JPS6135966A - インクジエツト記録ヘツド - 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］ 本発明はインクジェット記録装置の記録ヘッドに関し、
特にインクジェット記録ヘッドのノズル形成加工精度向
上のため改良された記録ヘッドに関するものである。

［従来技術］ インクジェット記録装置は、一般に低騒音で高速印字か
可能なほか、安価な普通紙が使え、現像等の複雑な処理
を必要としない利点をもっている、また、ドツトの小径
化やドツト間隔の短縮化によって高解像力画像記録も可
能とし、漢字、図形などの記録にも有効である。

この種のインクジェット記録装置には、従来電界制御方
式と荷電制御方式とが早くから知られているが、これら
の方式では特にインク小滴を形成する手段（噴射）と、
文字を形成するための噴射方向制御手段（偏向）とにお
いて、複雑で高価な構造を必要としている。

そのため構造のより簡単な方式が近年開発され注目され
ている。それは特公昭５３−１２１３８号公報に示され
るように、印字のための電気信号に応答して、電気パル
スが記録ヘッドの電気機械素子に印加される都度、圧力
室の容積を変化させて、ノズルからインク小滴を噴射さ
せる方式（以下オンデマンド方式という）のインクジェ
ット記録方法である。この方法においては、低い駆動電
圧（例えば１００Ｖ程度）でインク小滴を噴射すること
ができ、しかも必要な時にのみインクを噴射するもので
、記録に不必要な噴射済みインクを回収するインク循還
機構も不要で、このためインク供給機構が非常に簡単な
ものとなり、装置の小型化低価格化が可能となる。

前記のオンデマンド方式の記録ヘッドは、１つの記録ヘ
ッド内に１個のノズルを有するものであったが、この方
式を応用した記録ヘッドの構造として特開昭５１−３５
２３１号公報が開示された。

これは１つの記録ヘッド内に複数のノズルを実装するオ
ンデマンド型インクジェット記録装置用記録ヘッドであ
る。

第１図（Ａ）　（Ｂ）はこの方式の模式的概略図であり
、第１図体）は正面図、第１図（Ｂ）はその平面図を示
す。

両図において、記録ヘッドｌは内部に四部を有するＡ基
板２と可撓性のＢ基板３とから構成されている。前記記
録ヘッド１は、複数のノズル４と、該ノズル４に連通ず
る複数のネック部５および圧力室６と、該圧力室６内に
インクタンク８からのインクを分配する共通インク室７
とを備え、かつ上記部分４，５，６．７が同一平面内に
配置された構造をなすマルチノズル形式の記録ヘッドで
ある。記録用インクはインク、タンク８からインク供給
管９を通って記録ヘッド１の共通インク室フへ供給され
る。共通インク室マは、画像のたて方向の画素に対応す
る複数のノズル４に連通ずる複数の圧力室６に分岐され
る。また圧力室６の壁の一部は可撓壁になっていて、そ
の外側にはｍ子パルス発生器１１に電気的に接続された
圧電変換素子１０が接着されている。圧電変換素子１０
は、前記電子パルス発生器１１から電気信号を受けると
圧力室６の内側へ撓むことのできる適当な可撓板で、例
えばピエゾ電気クリスタルから収り、導電性薄膜によっ
て圧力室６の外壁面に接着されている。

この方式においては、電子パルス発生器１１からの電算
信号により圧電変換素子ｌＯは圧力室６の可撓壁を急激
に内方に撓ませ、このため生ずる圧力室６の容積の急激
な減少は、内部のインクをノズル４からインク小滴とし
て放出飛翔させ対向する記録紙上に到達させてドツト記
録を達成する。

カくシて１列複数個のノズル列によるオンデマンドイン
ク噴射により所要画素の第１列のドツトが記録され、次
に記録紙に対し前記記録ヘッドをシフトして第２列、第
３列と次々とドツト記録をして、文字などの所要記録パ
ターンをドツト記録する。上記のマルチノズル形式の記
録ヘッドにより、単一ノズルの記録ヘッドに比し高速な
印字が可能トナリ、一般に１列フ乃至１６調のノズル列
、２列配置ではその２倍のノズル数によって高解像カッ
ドツトマトリクス状の文字や画像を形成する。

第２図は上記記録ヘッドの斜視図である。また第３図は
前記記録ヘッドを構成する結晶化ガラス　、より成る２
枚の基板、即ちＡ基板１２およびＢ基板１３の接合前の
形状を示す分解斜視図である。

Ａ基板：Ｌｌは、７個の微細なノズル１４と、これに連
通ずる７個のネック部１５と７個の圧力室１６と、これ
らの７列のインク流路に不図示のインクタンクからのイ
ンクを分配して供給する共通インク室１７とから成るイ
ンク流路溝を形成している。

Ｂ基板１３は前記ム基板１ｊｉｊｋ：接合された可撓板
であり、この接合によって前記インク流路溝は覆われて
穴状の水路となる。また該Ｂ基板の外表面には７個の圧
電変換素子２０が接着されている。

Ａ基板１２の一つの面に配置された７個のノズル１４は
、エツチング等により化学的形成され、幅３０〜１００
μｍ程度、深さ３０〜１００μｍ程度の断面寸法を有す
る微細かつ高精度の溝であって、長さ３０〜１０００態
、ピッチ５０μｍ以上の間隔で形成されている。該溝は
エツチング等で形成された後、熱処理、機械研削、熱接
合等の工程を経てインク流路が完成される。

上記大基板１ｚとＢ基板１３とを重ねて接合し熱融着（
サーマルボンケイングンして記録ヘッドを形成すると、
従来はこの熱融着が完全に全面均一に行かず、不完全融
着部分が一部に発生する不良品が司成りの高率で発生し
た。

特に微細かつ高精度を必要とするノズル１４、および該
ノズル１４と圧力室１６とを接続するインク流路となる
ネック部１５において、Ａ基板１２とＢ基板１４との融
着不良を発生すると、隣接するインク流路（チャンネル
２同士で互いに圧力干渉（チャンネルインターラクシ目
ンノを起こして、インク滴の噴射・飛翔が不安定になる
という問題か生じる。特に上記不完全融着はノズル１４
、ネック部１５付近で発生しやすいことが経験的に確認
されている。このため、このような従来の記録ヘッドの
生産時の収率は著しく悪く、品質も安定せず、コスト高
となって、生産上の大きな障害となっていた。

上記の不完全融着が生じる原因は、基板の材料にあるこ
とが判明した。基板の材料としては、感光性ガラス、例
えば７オトセラム（米国コーニング社製品ノが適してい
る。感光性ガラスは、少量の金・銀・銅などの金属を加
えて溶融したガラスであり、紫外線照射と熱現像を行な
った後に酸処理することにより、高精度を要する形状の
孔や溝かエツチング加工により得られる。

更に再熱処理により結晶化される結晶化ガラスは、化学
的・物理的特性に優れ、高温にも耐えられ、精密形状を
作り得るので、工業用・電子工業用に広く使われるよう
になった。

結晶化ガラスの製造工程においては、紫外線による所要
形状のパターン露光を行なった後、熱現像を行ない、次
の化学エツチングで程によりパターン露光部を取り除く
加工方法が主にとられている。更に化学的安定性・機械
的強度を増すために再度熱処理することによってセラミ
ック化を行なわせる。

第４図は上記感光性ガラスを用いたＡ基板・Ｂ基板の製
造工程及び大基板を熱融着して結晶化する製造工程を示
す７０−チャートである。

即ち、流路溝を有するＡ基板の形成方法としては、感光
性ガラスにインク流路溝等のパターンをマスク露光し゛
Ｃ熱現像した後、フッ酸などの強酸でエツチングして複
雑精緻なノズル・ネック部・圧力室等の流路溝を形成す
る。ここで流路溝の部分と、そうでない部分とで露光量
の差、即ち結晶化の程度の差のために、熱膨張係数の差
が生じる。

このため、８００〜９００℃の高熱に再加熱するシーナ
ンスの間に、上記画部分の開に歪が生じて、熱融着時に
片方の基板が湾曲して浮き上がるとか、大基板の間に位
置ずれを生じるなどして、熱融着が全面に亘って充分に
行なわれないまま残る部分が生じてしまう。またこの他
に、流路−の形成された部分（ノズルやネックが密集し
た部分ノと、そうでない部分とでは基板の肉厚に差があ
るから、これも基板に歪を生じさせる原因になっていた
。

［発明の目的］ 本発明は、基板製造時の熱現像および複数の基板を一体
化する熱融着において発生する上記感光性ガラスの問題
点を改善し、記録ヘッドの製造時の不良率の低減と品質
の安定化を計ることを目的とし、これにより精密で高精
度な記録ヘッドの製造を可能とするものである。

［発明の構成］ 上記目的を達成する本発明のインクジェット記録ヘッド
は、インクジェット記録ヘッドの基板の少なくとも一方
の平面にインク噴射用の流路溝を形成し、該基板（Ａ）
に少なくとも１枚の他の基板−）を融着して接合するこ
とによってインク流路を形成したインクジェット記録ヘ
ッドにおいて、前記基板（Ａ）のインク流路溝の近傍に
インク噴射記録に供されない溝を形成したことを特徴と
するものである。即ち、記録ヘッドの基板のうち、イン
ク流路溝が形成されていない肉太のまま残っている部分
に、流路溝と類似形状の溝（ダミーチャンネル」を形成
したことを特徴とするものである。

［実施例］ 以下、本発明をその具体的実施例を示して詳細に説明す
る。

第５図は本発明のインクジェット記録ヘッドの基板の一
部詳細を示す拡大料視図であり、第６図□はその平面図
である。なお、第３図と同一機能部品については同一符
号を付した。

これらの図において、Ａ基板１２の一つの平面には７個
のノズル１４、該ノズル１４にそれぞれ連通する７本の
ネック部１５、および７本の圧力室１６から構成される
７本のインク流路溝（チャンネル）が形成されている（
　０Ｈ−１、０Ｈ−２。

０Ｈ−３，・・・・・・０Ｈ−７）。

ここでノズル１４は例えば幅５０μｍ１深さ５０μｍ、
長さ５００μｍの細長い微細な溝である。このノズル１
４に連通ずるネック部１５はファンアウト部とも呼ばれ
る流路溝幅および深さが増す部分である。更に該ネック
部１４に連通ずる圧力室１６は例えば幅１．５〜２．５
１１＋１１　ｓ深さ０．５　ｍ　ｓ長さ２０〜２５１０
Ｂの細長い溝形状である。また、ノズル１４相互の間隔
（ピツチノは１００Ｎ５００μｍで平行配置され、ノズ
ル１４に連通ずる７列のネック部１５はその溝幅拡大に
応じて扇形に配列されている。これに続く７列の圧力室
１６はけば平行に配列されている。

記録ヘッドの人基板上に形成された上記インク流路溝（
チャンネル］の形状・寸法および各チャンネル相互の間
隔・形状はインクジェット記録特性を左右する大きな要
因である。また記録ヘッドの材質やインク流路溝の表面
粗さや使用するインク特性や印加電圧特性や記録紙特性
等を考慮して最適の記録品質が得られるよう上記インク
流路溝は設計されている。

７列のインク流路溝の両端のインク流路溝（０Ｒ−１，
０Ｈ−７）の更に外側でインク流路溝が形成されていな
い肉厚のまま残っている部分には、インク流路溝と類似
形状をなす溝（以下ダミーチャンネルと称す）　２１　
（０Ｈ−Ｄｉ　、　０Ｈ−Ｄ２．　ＯＲ−Ｄ３，０Ｈ−
Ｄ４）が片側２列ずつ計４列形成されている。該ダミー
チャネル２１はインクジｚｙト記録に関与しない溝であ
るからノズル面への開口は設けず一端が閉止されている
。これは、ノズル面に開口を設けると、逆にノズル面を
汚染する。ノ原因になり好ましくない。但し、１０１や
１０ｇのようなノズル面から離れた場所へ空気流通孔等
を設けるのは良い。

このダミーチャンネル２１は、ノズル１４付近の放射状
にインク流路溝（チャンネル）が配列されている部分で
これらのチャンネルと類似の形状寸法や規則性をもって
配列するのが好ましい。圧力室付近では、融着不良は少
ないので、ダミーチャンネル２１を設けなくともよい。

ノズル１４付近では上記制約かあるため、ノズル面にま
で達する程にはダミーチャンネル２１の一端を設けるこ
とはできないが、精度やスペースが許す範囲でできるだ
けノズル面に近いところまで設ける方がより効果的であ
る。

上記微細形状のインク流路溝とダミーチャンネルとを有
するム基板１２と、これらの溝を掩散してインク流路を
形成せしめるＢ基板１３とは、密に接合される。この接
合する際に、接着剤等を使用すると、接着剤が微細な溝
に進入してノズル形状を損ね、このため記録時にノズル
１４から吐出されるインク滴の大きさや吐出方向が一定
とならず、インク滴の不安定吐出か続くことになる。よ
って接合は接着剤を使用せず、熱的接合が用いられる。

これはＡ基板１２とＢ基板１３とを位置決めして重ね合
わせ、電気炉中で高温になして基板をなす感光性ガラス
の軟化点以上になして熱融着（サーマルポンプイングツ
させるものである。あるいは静電融着法を用いても良い
。

サーマルボンディングによる加熱後の状態の結晶粒をも
つガラスを結晶化ガラス又はガラスセラミックスなどと
呼ばれ、商品名としては、フオトセラム、パイロセラム
と称されている。結晶化ガラスは微細な結晶粒の集合体
から成るセラミックスの一種であって、機械的強度に優
れ１耐熱性・低熱膨張率、化学的不活性、気孔かなく吸
水性もなく均質である等の各種優れた特性を有している
。

このような工程で製作された結晶化ガラスによる積層基
板は、正確な精度でエツチングされ、積層して熱処理さ
れていることにより、結晶化と同時に完全に一体化され
、かつ微細なノズルを近接して多数並列状態になしたマ
ルチノズル記録ヘッドの基体に適している。また更にノ
ズル等のインク流路を有する感光性ガラス基板を多数枚
重ね合わせて多層構成となした超マルチノズル記録ヘッ
ドも製作可能である。

第７図は本発明による超マルチノズル記録ヘッドの実施
例を示す斜視図であり、Ａ基板２２の表裏にそれぞれ複
数列のインク流路溝を形成したものである。このような
記録ヘッド基体においても、前述のダミーチャネル２１
と同様のダミーチャネル２６Ａをノズル２４Ａ１ネック
部２５Ａの外方に設ける共に、その裏面のノズル２４Ｂ
１ネック部２５Ｂ（不図示）の外方にもダミーチャネル
２６Ｂ（不図示］を設ける。また、２３．２７は上記大
基板２４の表裏面に熱融着接合される２枚のＢ基板であ
る。このような３層構成の記録ヘッドにおいてもダミー
チャネル２６Ａ、２６Ｂの食刻形成は極めて有効である
。これは微細なノズルを近接して極めて多数並べ、かつ
表裏面に密集して形成した形状の超マルチノズル記録ヘ
ッド基体においても、本発明のダミーチャンネルは高温
加工による温度差のためのノズル等のインク流路の変形
が少なく、よって多数のノズル形状を中央部と外辺部と
で均一になし得、更に相隣るノズル等のインク流路間の
漏れを皆無とすることができるので流路間相互干渉（チ
ャンネル・インターラクシｌンフもなくなる。

以上の記録ヘッド基体は感光性セラミックスについて説
明したが、その他のガラス、セラミックスや金属板やプ
ラスチック材で作られた記録ヘッド基板にも本発明のダ
ミーチャンネルは広く応用が可能である。

また、本発明のダミーチャンネル形成配置は、インクジ
ェット記録ヘッド以外、例えば微細流路溝を有する流体
素子（フルイディクスノや各種電子薄膜基板にも広く応
用し、理想的な精密形状が形成可能である。

［発明の効果コ 以上に詳述した本発明によるインクジェット記録ヘッド
の基体において、インク流路溝近傍に、これをほぼ同形
状をなすダミーチャンネルを形成配列することにより、
記録ヘッド製造工程における融着不良率が低減し、安定
した品質が向上確保ができ、製造収率は大きく増大した
。即ち本発明のダミーチャンネルを採用することにより
、従来の３０〜８０％であった融着工程収率が９９〜１
００％と著しく改善された。特に高密度のマルチノズル
記録ヘッド、更にはノズルが超高密化しノズル数が多く
な、った超マルチノズル記録ヘッドにおいて、その効果
は著しい。

【図面の簡単な説明】

第１図はオンデマンド形インクジェット記録装置の記録
方式を説明する模式的概略図、第２図はインクジェット
記録装置用記録ヘッドの具体的構成を示す斜視図、第３
図は上記記録ヘッドを構成する２枚の基板の接合前の状
態を示す分解斜視図・第４図は記録ヘッドの基板の製造
過程を説明する工程図、第５＠は本発明の記録ヘッドの
基板の一部詳細を示す拡大分解斜視図、第６図はその平
面図、第７図は本発明の記録ヘッドの他の実施例を示す
拡大分解斜視図である。 １・・・記録ヘッド　　　２，１２．２２・・・Ａ基板
３．１３，２３．２７・・・３基板 ４、１４．２４Ａ、　２４Ｂ・・・ノズル５．１５，２
５Ａ…ネック部 ６．１６・・・圧力室 １．２６Ａ・・・ダミーチャンネル ０Ｈ−１，０Ｈ−２，０Ｈ−３・・・０Ｈ−７・・・イ
ンク流路０Ｈ−ＤＩ、　０Ｈ−Ｄ２．０Ｈ−Ｄ３．０Ｈ
−Ｄ４・・・ダミーチャネル代理人　弁理士　舒　１）
義　親 区　　　　　　　・ 瞭

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）インクジェット記録ヘッドの基板の少なくとも一
   方の平面にインク噴射用の流路溝を形成し、該基板（Ａ
   ）に少なくとも１枚の他の基板（Ｂ）を融着して接合す
   ることによってインク流路を形成したインクジェット記
   録ヘッドにおいて、前記基板（Ａ）のインク流路溝の近
   傍にインク噴射記録に供されない溝を形成したことを特
   徴とするインクジェット記録ヘッド。
2. （２）前記インク噴射記録に供されない溝はインク流路
   溝に沿って近接して形成されていることを特徴とする特
   許請求の範囲第１項記載のインクジェット記録ヘッド。
3. （３）前記インク噴射記録に供されない溝は、インク流
   路溝と近似形状をなし、同様の規則性をもって配置され
   ていることを特徴とする特許請求の範囲第１項又は第２
   項に記載のインクジェット記録ヘッド。
4. （４）前記インク噴射記録に供されない溝は、インク流
   路溝の噴射ノズルの近傍に開口を有しないことを特徴と
   する特許請求の範囲第１項ないし第３項の何れか１項に
   記載のインクジェット記録ヘッド。
5. （５）前記インク噴射記録に供されない溝は、インク流
   路溝の外側に複数本設けられていることを特徴とする特
   許請求の範囲第１項ないし第４項の何れか１項に記載の
   インクジェット記録ヘッド。