JPS5931942B2 - 液滴噴射記録装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は一般に、インクと呼ばれる記録液体を微細オリ
フィスから小滴として吐出飛翔させこの小滴の被記録面
への付着を以て記録を行なう液滴噴射記録装置、特に従
来にない新規なインク吐出原理に基づく液滴噴射記録装
置に関する。

現在知られる各種記録方式の中でも、記録時に騒音の発
生がほとんどないノンインパクト記録方式であつて、且
つ、高速記録が可能であり、しかも、普通紙に特別の定
着処理を必要とせずに記録の行なえる所謂インクジェッ
ト記録法は極めて有用な記録方式であると認められてい
る。このインクジェット記録法に就いては、これ迄にも
様々な方式が提案され、改良が加えられて商品化された
ものもあれば、現在もなお実用化への努力が続けられて
いるものもある。インクジェット記録法は、インクと称
される記録液体の液滴（ｄｒｏｐｌｅ０を種々の作用原
理で飛翔させ、それを紙等の被記録部材に付着させて記
録を行うものである。

そして、本件出願人も、斯かるインクジェット記録法に
係る新規方式に就いて既に提案を行なつている。

この新規方式は、特願昭５２−１１８７９８号に於て提
案されており、その基本原理は次に概説する通りである
。つまり、この新規インクジェット記録方式は、記録液
体を収容することのできる液室中に導入された記録液体
に対して、情報信号として熱的パルスを与え、前記液体
が状態変化をおこすことによつて生じる作用力に従つて
、先の液室に付設したオリフィスより、前記液体を小液
滴として吐出・飛翔せしめ、これを被記録部材に付着さ
せて記録を行なう方式である。ところで、この新規方式
には、実施装置の構成が従来のそれに比べて簡略であり
、マルチアレー構成にして高速記録に適合させ易いと言
う大きな長所がある反面、実施装置の耐久性が然程高く
ないと言う不利が認められた。

即ち、この実施装置に於ては、記録液体に熱的パルスを
入力する手段として発熱体を採用しているため、これが
記録液体に接した状態で繰返し使用されている間に酸化
され、劣化してしまつたり、この発熱体に記録液体がコ
ゲ付いたり、記録液体が電気分解されて所期の記録液滴
吐出を妨害する等の不都合がしばしば認められた。そこ
で、本発明では上記、特願昭５２−１１８７９８号に開
示されたイックジェット記録方式に見られた重大欠点を
完全に解消すると共に、なお一層の改善を施してなる新
規構成の液滴噴射記録装置を提案する。

つまり本発明に於ては、その使用寿命が長期に亘る液滴
噴射記録装置を提供することを主目的とする。

又、本発明に於ては構造的に簡略であると共に熱作用に
よる記録液体の安定的吐出を長期間保障する液滴噴射記
録装置を提供することも他の目的とする。

叙上の目的を達成する本発明は、要するに吐出オリフイ
スに連絡している室内に導入される記録液体を入力信号
に従つて前記オリフイスから小滴として吐出、飛翔させ
、この小滴の被記録面への付着を以て記録を行なう液滴
噴射記録装置であつて、前記小滴吐出の作用力の発生源
として充填率が０．９以上の薄層を少なくとも１層含ん
で成る保護層によりその外表が被覆された電気・熱変換
体を上記室の少なくとも一部に内設したことを特徴とす
る液滴噴射記録装置である。以下、図示、具体例に従つ
て本発明に就き詳述する。

第１図において、本発明の記録装置主要部の概要が示さ
れている。

即ち、発熱体設置基板１の表面に作用部としての発熱体
２が設けられている。又、基板３の材料としては、ガラ
ス、セラミツクス或いは、耐熱性プラスチツク等が用い
られる。基板３には吐出前のインクを収容する室４′及
び吐出オリフイス５を構成する長尺溝４が予め形成して
あり、基板３と発熱体設置基板１とは、発熱体２と溝４
の位置合せをした後、接着剤によつて接合して一体化さ
れる。次に、この図示装置に係る液体吐出原理に就いて
簡単に述べる。第２図は溝４の軸線に沿つた断面図であ
る。記録用インクは図中、矢印で示される様に室４′内
へ供給されている。今、室４′内の１部に付設された発
熱体２に対して外部から信号が印加されると、発熱体２
は発熱し、その近傍のインクに熱エネルギーを与える。
熱エネルギーを受けたインクは体積膨張或いは気泡の発
生等の状態変化を起こして圧力変化を生じ、この圧力変
化が吐出オリフイス５の方向に伝わり、インクが小滴１
０となつて吐出される。そしてこの小滴１０が不図示の
紙等、任意の被記録材に付着することによつて記録が為
される。第２図に於ては、発熱体２の詳細構造が図示さ
れており、この発熱体２は、アルミナ等の基板６上に、
蓄熱層７、発熱抵抗体１１、電極８および保護層９の順
に薄膜形成技術によつて積層してある。そして、このパ
ターン化された発熱体２は溝４内に露出する構成となつ
ている。発熱体設置基板１において、インクが直接接す
るのは保護層９であるが、この保護層９は発熱抵抗体１
１および電極８がインクと接触して酸化されたり、反対
にインクを電気分解するのを防いでいる。他面、本発明
では保護層９を介して熱エネルギーがインクに伝達され
るので、その厚さはインク滴吐出の熱応答性および印字
エネルギー効率に大きい影響を与える。つまり、本発明
では保護層９が薄いほど熱伝導が良いためインク滴１０
吐出の熱応答性が良く、印字エネルギーも少なくてすむ
。しかし、所謂サーマルヘツドの製造に際して従来行な
われているように例えば、ＳｌＯ２，ＭｇＯ，Ａｌ２Ｏ
３，Ｔａ２Ｏ５，ＴｉＯ２，ＺｒＯ２等の無機質から真
空蒸着法やスパツタ一法によつて保護薄膜を形成する限
りでは、それが薄ければ薄い程、電極８と抵抗体１１と
の段差の部分が露出したり、その保護膜自体にピンホー
ル等の欠損部を残し易い。従つて、従来は熱伝導性を多
少犠性にしてでも電極８や抵抗体１１が露出しない程度
の厚さは必要であると考えられて来た。しかしながら、
本発明に於ては鋭意工夫の結果保護層９全体の厚さが熱
伝導性を然程、損なわない程度に極めて薄いものである
にも拘らず、発熱体９を構成する電極８や発熱抵抗体１
１がインクと接触するのを完壁な迄に防止することがで
きた。

即ち、本発明では、電極８及び抵抗体１１を所定形状に
パターンニングした後、更に充填率が０．９以上である
高充填率の薄膜部を含む保護層９を積層することによつ
て電極８や発熱抵抗体１１とインクとの接触が皆無とな
つた。なお、本発明で使用する「充填率」と言う用語は
（形成する薄膜の見かけ密度）÷（薄膜形成物質の真の
密度）の値を意味している。

そうして、この充填率が０．９以上と高い薄膜になると
、インク等の液体が浸透し得る膜欠損部やピンホール等
を残すことがない。従つて本発明の特徴は、このような
０．９以上の充填率の薄膜部を含んだ保護層９を装置の
作用部（こ被覆したことにある。本発明に於て、具体的
には、上述の保護層９中に、金、白金等の貴金属、クロ
ム、ニツケル、モリブデン、タンタル、ジルコニウム、
チタン等の高触点金属、遷移金属：これ等金属の窒化物
、窒化シリコン；上記金属の硼化物（例えば硼化ジルコ
ニウム、硼化ハフニウム、硼化クロム等）；上記金属の
硅化物（例えば、硅化モリブデン、硅化タングステン、
硅化クロム等）：或いは非晶質シリコン等を成膜させた
充填率が０．９以上になる薄膜を少なくとも一層形成す
る。又、その成膜技術としては、電子ビーム蒸着法、又
ヘッダ法、ＣＶＤ法、気相成長法、グローデイスチヤー
ジ法等、任意の薄膜形成法を利用することができる。そ
して、この薄膜は、約３０『Ｃ以上の耐熱性を持つよう
に形成されることが望ましい。

ところで、本発明ではこの薄膜を含む保護層９全体の抵
抗が充分に高く（例えばｆ〉１００ΩＣＴｎ）マルチア
レイヘツドにしたとき、隣接する発熱体２間で短絡がお
きなければ、この薄膜の単層を以て保護層９とすること
も可能である。

しかし、この薄膜の抵抗が低い場合には、これとは別に
高抵抗の無機質（例えばＳｌＯ２，ＭｇＯ，Ａｌ２Ｏ３
等の酸化物）から成る薄層を重層することにより短絡を
防止する事ができる。

この場合、高抵抗の薄層と低抵抗の上記薄層を順次形成
し、しかも互の中間に両者の混合層が存在するようにし
ておけば、密着度のよい耐久性のある保護層９を得るこ
とができる。

なお、この保護層９の厚さは先にも述べたとおり、イン
ク小滴吐出の熱応答性、或いはエネルギー効率の良否を
左右するものであるから、インクの浸透を防止できれば
薄い方が望ましい。

従つて、この保護層９の厚さの実用範囲は、単層構成、
重層構成に拘らず、略々０．１μｍ〜５μｍであり、更
に好ましい厚さ範囲は０．３μｍ〜３μｍである。本発
明による効果は、以下に詳述する実施例及び比較・例に
よつて更に明確に理解されるであろう。実施例 １〜１
７先ず、以下の実施例及び比較例に相当する発熱体設置
基板を以下の要領で作成した。

第３図ａに（識基板の拡大射視図が示されている。アル
ミナ基板１２上にＳｌＯ２蓄熱層１３（厚さ５０μｍ）
、ＺｒＢ２発熱抵抗体層１４（厚さ８００Ａ）及びアル
ミニウム電極層１５（厚さ５０００λ）を形成した後、
選択エツチングにより幅４０１ｔｍ１長さ２００μｍの
発熱抵抗体１４／を形成した。

又、エツチングにより選択電極１５ａ及び共通電極１５
ｂを形成した。更に第３図ｂに示す様に、電極１５ａ，
１５ｂ及び発熱抵抗体１４′の表面に、下表−１に記載
どおりの保護層１６を夫々積層した。又、これ等とは別
に、ガラス板１７に第４図に示すような複数本の溝１８
（巾４０μｍ深さ４０μｍ）と共通インク室１９となる
溝とをマイクロカツタ一を用いて切削形成してなる溝付
きプレート２０も作成した。このようにして作成した、
各発熱体設置基板と溝付きプレートとを、発熱体と溝と
の位置合せをした上で接合し、更に不図示のインタ供給
部から共通インク室１９にインクを導入するためのイン
ク導入管２１も接続して第５図に示すような記録ヘツド
プロツタ２２を丁体的に完成した。

更に、このプロツク２２には前述の選択電極及び共通電
極に接続されている電極リード（共通電極リード、及び
選択電極リード）を有するリード基板が付設された。

次いで、吐出実，験条件として、前記電極リードを介し
て発熱抵抗体部分に、１０μＳｅｃのパルス巾、２００
μＳｅｃのパルス入力周期で、４０Ｖの短形電圧パルス
を印加した。因に用いたインクの組成は、上記吐出実験
条件およびインクを用いてインク滴吐出実験を行つたと
ころ、下表−２に示すとおり、耐久性において優れた結
果を得た。

また記録性においても優れていた。なお、これ等の実施
例及び比較例に於ける耐久性の評価は次のとおり、電気
パルスの繰返し印加可能回数により行なつた。

以上から充填率が０．９以上の薄膜を含んだ保護層を備
えた記録ヘツドがその耐久性において優れていることが
判る。

これは、インクの発熱抵抗体等への浸透を防止し、それ
等の劣化やインクの電気分解等を起こりにくくしている
為と思われる。因に、以上の説明に於て示した発熱体と
しては、従来広く感熱記録の分野に於て用いられる感熱
印字ヘツド（つまり、サーマル・ヘツド）を適用するこ
とができる。それらは作成方法発熱抵抗体等の差異によ
り、厚膜ヘツド、薄膜へツド、半導体ヘツドに分類され
るが、本発明においてはそれらの全てが使用可能である
。但し特に高速、高解像力の記録を行うときは、薄膜ヘ
ツドを利用するのが今のところ望ましい。又、本発明に
於て用いる記録用インクは、水、エタノール等のアルコ
ール、或いはトルエン等を例とする主溶媒に、エチレン
グリコール等を例とする湿潤剤、界面活性剤、及び各種
染料等を溶解或いは分散させて作成される。

なお、オリフイスを詰らさないために、作成後フイルタ
一で口過したり、インク流路中にフイルタ一を設けたり
する工夫は既存のイックジェット記録法の場合と同様に
有効なことである。以上詳説したとおり、本発明によれ
ば、常にインク吐出が安定的に行なわれ、高速度で良品
位の記録画を与える高性能の液滴噴射記録装置を提供す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図は共に、本発明の一実施例を説明する
ため、液滴噴射記録装置の主要部のみを描いた略図、第
３図ａ１第３図ｂ１第４図及び第５図は夫々本発明の他
の実施例を説明するための略図である。 図に於て、１は発熱体設置基板、２ば発熱体、４′は室
、５は吐出オリフイス、８，１５，１５ｂは電極、９，
１６は保護層、１１，１４，１４′は発熱抵抗体、１８
は溝、１９は共通インク室、２０は溝付きプレート、２
２は記録ヘツドプロツクである。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 吐出オリフィスに連絡している室内に導入される記
   録液体を前記オリフィスから小滴として吐出させ、この
   小滴の被記録面への付着を以て記録を行なう液滴噴射記
   録装置であつて、充填率が０．９以上の薄層を少なくと
   も１層含んで成る保護層によりその外表が被覆された電
   気・熱変換体を上記室の少なくとも一部に内設したこと
   を特徴とする液滴噴射記録装置。