JPS6336950B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

［産業上の利用分野］ 本発明は、一般にインクと呼ぶ、記録液を種々
の方式によつて小滴化し、このインク小滴の被記
録面への付着を以て記録を行うインクジエツト記
録装置に適用される記録ヘツドに関する。 ［従来の技術］ 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
ずに記録の行える所謂インクジエツト記録法は、
極めて有用な記録方式であると認められている。
このインクジエツ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。 インクジエツト記録法は、要するに、インクと
称される記録液の液滴（droplet）を吐出飛翔さ
せ、それ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、インク滴の発生法及び生
じたインク滴の飛翔方向を制御する為の制御方法
等により、このインクジエツ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USP3596275（Sweet方式）、
USP3298030（Lewis and Brown方式）等に開示
されている方式であつて、連続振動発生法によつ
て帯電量の制御されたインク滴流を発生させ、こ
の帯電量の制御されたインク滴流を、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紙等の被記録部
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
USP3747120に開示されている方式（Stemme方
式）である。この方式は、記録のためのインクを
吐出するオリフイスを有する記録ヘツドに付設さ
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つて必要
時毎に前記オリフイスよりインク滴を吐出飛翔さ
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、オンデイマンド方式である。 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52−118798号）に於て提案されてい
る。この新規方式の一つは、要するに、作用室中
に導入されたインクに対して、情報信号として熱
的パルスを与え、前記インク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、先の作用室
に付設したオリフイスより、前記インクを小滴に
して吐出・飛翔せしめ、これを紙等の被記録部材
に付着させて記録を行う方式である。 ［発明が解決しようとする問題点］ ところで、以上に例示した各種インクジエツト
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。 その中でも特に重要な課題は、より高速のイン
クジエツト記録を行う目的から、記録ヘツドのマ
ルチアレイ化、並びに、高密度集積化技術を確立
することである。 しかも、その場合、吐出するインク滴の大きさ
や、その吐出速度或は吐出方向が常時、一様とな
るような記録ヘツドを構成することが大切なこと
とされる。 しかしながら、斯かる記録ヘツドに対し要求さ
れるこれ等の条件を全て満足させるのは、特に、
その製造技術上から見て、容易なことではなかつ
た。 たとえば、元来、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
の記録ヘツドを完成するには、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し、
その細孔を高密度に（例えば、８本／mm程度以
上）集合するには、自づから限界がある。そし
て、信頼性の高い高密度マルチアレイ記録ヘツド
を歩留り良く得ることは更に容易なことではなか
つた。 ［発明の目的と前記問題点を解決するための手
段］ そこで、本発明の主たる目的は、インクジエツ
ト記録方式に係る叙上の技術的課題を満足した記
録ヘツドを提供すること、換言すれば、その作用
部が高密度に集積され、且つ、実用上の信頼性が
高い記録ヘツドを提供することである。 本発明の別の目的は、高速度で良品位の記録を
長期に亘つて保証する新規構成の記録ヘツドを提
供することにある。 又、本発明に於ては、細密にして高精度に加工
された記録ヘツドを提供することも他の目的であ
る。 而して、これ等の目的を達成する本発明の記録
ヘツドは、液体に熱による状態変化を生起させ該
状態変化に基づいて飛翔液滴を形成して記録を行
う記録ヘツドであつて、少なくとも一方に高密度
で記録出来る様に削成によつてインク流路を形成
した２枚の基板が接合した構成を有し、前記削成
された基板がケイ酸ガラス、高ケイ酸ガラス、ホ
ウケイ酸ガラス又はアルミノケイ酸塩ガラスの何
れか一つより成つていることを特徴としている。 本発明の記録ヘツドに於ける記録用インクの流
路としての細孔は原則として、微細溝を刻設した
平板に、別の平板を貼着すると言う。極めて簡略
な手法により構成される。尚、この微細溝は、マ
イクロカツターを用いて、巾、数μｍ以上、深
さ、10μｍ〜250μｍ程度の大きさで、且つ、ピツ
チ10μｍ以上の範囲で任意に切削形成することが
可能である。従つて、この作成法によれば、極め
て微細であるインク流路を従来になく高密度（８
本／mm以上）に集積したマルチアレイ型の記録ヘ
ツドを得ることが容易であつて、インクジエツト
記録分野に於ける現在の要望をかなり満足させる
ことができる。 しかしながらマルチアレイ型式のインクジエツ
ト記録ヘツドを作成する際、叙上の切削法は万能
とは言い難い。 つまり、この切削法を、従来汎用されている青
板ガラスとか一般の光学ガラス等に対して採用し
た場合、切削形成される微細溝の壁面に必ず微小
凹凸が残るし、溝縁部にはチツピング（欠け）、
マイクロクラツプ等、多数の欠損箇所が残存する
ことになる。それ等を表面粗さで見た場合、前者
では約5μｍ前後、後者では10μｍ〜30μｍ程度に
もなる。本発明に係る記録ヘツドに於けるインク
流路がその断面径で一般に、数10μｍ程度と微細
なものであるだけに、叙上の切削に基づく表面粗
さは無視できるものではない。事実、このような
粗面及び欠損部を内壁に残したまま、微細（例え
ば、10μｍφ〜50μｍφ程度）なインク流路が形
成された場合、その流路内でインク流が乱流とな
つたり、キヤビテーシヨンによる小気泡が発生し
易い状態になる。これに加えて、インク流路に連
通する吐出口（オリフイス）の形状や大きさにも
バラツキができるし、壁面物性も一様化しない。
従つて、この様な欠陥のある記録ヘツドを用いた
場合、吐出するインク滴の大きさ（量）や方向が
一定とならず、インク滴の不安定吐出が続くこと
になる。 本発明は、正しく、叙上の切削法によるインク
流路の成形技術に見られた欠点を素材選択によつ
て解消し、完成されたものである。 ［発明の詳細な説明］ 以下、図示例によつて本発明を詳説する。 先ず、マルチアレイ型記録ヘツドの組立手順の
一具体例に従つて、本発明を説明する。 第１図に記録ヘツドの作用室部分を構成するた
めの２つの構成部分Ａ，Ｂが略面的斜視図によつ
て描かれている。第１図ａは部品Ａを、又、第１
図ｂは部品Ｂを夫々、描いた図である。 構成部品Ａは、下記のようにして作成する。つ
まり、この部品Ａは、本発明に於ては、特に
（SiO₂含量が100％である所謂）ケイ酸ガラス、
（SiO₂含量が略々95〜98％である所謂）高ケイ酸
ガラス、（Al₂O₃、SiO₂、B₂O₃、Na₂Oを主組成
物とし、必要によりK₂O、MgO、CaO、ZnO、
As₂O₃等を組成分として含む、所謂）ホウケイ酸
ガラス、又は、（Al₂O₃、SiO₂、CaO、BaOを主
組成分とし、必要により、MgO、P₂O₅、B₂O₃、
ZnO、Ｆ、Na₂Oを組成分として含む、所謂）ア
ルミナケイ酸塩ガラスの何れかより成る平板１に
下記の加工を施して第１図ａに描いた様な形状で
得られる。即ち、平板１を洗浄した後、その片面
にエポキシ樹脂を主体にしたアンカー層２を塗工
し、100℃で20分間、ベーキングを行う。 次いで、このアンカー層２上に下記組成の接合
剤層３を厚さ約3μｍ〜10μｍ程度に塗工する。 エピコート＃1007（商品名）：500重量部 芳香族アミン硬化剤：５重量部 シランカツプリング剤：５重量部 メチルエチルケトン：300重量部 100℃で５分間、予備乾燥し半硬化させた後、
塗工面にダイヤモンドブレードカツター〔例え
ば、Disco2H／５型（商品名）、Disco社製〕を
用いて、所定数の長尺細溝４を切削形成する。な
お、この場合、平板１の切削壁面、つまり、長尺
細溝４の壁面は、表面粗さにして、約２〜5μｍ
程度の粗面として得られるが、本発明では、それ
以上の大きさのチツピング箇所が発生すること
は、皆無に近いことである。 この様に平板１に切削加工を施した後、部品Ａ
として所定の大きさに切断する。 因に、上記溝４は、略々、10μｍ×10μｍ〜
150μｍ×150μｍの断面積で、ピツチ30μｍ〜200μ
ｍにして切削される。 又、接合剤としては、上記の組成のものに限ら
ない。ここで用いるのに好適な接合剤は、加熱に
より接合作用を生ずる材料であり、たとえば、エ
ポキシ樹脂系接着剤、フエノール樹脂系接着剤、
ウレタン樹脂系接着剤、シリコーン樹脂系接着
剤、トリアジン樹脂、BT樹脂等を例とする有機
化合物系接着剤や、特公昭38−20227号記載の熔
融銀塩類、低融点ガラス類等の無機化合物類であ
る。中でも、後者の無機化合物類の場合は、使用
形態が液状でなく、粉末状である場合が多い。こ
れとは別個に、第１図ｂに示すような構成部品Ｂ
も準備される。この部品Ｂは、第２図に第１図ｂ
のＸ−Ｙ線に於ける断面図で示すとおり、アルミ
ナ、単結晶シリコン或はアルミニウム、鉄等の金
属から成る基板（厚さ、約0.6mm）５の片面に、
蓄熱層（SiO₂スパツタ膜２〜3μｍ）６、発熱抵
抗体層（HfB₂スパツタ膜500〜1000Å）７、電極
層（アルミニウム蒸着層700〜800Å）８、保護層
（SiO₂スパツタ膜1μｍ）９、目止層（パリレン
（商品名）、シリコン、Ta₂O₃等のスパツタ膜）１
０を順次、積層した後、所定の大きさに切断して
得られる。なお、この際、この部品Ｂの表層は表
面粗さにして、ほぼ1.0μｍ前後の平滑性を有して
いる。なお、この際、電極層８は所定パターンに
エツチングされ、第１図ｂに斜視図で略視図で略
示するとおり、個別リード電極１１、及び共通リ
ード電極１２に分離される。そして、同時に発熱
抵抗体層７は所定数、所望のパターン１３で露出
する。この発熱抵抗体パターン１３の巾ｌは、前
記溝４の巾とほぼ同程度にするのが望ましい。 又、第２図に示した保護層９及び目止層１０
は、場合によつては積層されない。しかる後、基
板５は、部品Ｂとして、所定の大きさに切断され
る。なお、溝４の外部から信号が入力される型式
の記録ヘツドを構成するときは、部品Ｂは単なる
平板であつて良い。このようにして作成された部
品Ａ，Ｂは、第３図に示すとおり、溝４と発熱抵
抗体パターン１３とが対応位置にくるように位置
合わせを行つた後、互いに層合される。次に、こ
れ等を約100℃で10分間加熱して接合剤層３を更
に半硬化させ、ここで一度、位置ズレ、或は溝４
の目詰り等の有無を確認する。なお、これ等のチ
エツクは、本発明で用いる平板１の透光性が良好
であるから、光学的手法により、容易且つ確実に
行うことができる。このチエツクで否の場合は、
部品Ａ，Ｂを分離した後、部品Ｂを洗浄して再利
用する。尚、部品Ａは廃棄する。そして、欠陥の
ない場合には、100℃で50分間、180℃で２時間の
加熱を行つて接合剤層３を完全硬化させる。その
後、溝４の目詰りの有無を再度、確認し、欠陥が
ない場合には、組立た作用部ブロツクＣを次工程
に移す。 続く工程では、第４図に示すようなインク供給
に係る中継室（液室）ブロツクＤの組立を行う。 先ず、側板部品Ｅ，E′に夫々、下記組成の接合
剤を塗布して、第４図に矢印で示すように作用室
ブロツクＣとの位置合わせを行つた後、約60℃で
１分間加熱して接合剤を半硬化させ、ここで、位
置ズレ或いは他部品への接合剤の流れ込み等の有
無を確認する。 ＊接合剤｛エピコート＃828（シエル化学製）
100重量部 エポメートＢ−002（味の素製）
40重量部 このチエツクで否の場合は、ブロツクＣから部
品Ｅ，E′を分離した後、両者を洗浄して再利用す
る。欠陥のない場合には約60℃で30分間の加熱を
行つて接合剤を硬化させる。 次に、後端部品Ｆに接合剤を塗布して位置合わ
せを行つた後、約60℃で１分間加熱して接合剤を
半硬化させ、ここで、前工程と同様に確認を行
い、否の場合は前工程と同様に洗浄し、欠陥のな
い場合には約60℃で30分間加熱を行つて接合剤を
硬化させる。 次に、天板部品Ｇに接合剤を塗布して位置合わ
せを行つた後、約60℃で１分間加熱して接合剤を
半硬化させ、ここで前工程と同様に確認を行い、
否の場合は前工程と同様に洗浄し、欠陥のない場
合には約60℃で30分間、更に約100℃で10分間加
熱を行い接合剤を完全硬化させる。 次に、管状部品Ｈ，H′を前記工程までに組立
てられたブロツクの所定の位置にさし込み、間隙
には接合剤を充填する。この場合の接合剤の硬化
は、ゆつくり行う事が必要であるので、室温で
（30分間放置しておく。次に、部品Ｈ，H′の中へ
の接合剤の流れ込み、或はインク供給の中継室へ
の流れ込み等の有無を確認する。このチエツクで
否の場合は、前工程と同様に洗浄し、再利用を行
う。欠陥のない場合には、約60℃で30分間、更に
100℃で10分間の加熱を行い完全硬化を行う。こ
のようにして、作用部ブロツクＣの後部への液室
ブロツクＤの接続が完了する。その後、作用部ブ
ロツクＣのうち、吐出オリフイス１４の設置端面
１５を、研摩砂（＃1000以上）を用いて研摩し、
平滑面になるよう成形する。続いて研摩中にオリ
フイス１４から細溝４の中にはいり込んだ研摩砂
および不要物等を取り除くために洗浄を行う。こ
こで、オリフイス設置端面１５が完全に平面にな
つているか否か、更に、細溝４の中が完全に洗浄
されているか否かを確認し、研摩が不完全の場合
は研摩をやり直し、続いて、洗浄を行う。同様に
確認を行い、否の場合には、この工程をくり返
し、欠陥のない場合には、ブロツクＣとブロツク
Ｄとの合体組立体を乾燥させる。更に、該ヘツド
完成品をアルミ板に接合し、又、リード電極をフ
レキシブル配線板に接続する。 次に、以上で得られた記録ヘツドを使用して行
うインクジエツト記録の一具体例を第４図示例に
従つて説明する。なお、第４図では説明の便宜
上、各構成ブロツクが分離した状態に描かれてい
る。しかし、実際には、叙上のとおり、各構成部
品及びブロツク間が接合により一体化されている
ことは言う迄もない。つまりこの図示例では、先
ず、部品Ｈ，H′を通じて、各作用室４内に記録
用インクの導入を行う。次に、不図示の発熱抵抗
体に電気パルス信号が入力されると、そこに熱パ
ルスが発生し、その結果、インクは瞬時に状態変
化を起こす。この状態変化によつて、前記インク
には圧力波（作用力）が加わり、その結果、イン
クが前記作用室４に連絡して設けた吐出オリフイ
ス１４より小液滴となつて吐出・飛翔し、これが
不図示の被記録部材上に付着することによつて記
録が為される。 ［実施例及び比較例］ 第１図ａに示した部品Ａを構成する為の平板１
として下表に示す各種のガラス板（厚さは何れも
１mm）を用意し、夫々に、＃800の粒度を持つダ
イヤモンドを含有した巾40μｍのダイヤモンドブ
レードを30000rpmの速度で回転させながら、深
さ40μｍの溝を250μｍのピツチで切削した。この
際に生じたチツピングの程度は下表に併記したと
おりであつた。これ等の切削加工後のガラス板を
用いて、夫々、上記したのと同等のヘツド組立手
順に従つて記録ヘツドを完成させた。

【表】 以上に得られた各実施例及び各比較例に対応す
る記録ヘツドに対して、下記の信号パルス条件
で、下記組成のインクを用いて、インク滴吐出実
験を行つたところ、実施例１〜８に相当する実験
では、何れも、10⁹回以上、安定したインク滴の
吐出が為され、記録用紙上に得られたドツトは、
ほぼ一様であつた。 ［信号パルス条件］ 印加パルス巾；10μsec パルス周波数；10KHz 印加エネルギー；0.01ｍＪ／１パルス（発熱体１
個当り） ［インク組成］ 水 70重量部 ジエチレングリコール 29 〃 黒色染料 １ 〃 他方、比較例１〜４に相当する実験に於ては、
インク滴の吐出方向にバラツキが見られたり、ス
プラツシユが起きたりした。又、記録紙上に得ら
れたドツトの大きさにもバラツキが認められた。 なお、本発明ヘツドに於ては、情報信号入力手
段を上記図示例の如き発熱抵抗体に代表される電
気・熱変換体に限るものではなく、インクに熱エ
ネルギーを入力できる他の手段に代えることもで
きる。その一例として不図示を輻射線照射手段
を、前記電気・熱変換体に代えて採用することが
できる。その中でも、特に、熱変換効率が大き
く、その伝達、供給及び制御が容易であり、且つ
装置的に小型化し得る事等の利点から（半導体）
レーザー照射手段の採用は好適とされる。このよ
うに、レーザー照射によつて、インクに信号を与
える型式では、インク流路の外部からそれを行う
ことができるので、ヘツドの内部構造が極めて簡
略化されると言う利点がある。そして、上記何れ
の信号入力方式を採用した場合にも、本発明に記
録ヘツドは使用耐久性に優れたものである。つま
り、本発明の記録ヘツドは、加熱〜放熱の熱サイ
クルや機械的振動に対して高度の安定性を示すこ
とが確認されている。叙上のとおり、本発明では
切削加工に於ても切削面、つまり、インク流路壁
面に程度の大なるチツピング、マイクロクラツク
等が残存しないので、キヤビテーシヨンの核とな
るべき点が失なわれ、インク滴の高周波吐出にお
ける最大の弊害となるキヤビテーシヨンを低く抑
える事が可能であり、インク流の乱流及びインク
流路中での不要気泡の残留を防ぐ事ができる。 ［発明の効果］ 以上に詳説した本発明によれば、下記のとお
り、多大な効果が得られる。 つまり、本発明では、インクの吐出特性即ちイ
ンク滴発生効率、消費エネルギー率、インク滴発
生の安定度、発生されるインク滴の均一性、入力
信号に対する応答性に優れた記録ヘツドが、得ら
れるばかりか、精密加工が容易に行え、高密度マ
ルチオリフイス化された記録ヘツドを簡単な手順
で得ることができる。特に、本発明によつて得ら
れた記録ヘツドは、高速且つ、連続吐出に於い
て、極めて安定したインク滴の形成が可能であ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図ａ、第１図ｂ、第２図、第３図及び第４
図は、夫々、本発明記録ヘツドの組立工程に沿つ
た一実施例の説明図である。 図に於て、１は平板、３は接合剤層、４は溝、
５は基板、１１，１２はリード電極、１３は発熱
抵抗体パターン、１４，ORは吐出オリフイス、
Ａ，Ｂ，Ｅ，E′，Ｆ，Ｇ，Ｈ，H′は構成部品、
Ｃ，Ｄは構成ブロツクである。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 液体に熱による状態変化を生起させ該状態変
   化に基づいて飛翔液滴を形成して記録を行う記録
   ヘツドであつて、少なくとも一方に高密度で記録
   出来る様に削成によつてインク流路を形成した２
   枚の基板が接合した構成を有し、前記削成された
   基板がケイ酸ガラス、高ケイ酸ガラス、ホウケイ
   酸ガラス又はアルミノケイ酸塩ガラスの何れか一
   つより成つていることを特徴とする記録ヘツド。