JPH02286247A - 液体噴射記録装置 - 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】 抜帆分更 本発明は、液体噴射記録装置に関し、より詳細には、イ
ンクジェットプリンタに関する。

鴛ｍ殻 ノンインパクト記録法は、記録時における騒音の発生が
無視し得る程度に極めて小さいという点において、最近
関心を集めている。その中で、高速記録が可能であり、
而も所４７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力な記録
法であって、これまで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。

この様なインクジェット記録法は、所謂インクと称され
る記録液体の小滴（ｄｒｏｐｌｅｔ）を飛翔させ、記録
部材に付着させて記録を行うものであって、この記録液
体の小滴の発生法及び発生された記録液小滴の飛翔方向
を制御する為の制御方法によって幾つかの方式に大別さ
れる。

先ず第１の方式は、例えば米国特許筒３０６０４２９゜
分明細帯に開示されているもの（Ｔｅｌｓ　ｔｙｐｅ方
式）であって、記録液体の小滴の発生を静電吸引的に行
い、発生した記録液体小滴を記録信号に応じて電界制御
し、記録部材上に記録液体小滴を選択的に付着させて記
録を行うものである。

これに就いて、更に詳述すれば、ノズルと加速電極間に
電界を掛けて、−様に帯電した記録液体の小滴をノズル
より吐出させ、該吐出した記録液体の小滴を記録信号に
応じて電気制御可能な様に構成されたｘｙ偏向電極間を
飛翔させ、電界の強度変化によって選択的に小滴を記録
部材上に付着させて記録を行うものである。

第２の方式は、例えば米国特許第３５９６２７５号明細
書、米国特許第３２９８０３０号明細書等に開示されて
いる方式（Ｓｗｅｅｔ方式）であって、連続振動発生法
によって帯ｆ＃ｉ景の制御された記録液体の小滴を発生
させ、この発生された帯電量の制御された小滴を、−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
、記録部材上に記録を行うものである。

具体的には、ピエゾ振動素子の付設されている記録ヘッ
ドを構成する一部であるノズルのオリフィス（吐出口）
の前に記録信号が印加されている様に構成した帯電電極
を所定距離だけ離して配置し、前記ピエゾ振動素子に一
定周波数の電気信号を印加することでピエゾ振動素子を
機械的に振動させ、ｉη記吐出口より記録液体の小滴を
吐出させる。この時１涌記帯電電極によって吐出する記
録液体小滴には電荷が静電誘導され、小滴は記録信号に
応じた電荷量で帯電される。帯電量の制御された記録液
体の小滴は、一定の電界が一様に掛けられている偏向電
極間を飛翔する時、付加された帯電量に応じて偏向を受
け、記録信号を担う小滴のみが記録部材上に付着し得る
様にされている６第３の方式は、例えば米国特許筒３４
１６１５３分明ＪａｌＷに開示されている方式（Ｉｌｅ
ｒｔｚ方式）であって、ノズルとリング状の帯電電極間
に電界を掛け、連続振動発生法によって、記録液体の小
滴を発生霧化させて記録する方式である。即ちこの方式
ではノズルと帯電電極間に掛ける電界強度を記録信号に
応じて変調することによって小滴の霧化状態を制御し、
記録画像の階調性を出して記録する。

第４の方式は、例えば米国特許第３７４７１２０号明細
書に開示されている方式（Ｓｔｅａ＋ｍｅ方式）で、こ
の方式は前記３つの方式とは根本的に原理が異なるもの
である。

即ち、前記３つの方式は、何れもノズルより吐出された
記録液体の小滴を、飛翔している途中で電気的に制御し
、記録信号を担った小滴を選択的に記録部材上に付着さ
せて記録を行うのに対して、このＳｔｅｍｍｅ方式は、
記録信号に応じて吐出口より記録液体の小滴を吐出飛翔
させて記録するものである。

つまり、　ＳｔｅＩＩｍｓ方式は、記録液体を吐出する
吐出口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、ｆ！！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、該機械的
振動に従って前記吐出口より記録液体の小滴を吐出飛翔
させて記録部材に付着させることで記録を行うものであ
る。

これ等、従来の４つの方式は各々に特長を有するもので
あるが、又、他方において解決され得る可き点が存在す
る。

即ち、前記第１から第３の方式は記録液体の小滴の発生
の直接的エネルギーが電気的エネルギーであり、又、小
滴の偏向制御も電界制御である。

その為、第１の方式は、構成上はシンプルであるが、小
滴の発生に高電圧を要し、又、記録ヘッドのマルチノズ
ル化が困難であるので高速記録には不向きである。

第２の方式は、記録ヘッドのマルチノズル化が可能で高
速記録に向くが、構成上複雑であり、又記録液体小滴の
電気的制御が高度で困難であること、記録部材上にサテ
ライトドツトが生じ易いこと等の問題点がある。

第３の方式は、Ｊ￥８録液体小滴を霧化することによっ
て階調性に優れた画像が記録され得る特長を有するが、
他方霧化状態の制御が困難であること、記録画像にカブ
リが生ずること及び記録ヘッドのマルチノズル化が困難
で、高速記録には不向きであること等の諸問題点が存す
る。

第４の方式は、第１乃至第３の方式に比べ利点を比較的
多く有する。即ち、構成上シンプルであること、オンデ
マンド（ｏｎ−ｄｅｍａｎｄ）で記録液体をノズルの吐
出口より吐出して記録を行う為に、第１乃至第３の方式
の様に吐出飛翔する小滴の中。

画像の記録に要さなかった小滴を回収することが不要で
あること及び第１乃至第２の方式の様に。

導電性の記録液体を使用する必要性がなく記録液体の物
質上の自由度が大であること等の大きな利点を有する。

丙午ら、一方において、記録ヘッドの加工上に問題があ
ること、所望の共振数を有するピエゾ振動素子の小型化
が極めて困難であること等の理由から記録ヘッドのマル
チノズル化が難しく、又、ピエゾ振動素子の機械的振動
という機械的エネルギーによって記録液体小滴の吐出飛
翔を行うので高速記録には向かないこと１等の欠点を有
する。

更には、特開昭４８−９６２２号公報（前記米国特許第
３７４７１２０号明細書に対応）には、変形例として、
前記のピエゾ振動素子等の手段による機械的振動エネル
ギーを利用する代わりに熱エネルギーを利用することが
記載されている。

即ち、上記公報には、圧力上昇を生じさせる蒸気を発生
する為に液体を直接加熱する加熱コイルをピエゾ振動素
子の代りの圧力上昇手段として使用する所謂バブルジェ
ットの液体噴射記録装置が記載されている。

しかし、上記公報には、圧力上昇手段としての加熱コイ
ルに通電して液体インクが出入りし得る口が一つしかな
い袋状のインク室（液室）内の液体インクを直接加熱し
て蒸気化することが記載されているに過ぎず、連続縁返
し液吐出を行う場合には、どの様に加熱すれば良いかは
、何等示唆されるところがない、加えて、加熱コイルが
設けられている位置は、液体インクの供給路から遥かに
遠い袋状液室の最深部に設けられているので、ヘッド構
造上複雑であるに加えて、高速での連続繰返し使用には
、不向きとなっている。

しかも、上記公報に記載の技術内容からでは。

実用−に重要である発生する熱で液吐出を行った後に次
の液吐出の準備状態を速やかに形成することは出来ない
。

このように従来法には、構成上、高速記録化上、記録ヘ
ッドのマルチノズル化上、サテライトドツトの発生およ
び記録画像のカブリ発生等の点において一長一短があっ
て、その長所を利する用途にしか適用し得ないという制
約が存在していた。

以上述べたバブルジェット記録法は、高密度、高集積化
が容易に具現できる優れた記録法であるが、コピア等の
より精細な画像品質を狙うには熱発生部、いいかえるな
らば、ノズルの配列を１６本／　ｍ　ｍ以上の超高密度
に配列する必要がある。

また、超高密度にした場合には画素径も当然小さくなり
、必然的に紙面に打ち込むドツト数は多くなる為、単純
に考えれば一枚の画像を形成するのに多くの時間がかか
ってしまう。したがって、４ＫＨｚを越えるような高周
波数でインク滴を形成する必要がある。すなわち、４Ｋ
Ｈｚを越えるような高周波数で発熱体を駆動する必要が
ある。また、さらに発熱体をマルチアレイ化し、高速で
画像を形成することも必要となる。特に、コピア等に用
いる場合には、実用上、２５６ノズルを越えるような高
集積ヘッドが必要となり、最適には、いわゆるフルライ
ンタイプのヘッドが望ましい。

しかしながら、このような１６本／　ｍ　ｍ以上の超高
密度、２５６ノズルを越えるような高集積化。

４　Ｋ　Ｈｙ、を越えるような高周波数駆動を実現する
には、まだまだ解決すべき問題点がある。特に、発熱体
から発する熱を蓄積することなくすみやかに逃がす、い
わゆる放熱性が大きな問題であった。

従来、バブルジェット記録法における発熱体基板の構成
は、セラミック、ガラス、シリコンの基板上に、特公昭
６１−５９９１３号公報に示されているように蓄熱層、
電気熱変換体（発熱体）。

電極及び保護層を積ＪｔＩＩシたものであった。特に、
基板としては、シリコンが放熱性に優れていること等に
より好適に用いられている。しかし、シリコン基板は１
例えば、Ａ　４　Ｆｕｌｌ　Ｌｉｎｅタイプのマルチア
レイヘッドの場合、少なくとも２１０ｍｍの基板長が必
要となり、現在、この長さのシリコン基板を得ることは
極めて困難である。したがって、従来、ライン型ヘッド
にする場合には、特開昭５５−１３ゑ２５３号公報に示
されているように、ヘッドをブロック化し、このブロッ
クを同一支持板に、いわゆる千鳥配置する方法が用いら
れてきた。しかし、この方法では、各ブロックの位置合
せに精度を要し、また、ブロックにより吐出特性にバラ
ツキが生じてしまうという欠点があった。特に、１６本
／　ｍ　ｍ以上の超高密度配列の場合には、ブロック間
の位置合せのわずかな誤差でも記録面のドツト位置精度
に大きく影響する為。

極めて高精度の位置合せを要し、歩留り悪化の原因とな
った。

ガラス基板や、サーマルヘッドで用いられているアルミ
ナ基板等の場合には、熱伝導性の点から、超高密度、高
集積、高周波数駆動にした場合、放熱が十分に成されず
、ヘッド温度が上昇し、サテライト・ドツトが発生した
り、周波数応答性が悪くなり画像品質が著しく低下して
しまうという不具合が生じた。

また、特開昭６２−２３１７６１号公報に示されている
ように、ＳｉＣセラミック基板を用いることは、アルミ
ナに比べて非常に高価であり、Ｆｕｌｌ　Ｌｉｎｅタイ
プにした場合には、極めて高価なヘッドになってしまう
という欠点があった。

また、特開昭６４−１５５３号公報には、基板としてＡ
Ｑ２０１、ＳｉＣの他にＡＱＮを用いるヘッドが開示さ
れている。しかしながら、ＡＱＮは生産量が少なく、安
定供給の点で不安があり、また、高価である。さらに、
ＡＱＮ活性表面は、水分と反応し分解してしまう為、発
熱体基板として使用する場合には、製造上、あるいは使
用上問題となり、製造プロセスの複雑化、管理の厳密化
、あるいは、保護膜等による保護の必要性等が生じてし
まう。

また、特開昭６１−１００４６４号公報には、熱伝導率
２Ｗ／ｃ１１℃以上の基板材料を用いる例が開示され、
その明細書中には、前記条件を満たす材料として前記Ｓ
ｉＣの他に、アルミニウム、銅の金属が挙げられている
が、これらを基板として用いた場合には、電極との間の
絶縁に十分注意を払う必要がある。すなわち、電極層と
基板の間に十分緻密で、厚い絶縁層が必要となる。また
、アルミニウムや銅は膨張率が非常に大きく１発熱体の
駆動による熱膨張は、１６本／　ｍ　ｍ以上の高密度の
場合、無視できない。

以上のように、従来のような基板構成においては、その
どれをとっても満足できるものではなかった。

Ｕ−眞 本発明は、上述のごとき欠点を解決するためになされた
もので、従来技術とは、全く構成を異にし、放熱性の優
れた発熱体基板を提供することを主たる目的としている
。

また、他の目的は、１６本／　ｍ　ｍ以上の超高密度配
列マルチノズルヘッドのインク滴吐出性能の向上を図る
ことである。

さらに他の目的は、より高速で吐出する（例えば、４Ｋ
Ｈｚより上）マルチノズルヘッドのインク滴吐出性能の
向上を図ることである。

さらに他の目的は、安価にフルライン型ヘッドを提供す
ることである。

貴−一處 本発明は、上記目的を達成するために、（１）記録液を
液滴として吐出するための吐出オリフィスと、該吐出オ
リフィスに連通した液路と、該液路内の前記記録液に熱
エネルギーを作用させるための熱エネルギー発生体とを
有し、前記熱エネルギー発生体が基板上に積層された下
部層の上に設けられた液体噴射記録装置において、前記
下部層が少なくとも蓄熱層と伝熱層とにより構成される
こと、或いは、（２）記録液を液滴として吐出するため
の吐出オリフィスと、該吐出オリフィスに連通した液路
と、該液路内の前記記録液に熱エネルギーを作用させる
ための熱エネルギー発生体とを有し、前記熱エネルギー
発生体が基板上に積層された下部層の上に設けられ、該
下部層が少なくとも蓄熱層と伝熱層とにより構成される
液体噴射記録装置において、前記伝熱層の熱伝導率が０
．５８Ｊ／５−Ｃ１１・℃以上の材料で構成されている
こと、或いは、（３）前記伝熱層が少なくとも隣り合う
前記熱エネルギー発生体間に設けられていない部分を有
することを特徴としたものである。

以下、本発明の実施例に基づいて説明する。

最初に、第２図に基づいて１本発明を好適に実゛現する
バブルジェットによるインク噴射の原理を説明する。

（ａ）は定常状態であり、オリフィス面でインク２の表
面張力と外圧とが平衡状態にある。

（ｂ）はヒータ３が加熱されて、ヒータ３の表面温度が
急上昇し隣接インク層に沸騰現象が起きるまで加熱され
、微小気泡４が点在している状態にある。

（ｃ）はヒータ３の全面で急激に加熱された隣接インク
層が瞬時に気化し、沸騰膜を作り、この気泡４が生長し
た状態である。この時、ノズル内の圧力は、気泡の生長
した分だけ上昇し、オリフィス面での外圧とのバランス
がくずれ、オリフィスよりインク柱が生長し始める。

（ｄ）は気泡が最大に生長した状態であり、オリフィス
面より気泡の体積に相当する分のインク２が押し出され
る。この時、ヒータ３には電流が流れていない状態にあ
り、ヒータ３の表面温度は降下しつつある。気泡４の体
積の最大値は電気パルス印加のタイミングからややおく
れる。

（ｅ）は気泡４がインクなどにより冷却されて収縮を開
始し始めた状態を示す、インク柱の先端部では押し出さ
れた速度を保ちつつ前進し、後端部では気泡の収縮に伴
ってノズル内圧の減少によりオリフィス面からノズル内
へインクが逆流してインク柱にくびれが生じている。

（ｆ）はさらに気泡４が収縮し、ヒータ面にインクが接
しヒータ面がさらに急激に冷却される状態にある。オリ
フィス面では、外圧がノズル内圧より高い状態になるた
めメニスカスが大きくノズル内に入り込んで来ている。

インク柱の先端部は液滴になり記録紙の方向へ５〜１０
　ｍ　／　ｓｅｃの速度で飛翔している。

（ｇ）はオリフィスにインクが毛細管現象により再び供
給（リフィル）されて（ａ）の状態にもどる過程で、気
泡は完全に消滅している。８は飛翔インク滴である。

第３図は、上記噴射原理によるバブルジェット記録ヘッ
ドの全体斜視図である。図中、９は発熱体基板、１０は
蓋基板、１１はインク供給口、１２はオリフィスである
。

第１図は、本発明による液体噴射記録装置の一実施例を
説明するためのもので１発熱抵抗体を用いる気泡発生手
段の構造を説明するための図で、第１図（ａ）は記録ヘ
ッドのオリフィス側から見た正面部分図、第１図（ｂ）
は、第１図（ａ）に−点鎖線Ｘ−Ｘで示す部分で切断し
た場合の切断部分図である０図中、１３は基板、１４は
蓋基板、１５はオリフィス、１６は液吐出部、１７は熱
作用部、１Ｂは熱発生部、１９は熱作用面、２０は下部
層、２１は発熱抵抗層、２２は保護層、２３゜２４は電
極、２５は流路壁を示し、熱発生部１８が設けられた基
板１３の表面に、所定の密度で所定の巾と深さの溝を所
定数設け、蓋基板１４で覆う様に接合することによって
、オリフィス１５と液吐出部１６が形成された構造を有
している。

液吐出部１６は、その終端に液滴を吐出させるためのオ
リフィスと、熱発生部１８より発生される熱エネルギー
が液体に作用し気泡を発生し、その体積の膨張と収縮に
よる急激な状態変化を引き起こす所である熱作用部１７
を有している。

熱作用部１７は、熱発生部１８の上部に位置し。

熱発生部１８の液体と接触する熱作用面１９をその底面
としている。

熱発生部１８は、基板１３上に設けられた下部層２０．
該下部層２０上に設けられた発熱抵抗層２１、該発熱抵
抗層２１には、熱を発生させる為に該発熱抵抗層２１に
通電するための電極２３゜２４がその表面に設けられて
いる。電極２３は。

各液吐出部の熱発生部に共通の電極であり、電極２４は
、各液吐出部の熱発生部を選択的に発熱させる為の選択
電極であって、液吐出部の流路に沿って設けられている
。

基板１３の材料としては、ガラス、セラミックス、金属
、或いは、シリコン等があげられるが、マルチノズル型
ヘッドの場合、さらには、フルライン型ヘッドの場合に
は、ガラスまたは、アルミナが大面積基板を安価に得る
ことができるという点で好ましい。

下部層２０は、伝熱）ｄ　２０−１とその上に設けられ
た蓄熱層２０−２により構成される。伝熱層とは、蓄熱
層の下に設けられ、発熱部より発生する熱を速やかに発
熱部より逃がすことを目的とする層である。よって、伝
熱層は、基板および蓄熱層より高熱伝導率を有する材料
で形成される。即ち、ガラスの熱伝導率約０．０１７Ｊ
／５−ｃｍ・℃、アルミナの熱伝導率０．３２Ｊ／５−
Ｃ１１・℃より大きい、つまり、熱伝導率が０．３２Ｊ
／ｓ−ｃ！＋・℃より大なる材料で形成される。伝熱層
の材料としては、発熱部温度が３００℃近くまで上昇す
ることを考慮に入れて、上記条件を満たし、かつ、その
軟化点および融点が３００℃以上の材料である。

例えば、銅、アルミニウム、ニッケル、白金、金、銀、
亜鉛、鉄、タングステン、マグネシウム、シリコン、カ
ルシウム、コバルト、モリブデン、クロム、ニオブ、ベ
リリウム、イリジウム、パラジウム等の単体及び、それ
らの合金、混合物、さらには、ＳｉＣ，Ｂｅ０１ＡＱＮ
、立方晶ＢＮ、ダイヤモンド状カーボン等である。これ
らの材料を用いて、スパッタリングやＣＶＤ等の既知の
薄膜形成法により基板上に通常０．０５μｍ以上、好適
には、０．１〜１００μｍの膜厚に積層される。

この伝熱層の上に、蓄熱層として、Ｓ　ｉ　Ｏ，薄膜を
スパッタリングやＣＶＤ等の真空薄膜形成法を使用して
形成する。蓄熱層は、真空薄膜形成法を用いることで、
所望の厚さの薄膜を成膜性よく形成でき、また、その組
成もコントロールでき、その膜厚としては１通常０．１
〜５０μｍ、好適には、１〜１０μｍに形成する。

発熱抵抗層２１を構成する材料として、有用なものには
、たとえば、タンタル−３ｉｎ、の混合物、窒化タンタ
ル、ニクロム、銀−パラジウム合金、シリコン半導体、
あるいはハフニウム、ランタン。

ジルコニウム、チタン、タングステン、モリブデン、ニ
オブ、クロム、バナジウム等の金属の硼化物があげられ
る。

これらの発熱抵抗層２１を構成する材料の中、特に金属
硼化物が優れたものとしてあげることができ、その中で
も最も特性の優れているのが、硼化ハフニウムであり、
次いで、硼化ジルコニウム。

硼化ランタン、硼化タンタル、硼化バナジウム、硼化ニ
オブの順となっている。

発熱抵抗層２１は、上記の材料を用いて、フォト・リソ
グラフや、電子ビーム蒸着やスパッタリング、ＣＶＤ、
プラズマＣＶＤ等の手法を用いて形成することができる
。発熱抵抗Ｍ２１の膜厚は。

単位時間当りの発熱部が所望通りとなるように。

その面積、材質及び熱作用部分の形状及び大きさ。

更には実際面での消費電力等に従って決定されるもので
あるが１通常の場合、０．００１〜５μｍ、好適には０
．０１〜１μｍとされる。

電極２３．２４を構成する材料としては、通常使用され
ている電極材料の多くのものが有効に使用され、具体的
には、たとえばＡＱ、Ａｇ、Ａｕ。

Ｐｔ、Ｃｕ等の金属、及びそれらの合金等があげられ、
これらを使用して蒸着やスパッタリング等の手法で所定
位置に、所定の大きさ、形状、厚さで設けられる。

保護ＩＱ２２に要求される特性は、発熱抵抗層２１で発
生された熱を記録液体に効果的に伝達することを妨げず
に、記録液体や、気泡消滅時の衝撃力より発熱抵抗層２
１を保護するということである。保護層２２を構成する
材料として有用なものには、たとえば酸化シリコン、酸
化マグネシウム、酸化アルミニウム、酸化タンタル、酸
化ジルコニウム等があげられ、これらは、電子ビーム蒸
着やスパッタリング、ＣＶＤ法、プラズマＣＶＤ法、気
相成長法等の薄膜形成手法を用いて形成することができ
る。保護層２２の膜厚は、通常は０．０１〜１０　ｔｔ
　ｍ、好適には０．１〜５μｍ、最適には０．１〜３μ
ｍとされるのが望ましい。

また、上記保護層２２の上の熱作用部１７を除く電極部
分に電極保護層を設けても良い。電極保護層に要求され
る特性は、耐インク性、耐熱性に優れ、電気絶縁性が良
いこと等である。よって。

成膜性がよくピンホールが少なく、使用インクに対し、
膨潤、溶解しないことが要求される。電極部ＢＪｄを構
成する材料としては、上記条件を満たす多くの材料が使
用できる。例えば、シリコン樹脂、フッ素樹脂、芳香族
ポリアミド、付加重合型ポリイミド、金属キレート重合
体、チタン酸エステル、エポキシ樹脂、フタル酸樹脂、
熱硬化性フェノール樹脂、Ｐ−ビニルフェノール樹脂、
ザイロツク樹脂、トリアジン樹脂等の樹脂、さらに高密
度マルチオリフィスタイプの記録ヘッドを作製するので
あれば、上記した有機材料とは別に、微細フォトリソグ
ラフィー加工が極めて容易とされる有機質材料を使用す
るのが望ましい。

以上の様に構成される発熱体基板上に感光性樹脂で流路
を形成する。スピンナーあるいはロールコータ−等の塗
布手段などを用いて、感光性ポリアミドワニスあるいは
感光性ポリイミドワニス等の耐キャビテーション性のあ
る樹脂を塗布する。

感光性樹脂の層厚としては特に制限されるものではない
が、インクジェット記録ヘッドとしての実用性を考慮す
るならば、少なくとも５〜１００μｍ程度、好適には１
０〜５０Ｐｍ、最適には１５〜５０μｍとするのが望ま
しい、従って、感光性樹脂としても、このような厚さに
積層し得るものであることが好ましく、市販の感光性樹
脂としては、前述の感光性ポリアミドワニス、すなわち
プリンタイトＥＦ９５．　　ドブロン（Ｔｏρ１０ｎ）
、ナイロンプリント（Ｎｙｌｏｎｐｒｉｎｔ）　、ある
いは感光性ポリイミド、すなわちフォトニースＶＲ−３
１４０、セレクティラックスＨＴＲ−２が好ましく用い
られる。

このようにして感光性樹脂が積層された基板に、以下に
示すような露光或いは現像などの処理を施し、感光性樹
脂かる成るインク流路壁を形成する。

尚、以下主として感光性樹脂をフォトニースＶＲ−３１
４０とした場合を例として、これの処理について説明す
るが、インク流路壁の形成方法は、用いる感光性樹脂に
応じた任意のものとし得る。

感光性樹脂を積層した基板に必要に応じてプリベークを
施す。プリベーク終了後、所望のパターンを有スるフォ
トマスクをフォトニースＶＲ−３１４０上に重ね、次い
でこのフォトマスクを介して露光を行なう。

露光終了後、フォトニースＶＲ−３１４０の未露光部分
をフォトニースＶＲ−３１４０用の現像液ＤＶ−５０５
を用いて現像し、未露光部分を溶解除去することによっ
て、インク流路とする予定の溝を形成する。

こうして未露光部分を溶解除去した後、ポストベークを
施して基板上に残存するフォトニースＶＲ−３１４０の
露光部分を硬化させ、基板上に所望のパターンを有する
インク流路壁たるフォトニースＶＲ−３１４０の硬化膜
を形成する０以上フォトニースＶＲ−３１４０等の液状
タイプの感光性樹脂の形成方法を説明したが、感光性ド
ライフィルムを用いて形成することもできる。このよう
にして形成された基板と、流路の天井部分を形成するた
めの蓋基板を接着層を介して接合する。

蓋基板の材料としては１発熱体基板と同様のものが使用
できる。即ち、シリコン、ガラス、セラミックス等であ
る。これら材料で形成した基板に感光性ドライフィルム
を半硬化の状態で設け、溝が形成された基板に接合した
後、熱をかけ本硬化させ、発熱体基板と蓋基板を接合す
る。

次に、本発明の詳細な説明する。

叉産叢上 （ａ）ヘッドＡ；ガラス基板上に、蓄熱層としてＳｉｎ
、を３μｍ、発熱体層としてＴａ−８ｉｎ。

を２０００人、電極としてＡＱを５０００人、保護層と
してＳ　ｉ　Ｏ，を２μｍ、さらに第２の保護層として
Ｔａを１５００人積層した発熱部を有する前記構成のヘ
ッドを試作した。

（ｂ）ヘッドＢ；ガラス基板上に、伝熱層としてアルミ
ニウムを１μｍ、スパッタリングで全面に設けた後、ヘ
ッドＡと同様に蓄積層、発熱体層。

電極、保護層を設けた。

（Ｑ）ヘッドＣ；ガラス基板上に伝熱層としてＳｉＣを
５μｍ、ＣＶＤで全面に設けた後、ヘッドＡと同様の発
熱部を設けた。

（ｄ）ヘッドＤ；ガラス基板を真空装置内のＲＦ給電側
に付け、炭化水素（ＣＨ４，Ｃ，ＨいＣ３Ｈ，、Ｃ９Ｈ
１゜、Ｃ，Ｈ４等）と水素からなるガス雰囲気中で平行
平板電極に高周波電界（１３゜５６　Ｍ　Ｈｚ　）を印
加し、発生したグロー放電により、原料ガスがラジカル
およびイオン分解され、ガラス基板上に炭素原子と水素
原子からなるダイヤモンド状カーボンの伝熱層を設けた
。上記いわゆるプラズマＣＶＤ法によるダイヤモンド状
カーボンの熱伝導率は０．８Ｊ／５−ｃｍ・℃であった
。

この伝熱層上にヘッドＡと同様の発熱部を設けた。

（ｅ）ヘッドＣ；ガラス基板上に伝熱層として、Ｃｒを
１μｍスパッタリングで全面に設けた後。

ヘッドＡと同様の発熱部を設けた。

（ｆ）ヘッドＣ；ガラス基板上に伝熱層として、亜鉛を
１μｍスパッタリングで全面に設けた後、ヘッドＡと同
様の発熱部を設けた。

これらヘッドを用いて、駆動電圧２３ｖ、パルス巾５μ
ｓ、駆動周波数４　、２　Ｋ　Ｈｚで吐出させ、５分後
の液滴速度及び吐出方向のバラツキを評価したところ、
下記の第１表のような結果となった。

尚、ヘッドＡ−Ｆの発熱体数は全て５１２個であり、ま
た、発熱体の配列密度は１６本／ｍｍと、２４本／１１
ｍの２種類について評価した。

第１表 Ｏ極めてバラツキ小（２％以下） Ｏバラツキ小（５％以下） Δバラツキやや大（５％〜１０％） Ｘバラツキ大（１０％以上） また、さらに、ヘッドＡとヘッドＢの気泡の様子を、顕
微鏡でｍ察したところ、ヘッドＡの場合には、駆動開始
後しばらくして１発熱体周辺の基板上、いたるところか
ら微小で不規則な気泡が生じており、さらに発熱部にお
いては、気泡が完全に消滅することなく成長、収縮を繰
り返し、その後、成長、収縮を行なわない大きな気泡と
なって発熱部に付着し、ついには発熱体が破壊され、そ
れが不吐出の原因であった。ヘッドＢの場合には、以上
のような現象は見られず、気泡が成長、消滅を正常に繰
り返していた。これらより明らかに、伝熱層によって基
板に蓄熱することなく安定な気泡成長、消滅が成され、
それによって、液滴速度のバラツキが小さく、安定した
吐出を行なえたことがわかる。また、第１表の結果より
伝熱層の熱伝導率は０．５８Ｊ／５−ＣＩ！ｌ・℃以上
が好ましく、さらには、２．ＯＪ／５−ｃｌｌ・℃以上
が最適である。

また、ヘッドＦは液滴速度が安定しているにもかかわら
ず、吐出方向にバラツキが生じており、ヘッドＢ、Ｃ，
Ｄ、Ｈの伝熱層の膨張率を見ると。

ヘッドＢ＝３１．５Ｘ１０”／ｄｅｇ、ヘッドＣ＝４．
８　Ｘ　１０°’／ｄａｇ。

ヘッドＤ　＝　４　、５　Ｘ　１０−’／ｄｅｇ、ヘッ
ドＥ　＝　１１　Ｘ　Ｉ　Ｏ”／ｄｏｇ、ヘッドＦ＝３
９．７　Ｘ　１０−”／ｄｅｇであり、ヘッドＦが非常
に大きく、また、ガラス基板の膨張率の０．５４　Ｘ　
１０−’／ｄｅｇと比較しても、極めて差が大きい、よ
って、熱によって伝熱層が膨張し、吐出方向にバラツキ
が生じてしまった為であり、また、クラック等が発生し
、発熱部が破壊された為であった。これから、伝熱層の
線膨張率はできるだけ小さく、また、基板や蓄熱層と大
きく違わない方がよく、通常は、３１．５　Ｘ　１０−
’／ｄｅｇ、さらには、　１１　Ｘ　１０−’／ｄｅｇ
以下であることが好ましい、さらに、４．８Ｘ１０−″
／ｄａｇ以下が最適である。

よって、前述した材料の中でも好ましいものは、アルミ
ニウム、カドミウム、金、銀、ダンゲステン、鉄、銅、
ニッケル、白金、マグネシウム、モリブデン、ベリリウ
ム、ニオブ、クロム、コバルト、イリジウム、パラジウ
ム、ケイ素、カルシウム等の単体およびその合金、混合
物、さらに。

Ｂｅｏ、Ｓｉｎ、ＡＤＮ、立方晶ＢＮ、ダイヤモンド状
カーボン等であり、その中でも特に、Ｓｉ。

Ｂｅ０１ＳｉＣ，ＡＱＮ、立方晶ＢＮ、ダイヤモンド状
カーボンが熱伝導率、Ｓ膨張率、電気的特性等の点から
優れている。

尚、ダイヤモンド状カーボンとは、生成過程から、ｉ−
カーボンと呼ばれたり、結晶性から、アモルファスカー
ボンと呼ばれたりすることもある。

また、結晶性であり、格子間隔などから、天然ダイヤモ
ンドと近い構造をもつタイヤモンド薄膜も。

ここではダイヤモンド状カーボンと呼ぶことにする。

次に、本発明の他の実施例を説明する。

失直旌ｌ 第４図は、伝熱層２０−１のパターンの一実施例である
０図中、４０は伝熱層、４１−１〜４１−５は、伝熱層
が設けられていない部分（切りがけ部）、４２−１〜４
２−４は発熱抵抗層が積層される部分である。第５図は
、第４図のパターンの伝熱層上に蓄熱層２０−２．発熱
抵抗層２１−１〜２１−３、保護層２２、流路壁２５．
蓋基板１４を積層したヘッドのＹ−Ｙ断面図である。こ
れらよりわかるように、各発熱抵抗層２１−１．２１−
２．２１−３の下には、伝熱層が設けられているが、隣
り合う発熱抵抗層間には切りかけ部がある為、例えば１
発熱抵抗層２１−１で発生した熱が伝熱層を伝って、隣
りの発熱抵抗層２１−２に伝わり、該発熱抵抗層２１−
２が駆動しないにもかかわらず、気泡が発生してしまっ
たり、また１発熱抵抗層２１−１と２１−２を同時にあ
るいは、わずかに時間差を設けて駆動する場合、吐出特
性に影響を与える（いわゆるクロストーク）ことがない
、また、熱は、各発熱抵抗層から流路方向に沿って放熱
され、前述の伝熱層の目的を十分酸している。上記のク
ロストークは、発熱体間距離が短かい程、顕著に現われ
る。

第４図のような伝熱層パターンで、前述の（ｃ）、（ｄ
）の構造のヘッドを作り、液滴速度を評価した。ヘッド
の発熱体数は５１２個、配列密度は、１６本ＺＩｌ■で
、駆動電圧、パルス巾は同じで、駆動周波数は５ＫＨｚ
に上げ、各発熱体は同時駆動とした。この結果を第２表
に示す。

この結果かられかるように、Ｈ動周波数を厳しくしたに
もかかわらず、液滴速度のバラツキは、５％以下になっ
た。

本発明の実施例においては第４図のようなパターンとし
たが、第６図に示すようなパターンも全て、本発明を好
適に実現するものである。

第６図中、（ａ）は発熱部間の伝熱層に多数の小さな切
りかけを設け、横方向の伝熱効率を下げたもの、（ｂ）
は発熱部より十分長く切りかけ部を設けたもの、（Ｃ）
は、伝熱層を各発熱部ごとに分離したものである。

また、本発明においては、最も膨張の大きい発熱部横に
切りかけがある為、この切りがけ部が熱膨張の吸収の役
目をはたし、前述したような、熱膨張を考慮しなくても
よくなり、また、前述したような低熱膨張の材料の場合
には、さらに、吐出方向安定性が増すという特徴も有し
ている。特に。

第６図（ｂ）、（ｃ）の場合、すなわち切りかけ部が発
熱体長より十分長い場合（例えば２倍以上）、または、
各発熱体ごとに伝熱層が分離している場合には殆ど熱膨
張を考慮しなくてもよい。

第７図は、さらに別の気泡発生手段を示す図で、この例
は、熱エネルギー作用部の内壁側に配置された１対の放
電電極７ｏが、放電装置７１がら高電圧のパルスを受け
、記録液体中で放電をおこし、そ、の放電によって発生
する熱により瞬時に気泡を形成するようにしたものであ
る。

第８図乃至第１５図は、それぞれ第７図に示した放電電
極の具体例を示す図で、 第８図に示した例は、 電極７０を針状にして、電界を集中させ、効率よく（低
エネルギーで）放電をおこさせるようにしたものである
。

第９図に示した例は、 ２枚の平板電極にして、電極間に安定して気泡が発生す
るようにしたものである。針状の電極より１発生気泡の
位置が安定している。

第１０図に示した例は、 電極にほぼ同軸の穴をあけたものである。２枚の電極の
両穴がガイドになって１発生気泡の位置はさらに安定す
る。

第１１図に示した例は、 リング状の電極にしたものであり、基本的には第１０図
に示した例と同じであり、その変形実施例である。

第１２図に示した例は、 一方をリング状電極とし、もう一方を針状電極としたも
のである。リング状電極により、発生気泡の安定性を狙
い、針状電極により電界の集中により効率を狙ったもの
である。

第１３図に示した例は、 一方のリング状電極を熱エネルギー作用部の壁面に形成
したものである。これは、第１２図に示した例の効果に
加えて、基板上に平面的に電極を形成するという製造上
の容易さを狙ったものである。このような平面的な電極
は、蒸着（あるいはスパッタリング）や、フォトエツチ
ングの技術によって容易に高密度な複数個のものが製作
され得る。マルチアレイに特に威力を発揮する。

第１４図に示した例は。

第１３図に示した例のリング状電極形成部を電極の外周
にそった形状で周囲がら一段高くしたものである。やは
り１発生気泡の安定性を狙ったものであり、第１２図に
示したものよりも３次元的なガイドを付は加えた分だけ
安定する。

第１５図に示した例は。

第１４図に示した例とは反対に、リング状電極形成部を
、周囲から下へ落しこんだ構造としたもので、やはり、
発生気泡は安定して形成される。

肱−一来 以上の説明から明らかなように２本発明によると以下の
ような効果がある。

（１）請求項１の液体噴射記録装置においては、伝熱層
を設ける為、基板の種類にかかわらず、良好な吐出性能
を得ることができた。特に、１６本／ｌｌｌ１以上の超
高密度マルチノズルヘッドにおいては、従来、蓄積によ
って吐出不能であったものが、良好な吐出性能を得るこ
とができるという効果がある。また、さらに、ガラスや
アルミナ等の安価に大面積を得ることができる基板を用
いることが可能となり、フルライン型のヘッドを安価に
得ることができるー、また。４ＫＨｚを越える高周波数
駆動においても、極めて良好な放熱を行なうことができ
る。

（２）請求項２のように、熱エネ、ルギー発生体間に、
伝熱層が設けられていない部分を有する液体噴射記録装
置により、１６本／ｍｍ以上の超高密度で４　Ｋ　Ｈｚ
を越えるような駆動をしても良好な吐出を行なうことが
できる。また、熱によるクロストークを起こすことなく
、液滴速度バラツキを極めて小さくし、安定した吐出を
行なうことができる。また、さらに、伝熱層の熱膨張に
よる吐出方向バラツキを起こさず、良好な吐出を行なう
ことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明による液体噴射記録装置の一実施例を
説明するためのもので、発熱抵抗体を用いる気泡発生手
段の構成を説明するための図。 （ａ）は記録ヘッドのオリフィス側から見た正面部分図
、（ｂ）は（ａ）のＸ−Ｘ線で示す部分で切断した場合
の切断部分図、第２図は、バブルジェットによるインク
噴射の原理を説明するための図、第３図は、バブルジェ
ット記録ヘッドの全体斜視図、第４図は、本発明の伝熱
層パターンの一実施例を示す図、第５図は、第４図のパ
ターンのＹ−Ｙ断面図、第６図（ａ）〜（ｃ）は、他の
パターンを示す図、第７図は、放電を利用した気泡発生
手段の一例を説明するための図、第８図乃至第１５図は
、それぞれ第７図に示した放電電極の具体例を示す図で
ある。 １３・・・基板、１４・・・蓋基板、１５・・・オリフ
ィス、１Ｇ・・・液吐出部、１７・・・熱作用部、１８
・・・熱発生部、１９・・・熱作用面、２０・・・下部
層、２０−１・・・伝熱Ｊｅｆ、２０−２・・・蓄熱層
、２１・・・発熱抵抗層。 ２２・・・保護層、２３．２４・・・電極、２５・・・
流路壁。 特許出願人　　株式会社　リコー 第１図 （ｂ） 第３図 □ 第２図 第４図 （ｅ） Ｏ熔＝： ｔＱＩ 第 図 （ｂ＞ 第 図 （Ｃ） 図 第 図 第 図 第 図 第 図 第 図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、記録液を液滴として吐出するための吐出オリフィス
   と、該吐出オリフィスに連通した液路と、該液路内の前
   記記録液に熱エネルギーを作用させるための熱エネルギ
   ー発生体とを有し、前記熱エネルギー発生体が基板上に
   積層された下部層の上に設けられた液体噴射記録装置に
   おいて、前記下部層が少なくとも蓄熱層と伝熱層とによ
   り構成されることを特徴とする液体噴射記録装置。 ２、記録液を液滴として吐出するための吐出オリフィス
   と、該吐出オリフィスに連通した液路と、該液路内の前
   記記録液に熱エネルギーを作用させるための熱エネルギ
   ー発生体とを有し、前記熱エネルギー発生体が基板上に
   積層された下部層の上に設けられ、該下部層が少なくと
   も蓄熱層と伝熱層とにより構成される液体噴射記録装置
   において、前記伝熱層が少なくとも隣り合う前記熱エネ
   ルギー発生体間に設けられていない部分を有することを
   特徴とする液体噴射記録装置。