JPH11170530A - インクジェットプリントヘッド、インクジェットプリンテイングデバイスおよびそれらの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 インクジェットプリントヘッド内部に残る気
泡のインク滴吐出に与える影響を緩和させ、安定なイン
ク滴の吐出と信頼性の高い当該ヘッドとその製造方法を
提供すること。 【解決手段】 吐出エネルギー発生素子、インク吐出口
よびインク供給口を有する基板と吐出口プレートを備
え、基板と吐出口プレートとの間に前記インク吐出口と
インク供給口とを連通するインク流路が形成されている
インクジェットプリントヘッドにおいて、前記吐出口プ
レートの前記インク供給口の射影に相当するインク流路
側の表面が、前記吐出口プレートのそれ以外の表面およ
びインク流路表面に比較して親インク性が高いことを特
徴とするインクジェットプリントヘッド。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、インク小滴を飛翔
させ、被記録媒体に記録を行うインクジェット記録方式
に用いられるインクジェットプリントヘッドおよび該ヘ
ッドを用いたインクジェットプリントシステムに関す
る。

【０００２】

【従来の技術】インクジェット記録方式は、いわゆるノ
ンインパクト記録方式の１つである。この記録方式の特
徴としては、記録時における騒音の発生が無視し得る程
度に小さく、高速記録と様々な記録媒体に対する記録が
可能であり、いわゆる普通紙に対しても特別な処理を必
要とせずに定着し、しかも高精細な画像が廉価に得られ
ることを挙げることができる。このような利点から、コ
ンピュータの周辺機器としてのプリンタばかりでなく複
写機、ファクシミリ、ワードプロセッサなどのプリンテ
ィングシステムでここ数年急速に普及している。

【０００３】今日広く一般的に用いられているインクジ
ェット記録方式のインク吐出方法には、電気熱変換素子
（ヒーター）を利用する方法と圧電素子（ピエゾ）を利
用する方法がある。いずれも電気的な信号によってイン
ク滴の吐出を制御可能である。例えば、電気熱変換素子
を用いるインク滴吐出方法の原理は、電気信号を電気熱
変換素子に与えることにより、電気熱変換素子近傍のイ
ンクを瞬時にして沸騰させ、そのときのインクの相変化
により生じる急激な気泡の成長によってインク滴を高速
に吐出させるものである。一方、圧電素子を用いるイン
ク滴の吐出方法の原理は、圧電素子に電気信号を与える
ことにより、圧電素子が変位し、この変位時の圧力によ
ってインク滴を吐出させるものである。

【０００４】ここで、前者の方法は吐出エネルギー発生
素子のスペースをそれほどとらなくても済み、インクジ
ェットプリントヘッドの構造が単純で、ノズルの集積化
が容易であることなどの利点がある。一方、この方法固
有の短所としては、電気熱変換素子の発生する熱のイン
クジェットプリントヘッド内の蓄熱による飛翔インク滴
の体積変動、消泡によるキャビテーションの電気熱変換
素子に与える影響、インク内に溶け込んだ空気によるイ
ンクジェットプリントヘッド内の残留気泡によるインク
滴吐出特性および画像に与える影響などがある。

【０００５】これらの欠点を解決する方法として、特開
昭５４−１６１９３５号公開公報、特開昭６１−１８５
４５５号公開公報、特開昭６１−２４９７６８号公開公
報、特開平４−１０９４０号公開公報、特開平４−１０
９４１号公開公報に記載されたインクジェット記録方法
およびインクジェットプリントヘッドがある。すなわ
ち、上記公報に記載されたインクジェット記録方法は、
記録信号によって電気熱変換素子上に生じた気泡を外気
と連通させることを特徴とするものである。この記録方
法を用いることにより飛翔インク滴の体積安定性の向
上、および高速小滴吐出、気泡の消泡時に発生するキャ
ビテーションの解消によるヒーターの耐久性向上などが
可能となり、さらなる高精細画像が容易に得られるよう
になる。

【０００６】前記公報において気泡を外気と連通させる
ための構成としては、電気熱変換素子と吐出口間の距離
を従来より格段に短くする構成が挙げられている。そし
て、この構成を有するインクジェットプリントヘッド
は、電気熱変換素子に対応する吐出口に配した基板プレ
ートと、基板の背面からインクを供給するために基板に
開けられたインク供給口を有し、インク滴が電気熱変換
素子を配した基板に対しほぼ垂直に飛翔するように構成
される（図１，６）。ここで電気熱変換素子と吐出口間
との（最短）距離としては３０μｍ以下が望ましいもの
である。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところで上述の公報に
記載された構成による欠点の一つであるインク内に溶け
込んだ空気によるインクジェットプリントヘッド内残留
気泡のインク滴吐出特性および画像に与える影響につい
ては未だ十分に解決できるものではなく、流路の高さが
低いためかえってこの問題が顕著に現れやすくなること
が判明した。

【０００８】以下、このインク内に溶け込んだ空気によ
るインクジェットプリントヘッド内残留気泡のインク滴
吐出特性、および画像に与える影響について詳しく説明
する。インクジェットプリントヘッド内のインク中に
は、通常、空気が飽和状態で溶け込んでいる。この状態
で電気熱変換素子を駆動すると、インクの相変化による
発泡と急激な気泡の断熱収縮の繰り返しの際に、インク
中に溶け込んでいた空気が１μｍ程度からそれ以下の径
の未溶気泡としてインク中に突然出現することがある。
このような気泡は、気泡の径、インクの表面張力、空気
の飽和蒸気圧、溶解度などから決まる時間でインク中に
再溶解することが知られている。気泡が１μｍ以下なら
ば、溶解にかかる時間は１μｓ以下のオーダーとなる。
しかしながら、高周波数で複数の電気熱変換素子を連続
駆動する場合、このような気泡はインク中に複数出現
し、再溶解する前に互いに合体成長してしまう。気泡の
径が大きくなると、再溶解にかかる時間も断然大きくな
ることが知られているが、結果としてインクジェットプ
リントヘッド内に数１０μｍから数１００μｍオーダー
の複数の残留気泡を貯えてしまうことになる。このよう
になると、これらの残留気泡はほとんどインク中に再溶
解することはなく、インク滴の吐出特性にすこぶる悪影
響を与えることになる。すなわち、残留気泡がインク流
路をふさいでしまえば、ノズルに充分なインクが充填さ
れず吐出不良を生じさせることになる。また、インクジ
ェットプリントヘッド内部の巨大な残留気泡、例えば数
１００μｍ程度のものが生じ、この残留気泡がたまたま
外気と連通してしまうようなことが起こると、ノズル内
に外気が入り込んでメニスカスが破壊されてしまうた
め、インクタンクのインクを吸い上げる負圧力によっ
て、インクジェットプリントヘッド内部のインクはイン
クタンクに吸い上げあれてしまい、全ノズルが不吐出に
なってしまうということまで生じることがある。

【０００９】このような残留気泡のもたらす悪影響を回
避する最も有効な解決手段としては、残留気泡が悪影響
を与えるほど成長する前に吐出口から吸引、加圧などに
よってインクとともに外部へ排出すること、いわゆる吸
引（加圧）回復処理を行う方法がある。しかしながら、
この場合にはインクの消費量が格段に増え、印字中にこ
れを行えば当然スループットは下がってしまう。

【００１０】他の方法としては、インクに溶け込んでい
た空気を何らかの方法によってインクから排出させ（脱
気）、そのようなインクをインクジェットプリントヘッ
ド用に使用する方法がある。最も、この解決方法が有効
に作用している時間は、インクを脱気してのち空気にさ
らされてから数１０分程度であり、またインクを脱気す
る装置は比較的大がかりなため、この手法は大規模なプ
リンティングシステムなどに限って用いることができる
ものである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明は上記の問題点に
鑑みてなされたものである。インクジェットプリントヘ
ッド内部に残った気泡のインク滴吐出に与える悪影響を
緩和させ、安定なインク滴の吐出と信頼性の高いインク
ジェットプリントヘッドとその製造方法を提供すること
を目的とするものである。

【００１２】本発明の別の目的は残留気泡を制御し、回
復処理の回数を少なくすることによりスループットに優
れ、インク消費量の少ないインクジェットプリンティン
グデバイスを提供することにある。

【００１３】上記目的を達成する本発明の構成は、イン
ク滴を吐出させるために用いられるエネルギーを発生す
る複数の吐出エネルギー発生素子と、前記インク滴を吐
出するインク吐出口と、該複数の吐出エネルギー発生素
子を列状に配するとともに前記吐出エネルギー発生素子
の配列方向に沿って延在する貫通口からなるインク供給
口を有する基板と、前記インク吐出口を備える吐出口プ
レートとを備え、前記基板と前記吐出口プレートが接合
され、基板と吐出口プレートとの間に前記インク吐出口
とインク供給口とを連通するインク流路が形成されてい
るインクジェットプリントヘッドにおいて、前記吐出口
プレートの前記インク供給口の射影に相当するインク流
路側の表面が、前記吐出口プレートのそれ以外の表面お
よびインク流路表面に比較して親インク性が高いことを
特徴とするものである。

【００１４】より好ましい構成としては、上記の構成に
加えさらに、前記吐出口プレートは、前記インク供給口
に対応する位置に複数の突起を有するとともに、前記イ
ンク流路は前記基板のインク供給口からインク吐出エネ
ルギー発生素子との間で隣接する吐出エネルギー発生素
子と共有する共有流路部を有し、かつ該突起部の表面は
前記吐出口プレートの前記インク供給口の射影に相当す
るインク流路の表面と同等かそれ以上の親インク性をも
つことを特徴とするものである。ここにおいて、親イン
ク性とは、親インク処理した面と未処理面との試験イン
クの接触角において、親インク処理面の接触角が低いこ
とを意味する。

【００１５】また、上記インクジェットプリントヘッド
を製造する方法は、前記基板の背面より前記貫通口を通
して、前記吐出プレートの前記インク供給口に対応する
位置に親インク処理を施すことを特徴とするものであ
る。

【００１６】

【発明の実施の形態】まず、本発明の構成による作用
を、図面などを用いて従来例と比較しながら以下に詳細
に説明する。

【００１７】図４および５は本発明による構成を施した
典型的なインクジェットプリントヘッド、図６は従来の
構成をもつインクジェットプリントヘッドである。これ
らのプリントヘッドは特開平４−１０９４０号公開公
報、特開平４−１０９４１号公開公報に記載のインクジ
ェット記録方法を特徴とするインク滴吐出手段、すなわ
ち吐出時の発泡を外気に連通させる特徴を有するもので
ある。なお、これらのプリントヘッドを駆動するための
電気的な配線、ドライバー、手段などは省略してある。
なお各図とも、電気熱変換素子を配した基板の正面から
見た拡大図およびＡ−Ａ’、Ｂ−Ｂ’方向の垂直断面図
を示している。

【００１８】まず、インクジェットプリントヘッド内の
溶解せずに残った残気泡がいかにして吐出に悪影響を与
えるかを説明する。従来のインクジェットプリントヘッ
ドでは、ある時点で供給口の直上付近において吐出口プ
レート表面に付着（吸着）した残留気泡が、それを核と
して図６のように成長することが観察などによってわか
っている。この残留気泡９は、インク滴の吐出によるイ
ンクジェットプリントヘッド内のインク流、具体的には
インク流路へインクを再充填するために生じる吐出口２
に向かうインクの流れによって局所的にノズルに引き込
まれやすい形状をしている。実際に約１５０μｍ程度の
残留気泡９が図６のような位置に存在していると、残留
気泡９がインク流路内に引き込まれることによってイン
ク流路内のインクが残留気泡によって分断され、インク
流路へのインク供給不足を生じてしまう。本発明者らの
観察によると、このままさらにインク滴吐出を継続して
いくと、この残留気泡９が吐出口２側に向かっていき、
この残留気泡９が外気と連通した瞬間にインクのメニス
カスが破壊されインクジェットプリントヘッド内のイン
クが空になってしまうという現象が起きていることが判
明した。

【００１９】この現象を図３に示す簡単なモデルを用い
て説明する。図３において、今、細長い管をインクで満
たし、片方の端（Ａ）を大気圧に、もう片方の端（Ｂ）
を大気圧−Ｐ（ｋＰａ）に保つ。なお、管へのインクの
出入りは自由であるとする。ここで、Ｐは具体的にはイ
ンクジェットプリントヘッドのインクタンクがインクを
吸い上げている負圧力である。Ａではインクの毛管力に
よって力の釣り合いが取られており、メニスカスが形成
されている。ここで、インク中の径ｒ（μｍ）をもつ気
泡が存在するとし、インクの表面張力をγ（ｄｙｎ／ｃ
ｍ）とすれば、この気泡９の内圧は

【００２０】

【数１】大気圧−Ｐ＋２γ／ｒ で表記できる。この状態で気泡９をＡ側に近づけ、ある
時刻にこの気泡９を大気と連通させる。ここで、

【００２１】

【数２】大気圧−Ｐ＋２γ／ｒ＞大気圧 の場合、すなわち

【００２２】

【数３】Ｐ＜２γ／ｒ が成立している場合（（ｉ）参照）、気泡９内の内圧が
大気圧より高いために、ちょうど風船がしぼむように気
泡９は大気に排出される。逆に

【００２３】

【数４】大気圧−Ｐ＋２γ／ｒ＜大気圧 の場合、すなわち、

【００２４】

【数５】Ｐ＞２γ／ｒ が成立している場合（（ii）参照）、気泡９内の内圧が
大気圧より低いため、気泡９内に大気から急激な空気の
流入があり、管の中は一瞬にして点線のように空気で埋
まってしまう。

【００２５】上記の説明からわかるように、ノズルの近
傍にＰ＞２γ／ｒすなわち

【００２６】

【数６】ｒ＞２γ／Ｐ となるような大きさの残留気泡が存在する場合、この残
留気泡が外気と連通した瞬間にインクジェットプリント
ヘッド内のインクが空になってしまうという現象が起こ
り得る。本発明者らの実験では、＝４７．８ｄｙｎ／ｃ
ｍのインクを用い、タンク負圧１ｋＰａで確認を行って
いるが、それから計算される残留気泡の臨界径は９５．
６μｍであり、ほぼ予測と実験結果が一致している。

【００２７】本発明者らはこの残留気泡がインク供給特
性に悪影響を与えるほど成長することを抑えるために、
先に出願した発明（特願平８−３０４７１９）において
吐出口プレート内面のインク供給口直上に突起を設け、
かつインク流路が、基板のインク供給口からインク吐出
エネルギー発生素子との間において隣接する吐出エネル
ギー発生素子と共有する共有流路を有する構成を提案し
ている。図６のように、インク供給口近傍から各電気熱
変換素子まで、それぞれ個別のインク流路で隔離された
構成から、図５のようにインク液路が、インク供給口か
ら吐出エネルギー発生素子との間で、隣接しているノズ
ルと共有する共有流路を有する。このように突起および
流路に共有部１５を設けることによって、吐出口プレー
トの表面に付着し成長していく残留気泡はこの残留気泡
の径が突起の間隙以上には成長せず、一方で、突起の先
端部分に付着した残留気泡は成長していくが、共有流路
によって図５の矢印で示した広い範囲からインク供給を
受けられるため、突起、共有部のないインクジェットプ
リントヘッドに比較してインク流路内に残留気泡が入り
込むことを格段に低減することが可能となる。この構成
を好適に作用させるには、具体的には突起間の間隙は１
０μｍ以上２γ／Ｐ以下であり、主成分が水であるイン
クを吐出させるインクジェットプリントヘッドにおいて
は、インクがγ＝４０〜５０ｄｙｎ／ｃｍ、タンク内負
圧がＰ＝０．５〜２ｋＰａで使用されることが望ましい
ため、ａ＝２γ／Ｐは４０μｍ以上、２００μｍ以下、
すなわち突起の間隙を１０μｍ以上４０μｍ以下となる
ようにすれば、通常用いられるインクジェットプリント
ヘッドに用いられる各種のγをもつインク、各種のＰを
もつタンクにおいても好ましく作用するものである。

【００２８】本発明はこの構成をさらに好適に作用させ
るために、供給口直上のインク流路側の吐出口プレート
表面を含め、前記突起部表面を親インク性とした。この
部分を親インク性にすることにより、吐出口プレートお
よび突起の先端に気泡が付着することは格段に減少す
る。仮に気泡が付着しても、気泡が成長していく途中の
まだインク滴吐出に影響を及ぼさない過程において、気
泡は突起先端部分から離れ、インクジェットプリントヘ
ッドの共通液室中に留まるか、インク中に再溶解してし
まう。すなわち、本発明が施した構成は、従来に比較し
て残留気泡が吐出口プレートおよび突起部に付着しにく
く、また仮に残留気泡が成長しても残留気泡がインク流
路内に引き込まれることによってインク流路内のインク
が分断されることはなく、インク流路へのインクの供給
不足および大気との連通によるインクジェットプリント
ヘッド内のインクが空になってしまう現象が非常に生じ
にくくなっており、安定なインク滴の吐出と信頼性の高
いインクジェットプリントヘッドを提供している。

【００２９】以下図面を参照しつつ本発明に係る実施例
を詳細に説明する。

【００３０】図１は、本発明の基本的な形態を示すイン
クジェットプリントヘッドの模式図であり、説明のため
に適当な面で切断してある。なお、本図およびこれ以下
において、電気熱変換素子を駆動するための電気的な配
線などは図示していない。図２は、各工程における図１
のインクジェットプリント基板のＡ−Ａ’断面図であ
る。図２は本発明のインクジェットプリントヘッドの製
造方法を簡潔に示している。

【００３１】図１において４は吐出エネルギー発生素子
１およびインク供給口３を備える基板であり、長溝状の
貫通口からなるインク供給口３の長手方向の両側に吐出
エネルギー発生素子１である電気熱変換素子がそれぞれ
１列ずつ千鳥状に、また電気熱変換素子の間隔が片側列
３００ｄｐｉピッチで配列されている。この基板４上に
はインク流路を形成するためのインク流路壁となる被覆
樹脂層６が設けられており、この被覆樹脂層６上にさら
に吐出口２を備える吐出口プレート５が設けられてい
る。ここで図１において被覆樹脂層６と吐出口プレート
５とは別部材として示されているが、この被覆樹脂層６
をスピンコートなどの手法によって基板４上に形成する
ことにより、被覆樹脂層６と吐出口プレート５とを同一
部材として同時に形成することも可能である。７は吐出
口プレート内面のインク供給口３直上に設けられる突起
である。さらにここではインク流路が、基板のインク供
給口からインク吐出エネルギー発生素子との間で、隣接
する吐出エネルギー発生素子と共有する共有流路部を有
する構成となっている。具体的には各電気熱変換素子毎
の個別のインク流路を形成するための隔離壁がインク供
給口まで達していない構成となっている。突起の形状と
してはインク流路の流抵抗をできるだけ小さくする観点
からインク供給口３から吐出口２に向かうインクの流れ
方向に沿うリブによって構成されることが好ましいが、
前述の間隙の範囲を満たすものであれば、例えば複数の
柱からなるような形状であっても構わない。また、イン
ク供給性の観点からは突起が基板から離間していること
が望ましく、さらにこのときの突起の離間距離は突起の
端部から基板までの最短距離が前述の間隙同様１０〜４
０μｍの範囲に収まっていることが望ましい。また、突
起７が上述のインクの流れ方向に沿うリブで形成されて
いる場合には、このリブを基板と接触させることによ
り、吐出口プレートの強度を向上させることもできる。
さらにこのとき、リブの端部をテーパー形状とすること
によってインク流路のインク流抵抗を小さくすることも
可能である。また、図１においては、突起７の高さとイ
ンク流路壁６の高さが同じになっているが、突起７の高
さは必ずしもインク流路壁の高さと同じにする必要はな
く、このときも前述同様突起の端部から基板までの最短
距離が、前述の間隙同様に１０〜４０μｍの範囲に収ま
っているように形成されていれば構わない。

【００３２】図２のＨで示した１４は親インク性をもつ
面（膜）を表し、上述のように供給口３の直上の突起７
を含む吐出口プレート５の内面である。この面を親イン
ク性にすることによりインクジェットプリントヘッド内
部に残った気泡のインク滴吐出に与える悪影響を格段に
緩和させることができるものである。

【００３３】以下に本発明のインクジェットプリントヘ
ッドの製造方法の一例を示す。

【００３４】まず、Ｓｉチップ上にパターニングなどに
よって複数の電気熱変換素子およびそれらを駆動するた
めの必要な配線（不図示）が施された基板４を用意し
（図２−Ａ）、該基板４上に溶解可能な樹脂層１２を形
成する（図２−Ｂ）。前記樹脂層１２において、フォト
レジスト法などを用いてインク流路パターンを残すとと
もに、ノズル壁および供給口が形成される箇所の上方に
適当な突起に相当する部分を除去する（図２−Ｃ）。さ
らにこのようなインク流路パターンが形成された溶解可
能な樹脂層１２’上に、被覆樹脂層６を形成させ（図２
−Ｄ）、前記被覆樹脂層６で吐出口２に相当する部分を
除去する（図２−Ｅ）。次に基板４を背面より、基板を
化学的にエッチングするなどして供給口３を形成する
（図２−Ｆ）。より具体的には、強アルカリ溶液（ＫＯ
Ｈ，ＮａＯＨ，ＴＭＡＨ）を用いた異方性エッチングに
よって供給口３を形成する。最後の溶解可能な樹脂層１
２’を溶出させる（図２−Ｇ）ことにより、吐出口２、
供給口３とそれらに連通する流路および供給口直上のオ
リフィスプレート側面に形成された突起部７を備えたイ
ンクジェットプリントチップを得ることができる。

【００３５】本発明のインクジェットプリントヘッドに
おいては、例えば、この状態でさらに基板４の背面よ
り、供給口３を介して吐出口プレート５の内面と突起部
７を親インク処理することにより形成することができ
る。具体的にはオゾンガスによる突起７を含む吐出口プ
レート５の内面の酸化処理、もしくは親インク性をもつ
無機酸化物（ＳｉＯ₂ ，Ａｌ₂ Ｏ₃ など）をスパッタリ
ングなどの適当な手段を用いて突起７を含む吐出口プレ
−ト５の内面に親インク被膜を形成されることができる
（図２−Ｈ）。このチップに電気熱変換素子を駆動する
ための電気的接合などを行うことにより本発明のインク
ジェットプリントヘッドを得ることができる。

【００３６】上記のインクジェットプリントヘッドの製
造法は、特に特開平４−１０９４０号公開公報、特開平
４−１０９４１号公開公報に記載のインクジェット記録
方法をインク滴吐出手段とするインクジェットプリント
ヘッドの製造に採用することが好ましい。これらの各公
報は、記録信号によって生じた電気熱変換素子上の気泡
を外気と連通させることを特徴とするインク滴吐出方法
を開示したものであり、小インク滴（５０ｐｌ以下）の
吐出を可能にするインクジェットプリントヘッドを提供
している。このインクジェットプリントヘッドは、気泡
を外気と連通させるため、吐出インク滴の体積は、電気
熱変換素子と吐出口間の体積のみにほとんど依存する、
言い換えるとインクジェットプリントヘッドのノズル部
分の構造によってほぼ決まるという特徴を有する。した
がって、前記インクジェットプリントヘッドは、ムラの
ない高品位な画像を出力することができる。本発明の構
造は前記のインクジェットプリントヘッド、すなわち、
気泡を外気と連通させるために、電気熱変換素子と吐出
口間の（最短）距離が３０μｍ以下であるようなインク
ジェットプリントヘッドに適用することで最大の効果を
発揮するが、電気熱変換素子を配した基板面に垂直にイ
ンク液滴を飛翔させるようなインクジェットプリントヘ
ッドであれば、いずれも有効に作用させることができ
る。

【００３７】また、本発明のインクジェットプリントヘ
ッドにおいては、隣接する電気熱変換素子を同時に駆動
させないように、分散駆動により各電気熱変換素子を駆
動させることによって残留気泡による悪影響をさらに効
果的に緩和できるものである。

【００３８】

【実施例】以下、本発明のインクジェットプリントヘッ
ドの構成を実施例により具体的に説明する。なお各実施
例については、いずれも前述の図２−Ａ〜Ｈに示す手順
にしたがって作成したインクジェットプリントヘッドを
使用し、ノズル間隔は片側例３００ｄｐｉピッチ、オリ
フィスプレートの肉厚８μｍ、本発明の特徴である突起
およびノズル壁の高さは１２μｍである。評価に使用し
たインクは、キャノン製染料系ブラックインク（表面張
力４７．８ｄｙｎ／ｃｍ，粘度１．８ｃｐ，ｐＨ９．
８）を使用した。

【００３９】実施例１ 本実施例のインクジェットプリントヘッドを電気熱変換
素子を配した基板の正面から見た拡大図と、Ａ−Ａ’，
Ｂ−Ｂ’断面図をまとめて図４に示した。

【００４０】本実施例は構造が従来のインクジェットプ
リントヘッドと同一であるが、供給口直上の吐出プレー
トの内面が親インク処理されている。このプリントヘッ
ドを作成するにあたっての親インク処理は、オゾンガス
によるノズル壁および吐出プレート面を酸化する方法を
採用している。

【００４１】本実施例のインクジェットプリントヘッド
を吐出周波数１０ｋＨｚで駆動し、黒ベタを連続記録し
てその持続時間を計測し、比較評価を行った。約２ｅ＋
０５発相当のインク滴連続吐出において、従来のインク
ジェットプリントヘッドでは約１００μｍ程度の残留気
泡が複数個吐出口プレート面に付着していたのに対し、
本実施例では吐出口プレート面に細かい（約２０〜５０
μｍ）残留気泡が複数付着しているのが観察されたが、
これは前述したようなインク滴を悪影響を及ぼすような
サイズではない。また、連続吐出の持続性能は、従来の
インクジェットプリントヘッドに比較して、本実施例で
は実に２倍程度も長い間黒ベタを印字することができ
た。

【００４２】実施例２ 本実施例のインクジェットプリントヘッドを、電気熱変
換素子を配した基板の正面から見た拡大図と、Ａ−
Ａ’，Ｂ−Ｂ’断面図をまとめて図４に示した。

【００４３】本実施例では突起が基板と吐出プレートの
両方に接することで吐出プレートの強度を上げ、かつノ
ズルへのインク供給を確保し、流抵抗を抑えるために突
起の吐出口プレートに平行な面における幅が電気熱変換
素子に向かって連続的に細くなっていくことを特徴とし
ている。突起の吐出口プレート面への射影の幅は、太い
ところで２０μｍであり、細いところで１２μｍであ
る。突起の長手方向の寸法は２００μｍであり、各突起
間は間隔６００ｄｐｉピッチ（４２．３μｍ）で並んで
いる。すなわち、突起と突起の間隙は最低でも２２．３
μｍある構成である。本実施例のインクジェットプリン
トヘッドは、供給口直上の吐出口プレートの内面と突起
部にＳｉＯ₂ をスパッタリングして親インク性をもつＳ
ｉＯ₂ 膜を成膜することによって親インク処理されてい
る。

【００４４】本実施例のインクジェットプリントヘッド
を吐出周波数１０ｋＨｚで駆動し、黒ベタを連続記録し
てその持続時間を計測し、比較評価を行った。約５ｅ＋
０５発相当のインク滴連続吐出において、親インク処理
されていない本実施例と同一の構造をもつインクジェッ
トプリントヘッドでは約１００μｍ程度の残留気泡が複
数個吐出口プレート面に付着していたのに対し、本実施
例では吐出口プレート面に細かい（約２０〜５０μｍ）
残留気泡が複数付着しているのが観察されたが、これは
前記したようなインク滴を悪影響を及ぼすようなサイズ
ではない。また、連続吐出の持続性能は、従来のインク
ジェットプリントヘッドに比較して、本実施例では実に
７倍程度も長い間黒ベタを印字することができた。

【００４５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
インクジェットプリントヘッド内部に残った気泡のイン
ク滴吐出に与える悪影響を格段に緩和させ、安定なイン
ク滴の吐出と信頼性の高いインクジェットプリントヘッ
ドを提供することができる。また、残留気泡を制御する
ことにより回復処理を頻繁に行う必要もなくなるため、
スループットの向上やインク消費量の低減といった効果
をも奏するものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の基本的な形態を示すインクジェットプ
リントヘッドの模式図である。

【図２】本発明のインクジェットプリントヘッドの製造
方法を説明するための説明図である。

【図３】インクジェットプリントヘッド内の残留気泡の
様子を説明するための説明図である。

【図４】実施例１に係るインクジェットプリントヘッド
を示す模式図である。

【図５】実施例２に係るインクジェットプリントヘッド
を示す模式図である。

【図６】従来例のインクジェットプリントヘッドを示す
模式図である。

【符号の説明】

１ 吐出エネルギー発生素子 ２ 吐出口 ３ 供給口 ４ 基板 ５ 吐出口プレート ６ 被覆樹脂層（ノズル壁） ７ 突起 ８ インク ９ 残留気泡 １０ ノズルに向かうインクの流れの向き １１ インクの流れによって生じる残留気泡の変形分 １２ 溶解可能な樹脂層 １３ インク流路パターン １４ 親インク面（親インク膜） １５ 共有部

Claims (19)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 インク滴を吐出させるために用いられる
   エネルギーを発生する複数の吐出エネルギー発生素子
   と、前記インク滴を吐出するインク吐出口と、該複数の
   吐出エネルギー発生素子を列状に配するともに前記吐出
   エネルギー発生素子の配列方向に沿って延在する貫通口
   からなるインク供給口を有する基板と、前記インク吐出
   口を備える吐出口プレートとを備え、前記基板と前記吐
   出口プレートが接合され、基板と吐出口プレートとの間
   に前記インク吐出口とインク供給口とを連通するインク
   流路が形成されているインクジェットプリントヘッドに
   おいて、 前記吐出口プレートの前記インク供給口の射影に相当す
   るインク流路側の表面が、前記吐出口プレートのそれ以
   外の表面およびインク流路表面に比較して親インク性が
   高いことを特徴とするインクジェットプリントヘッド。
2. 【請求項２】 前記吐出口プレートは、前記インク供給
   口に対応する位置に複数の突起を有するとともに前記イ
   ンク流路は前記基板のインク供給口からインク吐出エネ
   ルギー発生素子との間で、隣接する吐出エネルギー発生
   素子と共有する共有流路部を有し、かつ該突起部の表面
   は前記吐出口プレートの前記インク供給口の射影に相当
   するインク流路の表面と同等かそれ以上の親インク性を
   もつことを特徴とする請求項１に記載のインクジェット
   プリントヘッド。
3. 【請求項３】 前記複数の吐出エネルギー発生素子は前
   記貫通口の延在方向の両側に配列されている請求項１ま
   たは２に記載のインクジェットプリントヘッド。
4. 【請求項４】 インクタンクが前記インク供給口へイン
   クを供給しているときのインクを吸い上げる力をＰ（ｋ
   Ｐａ），インクの表面張力をγ（ｄｙｎ／ｃｍ）とする
   と、前記複数の突起における隣接する前記突起間の間隙
   が１０μｍ以上２γ／Ｐμｍ以下である請求項２または
   ３に記載のインクジェットプリントヘッド。
5. 【請求項５】 前記複数の突起における隣接する前記突
   起間の間隙が１０μｍ以上４０μｍ以下である請求項２
   または３に記載のインクジェットプリントヘッド。
6. 【請求項６】 前記複数の突起は前記インク供給口から
   吐出口に向かうインクの流れ方向に沿う方向に設けられ
   た複数のリブである請求項２乃至５のいずれか１項に記
   載のインクジェットプリントヘッド。
7. 【請求項７】 前記リブの端部が基板から離間している
   請求項６に記載のインクジェットプリントヘッド。
8. 【請求項８】 前記基板と離間しているリブの端部から
   基板への最短距離が、１０μｍ以上４０μｍ以下である
   請求項７に記載のインクジェットプリントヘッド。
9. 【請求項９】 前記突起の一部が前記基板に接している
   請求項２乃至６のいずれか１項に記載のインクジェット
   プリントヘッド。
10. 【請求項１０】 前記リブの端部がテーパー形状を有す
    る請求項６に記載のインクジェットプリントヘッド。
11. 【請求項１１】 前記吐出エネルギー発生素子は電気熱
    変換素子である請求項１乃至１０のいずれか１項に記載
    のインクジェットプリントヘッド。
12. 【請求項１２】 前記電気熱変換素子は分散駆動される
    請求項１１に記載のインクジェットプリントヘッド。
13. 【請求項１３】 前記インクジェットプリントヘッドは
    さらに前記電気熱変換素子毎の個別のインク流路を形成
    するための隔離壁を有し、該隔離壁の先端から前記基板
    までの最短距離が１０〜４０μｍとなっている請求項２
    乃至１２のいずれか１項に記載のインクジェットプリン
    トヘッド。
14. 【請求項１４】 前記インクジェットプリントヘッドの
    前記インク吐出口から対応する前記電気熱変換素子まで
    の距離が３０μｍ以下である請求項１１に記載のインク
    ジェットプリントヘッド。
15. 【請求項１５】 請求項１乃至１４のいずれか１項に記
    載のインクジェットプリントヘッドを搭載するととも
    に、前記インクジェットプリントヘッドの回復処理を行
    うための回復手段を有することを特徴とするインクジェ
    ットプリンティングデバイス。
16. 【請求項１６】 前記基板の背面より前記貫通口を通し
    て、前記吐出プレートの前記インク供給口に対応する位
    置に親インク処理を施すことを特徴とする請求項１乃至
    １４のいずれか１項に記載のインクジェットプリントヘ
    ッドの製造方法。
17. 【請求項１７】 前記親インク処理はオゾンガスによる
    酸化処理であることを特徴とする請求項１６に記載のイ
    ンクジェットプリントヘッドの製造方法。
18. 【請求項１８】 前記親インク処理は親インク性を有す
    る無機酸化物のスパッタリングによる成膜処理であるこ
    とを特徴とする請求項１６に記載のインクジェットプリ
    ントヘッドの製造方法。
19. 【請求項１９】 前記基板の背面より前記貫通口を通し
    て、前記吐出口プレートの前記インク供給口に対応する
    位置に親インク処理を施すことを特徴とする請求項１５
    に記載のインクジェットプリンティングデバイスの製造
    方法。