JPH0373349A - インクジェットヘッド及びそれを具備するインクジェット装置 - 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、一般にインクと呼ぶ、記録液を種々の方式に
よって小滴化し、このインク小滴の被記録面への付着を
以て記録を行なうインクジェット記録装置に適用される
ヘッド部の構成に関する。

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なえる所謂インク
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、現在もなに１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
記録液の液滴（ｄｒｏｐｌｅｔ　）を吐出、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０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シ、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ＵＳＰ３５９６
２７５　　（Ｓｗｅｅｔ方式）　、ＵＳＰ　３２９８０
３０（Ｌｅｗｉｓ　ａｎｄ　Ｂｒｏｗｎ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、−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ＵＳＰ３
７４７１２０に開示されている方式（Ｓ　ｔ　ｅｍｍ　
ｅ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アイスよりイ
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
記録を行なうものである。

これが、所謂、オンデイマント方式である。

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（つ咬り、’ｉ−，？　
５．！昭５２−１１８７９８号）に於て提案されている
。この新規方式は、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って生じる作用力に
従って、先の作用室に付設したオリフィスより１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なう方式ところで、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。

その中でも特に重要な課題は、より高速のインクジェッ
ト記録を行なう目的から、記録ヘッ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、１つの吐出口から吐出するインク滴
の大きさや、その吐出速度或は、吐出方向が常時、−様
となるような記録ヘッドを構成するのも大切なこととさ
れる。

しかしながら、斯かる記録ヘッ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、容易なことではない。

たとえば、元来、細孔を以て１つのノズル部を構威し、
その複数個を合体してマルチアレイの記録ヘッドを完成
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（例えば、８本
／Ｈ程度以上）に集合するには、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ッドを歩
止まり良く得ることは更に容易なことではない。

そこで、本発明の主たる目的は、叙上の技術的課題を満
足した記録ヘッドを提供すること、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）出力装置を提供することである。

本発明の別の目的は、高速度でしかも、高解像度の良品
位記録を長期に亘って保証する新規構成の記録ヘッドを
提供することにある〇又、本発明に於ては、細密にして
高精度に加工された記録ヘッ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は、要するに、
細孔から成る記録液の流路を有し、前記細孔に通じてい
る吐出口から、前記流路に在る記録液を小滴にして吐出
、飛翔させ、この小滴の被記録面への付着を以て記録を
為す記録ヘッドであって、前記吐出口を所定数、並設す
ると共に、これと同数の前記細孔を前記吐出口の配列密
度とぼり同密度で並列に配設してあることを特徴とする
記録ヘッドである。

即ち、本発明に於ける１つの特徴は、記録用インクの吐
出口とそれに通じたインク流路に在る作用部（・・・イ
ンクに吐出力を付与する部位）とが、共に、高密度（例
えば、８本／闘以上）でマルチアレイ配置されることに
ある。

参考迄に述べれば、従来、この種のインクジェット記録
ヘッドにあっても、吐出口に就いては、例えば、８本／
朋程度の密度であってもその配列は可能であると考えら
れていた。しかし、作用部に就いては、主としてその機
能上の制約から、本発明が可能とした８本／闘以上の高
密度での配列は未だ実現されていない。

又、本発明に於ける他の特徴は、作用部を含むインク・
Ｚｉ路が、微細溝を刻設した基板に、別の平板を機檄的
に圧着固定するか或は貼着周定すると言う従来になく簡
略な手法によう構成されることにある。

なふ・、本発明では、上記微細溝の刻設手法としては、
大別して２通りある。

その１つは、ガラス、石英、セラミックス。

シリコンウエノ・、プラスチック、金属等から成る平板
にマイクロカッターを用いて、巾、数廂以上、深さ、１
０μｍ〜２５０μｍ程度の大きさの溝を、ピッチ約１０
μｍ以上の範囲で任意に切削形成する方法である。

又、別の方法は、感光性ガラス（例えば、７オトセラム
等）に所望の微細溝パターンを焼込んだ後、所謂、エツ
チング液により、その露光部を蝕刻成形するものである
。なお、この方法には、通常、切削部に見られるチッピ
ング、マイクロクラップ等の欠損箇所が全く残らない点
及び、焼込みパターンが一様である限り、微細溝形状が
常に一様化される点に前者の方法に比較して有利さがあ
る。

又、上記の溝付き基板と別の平板とを圧着固定する方法
を採る場合には、互すの圧着面を、表面粗さで約１μｍ
以下の平滑面にしてしくのが望オしい。これは、圧着面
を平滑にして、両者の′！！ｊ着性を十分に高めて、得
られた所定のインク流路から、そこに生じた作用力が他
の流路に不要にも伝播するのを防止する意図からである
。

ここで、図示例に沿った一実施例に従って本発明を詳説
する。

この実施例では、マルチアレイ記録ヘッドの組立工程に
従った説明が為される。

第１図に、記録ヘッドの作用室部分を構成するための２
つの構成部品Ａ、Ｂが略画的斜視図によって描かれてい
る。第１図ｆａｌ　Ｆｉ部品Ａを、又、第工図１ｂｌは
部品Ｂを夫々描いた図である。

構成部品Ａは、下記の手順に従って作成される。

先ず、アルカリ金属弗化物系感光性ガラス（８１（）２
　ｒ　Ｌ１２０１　ＮｔＯｌ”ｚｏｒ　Ａ４０ｓ　＋　
Ａｕ＋　ｌ’ｄＺｃｌ　＋ＣｅＯ，を含む組成物）の平
板を両面共に研磨処理した後、１００ｍｍＸ　１００ｍ
ｍ　（厚さ、２ａｘ）ノ大きさに切断する。この種、感
光性ガラスの市販品としては、フオトセラム、フォトフ
オーム（商品名：コーニング社製）等があシ、何れを使
用しても良い。次に、このようにして準備された感光性
ガラス板ＰＧに対して、不図示の情レーザーを６２０ｎ
ｍに励起したダイレーザー光の３１０　ｎｍのカップリ
ング波を取シ出し、１００１１ｍピッチ、　５０１Ｊｍ
巾の干渉縞を焼込んだ０なむ、この干渉縞ｔｉ９０ｍ　
ｘ　９ｏ　＃１１の面内では均一なものであった。又、
上記レーザー光源の電力はＩＯＷであって、感光性ガラ
スは、波長、３１０μｍＫ　Ｃｅ”＋の吸収があるので
、この吸収に応じた波長のレーザー光によって選択的に
露光が為された。干渉縞の焼込み後、約６００’Ｑで１
時間、ガラス板ＰＧを加熱して、その結晶化を行なった
。このガラス板ＰＣの面を更に平滑にする目的で、約０
．１　ｎの厚さで研磨処理した後、更に、この研磨面の
反対面に樹脂コートをし、そのガラス板ＰＣを約５％Ｈ
Ｆ水溶液中に浸漬して超音波を掛けながらエツチングを
行なった。

因に、このエツエングに於ては、ガラス板ＰＣ中で結晶
化された部分のエツチング速度が非晶質部分のそれに較
べて十分に速く、実際に、２０：工程度の二りチングレ
ートの差があった。

以上の処理によって、第１図国に示すとふ・す、ガラス
板ＰＧＶｃＵ、断面５０μｍ、　Ｘ　５０μｍの長尺溝
ＬＶが所定数、形成された。なか、この溝ＬＶとしては
、叙上の実施例に限らず、露光光学系等を調節して、賂
々、１０μｍ×１０μｍ〜１５０μｍ×１５０μｍの断
面積、ピッチ３０μｍ〜２００μｍの範囲で自由に形成
することが可能である。

次に、このようにして長尺溝ＬＶを刻設したガラス板Ｐ
Ｇの溝付き面にディッピング法によつて接合剤としての
エポキシ樹脂を塗工する。

この際、ガラス板ＰＣの引き上げを、前記溝ＬＶの軸線
と平行な方向に行なえば、形成された溝ＬＶの壁面に沿
っては譬均−なエポキシ樹脂の塗膜が得られる。しかる
後、この塗膜を１００’０で約５分間、予備乾燥し、半
硬化させた後、ガラス板ＰＧを所定の大きさに切断して
部品Ａを得た。なお、接合剤としては、上記エポキシ樹
脂に限るものではない。ここで用いられる接合剤は、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、フェ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図へ）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［
ｂｌのＸ−Ｙ線に於ける断面図で示すとレリ、アルミナ
、単結晶シリコン或はアルミニウム、鉄１等の金属等か
ら成る基板（厚さ、約０．６ｆｌ）１の片面に、蓄熱層
（ｓｉｏ！スパッタ膜２〜３μｍ）２、発熱抵抗体層（
ＦＩｆＢ、スパッタ膜５００〜１００ＯＡ）　　３、電
極層（アルミニウム蒸着層７００〜８００Ａ＞４、保護
層（，５ｌｏｚスパッタ膜１μｍ）５、目止Ｆｉｉ（パ
リレン、シリコーン、　Ｔａ、Ｏ，等のスパッタ膜）６
を順次、積層した後、所定の大きさに切断して得られる
。

な釦、この際、電極層４は所定パターンにエツチングさ
れ、第１図＋ｂ＋に斜視図で略示するとかシ、個別リー
ド電極ＰＥ、及び共通リード電極ＣＥに分離される。そ
して、同時に、発熱抵抗体層３Ｉｌｉ所定数、所定パタ
ーンＨＴで露出する。この発熱抵抗体パターンＨＴの巾
／は、前記溝ＬＶの巾とは！同程度にするのが望オしい
。

又、第２図に示した保護層５及び目止層６は、場合によ
っては積層されない。しかる後、基板１ば、部品Ｂとし
て、所定の大きさに切断される。なお・、溝ＬＶの外部
から信号が入力される型式の記録ヘッドを構成するとき
は、部品Ｂは単なる平板であって良い。このようにして
作成された部品Ａ、Ｂは、第３図に示すとかね、溝ＬＶ
と、発熱抵抗体パターンＨＴとが対応位置にくるように
位置合せを行なった後、互に場合される。次に、これ等
を約１００℃で１０分間加熱して不図示の接合剤層を更
に半硬化させ、ここで−度、位置ズレ、或は＃１ｌＬＶ
の目詰υ等の有無を確認する。このチエツクで否（Ｎｏ
　）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。なか、部品Ａは廃棄する。そして、欠
陥のない場合（ＹＥＳ）には、１００’０で５０分間、
１８０’Ｏで２時間の加熱を行なって接合剤層を完全硬
化させる。その後、溝ＬＶの目詰シの有無を再度、確認
し、欠陥がない場合（ＹＥＳ）には、組立た作用部ブロ
ーツク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
継室ブロックＤの組立を行なう。

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ック
Ｃとの位置合せを行なった後、約６０′０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−は他部品
への接合剤の流れ込み等の有無を確認する。

このチエツクで否（Ｎｏ）の場合は、ブロック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（ＹＥＳ）には、約６０′Ｃで３０
分間の加熱を行なっ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せを行なっ
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（Ｎｏ）の場合は
前工程と同様に洗浄し、欠陥のない場合（ＹＥＳ）には
約６０℃で３０分間加熱を行なって接合剤を硬化させる
。

次に、天板部品ＧＫ接合剤を塗布して位置合せを行なっ
た後、約６０゛０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ない、否（ＮＯ）の
場合は前工程と同様に洗浄し、欠陥のない場合（ＹＥＳ
）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１でのに組立てられ
たブロッ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、ゆっくり行な
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（Ｎｏ）の場合は、前工程と同様に洗
浄し、再利用を行なう。欠陥のない場合（ＹＥＳ）には
、約６０℃で３０分間、更にｉｏｏ’ｏで１０分間の加
熱を行ない完全硬化を行なう。

このようにして、作用部ブロックＣの後部への中継室ブ
ロックＤの接続が完了する。その後、作用部ブロックＣ
のうち、吐出オリフィスＯＲの設置端面ＯＦを、研磨砂
（Φ１０００以上）を用いて研磨し、平滑面になるよう
成形する。続いて、研磨中にオリフィスＯＲから細溝Ｌ
Ｖの中にばいｂ込んだ研磨砂および不要物等を取り除く
ために、洗浄を行なう。ここで、オリフィス設置端面Ｏ
Ｆが完全に平面になっているか否か、更に、細溝ＬＶの
中が完全に洗浄されているか否かを確認し、研磨が不完
全の場合は研磨をやシ直し、続いて洗浄を行なう。同様
に確認を行ない、否の場合（Ｎｏ＞には、この工程をく
り返し、欠陥のなし場合（ＹＥＳ）には、ブロックＣと
ブロックＤとの合体組立品を乾燥させる。

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０ 次に、以上で得られた記録ヘッドを使用して行なうイン
クジェット記録の一具体例を第４図示例に従って説明す
る。なか、この第４図では、説明の便宜上、各構成ブロ
ックが分離した状態に描かれている。しかし、実際には
、叙上のとかり、各構成部品及びブロック間が接合によ
り一体化されていることは言う迄もない。

つ１す、この図示例では、先ず、部品■、「を通じて、
各作用室４内に記録用インクの導入を行なう。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
こに熱的パルスが発生し、その結果、インクは瞬時に状
態変化を起こす。この状態変化によって、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ＬＶに連絡して設けた吐出オリフィスＯＲより小
液滴となって吐出・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って記録が為される。

実際に、下記の実験条件で下記組成のインクを用いて叙
上のとおり完成した記録ヘッドによるインク吐出実験を
行なったところ、１０１回以上、安定したインク滴の吐
出が為され、得られたドツトは、はＹ−様であった。

信号パルス条件 （発熱体１個当り） インク組成 次いで、又別の実施例に就いて説明する。この実施例で
も、マルチアレイ記録ヘッドの組立工程に従った説明が
為される。

第５図−に、記録ヘッドの作用室部分を構成するための
２つの構成部品Ｉ、Ｊが略画的斜視図によって描かれて
いる。第５図（麿１は部品工を、又、第５図ｆｂｌは部
品Ｊを夫々、描いた図である。

構成部品Ｉは、下記の手順に従って作成される。

先ず、表面粗さが０．５μｍ以下になるよう研磨したシ
リコンウェハを計５枚用意し、その各々に、半導体チッ
プスクラバー用カッターを用いて所定数の＃ＬＶを切削
した。この時、各シリコンウェハには、夫々異なった大
きさの溝が切削形成された。

具体的には、 ■　断面１０μｍ角の溝を２０μｍピッチで切削したも
の、 ■　２０　、ａｍ角の溝を４０μｍピッチで、■　３０
μｍ角の溝を６０μｍピッチで、（リ　４０μｍ角の溝
を８０μｍピッチで、（Ｆり　６０μｍ角の溝を１２０
μｍピッチで、夫々、切削した計５枚のシリコンウェハ
から成るプレートＳＰが作成された。そして、各、プレ
ー）ＳＰを所定の大きさに切断して部品工〔第５図ｆｉ
ｌ　）を得た。

これとは別に、先の第１図１ｂ＋、第２図の図示例に於
て説明したのとはＸ同様の手法で構成部品Ｊを作成する
。なお、ここでは、上記５種のプレー）ＳＰの溝Ｌ　Ｖ
の形状及び、大きさに対応する発熱抵抗体パターンＩＴ
を備えた、計５枚の部品Ｊ　（この表面の粗さは、約１
．０μｍ以下である。）が作成された。

このようにして得られた対応する部品工とＪとは、第６
図に示すとかり、各溝ＬＶと発熱抵抗体パターンＨＴと
が対応位置にくるように位置合せを行なった後、互に層
合される。しかる後、図示の如く、部品ＩとＪとを層合
したものを任意の平板ｐｐ、　、　ｐｐ、とて両面から
挾んで緊締することによって、両部品は正系固定される
。

なト、この時、両部品が極く薄い為破損し易いから、緊
締圧力を適宜、調整するよう留意する必要がある。

このようにして、夫々、５０Ｐ　ｅ　ｅ／朋Ｈ２５Ｐｅ
　ｌ！／”　＋１６．７Ｐｅｅ／１１ｍ　、　１２．５
Ｐｅ／／ｍ　、　８．３Ｐｅ／？／籠の密度で、インク
流路となる＃ＬＶを持つ計５個の作用部ブロックＫが構
成された。

以後、第４図示例に関して説明したのとはＸ同様の手法
で記録ヘッドを組立た後、それ音用いてインク滴吐出実
験を行なった処、安定したインク滴吐出が連続して為さ
れた。

なに１本発明ヘッドに於ては、情報信号人力手段を上記
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、これを、例えば、ピエゾ振動子に代
えるか、或は、インクに熱エネルギーを入力できる他の
手段に代えることができる。その−例として不図示の輻
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、レーザー照射にかつて、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なうこと
ができるので、ヘッドの内部＃ｆ造が極めて簡略化され
ると言う利点がある。

以上に詳説した本発明によれば、下記のと釦り、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性、発
生されるインク滴の均一性、入力４６号に対する応答性
に優れｆＣ記録ヘッドが、得られるばかりか、精密加工
が容易に行なえ、高密度でルチオリフイス化された記録
ヘッドを簡単な手順で得ることができる。又、本発明の
記録ヘッドは、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図国、第１図（ｂｌ、第２図、第３図及び第４図は
、本発明ヘッドの組立工程に沿った一実施例の説明図、
第５図（ａ）、第１図１ｂ＋及び第６図は、本発明の別
の実施例の説明図である。図に於て、 １は基板、３は発熱抵抗体層、４は′１！極層、ＰＧは
感光性ガラス板、ＨＴは発熱抵抗体パターン、ＣＥ　、
ＰＥはリード電極、ＬＶは溝、ＯＲは吐出オリフィス、
ＳＰはシリコンウェハブレート、ｐｐ、　、　ｐｐ、は
平板、Ａ、Ｂ、Ｅ、ＥＥ’、Ｆ、Ｇ、Ｈ，イ、Ｉ、Ｊは
構成部品、Ｃ，Ｄ、には構成ブロックである。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 細孔から成る記録液の流路を有し、前記細孔に通じてい
   る吐出口から、前記流路に在る記録液を小滴にして吐出
   、飛翔させ、この小滴の被記録面への付着を以て記録を
   為す記録ヘッドであつて、前記吐出口を所定数、並設す
   ると共に、これと同数の前記細孔を前記吐出口の配列密
   度とほゞ同密度で並列に配設してあることを特徴とする
   記録ヘッド。