JPH0872242A - インクジェットヘッド - Google Patents

インクジェットヘッド

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JPH0872242A
JPH0872242A JP6213686A JP21368694A JPH0872242A JP H0872242 A JPH0872242 A JP H0872242A JP 6213686 A JP6213686 A JP 6213686A JP 21368694 A JP21368694 A JP 21368694A JP H0872242 A JPH0872242 A JP H0872242A
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electrodes
conductive ink
ink
pair
insulating film
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JP6213686A
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Naohito Yoshida
尚人 吉田
Hiroshi Shibata
寛 柴田
Koei Matsuda
光栄 松田
Takuma Takasu
卓磨 鷹巣
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Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 インクジェットヘッドにおいて電極からの気
泡の発生や電極溶解を抑えることを目的とする。 【構成】 一対の電極２ａ，２ｂ各々の導電性インクと
の接触面積をほぼ等しくなるように絶縁膜９を形成する
ことで気泡の発生や電極２ａ，２ｂの溶解が抑えられる
とともに、絶縁膜９で電極２ａ，２ｂ各々の導電性イン
クとの接触面積が決まるため製造工程が容易になり製造
工数を低減できる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、導電性インクへ通電を
行い導電性インクを沸騰させ、この沸騰による圧力で導
電性インクを吐出させて印字を行う、インクジェットプ
リンタやファクシミリプリンタ等に用いられるインクジ
ェットヘッドに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】近年、事務所等のオフィスオートメーシ
ョン化に伴い、プリンタが広く普及しているが、インク
ジェットプリンタはノンインパクト方式のため低騒音で
あり、更に印字速度が速いため注目されている。特にオ
ンデマンド方式のものが構成が簡単で低価格なことから
多く用いられている。
【０００３】オンデマンド方式のインクジェットプリン
タにおいて、インクを吐出させる方式には様々なものが
ある。圧電素子の機械的な変位圧力を用いるもの（特公
昭５９−２６１９号公報、特公昭５８−３８１１０号公
報等）、発熱抵抗素子によってインクを加熱沸騰させそ
の圧力を用いるもの（特公昭６１−５９９１１号公報、
特公昭６３−５４５４７号公報等）、導電性インクに直
接通電加熱しインクを蒸発させる、またはその沸騰圧力
を用いるもの（米国特許第３１７９０４２号、米国特許
第４５９５９３８号等）等である。
【０００４】この中で、通電加熱による方法は、他の二
つの方法に対して、圧力を発生させるために特別な素子
を必要とせず、一対の電極を対向させるだけの簡単な構
成を有しているために、流路形成を含めてヘッド全体を
非常に簡単に構成することができるという利点を備えて
いる。
【０００５】以下、従来のインクジェットヘッドについ
て説明する。図８は従来のインクジェットヘッドのノズ
ル１つの平面図、図９は従来のインクジェットヘッドの
図８の線Ａ−Ａ断面図である。図８、図９において１は
ガラスやＳｉ等からなる基板である。基板１上にスパッ
タ等の半導体プロセス技術を用いて一対の電極２ａ，２
ｂと一対の電極２ａ，２ｂと信号発生装置１０とを接続
するためのリード線３とをパターン形成しているもの
に、導電性インクが満たされている圧力室４、ノズル５
及びインク流路６を構成するポリイミドフィルム等から
なるノズル流路基板７を接着層８を介して接着しインク
ジェットヘッドを構成している。
【０００６】以上のように構成されたインクジェットヘ
ッドについて以下にその動作を説明する。信号発生装置
１０により一対の電極２ａ，２ｂに電圧を加えると、所
定の体積抵抗率を有する導電性インクに電流が流れる。
この電流によって導電性インクは自己発熱して温度が高
まり、ついには沸騰が始まりバブルが発生する。このバ
ブルにより圧力室４内の導電性インクの圧力が急激に高
まり、ノズル５から導電性インク滴１１が飛び出し、飛
翔して記録紙１２に付着しドットを形成する。沸騰を開
始した時点で信号発生装置１０は電極２ａ，２ｂへの電
圧印加を停止する。膨張したバブルによるドットの形成
に伴い消費された導電性インクは次の電圧が電極２ａ，
２ｂに印加される前にインク流路６から補給される。こ
の一連の動作の繰り返しにより信号発生装置１０からの
信号に応じた導電性インク滴１１が連続的に生成され、
記録紙１２に対して任意の連続的なドットが形成され
る。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記従来
の構成では、ノズル流路基板７を基板１に接着する際、
ノズル流路基板７がフィルム状であるため変形しやす
く、位置合わせが難しいため、一対の電極２ａ，２ｂ各
々の導電性インクとの接触面積を等しくすることは困難
である。したがって、一対の電極２ａ，２ｂ各々の導電
性インクとの接触面積が異なると電気分解による気泡の
発生や、接触面積が小さい方に電流が集中するため片よ
った電極損耗の発生を引き起こし導電性インクの吐出不
能を招くという問題点を有していた。また、一対の電極
２ａ，２ｂ各々の導電性インクとの接触面積を等しくす
ることは技術的に困難であることにより、歩留まりの悪
化や製造工程の複雑化等が発生し価格上昇を招くという
問題点を有していた。
【０００８】本発明は、上記問題点を解決するためのも
ので、一対の電極の導電性インクとの接触面積をほぼ等
しくして気泡の発生や電極溶解を抑え、製造工程を容易
にして製造工数を低減することのできるインクジェット
ヘッドを提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に、本発明のインクジェットヘッドは、一対の電極各々
の導電性インクと接触する接触面積がほぼ等しくなるよ
う開口部が形成された一対の電極を覆う絶縁膜を設け
た。また、絶縁膜の開口部を圧力室より狭く、一対の電
極の電極間隔より広くした。また、一対の電極各々が導
電性インクと接触するよう開口部が形成された一対の電
極を覆う１μｍ以上の絶縁膜を設けたものである。
【００１０】
【作用】本発明は上記構成により、一対の電極各々の導
電性インクと接触する接触面積をほぼ等しくすることが
できるため電気分解や電極への電流集中を抑えることが
できる。また、絶縁膜の開口部を電極間隔より広くする
ことで安定な沸騰が得られ、圧力室より狭くすることで
絶縁膜と圧力室との密着性が得られる。また、絶縁膜の
厚さを１μｍ以上にすることにより沸騰時に発生する熱
及びキャビテーションによる絶縁膜の破壊を防止でき
る。
【００１１】
【実施例】以下、本発明の一実施例について、図面を参
照しながら説明する。図１は本発明の一実施例における
インクジェットヘッドの平面図、図２は本発明の一実施
例におけるインクジェットヘッドの図１の線Ｂ−Ｂ断面
図である。図１、図２において１はガラスやＳｉ等の基
板である。この基板１上に半導体プロセス技術を用い電
極２ａ，２ｂ、リード線３及び窓２３が形成された絶縁
膜９を形成したものに、圧力室４、ノズル５及びインク
流路６を構成するポリイミドフィルム等からなるノズル
流路基板７を接着層８を介して接着しインクジェットヘ
ッドを構成している。また、１０はリード線３を介して
電極２ａ，２ｂへ電圧を印加する信号発生装置、１１は
ノズル５より吐出される導電性インク滴、１２は記録紙
である。
【００１２】図３は本発明の一実施例におけるインクジ
ェットヘッドの斜視図で、１３はヘッドベース、２２は
共通インク室である。図４は本発明の一実施例における
インクジェットヘッドを搭載したヘッドカートリッジの
斜視図で、１４はヘッドベース１３が取り付けられるイ
ンクカートリッジ、１５はインクカートリッジ１４内に
設けられたインクタンク、１６はインクタンク１５内の
インクに含まれるゴミ、塵などを除去するインクフィル
ター、１７はインクを図３に示す共通インク室２２に導
くインク導入孔である。
【００１３】図５は本発明の一実施例におけるインクジ
ェットヘッドを搭載したインクジェットプリンタの斜視
図で、１８はインクカートリッジ１４をプリンタに入れ
るカートリッジ挿入口、１９は挿入されたインクカート
リッジ１４を固定するキャリッジ、２０は往復移動する
キャリッジ１９を導くガイドシャフト、２１は記録紙１
２を送るプラテンローラーである。
【００１４】以上のように構成された本発明の一実施例
におけるインクジェットヘッドについて、以下その製造
方法について述べる。まず、基板１上にＤＣスパッタリ
ングによりＴｉ薄膜を約２μｍ形成する。次に、フォト
リソグラフィーを用いて電極２ａ，２ｂのパターンを形
成し、エッチングにより電極２ａ，２ｂパターン以外の
不要な部分を除去する。これにより、電極２ａ，２ｂが
形成される。次に蒸着法によりＡｕを約１μｍ形成す
る。次にフォトリソグラフィーを用いてリード線３のパ
ターンを形成し、エッチングによりリード線３のパター
ン以外の不要な部分を除去する。次に、感光性樹脂から
なる絶縁膜９を約４μｍ塗布する。次に、露光装置を用
いて一対の電極２ａ，２ｂ各々の窓２３による露出面積
がほぼ等しくなるように、また窓２３の幅ｄが電極間隔
ｄ1 以上、圧力室の幅ｄ2 以下になるように一対の電極
２ａ，２ｂ上をマスキングして露光する。次に、現像液
を用いて電極２ａ，２ｂ上の感光性樹脂を除去して絶縁
膜９の窓２３を開け、その後イソプロピルアルコールを
用いてリンスする。次に、電気炉を用いて４００℃で焼
成する。焼成後の絶縁膜９の厚さは約２μｍである。こ
こでは感光性樹脂として感光性ポリイミドを用いてい
る。
【００１５】圧力室４、ノズル５及びインク流路６はノ
ズル流路基板７をエキシマレーザーで加工して形成す
る。
【００１６】次に、上記工程を経た基板１にノズル流路
基板７を接着する。このとき、すでに電極２ａ，２ｂの
導電性インクと接触する接触面積が絶縁膜９の窓２３に
より規定されているので、ノズル流路基板７の位置合わ
せはさほど精度を必要とせず容易である。
【００１７】なお、上記実施例では、絶縁膜９として感
光性ポリイミドを用いたが、感光性アクリル樹脂、ゴム
系レジスト、ノボラック樹脂、ポジ型レジスト、感光性
ガラス等の感光性樹脂でもよい。また、絶縁膜９として
ＳｉＯ2やＡｌ2Ｏ3 等をスパッタリング等で成膜し、レ
ジストでパターンを形成した後エッチング等で絶縁膜９
の窓２３を開けても良い。
【００１８】以上のように本発明の一実施例におけるイ
ンクジェットヘッドは、一対の電極２ａ，２ｂ各々の導
電性インクとの接触面積をほぼ等しくすることができる
ため印字中の気泡の発生や電極２ａ，２ｂの溶解が抑え
られ、また製造工程が容易になり製造工数を低減でき
る。
【００１９】なお、絶縁膜９の窓２３の幅ｄは電極間隔
ｄ1 より狭いと図６に示すように電極２ａ，２ｂは完全
に絶縁膜９に覆われるため通電できない。また、圧力室
４の幅ｄ2 より広いと図７に示すように基板１にノズル
流路基板７を接着するために加圧した場合にノズル流路
基板７がフィルム状のためにおこる変形や、接着層８の
はみ出しにより一対の電極２ａ，２ｂの導電性インクと
の接触面積が異なり、気泡の発生や電極２ａ，２ｂの溶
解が起こる。一方、ノズル流路基板７の変形や接着層８
のはみ出しを防止するために加圧を小さくすると密着性
が劣り吐出時にノズル流路基板７が基板１から剥がれる
おそれがある。
【００２０】次に、絶縁膜９の膜厚を０．５、０．８、
１．０、２．０、５．０μｍとして本発明の一実施例の
インクジェットヘッドを形成し、吐出寿命回数を調べ
た。吐出寿命回数の定義は記録紙上のドット形成回数と
した。なお、実験条件は印加電圧を２５Ｖ、印加電圧周
波数を３ＭＨｚ、インク体積抵抗率を３０Ω・ｃｍとし
た。その結果を（表１）に示す。
【００２１】
【表１】
【００２２】（表１）から明らかなように絶縁膜９の厚
みが１μｍ以上あるインクジェットヘッドでは１億ドッ
ト以上の吐出寿命を持ち実用性のある結果を得た。一
方、１μｍ未満のインクジェットヘッドにおいては吐出
寿命は実用に適さなかった。この絶縁膜９の厚みが１μ
ｍ未満のサンプル４，サンプル５においては、導電性イ
ンクの沸騰時に発生する熱及びキャビテーションにより
Ｔｉ膜上の絶縁膜９が破壊され、一対の電極２ａ，２ｂ
の導電性インクとの接触面積が異なり気泡の発生や電極
溶解が起こり、吐出ができなくなったと考えられる。
【００２３】
【発明の効果】以上のように本発明は、一対の電極各々
の導電性インクと接触する接触面積をほぼ等しくするこ
とができるため気泡の発生や電極溶解が抑えられ電極の
寿命が長くなるとともに、絶縁膜により接触面積が決ま
るため製造工程が容易になり製造工数を低減できる。
【００２４】また、絶縁膜の開口部を電極間隔以上にす
ることで安定な沸騰が得られ、圧力室の幅以下にするこ
とで絶縁膜と圧力室との密着性が得られ、長期にわたっ
て安定な吐出ができる。
【００２５】さらに、絶縁膜の厚さを１μｍ以上にする
ことにより沸騰時に発生する熱及びキャビテーションに
よる絶縁膜の破壊が防止され吐出寿命をのばすことがで
きる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例におけるインクジェットヘッ
ドの平面図
【図２】本発明の一実施例におけるインクジェットヘッ
ドの図１の線Ｂ−Ｂ断面図
【図３】本発明の一実施例におけるインクジェットヘッ
ドの斜視図
【図４】本発明の一実施例におけるインクジェットヘッ
ドを搭載したヘッドカートリッジの斜視図
【図５】本発明の一実施例におけるインクジェットヘッ
ドを搭載したインクジェットプリンタの斜視図
【図６】本発明の一実施例におけるインクジェットヘッ
ドにおいて絶縁膜の窓の幅が電極間隔より狭い場合の概
要図
【図７】本発明の一実施例におけるインクジェットヘッ
ドにおいて絶縁膜の窓の幅が圧力室の幅より広い場合の
概要図
【図８】従来のインクジェットヘッドのノズル１つの平
面図
【図９】従来のインクジェットヘッドの図８の線Ａ−Ａ
断面図
【符号の説明】
１ 基板 ２ａ，２ｂ 電極 ３ リード線 ４ 圧力室 ５ ノズル ６ インク流路 ７ ノズル流路基板 ８ 接着層 ９ 絶縁膜 １０ 信号発生装置 １１ 導電性インク滴 １２ 記録紙 ２３ 窓
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 鷹巣 卓磨 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】導電性インクが満たされている圧力室と、
    前記圧力室の一部に設けられたノズルと、前記圧力室の
    一部に設けられ導電性インクへ通電を行う一対の電極と
    を備え、導電性インクへ通電を行い導電性インクを沸騰
    させ、この沸騰による圧力で導電性インクを吐出させて
    印字を行うインクジェットヘッドであって、前記一対の
    電極各々の導電性インクと接触する接触面積がほぼ等し
    くなるよう開口部が形成された該一対の電極を覆う絶縁
    膜を設けたことを特徴とするインクジェットヘッド。
  2. 【請求項２】前記絶縁膜の開口部を前記圧力室より狭
    く、前記一対の電極の電極間隔より広くしたことを特徴
    とする請求項１記載のインクジェットヘッド。
  3. 【請求項３】導電性インクが満たされている圧力室と、
    前記圧力室の一部に設けられたノズルと、前記圧力室の
    一部に設けられ導電性インクへ通電を行う一対の電極と
    を備え、導電性インクへ通電を行い導電性インクを沸騰
    させ、この沸騰による圧力で導電性インクを吐出させて
    印字を行うインクジェットヘッドであって、前記一対の
    電極各々が導電性インクと接触するよう開口部が形成さ
    れた該一対の電極を覆う１μｍ以上の絶縁膜を設けたこ
    とを特徴とするインクジェットヘッド。
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