JPH03184863A - イングジェット記録ヘッドおよび該ヘッドの製造方法 - 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ヘッドに関し、詳しくはイ
ンクを吐出するための吐出口が形成される吐出口形成部
材（以下、オリフィスプレートともいう）を具えたイン
クジェットヘッドに関する。

［従来の技術］ この種のインクジェット記録ヘッドの主要部は、例えば
第５図および第６図に示すようにインクを吐出するため
のオリフィス４１（吐出口）を配設したオリフィスプレ
ート４０とこれら各オリフィスに連通したインク液路１
１０１用の溝を形成した天板と、インク液路４０１の一
部を構成し、かつ吐出エネルギーを発生する電気熱変換
素子１０１を持つ基板１００とで構成されている。

オリフィスプレートに配設されるオリフィスは微細なも
のであり、このオリフィスはインクジェット記録ヘッド
の吐出性能を左右する重要な要素である。従ってオリフ
ィスプレートは、微少なオリフィスを設けるための加工
性が良いこと、さらに、インクに直接接触するので耐イ
ンク性が良いこと、などの性能を必要とする。

従来、上記の性能を満たす材料として、ＳＵＳ。

ニッケル、Ｃｒ、ＡＩなどの金属板や、所望の厚みを簡
易にしかも安価に実現できる、ＰＰＩ、ＰＥＳ、ＰＥＥ
Ｋ、ＰＥなどの絹脂フィルム材などが用いられていた。

一方、近年の記録技術の進歩に伴って高速、高精細な記
録が要求されるようになりつつあり、このため、オリフ
ィスはその大きさ（オリフィス径）が微小で、かつ高密
度に形成されるようになってきた。この結果、オリフィ
スの加工法も様々な工夫がなされ、なかでもレーザー光
を用いた加工は、微細加工に適しているため、オリフィ
スの加工にも用いられている。

ところが、微小なオリフィスが形成されたオリフィスプ
レートと、オリフィスの各々に対応したインク液路を形
成した記録ヘッド本体とを接合することは極めて難しく
、オリフィスとインク液路との位置ずれが多少生じて吐
出性能が劣化し記録品位が低下することがあった。

また、接合に際してなんらかの接着剤を用いるが、位置
ずれにより接合時にその接着剤でインク液路を防いでし
まうこともあった。

このため、最近ではオリフィスプレートの材料としての
樹脂フィルムをヘッド本体に接合した後に、レーザー光
によってオリフィス加工をする方法がとられるようにな
った。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、従来の記録ヘッド加工方法やヘッド構成
では以下に説明する種々の問題点があった。

すなわちインクジェット記録ヘッドのオリフィスの形状
としては、吐出方向、吐出速度の安定性等の見地からイ
ンク液滴が吐出される方向に向かうほど径の小さくなる
テーバ状が望ましい。しかしながら、単一材質のフィル
ムにレーザー加工を施す場合、第６図に示すようにイン
ク液路に向かつて径の小さくなる逆向きテーパ状になる
という問題点があった。

また、−数的な記録ヘッド構成の問題点として、インク
ジェット記録ヘッドのオリフィスにゴくが付着したり詰
ったりする等の原因で吐出が不安定になり、記録品位の
低下や記録に欠けを生じることもあった。

本発明は、上述した問題点を解消するためになされたも
のであり、複数種類の材料を重層して構成したオリフィ
スプレートにオリフィスを加工することにより、これら
材料の記録ヘッド加工時に生じる応力の差を利用してオ
リフィス形状を適切なものとすることが可能なインクジ
ェット記録ヘッドの製造方法および記録ヘッドを提供す
ることを目的とする。

［課題を解決するための手段］ そのために本発明では、インク液滴を吐出するための吐
出口が設けられる吐出口形成部材を具えたインクジェッ
ト記録ヘッドの製造方法において、前記吐出口形成部材
を、複数の異なる部材を積層することによって構成する
工程と、前記積層の前または後に、前記複数の異なる部
材の各々に当該部材間相互に異なる大きさの内部応力を
発生させる工程と、前記積層によって構成された吐出口
形成部材に吐出口を形成する工程と、を有することを特
徴とする。

より好適には、前記吐出口形成部材は、２つの異なる部
材を積層することによって構成され、当該積層のインク
液滴の吐出方向と反対側の層が硬化収縮性を有する部材
によって構成され、該部材を硬化することにより当該積
層する他方の部材より大きな内部応力を発生させること
を特徴とする。

［作　用］ 以上の構成によれば、内部応力の異なる部材を積層する
ことにより構成される吐出口形成部材（オリフィスプレ
ート）に吐出口（オリフィス）を形成するため穴あけ加
工を行なうと、応力緩和により吐出口形成部材の穴の部
分は内部応力の大きい方に全体として曲げられる。

これにより、例えばイ・ンク液滴の吐出方向に向いその
断面積が小さくなる吐出口形状を得ることができ、また
、吐出口の位置を吐出口形成部材表面より後退させるこ
ともできる。

［実施例］ 以下、図面を参照して本発明の実施例を詳細に説明する
。

第１図は本発明の一実施例に係るインクジェット記録ヘ
ッドの斜視図であり、インクタンクを一体としたディス
ポーザブルなものである。

図に示すインクジェット記録ヘッドは、第５図に示した
ようにインク液路および共通液室を構成するための溝が
一体形成された天板と、シリコン基板（以下、ヒータボ
ード）とを接合して構成した記録ヘッド本体（不図示）
を具え、この接合により形成されるインク液路の開口を
配する開口配設面には、図に示すようにオリフィスプレ
ート４０ａ、４０ｂが貼り合わされる。前記Ｓｔ基板上
には、吐出エネルギーを発生する電気熱変換素子（以下
、吐出ヒータ）およびこれに電気信号を供給するための
アルく配線を成膜技術で形成しである。

また、図中６００は記録ヘッド本体に隣接して配置する
サブインクタンクであり、このサブインクタンク６００
および上記本体はＭ２Ｏ３および８００により支持され
る。さらに、１０００はカートリッジ本体、１１００は
カートリッジ本体の蓋部材である。

カートリッジ本体内部にはインクタンクを内蔵し、サブ
インクタンク６００に適宜インクを供給する。

第２図は本発明の一実施例によるインクジェット記録ヘ
ッド主要部の側断面図である。同図において、４０ａは
２種の材料からなるオリフィスプレートの一方のプレー
トであり、４０ｂはもう一方のオリフィスプレートであ
る。本実施例において、プレート４０ａの材料は厚さ約
２０μｍのＰＥフィルムを用いた。また、プレート４０
ｂは硬化収縮性を持つ物であればよいが、本実施例では
インク液路の開口面とプレート４０ａとを接着するため
の接着剤層を兼ねた以下に示す組成の接着剤を用いて形
成した。その組成は、エピコート８２８（油化シェルエ
ポキシ■）＝２エチル４メチルイくダゾール＝１０：４
である。

上述した記録ヘッドの製造方法を以下に説明する。

プレート４０ａとしてのＰＥフィルムにスピンナーまた
はロールコータ−でプレートＪｏｂを形成する接着剤を
塗布後、まず半硬化（１００℃５分）し、その後インク
液路の開口面にＰＥフィルムを接着し硬化（１２０℃４
時間、または１４０℃１時間）し応力を発生させた。

つぎに、オリフィスプレート４０ａ、４０ｂが接合され
た記録ヘッドにレーザー光によってオリフィスを加工す
る。本実施例では、エキシマレーザ−光を使用した。こ
の加工では、第３図に示すように、まず、オリフィスの
形状および配置に対応して設けられる穴９１を有したス
テンレス材のマスク９を用い、インク液路の開口とマス
ク９の穴９１と０ の位置合わせ後、エキシマレーザ−光をマスク９に数秒
間照射する。オリフィスプレート４０ａ、４０ｂはエキ
シマレーザ−光で照射した部分が除去され、オリフィス
４１が形成される。このとき、プレート４０ｂは上述の
硬化の過程で発生した収縮応力により縮もうとし、この
力とプレート４０ａ　との接着力との関係からオリフィ
スプレート４０ａ、４０ｂはインク液路側へ曲がり第２
図に示すような形状のオリフィス４１が形成される。

第２図に示すように先端に向かうほど径が小さくなる形
状は、上述の如く吐出速度の増加や安定化などの効果が
あり記録画像品位の向上につながる。さらに、オリフィ
スは加工前の平面よりインク液路側に第２図中に示すｄ
だけ後退した構造となり、ゴミ付着等による吐出不良防
止に効果がある。また、プレート４０ａ、４（ｌｂの組
み合わせを変えると、その応力発生の度合に応じてオリ
フィス形状を簡単かつ自由に制御可能となる。

また、上記実施例のようにプレート４０ａと４（ｌｂと
を接着した後、硬化収縮をするものとしたが、１ プレートどうしを接着する前に内部応力を発生ずる工程
を設けてもよい。

以上説明した記録ヘットは、第１図に示すようなカート
リッジ形態で得ることができ、さらにこれを用いて例え
ば第４図のようなインクジェットプリンタ、すなわち、
ディスポーザブルのカートリッジを装着可能なインクジ
ェットプリンタを構成することができる。

なお、第４図において８は第１図に示したカートリッジ
であり、このカートリッジ８は、押え部材８１でキャリ
ッジ１５の上に固定しである。これらはシャフト２１に
沿って長平方向に往復動可能にしである。また、キャリ
ッジ１５に対する位置決めは、例えば蓋３００に設けた
穴と、キャリッジ１５側に設けたダボ等で行う。さらに
、電気的接続は配線基板に設けた接続パッドに、キャリ
ッジ１５上のコネクタを結合すればよい。

記録ヘッドから吐出したインクは、記録ヘッドと微小間
隔をおいて、プラテン１９で記録面を規制した被記録材
１８に到達し、被記録材１８上に画像な　２ 形成する。

記録ヘッドには、ケーブルＩ６およびこれに結合する端
子を介して適宜のデータ供給源からのデータに応じた吐
出信号を供給する。カートリッジ８は、用いるインク色
等に応じて、１ないし複数個（図では２個）を設置可能
である。

また、第４図において、１７はキャリッジ１５をシャフ
ト２１に沿って走査するためのキャリッジモータ、２２
はモータ１７の駆動力をキャリッジ１５に伝達するワイ
ヤである。また、２０はプラテンローラ１９に結合して
被記録材１８を搬送するためのフィードモータである。

（その他） なお、本発明は、特にインクジェット記録方式の中でも
バブルジェット方式の記録ヘッド、記録装置において優
れた効果をもたらすものである。

かかる方式によれば記録の高密度化、高精細化が達成で
きるからである。

その代表的な構成や原理については、例えば、米国特許
第４７２３１２９号明細書、同第４７４０７９６号明３ 納置に開示されている基本的な原理を用いて行うものが
好ましい。この方式は所謂オンデマンド型、コンティニ
ュアス型のいずれにも適用可能であるが、特に、オンデ
マンド型の場合には、液体（インク）が保持されている
シートや液路に対応して配置されている電気熱変換体に
、記録情報に対応していて核沸騰を越える急速な温度上
昇を与える少なくとも１つの駆動信号を印加することに
よって、電気熱変換体に熱エネルギを発生せしめ、記録
ヘッドの熱作用面に膜沸騰を生じさせて、結果的にこの
駆動信号に一対一で対応した液体（インク）内の気泡を
形成できるので有効である。この気泡の成長、収縮によ
り吐出用開口を介して液体（インク）を吐出させて、少
なくとも１つの滴を形成する。この駆動信号をパルス形
状とすると、即時適切に気泡の成長収縮が行われるので
、特に応答性に優れた液体（インク）の吐出が達成でき
、より好ましい。このパルス形状の駆動信号としては、
米国特許第４４１ｉ３３５９号明細書、同第４３４５２
８２号明細書に記載されているようなもの４ が適している。なお、上記熱作用面の温度上昇率に関す
る発明の米国特許第４３１３１２４号明細書に記載され
ている条件を採用すると、さらに優れた記録を行うこと
ができる。

記録ヘッドの構成としては、上述の各明細書に開示され
ているような吐出口、波路、Ｎ気熱変換体の組合せ構成
（直線状液流路または直角液流路）の他に熱作用部が屈
曲する領域に配置されている構成を開示する米国特許第
４５５８３３３号明細書、米国特許第４４５９ｆｉ００
号明細書を用いた構成も本発明に含まれるものである。

加えて、複数の電気熱変換体に対して、共通するスリッ
トを電気熱変換体の吐出部とする構成を開示する特開昭
５９１２３６７０号公報や熱エネルギの圧力波を吸収す
る開孔を吐出部に対応させる構成を開示する特開昭５９
−１３８４６１号公報に基いた構成としても本発明の効
果は有効である。すなわち、記録ヘッドの形態がどのよ
うなものであっても、記録を確実に効率よく行いつるか
らである。

さらに、記録装置が記録できる記録媒体の最大５ 幅に対応した長さを有するフルラインタイプの記録ヘッ
ドに対しても本発明は有効に適用できる。

そのような記録ヘットとしては、複数記録ヘッドの組合
せによってその長さを満たず構成や、一体的に形成され
た１個の記録ヘッドとしての構成のいずれでもよい。加
えて、上側のようなシリアルタイプのものでも装置本体
に装着されることで、装置本体との電気的な接続や装置
本体からのインクの供給が可能になる交換自在のチップ
タイプの記録ヘット、あるいは記録ヘット自体に一体的
に設けられたカートリッジタイプの記録ヘッドを用いた
場合にも本発明は有効である。

また、本発明に記録装置の構成として設けられる、記録
ヘットに対しての回復手段、予備的な補助手段等を付加
することは本発明の効果を一層安定できるので、好まし
いものである。これらを具体的に挙げれば、記録ヘッド
に対してのキャッピング手段、クリーニング手段、加圧
或は吸引手段、電気熱変換体或はこれとは別の加熱素子
或はこれらの組み合わせによる予備加熱手段、記録と　
６ は別の吐出を行なう予備吐出モードを行なうことも安定
した記録を行なうために有効である。

また、搭載される記録ヘッドの種類ないし個数について
も、例えば単色のインクに対応して１個のみが設けられ
たものの他、記録色や濃度を異にする複数のインクに対
応して複数個数設けられるものであってもよい。

さらに加えて、本発明インクジェット記録装置の形態と
しては、コンピュータ等の情報処理機器の画像出力端末
として用いられるものの他、リーグ等と組合せた複写装
置、さらには送受信機能を有するファクシミリ装置の形
態を採るものであってもよい。

［発明の効果］ 以上の説明から明らかなように、本発明によれば内部応
力の異なる部材を積層することにより構成される吐出口
形成部材（オリフィスプレート）に吐出口（オリフィス
）を形成するため穴あけ加工を行なうと、応力緩和によ
り吐出口形成部材の７ 穴の部分は内部応力の大きい方に全体として曲げられる
。

これにより、例えばインク液滴の吐出方向に向いその断
面積が小さくなる吐出口形状を得ることができ、また、
吐出口の位置を吐出口形成部材表面より後退させること
もできる。

この結果、ゴミ等を原因とする吐出不良を防止すること
ができる。

また、あらかじめ形成した吐出口形成部材（オリフィス
プレート）に従来の吐出口（オリフィス）加工を施すだ
けで、従来よりすぐれた吐出性能で高信頼性のインクジ
ェット記録ヘッドを得ることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例にかかるインクジェット記録
ヘッドカートリッジの外観斜視図、第２図は第１図に示
したカートリッジを構成する記録ヘッド主要部の側断面
図、 第３図は第２図に示した記録ヘットのオリフィ　８ ス加工過程を示す模式的斜視図、 第４図は本発明の実施例に関する記録ヘッドカートリッ
ジを装着するインクジェットプリンタの一例を示す斜視
図、 第５図および第６図はインクジェット記録ヘッドの一従
来例を示すそれぞれ分解斜視図および側断面図である。 ４０ａ、４０ｂ・・・オリフィスプレート（吐出口形成
部材）、 ４１・・・オリフィス（吐出口）、 １００・・・基板（ヒータボード）、 １０１・・・電気熱変換素子、 ４００・・・天板、 ４０１・・・インク液路。 第 図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）インク液滴を吐出するための吐出口が設けられる吐
   出口形成部材を具えたインクジェット記録ヘッドの製造
   方法において、 前記吐出口形成部材を、複数の異なる部材を積層するこ
   とによって構成する工程と、 前記積層の前または後に、前記複数の異なる部材の各々
   に当該部材間相互に異なる大きさの内部応力を発生させ
   る工程と、 前記積層によって構成された吐出口形成部材に吐出口を
   形成する工程と、 を有することを特徴とするインクジェット記録ヘッドの
   製造方法。 ２）前記吐出口形成部材は、２つの異なる部材を積層す
   ることによって構成され、当該積層のインク液滴の吐出
   方向と反対側の層が硬化収縮性を有する部材によって構
   成され、該部材を硬化することにより当該積層する他方
   の部材より大きな内部応力を発生させることを特徴とす
   る請求項１に記載のインクジェット記録ヘッドの製造方
   法。 ３）前記吐出口の形成はエキシマレーザー光によって加
   工したことを特徴とする請求項１または２に記載のイン
   クジェット記録ヘッドの製造方法。 ４）請求項１ないし３のいずれかに記載の製造方法によ
   り製造されたことを特徴とするインクジェット記録ヘッ
   ド。 ５）前記記録ヘッドは、電気熱変換素子が発生する熱エ
   ネルギーを利用して前記インク液滴の吐出を行なうこと
   を特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載のイン
   クジェット記録ヘッドまたはインクジェット記録ヘッド
   製造方法。