防止できたものの、連通流路を設けたことによって、イ
ンクリザーバからノズルまでの全流路長が、連通通路の
分だけ長くなり、流路抵抗が増大し、インク供給性が低
下して、プリントする際の周波数を低下させる結果とな
った。また同じく、流路が長くなることは、ヘッドの高
コスト化につながる。すなわち、流路が長ければノズル
を形成するために必要なＳｉデバイスの長さも長くな
り、その結果、１枚のＳｉウェハら得られる個数も少な
くなる。そのため、歩留まりを同一とすれば、流路が長
いことは１つのデバイスのコストアップを招く。

【０００７】そこで、特願平５−２６９８９９号に示す
ように、バブル発生用抵抗体上の凹部を共通スリットと
連結するようにポリイミド壁を除去した構成を提案し
た。この構成によれば、バブル発生用抵抗体上の凹部と
共通スリットとを隔離していた壁の分だけ流路を短縮で
きるとともに、バブル発生用抵抗体上へのインクの移動
をスムースに行なえるため、バイパス部及びノズル流路
入り口でのゴミ捕捉性を保ちつつ、流路抵抗を低下さ
せ、高速かつ安定噴射を行なうことができる。

【０００８】また、特願平５−３５３１０７号に示すよ
うに、ヒータ基板上に設けていた連通流路をチャネル基
板に設け、ヒータ発滅領域をヒータより流路上流側に延
長した流路を提案した。これによって、ヒータ発熱領域
溝が、ヒータ領域とほぼ同じだった従来に比べて、流路
抵抗が小さくなりインク供給性がよくなり、応答周波数
が高くなった。

【０００９】しかし、これらの方法は、隣接する発熱領
域が従来より短い距離で連通することになり、互いのヒ
ータで発生した圧力が干渉し、ノズル間のクロストーク
が発生するという新たな課題が提起された。

【００１０】また、特開平５−１０４７２０号公報や、
特開平５−１８５５９２号公報では、上記とは異なる流
路構造において、バブルエネルギの高効率化やクロスト
ーク防止のために、ヒータより上流側の流路断面積をヒ
ータ部より小さくし、さらに、その際の効果的なパラメ
ータの規定を行なっている。

【００１１】図１３は、従来のサーマルインクジェット
ヘッドにおけるクロストークの説明図、図１４は、同じ
くプリント周波数とべた印字部での画質欠陥数を示すグ
ラフである。図中、２１はノズル流路、２２は共通スリ
ットである。図１３では、バブル発生用抵抗体上から共
通スリットに至る凹部とチャネル基板に設けられたノズ
ル流路とを同一平面上に示している。ノズル流路２１
は、ノズル流路＃１，２，３の３本について示してい
る。図１３のノズル流路＃１，３には、バブル発生用抵
抗体に信号が送られ、インクのジェットを噴射してい
る。このとき、ノズル流路＃２には印字信号が送られて
いない。それにもかかわらず、ノズル流路＃２は小さな
インクドロップを噴射している。その結果、紙上に意図
しないドットが現れ、画質は劣化する。これは、両隣の
ノズル流路＃１，３にかかるバブル圧力が、共通スリッ
ト２２を通じて、図中の矢印のようにノズル流路＃２に
伝わった結果である。この現象は、全ノズル流路からイ
ンクジェットを噴射する場合には発生せず、１ドットお
きのパターンの場合に発生する。そのため、図１４に実
線で示すように、破線で示す一般的なヘッドに比べ、ベ
タ印字部では欠陥を発生する周波数は向上したが、新た
に１本おきのパターンで画質欠陥が現れる結果となっ
た。

【００１２】上述の構成では、バブル発生用抵抗体上に
発生するバブルの圧力は、ポリイミド層の溝の壁面に直
接伝わる。共通スリットは、この溝に壁面に設けられて
いるので、バブルの圧力はそのまま共通スリットへと伝
播してしまう。そのため、クロストークが発生したと考
えられる。

【００１３】バブル発生用抵抗体上に発生するバブルの
圧力をインク流路の後方へ伝えないようにした構成とし
て、例えば、特開平５−１１６３０３号公報に記載され
ているインクジェット記録ヘッドがある。この記録ヘッ
ドでは、バブル発生用抵抗体の後方の流路を狭くしてい
る。このような構成によれば、バブル発生用抵抗体上に
発生するバブルの圧力は、流路の狭い部分で阻止される
ため、インク流路後方への圧力伝播は減少する。しか
し、この公報では、ゴミによる影響については考えられ
ていない。また、この方式は平面的な絞りがそのまま全
流路断面を規定する構造であるため、狭めすぎると流路
抵抗の増大を招き、インクジェットの周波数応答性は劣
化する。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上述した事
情に鑑みてなされたもので、ゴミを確実にトラップする
とともに、クロストークの影響を減少させ、動作周波数
を向上させたサーマルインクジェットヘッドを提供する
ことを目的とするものである。また、インクジェットヘ
ッドでは、用途、プリント対象、インクなどの違いによ
り、高画質化のために、異なった体積のインク液滴を噴
射することを要求されるが、本発明は、クロストークを
抑制しつつ、画質から要求される体積のインク液滴を高
い繰り返し周波数で印字できるインクジェットヘッドの
最適寸法を提案することを目的とするものである。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明は、請求項１に記
載の発明においては、バブル発生用抵抗体を有するヒー
ター基板と、複数のノズル流路、インクリザーバ、イン
ク供給口を有するチャネル基板とからなるサーマルイン
クジェットヘッドにおいて、前記チャネル基板に形成さ
れるノズル流路は前記バブル発生用抵抗体上を通過して
該バブル発生用抵抗体の端部付近まで形成され、前記チ
ャネル基板には複数のノズル流路とインクリザーバとの
間に各ノズル流路を連通する連通流路が設けられてお
り、また、前記ヒーター基板上に合成樹脂層を設け、該
合成樹脂層には、少なくとも、前記バブル発生用抵抗体
の上部から前記チャネル基板に形成された連通流路に連
結するまで延在する溝が設けられていることを特徴とす
るものである。

【００１６】請求項２に記載の発明においては、請求項
１に記載のサーマルインクジェットヘッドにおいて、前
記合成樹脂層に設けられた溝は、前記バブル発生用抵抗
体から連通流路に至る間においてその断面積が前記ノズ
ル流路の配列方向に対し縮小される絞り部を有すること
を特徴とするものである。

【００１７】請求項３に記載の発明においては、請求項
２に記載のサーマルインクジェットヘッドにおいて、前
記合成樹脂層に設けられた溝の絞り部の流路幅が発熱領
域における溝幅の３０〜９０％であることを特徴とする
ものである。

【００１８】請求項４に記載の発明においては、請求項
２または３に記載のサーマルインクジェットヘッドにお
いて、前記合成樹脂層に設けられた溝の絞り部より上流
の流路幅が発熱領域における溝幅の８０〜１００％であ
ることを特徴とするものである。

【００１９】請求項５に記載の発明においては、請求項
２ないし４のいずれか１項に記載のサーマルインクジェ
ットヘッドにおいて、前記合成樹脂層に設けられた溝
は、前記絞り部から連通流路に連通する位置までで、ノ
ズル流路の延在する方向に対して直交する面を形成しな
いことを特徴とするものである。

【００２０】請求項６に記載の発明においては、請求項
１ないし５のいずれか１項に記載のサーマルインクジェ
ットヘッドにおいて、前記合成樹脂層に設けられた溝
は、前記バブル発生用抵抗体の上部からノズル流路のイ
ンク吐出口の方向へ広げられていることを特徴とするも
のである。

【００２１】請求項７に記載の発明においては、請求項
１ないし６のいずれか１項に記載のサーマルインクジェ
ットヘッドにおいて、前記チャネル基板に設けられた複
数のノズル流路は三角柱状であり、かつ、その流路の底
面の幅が発熱領域における溝幅の８０〜１００％である
ことを特徴とするものである。

【００２２】請求項８に記載の発明においては、請求項
７に記載のサーマルインクジェットヘッドにおいて、前
記チャネル基板に設けられた複数のノズル流路は、該ノ
ズル流路の延在する方向に拡大される斜面により圧力壁
が形成されることを特徴とするものである。

【００２３】

【作用】本発明によれば、チャネル基板に形成されるノ
ズル流路をバブル発生用抵抗体上を通過して該バブル発
生用抵抗体の端部付近までとし、チャネル基板の複数の
ノズル流路とインクリザーバとの間に各ノズル流路を連
通するように連通流路を設け、合成樹脂層に設ける溝部
をバブル発生用抵抗体の上部から連通流路に連結するま
で延在する構成としたことにより、ノズル全長を短くす
ることができる。また、連通流路によりゴミによりイン
クの流れが阻害された部分へ周囲からインクを供給する
ことができることによって、画質欠陥を減少させること
ができる。さらに、連通流路をチャネル基板に設けたこ
とにより、インクの流路は連通流路から合成樹脂層の溝
へ屈曲し、さらに屈曲してバブル発生用抵抗体の上方へ
至るので、バブル発生用抵抗体で発生したバブルの圧力
が、直接、連通流路を介して隣接するノズル流路へ伝播
することを抑制でき、クロストークを減少させることが
できる。

【００２４】合成樹脂層に設けられた溝をバブル発生用
抵抗体から連通流路に至る間においてその断面積が前記
ノズル流路の配列方向に対し縮小される絞り部分を有す
ることにより、バブル発生用抵抗体上に発生するバブル
の成長領域を抑制できるとともに、連通流路へ伝播する
バブルの圧力を低減するができ、効率よくバブルの圧力
をインクの吐出に利用することができる。

【００２５】また、合成樹脂層に設けられた溝は、前記
絞り部から連通流路に連通する位置までで、ノズル流路
の延在する方向に対して直交する面を形成しないように
構成することにより、溝の連通流路に連通する部分が圧
力の反射壁にならないようにし、クロストークを低減す
ることができる。

【００２６】合成樹脂層に設けられた溝は、前記バブル
発生用抵抗体の上部からノズル流路のインク吐出口の方
向へ広げられていることにより、バブルの成長時のイン
ク吐出口の方向へ向く成分を大きくでき、連通流路方向
への圧力を低減し、クロストークを減少させることがで
きる。

【００２７】また、チャネル基板に設けられた複数のノ
ズル流路を三角柱状とし、該ノズル流路の延在する方向
に拡大される斜面により圧力壁が形成されることによ
り、バブル発生用抵抗体上に発生するバブルの圧力を効
率よく利用することができる。

【００２８】また、合成樹脂層に設けられた溝の縮小さ
れる部分にノズル流路の斜面が配置されることにより、
インクの流路を極端に狭めることなく、十分なインク供
給路を確保するとともに、バブルの圧力の後方への伝播
を抑制することができる。

【００２９】さらに、前記合成樹脂層に設けられた溝の
絞り部の流路幅が発熱領域における溝幅の３０〜９０％
であること、また、前記合成樹脂層に設けられた溝の絞
り部より上流の流路幅が発熱領域における溝幅の８０〜
１００％であること、また、前記チャネル基板に設けら
れた複数の三角柱状のノズル流路の底面の幅が発熱領域
における溝幅の８０〜１００％であることにより、任意
の体積のインク液滴を噴射するインクジェットヘッドに
おいて、バブルの圧力を隣接するノズルに伝播するのを
減少させて、ノズル先端のインクの吐出口の方向へ圧力
を効率よく伝播させ、クロストークを低減するととも
に、インクドロップの生成を安定化し、画質を安定させ
ることができる。また、十分なインク供給路を確保でき
るので、周波数応答性を向上させることができる。

【００３０】

【実施例】図１は、本発明のサーマルインクジェットヘ
ッドの一実施例の概略を示す斜視図、図２は、同じく流
路構造を示す三面図、図３は、同じくピットの一部拡大
図、図４は、同じくピット付近の拡大斜視図である。図
中、１，１ａ，１ｂ，１ｃは発熱体、２，２ａ，２ｂ，
２ｃはピット、３，３ａ，３ｂ，３ｃはポリイミド壁、
４はバイパスピット、５，５ａ，５ｂ，５ｃはノズル流
路、６は連通流路、７はインクリザーバ、８はヒーター
ウェハ、９はポリイミド層、１０は保護膜、１１はチャ
ネルウェハ、１２はチャネル圧力壁である。図３は、図
２中の点線円内を拡大した図である。

【００３１】サーマルインクジェットヘッドは、チャネ
ルウェハ１１と、ポリイミド層９が形成されたヒーター
ウェハ８を貼り合わせて構成されている。ヒーターウェ
ハ８は、例えば、Ｓｉにより構成され、複数の発熱体１
ａ，１ｂ，１ｃ，・・・、および、図示しない共通電
極、個別電極等が形成されている。その上に、電極など
を保護するための保護膜１０が形成され、さらにその上
に、合成樹脂層としてポリイミド層９が形成される。ポ
リイミド層９には、発熱体１ａ，１ｂ，１ｃの上部から
連通流路６に連結されるピット２ａ，２ｂ，２ｃ，・・
・と、インクリザーバ７と連通流路６を連結するための
バイパスピット４が、例えば、エッチングなどにより形
成される。一方、チャネルウェハ１１も、例えば、Ｓｉ
等で構成され、ノズル流路５ａ，５ｂ，５ｃ，・・・
と、連通流路６、インクリザーバ７が、例えば、ＯＤＥ
で形成される。ＯＤＥで形成されたノズル流路は、三角
柱状である。

【００３２】ピット２は、図２に示すように発熱体１の
前方のポリイミド層９を少し除去している。また、ピッ
ト２は、発熱体１の後方で流路を平面的に絞って絞り部
を形成する構造としている。このような形状は、ポリイ
ミド層９のマスクパターンをピット２の形状にそって設
計することで容易に達成される。設置位置は、チャネル
圧力壁１２による流路の最小閉塞部から、発熱体１へ向
かって次第に狭め、発熱体１の直後で平面的に最小とし
た。

【００３３】さらに、ピット２の連通流路６との連結部
分に形成されるポリイミド壁３は半円形状とした。発熱
体１で発生するバブルの圧力に対し、延在するピット２
の終端が圧力反射壁として作用するのは明らかなことで
あり、この部分を圧力波の吸収構造とすることにより、
クロストークの低減が達成された。実際にこの円構造を
設計する場合は、ポリイミドマスクパターンとして多角
形構造のものを用いることになる。図５は、ポリイミド
マスクの設計パターンの一例を示す一部拡大図である。
図５（Ａ）に示すように、マスクパターンとして最もシ
ンプルなのは三角形状であり、続いて図５（Ｂ）に示す
五角形状である。したがって、マスクパターンとしては
完全な半円という訳ではなく、本実施例においては１８
角形を用いて設計している。実際のポリイミド壁３の出
来映えは、解像度の制約から、ほぼ半円形状となる。

【００３４】一方、ノズル流路５と連通流路６の間の未
エッチング部は、ピット２の絞り部分の後端に配置され
る。そのため、ＯＤＥにより形成されたノズル流路５の
終端には、斜めのチャネル圧力壁１２が形成されてい
る。このチャネル圧力壁１２は、図４に示すように、ピ
ット２の絞り部において、流路を立体的に広げることを
可能としており、流路の総断面積は増加する。また、こ
のチャネル圧力壁１２は、発熱体１の端部付近まで延び
ているので、発熱体１上に発生するバブルの成長を制御
するとともに、バブルの圧力をインクの吐出口の方向に
反射する機能を有する。

【００３５】チャネル基板１１に設けられた連通流路６
は、複数のノズルを連結するように、ノズル配列方向に
延在している。例えば、個別に設けられたバイパスピッ
ト４の１つがゴミが詰まったり、インクの流れが悪い場
合には、隣接するバイパスピット４からのインクを連通
流路６を介して供給することができる。連通流路６は、
全てのノズルに共通して１本設けることもできるし、い
くつかのノズルごとに分割して設けることもできる。分
割して設けた場合、隣接するブロック間のクロストーク
は防げるが、ブロック端部のノズルに対応するバイパス
ピットが詰まった際に、このノズルへのインクの供給が
中央部のノズルよりも悪い場合がある。

【００３６】連通流路６は、このようにインクプールと
して作用する。このことは同時にノズル部へのインクの
供給も向上させる効果を有する。そのため、体積は大き
い方が好ましい。連通流路６の大きさは、チップサイズ
の制約の中で決定される。

【００３７】連通流路６は、さらに、発熱体１上に発生
するバブルによる圧力の後方への伝播を減衰させる効果
を有する。すなわち、バブルによる圧力がピット２の後
端に衝突して上方へ向きを変えられ、さらに、連通流路
６の側壁及び上面に衝突してさらに向きを変えられるこ
とになる。このため、インクリザーバ７や、隣接するノ
ズルへ伝播する圧力は減衰し、クロストークを減少させ
ることができる。

【００３８】この例では、バイパスピット４は各ノズル
ごとに個別に設けている。しかしこれに限らず、スリッ
ト状の溝として形成したり、インクリザーバ７と連通流
路６の間の未エッチング部の下を共通とし、インクリザ
ーバ７側、連通流路６側を個別の開口部となるように構
成することもできる。

【００３９】インクの流れは、図２に示すように、イン
クリザーバ７からバイパスピット４、連通流路６を介し
てピット２及びノズル流路５にいたる。ゴミをトラップ
するフィルタの役割を果たす場所は２箇所存在する。イ
ンクリザーバ７に侵入したゴミのうち、大きなものは、
バイパスピット４の入り口部分でトラップされる。まれ
に、この部分を通り抜ける場合があるが、その際は、連
通流路６への入り口部分でトラップされる。このフィル
タを通り抜けるゴミは極めて小さいので、ノズル流路５
を詰まらせることはなく、インクの吐出とともに速やか
にノズルから外へ排出される。バイパスピット４や連通
流路６の入り口にゴミまたは気泡がトラップされ、バイ
パスピット４が詰まっても、連通流路６を介して、隣あ
るいは近傍のノズルからインクを供給することにより、
インクの不足しているノズルへのインク供給を補うこと
ができる。これにより、インク供給不足を実際の画質と
しては感知し得ない程度の軽微なものに抑えることがで
きる。

【００４０】ピット２に流れ込んだインクは、ピット２
の絞り部を通って、発熱体１上に供給される。この部分
の平面的な流路は狭いが、チャネル圧力壁１２により立
体的に流路が広げられているので、流路の総断面積は増
加し、流路抵抗を増加させない。そのため、発熱体１上
にバブルが発生した後、ピット２の絞り部を通って発熱
体１上へ、及び、チャネル圧力壁１２にそってノズル流
路５へインクが供給されるので、スムースにインクのリ
フィルが行なわれ、インク周波数応答性を劣化させるこ
とはない。

【００４１】発熱体１上にバブルが発生する際には、上
述した発熱体１の周囲のピット２の形状により、良好な
バブル形成を行なうことができる。図６は、バブル形成
の一例の説明図である。従来のサーマルインクジェット
ヘッド、例えば、上述の特願平５−２６９８９９号に記
載されているヘッドでは、ピット２ａ，２ｂ，２ｃ，・
・・は、発熱体１ａ，１ｂ，１ｃ，・・・の上部からそ
のまま共通スリットに連結していた。そのため、バブル
の成長を前方のピットの壁で制御し、発熱体の後方は自
由であるので、図６（Ｂ）に示すように、バブルは後方
に成長し、よって圧力が後ろ側に逃げる構造になってい
た。上述の実施例では、発熱体１の前方を少し削除し、
後方を絞ることにより、図６（Ａ）に示すように、バブ
ルの成長をインクの吐出方向に多少向けるように制御す
ることができ、効率的なバブルの圧力の利用と、連通流
路６の方向への圧力の伝播を軽減している。

【００４２】本発明のサーマルインクジェットヘッドの
より具体的な実施例について、比較例と対比して説明す
る。ピット２は合成樹脂層に溝として形成され、しか
も、本発明では、連通通路に連結するまで延在している
から、通常のピットとは趣を異にしている。したがっ
て、以下の説明では、これを溝と呼ぶことにする。本発
明で規定される寸法群は、合成樹脂層に設けられた溝の
寸法と、ノズル流路の底面の幅である。溝については、
発熱領域における幅をｇ、チャネル圧力壁１２の直下で
の流路幅をｄとし、また、絞り部の程度をチャネル圧力
壁１２の直下からの絞り量の片側をｅとする。絞り部の
流路幅は、（ｄ−２ｅ）となる。また、三角柱状のノズ
ル流路５の底面の幅をｂとする。

【００４３】インクジェットヘッドでは、ノズル部のイ
ンクメニスカスによる毛管力でインクが保持され、イン
ク液滴の噴射後も毛管力によりインクが再供給される。
ヒータの発熱領域における溝幅ｇに対して、絞り部の流
路幅（ｄ−２ｅ）や、絞り部より上流にある流路幅ｄを
小さくしすぎると、流路抵抗が大きくなり、インクの供
給速度が遅くなるので、周波数応答性が悪くなり、べた
印字部には、ランダムなまだら状の白ぬけが発生した。
ヒータの発熱領域における溝幅ｇに対して、絞り部の流
路幅（ｄ−２ｅ）や、絞り部より上流にある流路幅ｄを
大きくしすぎると、クロストークによる噴射不安定を生
じ、べた印字部では、駆動条件に依存した等間隔の白す
じが発生した。したがって、これらの値には、安定で高
速な繰り返し印字が可能な最適値が存在することが推測
された。

【００４４】この推測に基づき、これらの寸法の最適な
比を得るために、ヒータの発熱領域における溝幅ｇを５
６μｍで一定とし、絞り部の流路幅（ｄ−２ｅ）と絞り
部より上流にある流路幅ｄをパラメータとして画質欠陥
の様子を観察した。その結果を図７に示す。

【００４５】図７は、絞り部の流路幅（ｄ−２ｅ）とヒ
ータの発熱領域における溝幅ｇ（５６μｍ）との比であ
る（ｄ−２ｅ）／ｇの値を０．１〜１．０の範囲で変化
させるとともに、絞り部より上流にある流路幅ｄとヒー
タの発熱領域における溝幅ｇ（５６μｍ）との比である
ｄ／ｇを０．７〜１．１の範囲で変化させたときのべた
印字の最高応答周波数、すなわち、白抜けや白すじが発
生しない最高応答周波数を測定したものである。最高応
答周波数の値はｋＨｚである。この結果から、（ｄ−２
ｅ）／ｇ＝１．０，ｄ／ｇ＝１．０である従来構造のも
のに対して、（ｄ−２ｅ）／ｇ＝０．３〜０．９，ｄ／
ｇ＝０．８〜１．０の場合に、周波数特性が向上するこ
とが分かった。特に、（ｄ−２ｅ）／ｇ＝０．４程度、
ｄ／ｇ＝０．９程度でもっとも大きな効果が認められ
た。

【００４６】次に、ｇ＝５６μｍ，（ｄ−２ｅ）／ｇ＝
０．４，ｄ／ｇ＝０．９として三角柱状のノズル流路の
底面の幅ｂをパラメータとして同様の実験を行なった結
果を図８に示す。図８は、三角柱状のノズル流路の底面
の幅ｂとヒータの発熱領域における溝幅ｇ（５６μｍ）
との比であるｂ／ｇを０．７〜１．１の範囲で変化させ
たときのべた印字の最高応答周波数、すなわち、白抜け
や白すじが発生しない最高応答周波数を測定したもので
ある。最高応答周波数の値はｋＨｚである。この結果か
ら、ｂ／ｇ＝０．８〜１．０がよく、特に、ｂ／ｇ＝
０．９程度が最適比であることが分かった。

【００４７】インクジェットヘッドでは、主に、三角柱
状のノズル流路の底面の幅ｂによって、インク液滴の体
積を決定している。そこで、種々の寸法のインクジェッ
トヘッドを試作した。図９は、試作したＮｏ．１〜Ｎ
ｏ．６の６種類のヘッドにおけるｇ，（ｄ−２ｅ），
ｄ，ｂの寸法である。これらは、本発明による流路構造
の最適パラメータの比が適用されている。吐出されるイ
ンク液滴の体積は、３８〜７８ｐｌと２倍以上の範囲に
わたっている。これら６種類のヘッドの寸法をわかりや
すく図示したものが図１０である。

【００４８】試作した６種類のヘッドについて、上記と
同様な方法で評価実験を行なって、最高応答周波数を測
定した結果を図１１に示す。これより、これらのインク
ジェットヘッドは、流路幅の各パラメータと吐出するイ
ンク液滴の体積が異なっているが、最高応答周波数は、
ほぼ一定値であることが分かった。よって、流路幅の各
パラメータと、インク液滴体積が異なっても、本発明を
適用することにより、最高応答周波数を維持することが
できた。

【００４９】本発明のサーマルインクジェットヘッドの
一実施例について、細部の寸法まで具体化した一例を図
２をもとに説明する。ノズル流路５ａ，５ｂ，５ｃ，・
・・は、例えば、３００ｓｐｉの密度で配置することが
できる。また、ポリイミド層２におけるノズル長ａは、
１１５μｍ程度、チャネル層のノズル幅ｂは、５４μｍ
程度とした。ピット２の発熱体１の前方の除去部の長さ
ｃは、例えば１０μｍ程度とした。ピット２の流路幅
は、チャネル圧力壁１２の直下で幅ｄは約５４μｍであ
る。この部分が流路の最も狭い部分であり、ポリイミド
開口幅とポリイミド厚さで規定された寸法、すなわち５
４×２５μｍである。ピット２のポリイミド壁の形状は
上述のように１８角形とし、半円に近い形状としてい
る。

【００５０】ピット２の絞り部は、チャネル圧力壁１２
の直下から片側ｅ約１５μｍ、合計３０μｍ程度絞っ
た。すなわち、ピット２の流路平面は、チャネル圧力壁
１２の直下から発熱体１へ向かって約４４％に絞り込ま
れている。絞り始めから発熱体１の直後までの流路の長
さｆは、絞り始め、すなわちチャネル圧力壁１２が形成
される開始位置から発熱体直後までであり、約３０μｍ
である。また、発熱体１の部分のピット２の幅ｇは６０
μｍ程度であり、発熱体１側のピット２の幅に対し、絞
り部の開孔幅は４０％に絞りこまれている。ノズル流路
５と連通流路６の間の未エッチング部の最小長ｈは１５
μｍ程度であり、連通流路６とインクリザーバ７の間の
未エッチング部の最小長ｉは１０μｍ程度とした。

【００５１】連通流路６としては、その断面の台形形状
の底辺ｊを約１１０μｍとした。この程度の大きさで
も、十分な効果を得られた。また、連通流路６の高さｋ
は、チャネルプレートのエッチング時間で決定され、概
略６０μｍである。

【００５２】ゴミをトラップするフィルタ機能を有する
バイパスピット４の開口幅ｌ、隣接隔壁の厚さｍの合計
は、ノズル配列ピッチ相当の計８４．５μｍである。チ
ャネル隔壁２１で仕切られるインクリザーバ７側の開口
長さｎ、すなわち、第１のフィルタの長さは６０μｍ、
連通流路６側の開口長さｏ、すなわち、第２のフィルタ
の長さは４４μｍである。ピット２とバイパスピット４
の間の最も短い部分の間隔ｐ、すなわち、図２の流路の
中心線の部分の長さは２０μｍであり、ノズル端部から
チャネル隔壁２１まで、全長Ｑは４１０μｍである。

【００５３】図１２は、本発明のサーマルインクジェッ
トヘッドの一実施例における周波数応答性を示すグラフ
である。図１２では、１ドットおきのパターンを印字さ
せた場合のプリント周波数と欠陥の発生数の関係を示し
ている。従来のヘッドでは、クロストークのために、１
ドットおきのパターンを印字させた場合、低いプリント
周波数であっても、画質に影響していた。しかし、図１
２に示すように、本発明のサーマルインクジェットヘッ
ドによれば、従来欠陥の発生していた高いプリント周波
数でも欠陥は発生せず、画質を維持することができた。
そのため、従来のヘッドにおいて課題となったハーフト
ーン部での欠陥発生周波数を大幅に向上させることが可
能となった。具体的には１０〜１２ｋＨｚ程度まで実用
上支障なく動作させることができる。なお、キャラクタ
等を印字する場合、グラフィックパターン、すなわち、
ベタ、ハーフトーンなどの流量を必要としないため、キ
ャラクタモードのプリント周波数としては、２０ｋＨｚ
程度が可能である。

【００５４】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によれば、ゴミ等をトラップするフィルタの機能を流路
構造として有しているため、ノズル目詰まりが発生する
のを防止するとともに、ゴミがトラップされても連通流
路によりインクの供給を行ない、良好な画質を維持する
ことができる。また、ポリイミド層の溝の構造及び連通
流路により、バブルを安定して発生するとともに、後方
へのバブルの圧力の伝播を抑制し、バブル圧を有効に利
用するとともに、クロストークを減少させることができ
る。そのため、１ドットおきのパターンを印字したとき
にも良好な画質を得ることができ、動作周波数が向上し
速度の速いプリンタを得ることができるという効果があ
る。また、全流路長が短いため、デバイスとして小型化
され、その結果、ウェハ１枚当たりの個数を多く取れる
ので安価であるという効果もある。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明のサーマルインクジェットヘッドの一
実施例の概略を示す斜視図である。

【図２】 本発明のサーマルインクジェットヘッドの一
実施例における流路構造を示す三面図である。

【図３】 本発明のサーマルインクジェットヘッドの一
実施例におけるピットの一部拡大図である。

【図４】 本発明のサーマルインクジェットヘッドの一
実施例におけるピット付近の拡大斜視図である。

【図５】 ポリイミドマスクの設計パターンの一例を示
す一部拡大図である。

【図６】 バブル形成の一例の説明図である。

【図７】 流路幅の（ｄ−２ｅ）とｄをパラメータとし
たインクジェットヘッドの性能を比較した説明図であ
る。

【図８】 流路幅のｂをパラメータとしたインクジェッ
トヘッドの性能を比較した説明図である。

【図９】 試作した各ヘッドの流路幅の寸法の説明図で
ある。

【図１０】 図９の寸法を分かりやすく図示した説明図
である。

【図１１】 試作したインクジェットヘッドの最高応答
周波数の説明図である。

【図１２】 本発明のサーマルインクジェットヘッドの
一実施例における周波数応答性を示すグラフである。

【図１３】 従来のサーマルインクジェットヘッドにお
けるクロストークの説明図である。

【図１４】 同じくプリント周波数とべた印字部での画
質欠陥数を示すグラフである。

【符号の説明】

１，１ａ，１ｂ，１ｃ…発熱体、２，２ａ，２ｂ，２ｃ
…ピット、３，３ａ，３ｂ，３ｃ…ポリイミド壁、４…
バイパスピット、５，５ａ，５ｂ，５ｃ…ノズル流路、
６…連通流路、７…インクリザーバ、８…ヒーターウェ
ハ、９…ポリイミド層、１０…保護膜、１１…チャネル
ウェハ、１２…チャネル圧力壁。

フロントページの続き (72)発明者 藤村 義彦 神奈川県海老名市本郷2274番地 富士ゼロ ックス株式会社内 (72)発明者 藤井 雅彦 神奈川県海老名市本郷2274番地 富士ゼロ ックス株式会社内

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 バブル発生用抵抗体を有するヒーター基
   板と、複数のノズル流路、インクリザーバ、インク供給
   口を有するチャネル基板とからなるサーマルインクジェ
   ットヘッドにおいて、前記チャネル基板に形成されるノ
   ズル流路は前記バブル発生用抵抗体上を通過して該バブ
   ル発生用抵抗体の端部付近まで形成され、前記チャネル
   基板には複数のノズル流路とインクリザーバとの間に各
   ノズル流路を連通する連通流路が設けられており、ま
   た、前記ヒーター基板上に合成樹脂層を設け、該合成樹
   脂層には、少なくとも、前記バブル発生用抵抗体の上部
   から前記チャネル基板に形成された連通流路に連結する
   まで延在する溝が設けられていることを特徴とするサー
   マルインクジェットヘッド。
2. 【請求項２】 前記合成樹脂層に設けられた溝は、前記
   バブル発生用抵抗体から連通流路に至る間においてその
   断面積が前記ノズル流路の配列方向に対し縮小される絞
   り部を有することを特徴とする請求項１に記載のサーマ
   ルインクジェットヘッド。
3. 【請求項３】 前記合成樹脂層に設けられた溝の絞り部
   の流路幅が発熱領域における溝幅の３０〜９０％である
   ことを特徴とする請求項２に記載のサーマルインクジェ
   ットヘッド。
4. 【請求項４】 前記合成樹脂層に設けられた溝の絞り部
   より上流の流路幅が発熱領域における溝幅の８０〜１０
   ０％であることを特徴とする請求項２または３に記載の
   サーマルインクジェットヘッド。
5. 【請求項５】 前記合成樹脂層に設けられた溝は、前記
   絞り部から連通流路に連通する位置までで、ノズル流路
   の延在する方向に対して直交する面を形成しないことを
   特徴とする請求項２ないし４のいずれか１項に記載のサ
   ーマルインクジェットヘッド。
6. 【請求項６】 前記合成樹脂層に設けられた溝は、前記
   バブル発生用抵抗体の上部からノズル流路のインク吐出
   口の方向へ広げられていることを特徴とする請求項１な
   いし５のいずれか１項に記載のサーマルインクジェット
   ヘッド。
7. 【請求項７】 前記チャネル基板に設けられた複数のノ
   ズル流路は三角柱状であり、かつ、その流路の底面の幅
   が発熱領域における溝幅の８０〜１００％であることを
   特徴とする請求項１ないし６のいずれか１項に記載のサ
   ーマルインクジェットヘッド。
8. 【請求項８】 前記チャネル基板に設けられた複数のノ
   ズル流路は、該ノズル流路の延在する方向に拡大される
   斜面により圧力壁が形成されることを特徴とする請求項
   ７に記載のサーマルインクジェットヘッド。