JPS61100465A - インクジエツトヘツド - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、記録媒体の微小液滴を所定パルス信号により
飛翔させ鍮媒紙上に微小ドツトの集合として文字、図形
を表わすインクジェットヘッドに関し、特に前記記録媒
体の吐出エネルギーとして、１気・熱変換体より生じる
熱エネルギーを利用したサーマル式のインクジェットヘ
ッドＩ／ｃ関するものである。

〔発明の背景〕

インクジェットプリント方式は、ノンインパクトで記録
紙に印字を行なう為、記録時の静粛性及び高速性の点で
、インパクト方式に比べ優れた特性を示すことから、従
来より種々の方式が実用化。

されたり、現在も、実用化の几めの改善が積極的に進め
られているプリンティング方式である。

代表的なインクジ“エツトプリント方式として、例えば
Ｕ８Ｐ　３７４７１２０に開示されているピエゾ振動素
子を利用したオンデマンド方式がある。この方式は、電
気的な、記録信号に基づいたピエゾ振動素子の機械的振
動を、密封容器内の記録媒体に作用せしめ、機械的龜動
を記録媒体の体積変化と成し、こ′の記録媒体の体積変
化に共なう圧力変動を利用して、前記密封容器の一端に
開孔された吐出オリフィスから前記記録媒体の微小液ｉ
凶として吐出せしめ、記録紙上に前記微小液崗の付着に
よる微小ドツトの果合として文字・図形を記録するもの
である。このピエゾ振動素子を利用したオンデマンド方
式は、構造がシンプルであること、及び、他のインクジ
ェットプリント方式、例えば０８Ｐ３０６０４２９に開
示されている′亀界制一方式％式％ されている連続方式と比較して、文字、図形の記録に要
さなかった微小数滴を回収する必要がなく、また、記録
媒体に導紙性を有する必要もなく記録媒体の物質上の自
由展が大であるなどの多くの利点を有する。

しかしながら、このオンデマンド方式は、主女部品であ
るピエゾ振１ｖ１８子を小型化することが困離であり、
ヘッドノズルの來積化、婉冨度化に通もないこと、及び
ヘッド組立加工性に劣るなどの間進点も合わせて狩って
いる。

以上の諸問題に瀧みて、例えば特公昭５６−９４２９号
では、従来のインクジェットプリント方式とはＪｇ、ｍ
を全く異にする、新規なインクジェットプリント方式が
提案された。この方式は、従来の、インクジェットプリ
ント方式の分類では、オンデマンド方式に属するが、記
録媒体への圧力伝達手段としてピエゾ伽＃糸子の替りに
、発熱抵抗体を具備していることを、最大の＃？徴とし
ている。即も記録媒体と接した発熱抵抗体の発熱作用に
より、前記記録媒体に沸騰現象を生せしめ、この時の記
録媒体の体積変動、圧力変動の作用で前記記録媒体を、
吐出オリフィスから微小欣滴として吐出させ、記録を行
なうものである。この記録方式の長所は、前記発熱抵抗
体形成において薄膜製造技術である微細パターン形成方
法を応、用できることからヘッドの高集積化、高密度化
を可能とし、ヘッドのマルチノズル化が容易に実机でき
ること、及　ヤび、ヘッド構造を非常にシンプルに構成
できることなどである。

〔従来の技術〕

第８図は発熱抵抗体を具備した従来のインクジェットヘ
ッドを示す断面図であって、図中１００はガラスあるい
は、熱酸化処理を施されたシリコン等の電気的絶縁性を
有する物質で形成された基板、で、該基板１００には貫
通穴１００ａが開いており、記録媒体の貫通穴１００ａ
を介しての移動を可能にしている。１０１は前記基板１
０００片面に、・例えば窒化タンタル（Ｔａｘ　Ｎ　）
等の物質で形成された発熱抵抗体、１０２は該発熱抵抗
体１０１と、概略パターン形状を同一とする、例えはア
ルミニウムなどで形成された導体電極、１０３は前記発
熱抵抗体１０１、導体電極１０２を、完全に被覆するよ
うに形成された例えば二酸化ケイ素（Ｓｉｏりなどの物
質から成る保睡層である。これら、発熱抵抗体１０１゜
導体電極１０２．保護層１０３の各層は、博ＨＱ製造技
術である例えば、スパッタ及び真空蒸着等の成膜ニーと
、フォトリソ工程の組み合わせで容易に実机できるもの
である。１０５はニッケル、ステンレス等の薄板で形成
されたオリフィス板であり、該オリフィス板１０５には
前記発熱抵抗体１０１と対向する位置に、オリフィス１
０５ａが開いている。

１０４は、前記基板１００とオリフィス板１０５の間隔
を所定の寸法に設定するとともに、各発熱抵抗体１０１
を、個々に仕切る目的で形成された隔壁部である。前記
基板１００とオリフィス板１０５は、隔壁部１０４の高
さ寸法によって決まる空隙を残し、かつ前記発熱抵抗体
１０１とオリフィス１０５ａがこの空隙を介し、対向す
る位置で接着剤１０７により接着固定されるものである
。このようにして形成される基板１００と、オリフィス
板１０５で挟まれた空間には、記録媒体１０６が充填さ
れヘッドを構成するものである。

第８図を用いて、サーマル式のインクジェットヘッドの
動作原理を説明する。記録媒体１０６は、基板１００に
形成された貫通穴１００ａを介し基板１００の後方に配
置された記録媒体榴（図示せず）より供給され、前記基
板１００とオリフィス板１０５の挟持空間へも毛細管現
象で浸漬して、オリフィス１０５ａを満たすまでに充填
されている。この状態で、前記発熱抵抗体１０１に’！
気気配記録信号印加されると、該発熱抵抗体１０１は急
速に発熱する。

この饅エネルギーが前記記録媒体１０６に作用し、該記
録媒体１０６の気化、気泡の発生、成長を起こさせるこ
とにより生じる記録媒体１０６の体積変動及び圧力変動
によって、微小液滴を前記オリフィス１０５ａから吐出
させ、記録を行なうものである。

倣小欣調が吐出される直前に、前記発熱抵抗体１０１の
記録信号は断たれているので発熱抵抗体１０１は鳳度降
上を開始し、記録媒体１０６中に発生成長した気泡も除
々に消滅していく。この−逐の動作を連続して株り返す
ことにより、文字や図形の記録も可能となる。

第９図は、従来の技術によるインクジェットヘッドの他
実施例のひとつであり、図はその構造断面図を示すもの
である。図中２００、面のミラー指数が（１００）なる
シリコン等の物質で形成される基板であり、該基板２０
０にはフッ酸及びＫＯＨ等のエツチング液による異方性
エッチで熱作用室２００ａ。

剋路室２００ｂ、中継呈２００ｃ、貫通穴２００　ｄが
形成されている。前記熱作用室２００ａの底面には、発
熱抵抗体ｚｏ１．ｓ体を極２０２．絶縁保ｍ）ｖｌｉ２
０３の各ｊ−が薄瞑製造技術により形成されている。

２０４は例えばステンレスもしくは黄銅の薄板で形成さ
れたオリフィス板であり、威オリフィス板２０４には前
記発熱抵抗体２０１と対応したオリフィス２０４ａが設
けられている。前記基板２００とオリフィス板２０４は
、互いに接着剤により接合されており、この２部品の接
合により生じる蜜閉された空間、即ち、前記熱作用室２
００ａ　、通路室２００ｂ。

中継ｘ２００ｃには記録媒体が元部されて、インクジェ
ットヘッドを構成するものである。

〔従来技術の問題点〕

第８図において隔壁部１０４は記録媒体１０６中に生じ
る気泡の生長、消滅による記録媒体１０６の擾乱が瞬接
する、発熱抵抗体１０１０部厘へ伝達しないように各発
熱抵抗体１０１間に設けられる。

該隔壁部１０４の形成方法としては、例えば特開昭５９
−９５１５６号に開示されているオリフィス　　　　）
１０５とＩｎｋ部１０４を、を鋳加工により一体化して
形成する方法や、例えば舟開昭５７−２０８２５１号に
開示されている感光性樹脂の硬化膜を、基板１００上に
バターニングして隔壁部を形成するなどの種々の方法が
考えられている。しかしながらいずれの方法も、加工的
に時間がかかることと、特殊装置や特別な樹脂を使用す
るためコストアップとなるなど′ｍ次されるべき幾多の
問題を抱えている。

従来の技術による他の実施？ｌＪ　ＲＩＪち第９図にお
ける問題点は、発熱抵抗体２０１をシリコンの異方性エ
ツチングにより基＄　２００に形成された熱作用室２０
０ａの底面に設けることである。前記熱作用室２００ａ
は、凹状の溝となっているため発熱抵抗体２０１のバタ
ーニング工程には、解決されるべき幾多の問題点が含ま
れる。第１の問題は異方性エツチングによって生じ、鋭
利な角２００ｅをパターンが横断するとき、膜厚が博く
なり極端な場合には、オーダ、ン現象が生じることであ
り、第２の問題は、シリコンの異方性エツチングにより
形成された凹凸面に、バターニングする除のレジスト膜
厚を均一にコントロールできないことである。このよう
な問題点を抱えて、第９図に示すような、インクジェッ
トヘッドの基板を製造することは、製造工程が複雑にな
ることであり、ヘッドの価格アップにつながるものであ
る。

〔発明の目的〕

本発明は以上の諸問題に鑑みなされたもので、基板上に
設ける凹状溝と発熱抵抗体を背面対向関係に形成し、更
に発熱抵抗体は基板の平坦部に形成することにより構造
がシンプルでかつ安価なインクジェットヘッドを提供す
ることを目的とする。

〔実施例〕

第１図〜第７図を用いて、本発明の具体的実施例につい
て説明する。

第１図は、本発明によるインクジェットヘッドの断面図
であり、図において１は、面のミラー指数が（１００）
なるシリコンで形成される基板であり、該基板１は熱酸
化処理が施され、基板１表面には二酸化ケイ素（８ｚ　
Ｏｔ　）からなる酸化絶縁層２が情っている。また、基
板１には熱作用ｍ１ａ。

ｍ路室１ｂ、中継室１ｃが凹状の溝として形成され、そ
の裏面に電気・熱変換体が設けられている。

３は、９ロえは窒化タンタル（ＴａｔＮ　）　＊の物質
から成る発熱抵抗体、４は共辿電憾、５は選択電極であ
り、該共通電極４、選択Ｋｍ５に囲まれた、前記発熱抵
抗体３０枳域３ａは、発熱ドツト部である。６は、例え
ば二酸化シリコン（Ｓｉｎ、）等の物質で形成ａれた絶
縁保護層であり、これら発熱抵抗体３．共通′−極４１
選択電極５．絶縁保護ノー６の各層は博膜製造技術であ
る。スパッタ、あるいは真使＃着等の成膜工程と、７オ
）　ＩＪソ工程の組合わせにより容易に所定パターンを
形成できるものである。７はステンレスもしくは、黄銅
の薄板をプレス加工技術を用いて、所定形状に形成した
オリフィス板であり、該オリフィス板７には、前記発熱
ドツト部３ａ−と対応する位置に吐出オリフィス７ａが
開いている。前記ｉ板１とオリフィス板７は、接着層（
図示せず）を介し接合され、この接合により前記熱作用
室１ａ、通路室１ｂ。

中継室ＩＣが、それぞれ形成された構造となる。

該中Ｍ嵐１ｃの底面、即ち前記酸化絶縁層２には、貫通
穴２ａが形成されている。８は、前記基板１を保持固定
するためのヘッドガイドであり、該ヘッドガイド８は、
接Ｎ　Ｄ　１０により基板１と接合されるものである。

８ａは、ヘッドガイド８に形成された記録媒体溜、８ｂ
は同じくヘッドガイド８に前記記録媒体ｒ、Ｍ８ａと連
通ずるように形成された供給口、９は記録媒体である。

該記録媒体９は、前記ヘッドガイド８に設けられた記録
媒体ＰＪ１８ａから毛細管現象により、供給口８ｂ、貫
通穴２ａ。

中継室１ｃ、通路室１ｂ、熱作用室１ａへと供給充填さ
れ、前記吐出オリフィス７ａの内聞まで到達するもので
ある。

以上の構成から成るインクジェットヘッドの動作原理は
、従来の技術で述べたように、発熱ドツト部３ａの発熱
により熱作用室１ａに充填された記録媒体９が気化し、
この気泡の、生長に供なう前記熱作用室１ａに充填され
た記録媒体９０体積鴬比表なり、この圧力変動により記
録媒体９の微小欣滴が前記吐出オリフィス７ａから吐出
され記録を行なうものである。

第２　ｔ＝ｌ　（ａ）　、　（ｂ）は、本発明に係わる
インクジェットヘッドの主峨部品である基板１の斜視図
であり第２図（ａ３はその凹状溝が形成された表面、第
２図Φ）は発熱抵抗体等のパターンが形成された裏面を
示すものである。

第２図（ａ）において、各符号は第１図と対応し、同部
分には同符号を付しである。図において熱作用室１ａ、
悪路塞１ｂ、中継室１ｃ、貫通穴２ａはシリコンの異方
性エッチを利用した凹状溝であり形成方法は後述する。

第２図（ａ）、第２図（ｂ）に示すように熱作用室１ａ
と発熱ドツト部３ａは、表面と裏面とに背面対向の関係
に配置され、単列で少なくとも１２個以上の熱作用室１
ａと発熱ドツト部３ａが形成された構造となっている。

第３図（ａ）は第２図（ａ）におけるＡＡ面による断面
図、第３図（ｂ）は第２図（ａ）における８１３面によ
る断面図である。内因から明らかなように、熱作用室１
ａと発熱ドツト部３ａとは酸化絶縁層２を介し背面対向
関係にある。

第４図は、基板ｌを表面からみた平面図であり、裏面に
形成され次共通′ｇ極４１選択電極５は、破線で示され
る領域となる。発熱ドツト部３ａと熱作用室１ａは、透
視状態で見ると基板１の表裏の同位置に配置され、発熱
ドツト部３ａで発生した熱エネルギーが効率良く伝達さ
れるような構成となっている。

第５図（ａ）〜第５図（ｆ）は、基板１に熱作用室１　
ａ。

通路室１ｂ、中継室１ｃ、貫通穴２ａを形成するための
工程説明図である。

第５図（ａ）において加は、面のミラー指数が（１００
）で設定されるシリコン基板、２１は該シリコン基板加
の表面層深さ約１μｍ８に分布するシリコン鹸化絶縁層
である。

第５図（ｂ）においてηは前記シリコン基板２１の鉄面
に形成したレジスト膜、田はシリコン基板２１の表面に
バターニングされたレジスト膜である。

第５図（Ｃ）は、第５図（ｂ）の状態のシリコン基板加
を、７ツ酸等のエツチング液でエツチングし、不必要な
酸化絶縁層２１を除去した状態を示す。

第５図（ｄ）は、第５図（Ｃ）の状態のシリコン基板加
をＫＯＨ等のエツチング液で異方性エツチングを施した
状態を示し、パターン幅に応じた熱作用室２ｔ）　ａ　
、通路室２ｆ）ｂ、中継室２０ｃを形成した状態を示す
。

第５図（ｅ）は、シリコン基板肋の裏面のレジスト族を
パターニングした状態を示す。これは、中継車力Ｃの底
面に貫通穴を開けるための前工程となる。

第５図（「）は、シリコン基板間の裏面の酸化絶縁層２
１をフッ酸等のエツチング液でエツチングし、Ｘ通人２
１　ａを形成した状態を示す。

以上第５図（ａ）から第５図（ｆ）までで説明したよう
に、シリコン基板間への熱作用室２Ｄａ、ａ路室茄す、
中継室んＣ及び貫通穴２１　ａは、一般に知られている
フォトリソ工程を駆使することで、容易に形成できるも
のである。

第６図に本発明に係わる、インクジェットヘッドの組立
分解図を示す。図において（資）は基板であって、阪基
板凹には熱作用室３０　ａ　、進路室３０ｂ。

中桶室３０Ｃ，３ｉｔ造穴３Ｑｄが第５図（ａ）〜ｍ　
５図（０に示す工程で形成されており、この裏面には発
熱抵抗体、共通電極、選択を極、絶縁保ぷ層が薄膜製造
技術で形成されていることは、前記第２図（ａ）と第２
図（ｂ）で説明した通りである。３０ｅは基板間の所定
位置に例えば、スクリーン印刷等の手法で施された接着
層である。３１は、ステンレスもしくは黄銅等の薄板で
形成されたオリフィス板であり、該オリフィス板３１に
はプレス加工による仮数個のオリフィス３１　ａが単列
に配置されている。前記基板間とオリフィス板３１は、
前記接Ｎ　ｆＪ　３０　ｅにより接着接合され、前記熱
作用室３０ａ１通路室３０ｂ。

中継室３０Ｃに充填される記録媒体を外部と完全にしゃ
断するものである。３２はＦＰＣで該Ｆ　Ｐ　Ｃ３２に
は、共通電極パターン３２　ａと選択電極パターン３２
ｂが形成されており、基板Ｉに設けられた共通電極、選
択電極と３２　Ｃの部分で半田浴着され、電気的接合が
成されるものである。おは、ヘッドガイドであり、該ヘ
ッドガイドおには基板（ト）を位置決めするための溝３
３ａと該ヘッドガイドおに収容された記録媒体を基板間
まで導くための供給口３３　ｂが形成されている。以上
の構成から成るインクジェットヘッドは、ヘッドガイド
真に収容゛された記録慰体を、供給口３３ｂ、貫通穴３
Ｑｄｉ介し基板（資）に設けられた中ｇ呈３０Ｃ，通路
室３０ｂ、熱作用呈３０ａまで毛細管現象で導き、該熱
作用％　３０　ａにおける発熱ドツト部（図示せず）の
熱作用で、オリフィス３１　ａより記録媒体の倣小液鈎
を吐出てるものである。

第７図は、本発明に係わるインクジェットヘッド基板の
他の実施例であり、第７図（ａ）は鎖板の表面、第７図
（ｂ）は基板の裏面を示した斜視図である。

図において５０ａは、熱作用室、５０ｂは通路室、ＩＣ
は中継室、５０ｄＦｉ貝通穴であり谷溝及び穴は、第５
図（ａ）から紀５図（ｆ）で示した製造工程により形成
されることば明らかである。−ＪＪｅは、発熱ドツト部
、５０ｆは共通＝ｔＭ、極、閣ｇは選択電極であり、こ
れら各パターンは薄膜製造技術によって形成されること
は上述した辿りである。前記熱作用室（資）ａと、発熱
ドツト部５０ｅは、背面対向関係に配置され、ニタリの
熱作用Ｍ　ＦＡＪ　ａと発熱ドツト部５０ｅの各列は互
いにセンター位置を偏心して配置されたいわ９る千鳥配
列となっている。従って、ヘッドから吐出された微小記
録媒体は、記録紙上により茜密度な印字を行なうことが
可能となる。前記基板間の前面に接庸接合されるオリフ
ィスとは、基板間に設けられた熱作用室５０ａと数量、
配列の対応したオリスイスを有していることは明らかで
ある。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明によるインクジェットヘッ
ドの構造は、基板とオリフィス板の部品２点で構成でき
ること、及び基板加工は薄膜製造技術、オリフィス板は
プレス加工技術で容易に実現できることなど、極めてシ
ンプルな゛構造であるため部品加工、組立加工上のメリ
ットを多く・有するものである。また発熱抵抗体形成面
は、基板の凹凸面とは反対面であるため、製造が比軟的
容易であるとともに、前記発熱抵抗体パターンを前記凹
凸形状と無関係に配置できるためＢ　ｆｉ−ｒ上の自由
度が犬であること及び、ヘッドの小型化に対しても極め
て有効な発明といえる。加えて前記熱作用室、通路室、
中袖室の深さ寸法の制御は、全てレジストパターン寸法
で決まるため、この点での基板の加工も容易であり、ヘ
ッドの低価格化に有利である。

他のもうひとつの効果は、記録媒体と発熱ドツト部が直
接触れる構造でないため記録媒体による化学的悪影響か
ら、発熱ドツト部を保護する保謙層を設ける心太がない
ことである。

このように、本発明は、構造がシンプルで製造が容易か
つ簡略化できるなど、ヘッドの小型化、低価格化に対し
頭著な効果を発揮するものである。

【図面の簡単な説明】 第１図は、本発明によるインクジェットヘッドの断面図
、第２図（ａ）は、その主費部品である基板の次面の斜
視図、第２図（ｂ）は、そのｉ面の斜視図、第３図（ａ
）は、第２図（ａ）におけるＡＡ線による基板の断面図
、第３図（ｂ）は同じ（ＢＢ祢による基板の断面図、第
４図は本発明に係わる基板の平面透視図、第５図（ａ）
〜第５図１（ｆ）は本発明に係わる基板の製造工程説明
図、第６図は本発明によるインクジェットヘッドの組立
分解図、第７図（ａ）は本発明による他の実施例におけ
る基板の表面斜視図、第７し１Φ）は、その矢面の斜視
図、第８図は従来のインクジェットヘッドの断面図、第
９し：は、従来のインクジェットヘッドの他の実施例に
おける断面図である。 １、２０．３０．５０．　１００．　２００・・・−・
・基板、２．２１・・・・・・酸化絶打鳩、　　３．　
１０１．　２０１・・・・・・発熱抵抗体。 ４．５０ｆ・・・・・・共、Ｊ！ｉ嵐極、５．５０ｇ・
・・・・・選択゛１秘。 ６・・・・・・絶縁保護層、　　７．３１．　１０５．
　２０４・・・・・・オリフィス板、８・・・・・・接
准層、９・・・・・・記録媒体、１ａ。 加ａ　、　３０　ａ　、　５０　ａ　、　　２００ａ−
・・−・熱作用室、ｌｂ。 ２０ｂ、３０ｂ、５０ｂ、２００ｂ、・−・−・通路室
、ＩＣ，２０ｃ　、　３０　ｃ　、　５０　ｃ　、　　
２００ｃ　−−・・−中継Ｎｍ　　２ａｊ２１ａ＃３Ｑ
　ｄ　、　５０　ｄ　、　　２００ｄ・・・・・・貫通
穴、８ｂ・・・・・・供給穴。 ３２・・・・・・ＦＰＣ，３３・・・・・・ヘッドガイ
ド。 ■ 第５図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 複数個の発熱抵抗体が形成された基板と、該基板と所定
   間隔を隔て、前記発熱抵抗体と対向する位置に複数個の
   オリフィスが形成されたオリフィス板と、前記基板と該
   ノズル板により挟まれた空間に充填される記録媒体とで
   構成され、前記発熱抵抗体より発生する熱エネルギーの
   記録媒体への作用で、該記録媒体の急激な状態変化を成
   さしめることにより、前記オリフィスより、前記記録媒
   体の微小液滴を吐出飛翔させ、所定の記録を行なうイン
   クジェットヘッドにおいて、前記発熱抵抗体と前記オリ
   フィスとは、背面対向関係に配置され、該発熱抵抗体と
   前記記録媒体とが、中間に前記基板層を介し、接触しな
   いように構成されたことを特徴とするインクジェットヘ
   ッド。