JPS62264961A - 液滴噴射記録装置 - 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】 本発明は、所謂、インクジェット記録に係るその実施装
置、特に、並設された複数の吐出オリフィスから記録用
インクを小滴として所定方向に吐出飛翔させ、それ等、
小滴の少なくとも一部を被記録面に付着させて記録を行
う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っ
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、要するに、インクと称される
記録液体の液滴（ｄｒｏｐｌｅｔ）を飛翔させ、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、記録液体の液滴の発生法及び生じた液滴の飛翔
方向を制御する為の制御方法等に基づき、このインクジ
ェット記録法は、幾・つかの方式に大別される。

それ等の中で、代表的な方式の一つは、例えばＵＳＰ３
５９６２７５　（Ｓｗｅｅｔ方式）、ＵＳＰ３２９８０
３０　　（Ｌｅｗｉｓ　　　ａｎｄＢ　ｒ　ｏｗｎ方式
）等に開示されている方式であって、連続振動発生法に
よって帯電量の制御された液滴流を発生させ、この帯電
量の制御されだ液滴流を、一様の電界が掛けられている
偏向電極間を飛翔させることで、液滴の飛翔軌道を制御
しつつ被記録部材上に記録を行うものである。そして、
この方式は、一般にコンテイニアス方式とも略称されて
いる。

これと対比される代表的な他の方式は、例えばＵ　Ｓ　
Ｐ　３７４７１．２０に開示されている方式（Ｓ　ｔ　
ｅｍｍｅ方式）である。この方式は、記録のための液体
を吐出するオリフィスを有する記録ヘッドに付設されて
いるピエゾ振動素子に、電気的な記録信号を印加し、こ
の電気的記録信号をピエゾ振動素子の機械的振動に変え
、その機械的振動に従って必要時毎に前記オリフィスよ
り液滴を吐出飛翔させて被記録部材に付着させることで
記録を行うものである。

これが、所謂、オンディマント方式である。

又別に、これ等の方式とは原理・思想を異にする新規記
録方式も、本件出願人の先願（つまり特願昭５２−１１
８７９８号）に於て提案されている。この新規方式は、
要するに、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
こすことによって生じる作用力に従って、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う
方式である。

ところで、以上に例示した各種インクジェット記録方式
に就いて、何れにも共通する、解決されるべき技術的課
題が今もなお残されている。

■　その１つはインク滴による記録をより高速化する目
的から、インク滴の吐出オリフィスをマルチアレイにし
た記録装置を開発することであり、 ■　又、そのとき、印字品位の向上と、記録側の解像度
を向上させる目的から、均一化されたインク滴を高密度
に安定して吐出させることのできる記録装置を開発する
必要がある。

■　更には、高精度の細密構造を備えた記録装置を完成
させねばならない。

しかしながら、斯かる記録装置に対し要求されるこれ等
の条件を満足させるのは、特に、その製造上から見て、
容易なことではない。

たとえば、従来法のように、細孔を以て１つのノズル部
を構成し、その複数個を合体してマルチアレイ型式の記
録装置を完成するには、それが極めて微細なものである
だけに、高度の技術力を要する。そして、その各構成要
素が均質であることを要求されるから、それを歩留まり
良く製造することは容易でない。

このように、各構成要素自体が微細、且つ、精密である
記録装置をマルチアレイ構造とする場合には、より一層
の技術的困難さを伴なうものである。斯かるインクジェ
ット記録技術に於ける実情に鑑み、本発明に於ては、上
記０項乃至■項に挙げた課題を満足させる新規構成の液
滴噴射記録装置を提供すること、換言すれば、その製造
が簡略にして精度良く行われると共に、高速度で良品位
の記録を可能にする液滴噴射記録装置を提供することが
主たる目的である。

又、本発明に於ては、その製造を容易に、しかも精度良
（為すことができるマルチオリフィスアレイ型式の液滴
噴射記録装置を提供することを他の目的とする。

更には又、その作用部をマトリクス駆動するのに好適な
リード電極を備えたマルチオリフィスアレイ型式の液滴
噴射記録装置を提供することも本発明の別の目的である
。而して、これ等、本発明の目的は要するに、並設され
た複数の吐出オリフィスから記録用インクを小滴として
吐出飛翔させ、それ等、小滴の少なくとも一部を被記録
面に付着させて記録を行う液滴噴射記録装置に於て、基
板面に、複数の作用部とそれ等作用部に接続して電気信
号を入力するためのリード電極とを成形して付設すると
共に、前記作用部に夫々、上記オリフィスと連絡し、且
つ上記インクをその吐出前、収容しておくための室を配
設して成ることを特徴とする液滴噴射記録装置によって
達成することができる。

ここで、図示実施例に従って本発明の詳細な説明する。

先ず、第１図及び第２図を用いて本発明の一実施例に就
き説明する。

なお、第１図は、記録ヘッド部のみを説明の便宜上、分
解図で描いたものであって、記録用インクの供給系、或
はこのヘッドの駆動回路等の詳細は図示していない。又
、第１図の記録ヘッドは、実際には、作用部としての発
熱抵抗体２．。

２２・・・、２ｎを設置した基板１と、インク収容室と
なる長尺溝３．．３□・・・、３ｎを設けた溝付き板４
とを互に、発熱抵抗体と長尺溝が対応位置にくるように
して接合し一体化されている。

そして、基板１上に形成された発熱抵抗体１．２２　・
、２ｎには、更に、抵抗体２１゜２□・・・、２ｎに個
別のリード電極５．．５２・・・。

５ｎと、数個単位の抵抗体が共有する共通リード電極６
０，６□・・・６ｍとが夫々、接続しである。

個別のリード電極５．．５２・・・５ｎは、引き出し途
中でマトリクス配線７が組まれ、そこから、ｎ個より少
ない１個の端子８．．８２・・・８１に引き出される。

又、共通リード電極６１，６□・・・６ｍは第２図に示
すように、基板１の裏面に沿って、夫々の端子６．′・
・・、６ｍ′迄引き出されている。

この図示例に於ては、不図示のインク供給系から各長尺
溝３１，３゜・・・３ｎに記録用インクの導入が為され
た後、上記端子８１，８□・・・８１及び６１′・・・
６ｍ’を介して発熱抵抗体２、。

２２・・・、２ｎに電気パルス信号を入力する。すると
、電気パルス信号の入力に従って、発熱抵抗体２、．２
．・・・、２ｎが熱的パルスを発生し、この熱的パルス
を受けてインクが瞬時に、気化等の状態変化をおこし、
このインク自体に作用力が加わる。その結果、図示、太
線９上に並んだ、上記長尺溝の側端縁部で構成されるオ
リフィスから、インクが小滴１０となって吐出する。こ
れ等の小滴１０が前記作用力の強度に応じた速度で飛翔
し、不図示の被記録材に付着することによってインク滴
による記録が為される。なお、この時、オリフィスから
吐出されて飛翔するインク小滴１０の大きさく径）は、
情報として発熱抵抗体に入力される電気エネルギー量、
そこで変換された熱エネルギーのインクへの伝達効率、
抵抗体のエネルギー変換効率、オリフィスの径、溝の内
径、オリフィスの位置より抵抗体までの距離、インクに
加えられる作用力、作用を受けるインクの量、用いるイ
ンクの比熱、熱伝導率、沸点、蒸発潜熱等に依存して決
まる。

従って、これ等の要素の何れか１つ又は、２つ以上を変
化させることにより、インク小滴１０の大きさは容易に
制御することができ、任意のドロップレット径、スポッ
ト径を以て被記録材上に記録を為すことができる。

因に、発熱抵抗体２．．２．・・・２ｎはその形態等か
ら、厚膜型、薄膜型、半導体型に分類できるが、本実施
例では、それ等何れであっても良い。

但し、特に高速、高解像度の記録を希望するときには、
薄膜型にするのが現在のところ望ましい。

又、本発明装置に適用するインクは、水、エタノール等
のアルコール、或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は分散させて作成される。なお、
吐出オリフィスを詰らさないために、作成後それをフィ
ルターで口過したり、インク流路中にフィルタを設けた
りする工夫は既存のインクジェット記録法の場合と同様
に有効なことである。

ところで、上記図示側装置では、下記２点の理由から、
図示のようなリード電極の構成及び引き出し方式が工夫
された。

つまり、１．一般に５〜２５０μｍφ程度の微細である
オリフィスを塞いではならないので、リード電極の取り
出し用端子をオリフィス列９側に設けることが事実上、
不可能であることと、２、リード電極のうち、特に共通
リード電極の設置スペースを基板上の狭領域中で確保す
る意図からである。なお、図示例に於けるオリフィス列
９と発熱抵抗体２３，２□・・・、２ｎの設置例との間
隔はインク小滴の吐出状態に大きな影響を与える（つま
り、この間隔が大きくなるに従ってインク小滴の不安定
吐出が多発する傾向が強（なる）ので、その間隔は、必
然的に微小となって、そこにリード電極の有効設置スペ
ースを確保し難くなるのである。

以上に詳述したとおり、図示の如き、リード電極の取り
出し方式は同一基板面にインクを吐出させるための作用
部が多数、高密度に配列される場合に特に有効である。

次に第３図によって、別の実施例に就き説明する。この
第３図示例では、発熱抵抗体設置基板１のみが図示され
ているが、不図示の記録ヘッド部の構成或はインク滴の
吐出原理は、先の第１図示例とは９同等であるので、そ
の説明は省略する。

基板１上に設けたｎ個の発熱抵抗体２１゜２２・・・、
２ｎから夫々、個別のリード電極５１　＋５□・・・、
５ｎが各個別の端子５１′、５２′・・・。

５ｎ’　に引き出される。他方、抵抗体２１゜２２・・
・、２ｎに共通するリード電極１１は、オリフィス列９
と抵抗体列との間隔が極めて短く、そこで端子を設ける
ことが困難であるため、オリフィス列９と平行な向きに
引き出した後、抵抗体列から離間した基板１の端部に設
定した端子１２迄引き出される。次いでインク滴を吐出
させる上で必要な不図示の溝付き板（・・・抵抗体２、
．２２・・・、２ｎに対応するｎ個の長尺溝を有する）
が図示基板１上に取付けられるのは勿論である。

以上の図示例に共通する工夫は、インク滴１．の吐出安
定性を得る目的から、オリフィス列と発熱抵抗体で代表
される作用部の設置列との間隔を短くとるために、前記
作用部に係るリード電極の取り出し端子を作用部列を挾
んでオリフィス列とは対向する側に集中配置したことで
ある。ところで、本発明に於ける他の１つの工夫は作用
部に印加される電圧を記録情報にかかわらず全ての作用
部に於て、はマ一定に保つ為の配慮である。

このことは、電極の抵抗が無視できない薄膜電極を用い
、多数の作用部に同時に電気パルス信号を印加する場合
には特に重要になる。この問題点を解決する有効な手段
は共通リード電極の抵抗を下げることである。その具体
的方策の一つは、第４図に示される。

この第４図示例に就いては前述第３図示例の一変形例と
して説明する。

第４図示例では、基板１上に蒸着法或はスパッタ法によ
って薄く成膜させたリード電極部のうち、特に共通リー
ド電極１１のオリフィス列９と発熱抵抗体２．．２２・
・・、２ｎの列との間に位置する部分１１ａを、メッキ
等により厚膜にするか或は、金属棒を埋込む等して変形
し、狭領域内に規制される共通リード電極１１の電気抵
抗を下げる工夫が為されている。

そして、この図示装置を定電圧電源で駆動する場合、端
子５　、　Ｊ　、　　５２／・・・、５ｎ′と共通リー
ド電極端子１２間に定電圧Ｖが印加される。

この時、複数個の抵抗体を同時駆動すると、その数が多
い程、抵抗体側々の印加電圧のバラツキが太き（なるの
であるが、この第４図示例の如（共通リード電極１１の
抵抗を下げるようにしておけば、個々の発熱抵抗体２．
．２２・・・、　２ｎに印加される電圧のバラツキを低
く押えることができ、その結果、インク滴の吐出状態が
安定化されると言う効果がある。

但し、マトリクス駆動する場合には、この第４図示例装
置に較べて、第１図及び第２図による図示側装置の方が
有利である。

第５図に、発熱抵抗体設置基板１の更に別の構成例を示
す。

この第５図は、基板１の上面図であるが、ｎ個の発熱抵
抗体１３．．１３２・・・、１３ｎに接続しているリー
ド電極の片方１４．．１４２・・・。

１４ｎを夫々、図示のとおり、同一面上で折り返し、そ
れ等を絶縁層１５上で低抵抗の共通電極１６１、・・・
１σｍの形にしてその端子１６１′。

・・・１６ｍ′から基板１外に取り出している。

一方、個別リード電極１７．．１７□・・・１７ｎはマ
トリクス配線部１８を経てｎ個より少ない端子１９、．
１９２・・・１９ｆから基板１外に取り出される。又、
太線２０はオリフィスの設置列を示している。

この第５図示例に於ける第１の利点はオリフィス列２０
と発熱抵抗体１３＋　、１３２−・−，１３ｎの設置列
との距離を任意に短くとることができ、且つ、リード電
極を全て相当広い面積でゆとりをもって設定できること
である。

第２の利点は第１図及び第２図による図示例と異なり同
一基板面上に全ての構成要素のパターンを形成するので
フォトリソグラフィ等での取扱いが容易になること、第
３の利点は得られた基板１に不図示の溝付き板を接合し
た後、オリフィス列表面を研磨・整形する場合にも、リ
ード電極を破損する恐れが全くない事である。

第６図は、第５図の変形例であって、発熱抵抗体を不図
示の作用室１個に対し、夫々、２個対応させる構成例で
ある。第６図示例では、不図示のｎ個゛め作用室に夫々
２個の発熱抵抗体（１３，、１３，”）　　、　（１３
２、１３，’　　）・・・、（１３ｎ、１３ｎ’　）が
配設される。なお、その他第５図示例と同等の要素は同
一符号により示しである。この第６図示例では、第５図
示例に較べて、その製造段階に於けるマスク合せが容易
であると言う利点がある。

リード電極の構成例は、上記、第５図或は第６図の図示
例に限らない。

例えば、第７図、及び第８図に略示する如く、１つの作
用室当り、３〜４本の折返しリード電極を対応させる構
成にすることもできる。

ここで更に、第５図に基づ〈実施例に就いて詳説する。

（実施例） ６０ｍｍＸ９０ｍｍのアルミナ基板１にＳｉＯ２を４μ
ｍ　ＲＦスパッタリングし、更に発熱抵抗体としてＨｆ
Ｂ２．電極としてＡｊｌ！を連続スパッタリングした後
選択エツチングによって第５図と同様のパターンを形成
した。リード電極部１３．．１４．．１３．．１４□・
・・。

１３ｎ、１４ｎの幅は４０μｍ、ピッチは５０μｍであ
る。又、各発熱抵抗体の大きさは幅４０μｍ、長さ３０
０μｍ、ピッチは１００μｍである。各発熱抵抗体の抵
抗値は２００オーム。

リード電極の抵抗値は、夫々、２０オームであった。リ
ード電極１４．．１４□・・・、１４ｎは５０本づつま
とめて図示の如く端子１６．’　　。

１６ｍ′から取り出した、なお、この時ｎ＝５００、ｍ
＝１０である。絶縁層１５は５μｍ厚の５ｉｎ２スパツ
タ膜を用いた。そして、１８部ではマトリクス配線され
た。

この基板１上に幅４０μｍ、深さ４０μｍ。

ピッチ１００μｍの溝を刻んだガラス板を谷溝と、発熱
抵抗体が対応するようにして接着した後、オリフィス面
を研磨してオリフィス列２０と発熱抵抗体の設置列との
距離を１ｍｍに規整した。このようにして得られた装置
にインクを供給しつつ、各抵抗体に４０ボルト、１０μ
ｓｅｃの短形波を、５００μｓｅｃ周期で印加したとこ
ろ、その電気信号に応じて安定したインク滴の吐出が為
された。５０本まとまったリード電極の全てに通電した
場合と、１本のみに通電した場合とで印字品質の変化は
みられなかった。

以上、本発明の実施例を熱エネルギーを利用したインク
吐出方法に例をとって説明したが、本発明は、圧電素子
その他の電気信号を入力するためのリード電極を有する
作用部をもつインク吐出方式に対しても同様に有効な技
術を示唆している。

本発明は、多数の作用部が高密度（例えば８本／　ｍ　
ｍ〜１６本／　ｍ　ｍ程度）に並んだインクジ゛エツト
記録方式に対して能く適合することができる。又、折返
したリード電極は必ずしも一本にまとめる必要はな（そ
れぞれボンディング等によって基板外に取り出すことも
可能である。

そして、本発明に於ては、基板上に成形された発熱抵抗
体やリード電極が漏電したり、記録インりと直接、接触
することがないように、それ等に絶縁材や保護材を熱伝
導を損なわない程度に被覆するのも望ましいことである
。

以上に詳説したとおり、本発明に於ては、インク滴の吐
出を行う作用室が精度良く、多数高密度に集合配置され
た液滴噴射記録装置が提供される。

なお、その製造は容易であり、又、その印字品質も極め
て良好である。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図は本発明の一実施例を説明するための
略画斜視図であり、第３図乃至第８図は、夫々、本発明
の他の実施例を説明するために装置の主要部のみを描い
た略図である。 図に於て、１は基板、２．．２．・・・２ｎ。 １３＋　、１３２−．１３ｎ、１３＋　’　、１３２　
’・・・、１３ｎ′は発熱抵抗体、３．．３２・・・、
　３ｎは溝、４は溝付き板、５．．５２・・・、５ｎ。 ｅｚ　、６２　’−、６ｍ、１１，１４．．１４２　”
’。 １４ｎ、１７．．１７□・・・、１７ｎはリード電極、
５１’＋５２′・・・１　５１′１　６＋　’　　＋６
ｍ’　　、　　８＋　　、　　８２　　”・、　　８１
．　１２．　　ｆｅｚ　　’・・・、１６ｍ’　、１９
＋　、１９２・・・、１９１は端子、７．１８はマトリ
クス配線部、９，２０はオリフィス列である。 手続補正書動式） １．事件の表示 昭和６１年特許願第３１２６９１号 ２、発明の名称 液滴噴射記録装置 ３、補正をする者 事件との関係　　　　　特許出願人 住所　東京都大田区下丸子３−３０−２５、補正命令の
日付 昭和６２年５月２６日（発送日） ６、補正の対象 明　　細　　書 ７、補正の内容 願書に最初に添付した明細書の浄書・別紙のとおり（内
容に変更なし）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 基板上に設けられた発熱抵抗体と該発熱抵抗体に電気的
   に接続された一対の電極とで形成された作用部の複数と
   該作用部の複数に夫々対応して設けられた吐出オリフィ
   スの複数と該吐出オリフィスの複数に連絡され前記吐出
   オリフィスから吐出されるインクを収容し得る室とを有
   する液滴噴射記録装置において、前記電極の一方を個々
   のリード電極とし、他方を共通リード電極とするととも
   に、前記共通リードは前記作用部が設けられた側の前記
   基板の裏面に沿って引き出されていることを特徴とする
   液滴噴射記録装置。