JPH0447947A - インクジェットプリンタヘッド - 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 本発明はバブルジェット方式やオンデマンド方式などの
インクジェットプリンタヘッドに関するものである。

従来の技術 近年、インクジェットプリンタヘッドの一つとして、オ
リフィス後方の圧力室内に充填したインクの一部を瞬間
的に加熱して蒸発させ、形成される気泡の体積変化によ
る圧力でインク滴をオリフィスから噴射するバブルジェ
ット方式のものが開発された。これは、サーマルヘッド
に関する既存の技術を応用することができるため、簡易
に高性能なインクジェットプリンタヘッドを得られる方
式として期待されている。

このようなバブルジェット方式のインクジェットプリン
タヘッドとしては、特公昭６３−５９９１１号公報や特
公昭６３−５９９１４号公報などに開示されている装置
が存する。このインクジェットプリンタヘッド１は、第
８図及び第９図に例示するように、下面に長溝が連設さ
れた溝蓋２が平坦な基板３上に固定されてオリフィス４
がアレイ状に形成され、このアレイ方向に長溝が形成さ
れた供給室蓋５が前記溝蓋２の後部に取付けられて前記
各オリフィス４に連通した供給室６が形成されている。

ここで、この供給室６にはインク槽（図示せず）に連結
される補給管７が取付けられており、前記基板３の上面
には各オリフィス４毎に発熱抵抗体８が共通電極９と個
別電極１０とを介して形成されている。なお、これらの
部材８〜ｌＯは既存のサーマルヘッドと略同様な構造に
形成されている。

このような構成において、このインクジェットプリンタ
ヘッド１では、インク槽から補給管７を経て供給された
インク１１が供給室６を介して各オリフィス４内に充填
される。そこで、各電極９゜１０から供給される電力で
発熱抵抗体８が選択的に発熱駆動されることで所定のオ
リフィス４内のインク１１に気泡が生じてインク滴（共
に図示せず）が噴射される。なお、このような気泡の発
生及び消失はμｓ程度の微小時間で行なわれ、この微小
時間内でインク１１の圧力が急激に上下することでオリ
フィス４先端から吐出されたインク１１がインク滴とな
って飛翔する。

だが、上述のインクジェットプリンタヘッド１では、オ
リフィス４の形状が直管状なのでインク１１の圧力変化
は前後方向に作用することになって圧力効率が低い。

そこで、このような課題を解決したものとしては特公昭
６３−６３５６号公報と特公昭６３−６３５７号公報及
び特公昭６３−６３５８号公報に開示されている装置が
存する。例えば、特公昭６３−６３５６号公報に開示さ
れたインクジェットプリンタヘッド１２では、第１０図
及び第１１図に例示するように、後面に長溝が連設され
た流路部材１３を溝蓋２の前面に取付けることで発熱抵
抗体８の部分で略直角に曲折したインク供給路である流
路１４を形成し、この流路１４毎にオリフィス１５が形
成されたオリフィス板１６が前記流路部材１３の上面に
取付けられている。

このような構成において、このインクジェットプリンタ
ヘッド１２は、流路１４を発熱抵抗体８の部分で略直角
に曲折した形状とすることで、気泡の発生消失時に発生
するインク１１の圧力変化がインク滴の噴射方向に良好
に作用するようにして圧力効率を向上させている。なお
、例示した図面ではインク滴は上方に噴射されることに
なる。

だが、それでもインク１１の圧力変化が供給室６内に伝
導されるため、この供給室６を介して連通された各オリ
フィス４間に相互干渉が発生しやすく、画像品質が低下
しがちである。

そこで、第１２図に例示するように、上記公報には流路
１４を形成する溝蓋２の長溝内に凸部１７を形成するこ
とで、発熱抵抗体８から供給室６に伝達される圧力変化
を低減するようにしたインクジェットプリンタヘッド１
８も開示されている。

だが、数１０（μｍ）程度に形成される流路１４内に上
述のような凸部１７を形成することは実際には困難であ
り、装置の生産性が極度に低下するなどして実用的でな
い。

そして、上述のように流路１４が曲折したインクジェッ
トプリンタヘッド１２．１８では、オリフィス１５の軸
心に対して圧力変化の作用方向や連続吐出時のりフィー
ル方向が非対称であるため、このオリフィス１５から吐
出されるインク滴の飛翔方向が曲がってしまう。

このような課題に対する対策としては、オリフィスに対
する圧力発生手段の相対的位置を変位させることが提案
されているが、この変位量の最適値は温度変化や経年変
化によるインクの粘性の変化などによって異なるもので
あり、正確な流体解析を実施することも困難なので実用
的でない。

さらに、特開昭５８−８６５９号公報に開示されている
インクジェットプリンタヘッド１９や特開昭５９２０７
２６１号公報に開示されているインクジェットプリンタ
ヘッド２０では、第１３図や第１４図に例示するように
、基板３上に形成された発熱抵抗体８を囲む形状の隔壁
２１の上にオリフィス板２２を取付け、−個のオリフィ
ス２３に対して複数のインク供給路である流路２４を形
成した装置が開示されている。例えば、インクジェット
プリンタヘッド１９の真中のオリフィス２３やインクジ
ェットプリンタヘッド２０では、発熱抵抗体８やオリフ
ィス２３に対して流路２４が対称に位置するので、イン
ク滴の吐出方向の曲がりを解消することができる。だが
、これらのインクジェットプリンタヘッド１９．２０で
は、発熱抵抗体８と流路１４，２４とが同一平面上に位
置しているので、発熱抵抗体８の位置で発生する圧力が
流路１４゜２４から流出することになってオリフィス２
３に良好に伝達されない。このため、これらのインクジ
ェットプリンタヘッド１９．２０では、装置の駆動効率
が低下して機器の省力化が阻害されている。

そこで、上述のようなインク滴の吐出方向の曲がりや圧
力の伝達効率の低下などの課題を解決したインクジェッ
トプリンタヘッドとしては、本出願人が特願平１−２９
４２４０号において提案した装置が存する。そこで、こ
のインクジェットプリンタヘッドを先行技術として第１
５図ないし第２０図に基づいて説明する。このインクジ
ェットプリンタヘッド２５の主要構造は、第１７図及び
第１８図に例示するように、基板２６と圧力室層２７と
供給路層２８及びオリフィス板２９が順次積層された構
造となっている。そして、第１５図に例示するように、
このオリフィス板２９にアレイ状に連続形成されたオリ
フィス３０と前記基板２６の表面に形成された圧力発生
手段である発熱抵抗体３１とが各々同軸上に位置してお
り、この発熱抵抗体３１を略中心とする矩形環状の隔壁
３２が形成された前記圧力室層２７により前記オリフィ
ス３０の軸心に対して対称形の圧力室３３が形成され、
この圧力室３３と対向する部分が開口した前記供給路層
２８により前記オリフィス３０の細心に対して全周方向
に開口したインク供給路３４が形成されている。なお、
このインクジェットプリンタヘッド２５では、前記圧力
室層２７の隔壁３２間にインク貯蔵室３５が形成されて
おり、このインク貯蔵室３５に連通したインク補給孔３
６が前記基板２６に形成されている。

つぎに、上述のような構造のインクジェットプリンタヘ
ッド２５の各部の構造を製造方法と共に以下に詳述する
。まず、第１９図に例示するように、前記基板２６は厚
さ０．１−１．０（μｍ）程度の放熱性が良好なＳｉウ
ェハー等で形成されており、この表面に厚さ２．０（μ
ｍ）のＳ　ｉｏ、やＡｌ、Ｏ，などからなる蓄熱層３７
を形成する。つぎに、この上に厚さ０．４（μｍ）のＴ
ａＡＱやＴａＮをスパッタリングしてエツチングでパタ
ーニングすることで前記発熱抵抗体３１となる厚さ０．
４（μｍ）の抵抗層３８を形成し、同様に厚さ０．５（
μｍ）のＡＱからなる共通電極３９と個別電極４０とを
各々形成する。そして、これらの上に厚さ０．３（μｍ
）程度のＳｉ、Ｎ４やＳ　ｉｏ、からなる第一の保護膜
４１と厚さ０．２（μｍ）の耐キャビテーション性が良
好なＴａからなる第二の保護膜４２とを各々ＣＶＤ法や
スパッタリングで順次積層形成する。

なお、上述のようにして形成された発熱抵抗体３１の形
状は、例えば、６０　Ｘ　６０　（μｍ）の正方形にな
っている。また、以下の説明では、前記基板２６とは上
述の各部材３７〜４２が形成された状態のものを意味す
る。

そして、上述のようにして発熱抵抗体３１等が形成され
た基板２６上に前記圧力室層２７が形成されることにな
る。この圧力室層２７は、第２０図（ａ）、（ｂ）に例
示するように、前記基板２６上に塗布して半キユア（乾
燥）させた厚さ３０（μｍ）の感光性樹脂の一つである
感光性ポリイミド４３を光パターニングして前記隔壁３
２と外周部４４とを形成し、前記圧力室３３と前記イン
ク貯蔵室３５とを設ける。さらに、このインク貯蔵室３
５を介して前記基板２６にレーザ加工で前記インク補給
孔３６を形成する。例えば、上述のようにして形成され
た圧力室３３の形状としては前記発熱抵抗体３１を中心
とする７０　Ｘ　７０　（μｍ）の正方形で、前記隔壁
３２の幅は３０（μｍ）になっている。

ここでは上述のようにして前記基板２６上に圧力室層２
７を形成したものを第一のプレート４５と称し、前記供
給路層２８と前記オリフィス板２９とで形成されて前記
第一のプレート４５に一体的に接合されるものを第二の
プレート４６と称するものとする。

そこで、この第二のプレート４６の構造を以下に説明す
る。まず、第２０図（Ｃ）に例示するように、ＳＵＳ基
板等の治具基板４７上に所定パターンのマスク４８を取
付けてＮｉを厚さ４０（μｍ）に電鋳し、この電鋳した
Ｎｉがマスク４８の周囲に盛り上がることを利用して末
端部より先端部が細い最小径が５０（μｍ）程の前記オ
リフィス３ｏを備えたオリフィス板２９を形成する。こ
れを前記治具基板４７上から剥離させて前記マスク４８
を取外した後に厚さ０．１（μｍ）のＡｕメツキ（図示
せず）を行なって前記治具基板４７上に再度固着させる
。

そこで、第２０図（ｄ）に例示するように、前記オリフ
ィス板２９の上に未硬化の感光性ポリイミド４９を厚さ
１０（μｍ）に塗布し、第２０図（ｅ）に例示するよう
に、これを前述の圧力室層２７と同様に加工して前記オ
リフィス３０を中心とする前記インク供給路３４を形成
する。このようにして前記供給路層２８が一体的に形成
された前記オリフィス板２９を前記治具基板４７上から
取外して所定形状に切断することで、前記第二のプレー
ト４６が形成される。

そして、第２０図（ｆ）、（ｇ）に例示するように、上
述のようにして製作した第、−第二のプレート４５．４
６の少なくとも一方の外周部４４等に接着材（図示せず
）を塗布し、前記オリフィス３０や前記発熱抵抗体３１
の細心を一致させた状態で互いに圧着することでインク
ジェットプリンタヘッド２５が製作される。

このような構成において、このインクジェットプリンタ
ヘッド２５は、各電極３９．４０に駆動回路（図示せず
）が接続されてインク補給孔３６に連通管等でインク槽
（共に図示せず）が連結され、第１５図に例示するよう
に、相対的に副走査移動する印刷用紙５０に対向配置さ
れる。そこで、このインクジェットプリンタヘッド２５
は、各電極３９．４０から電力が印加されて発熱抵抗体
３１が発熱すると、これに接触しているインク５１が蒸
発して気泡５２が発生する。この時、この気泡５２の発
生によるインク５１の圧力変化の伝播方向は、圧力室３
３に規制されてオリフィス３０に向かうことになる。そ
こで、このオリフィス３０からインク５１が吐出するタ
イミングに同期して電極３９．４０からの電力供給が停
止され、発熱抵抗体３１の温度が低下して気泡５２が収
縮する。

すると、この気泡５２の収縮によるインク５１の圧力変
化によってオリフィス３ｏから突出していたインク５１
の一部が切断され、これがインク滴５Ｌａとなって飛翔
する。そこで、発熱抵抗体３１を選択的に発熱駆動して
所定のオリフィス３０からインク滴５１ａを飛翔させる
ことで、相対的に副走査移動する印刷用紙５０の表面に
画像を形成することができる。なお、各圧力室３３には
。

インク補給孔３６から順次補給されるインク５１がイン
ク貯蔵室３５からインク供給路３４を経て供給されるこ
とになる。

そして、このインクジェットプリンタヘッド２５では、
インク供給路３４と圧力室３３との形状や発熱抵抗体３
１の位置がオリフィス３０の軸心に対して対称になって
いるので、この部分での圧力変化の作用方向やりフィー
ル方向が対称であり、インク滴５１ａはオリフィス３０
の軸心方向に飛翔することになる。

しかも、このインクジェットプリンタヘッド２５では、
基板２６上の発熱抵抗体３１が隔壁３２で囲まれてオリ
フィス３０と対向しているので、発熱抵抗体３１の表面
で発生する圧力が側方などに流出することなくオリフィ
ス３０に向かって偏向されることになり、装置の駆動効
率が良好で機器の省力化も実現できる。

発明が解決しようとする課題 上述したインクジェットプリンタヘッド２５では、各部
の配置がオリフィス３０の細心に対して対称なのでイン
ク滴５１ａの吐出方向が曲がることがなく、しかも、発
熱抵抗体３１が隔壁３２で囲まれているので気泡５２に
より発生する圧力がオリフィス３０に向かって良好に偏
向される。

しかし、このようにしてオリフィス３０に向かう圧力は
、実際には隔壁３２の上端部を超えると一部が側方に拡
散してインク供給路３４から流出することになる。この
ため、上述のようなインクジェットプリンタヘッド２５
の圧力損失を低減して駆動効率をより良好にする提案が
要望されている。

課題を解決するための手段 前面にオリフィスが位置してインク供給路が連通された
圧力室内に圧力発生手段を設ける構造で、少なくとも圧
力発生手段と圧力室を形成する隔壁とが形成された第一
のプレートと少なくともオリフィスが形成された第二の
プレートとを接合したインクジェットプリンタヘッドに
おいて、圧力発生手段を全周方向から囲んで圧力室を形
成する隔壁を形成し、圧力室とオリフィスとを略連通す
る内側面が形成されると共に内部側より外部側が拡開し
たインク供給路がオリフィスの軸心に対称に形成された
圧力伝達壁を隔壁上に形成した。

作用 圧力発生手段を全周方向から囲んで圧力室を形成する隔
壁の上に、圧力室とオリフィスとを略連通する内側面が
形成されると共に内部側より外部側が拡開したインク供
給路が形成された圧力伝達壁を形成したことで、圧力室
内で発生して隔壁でオリフィスに向かって偏向された圧
力は、圧力伝達壁の内側面に沿って側方に拡散すること
なくオリフィスまで伝達されるのでインク滴の突出が良
好に行なわれ、しかも、圧力伝達壁のインク供給路によ
る圧力損失は、インク供給路が形状的にインクが流出し
にくい流体特性を備えているので微小であり、さらに、
このような特性を備えたインク供給路が形状的に外部か
ら内部にはインクが流入しやすい流体特性を備えている
ので、圧力室へのインクの供給は良好で装置の応答性な
どが阻害されることもない。

実施例 本発明の実施例を第１図ないし第７図に基づいて説明す
る。まず、本実施例のインクジェットプリンタヘッド５
３では、第１図に例示するように、壁厚が厚く形成され
た圧力室３３の隔壁５４の上に、圧力室３３とオリフィ
ス３０とを連通ずるように圧力伝達壁５５が形成されて
いる。

ここで、これらの隔壁５４と圧力伝達壁５５とを形成す
る下部圧力室層５６と上部圧力室層５７とは、各々が感
光性ポリイミドで５〜１５（μｍ）程度の層厚に形成さ
れており、圧力室３３は一辺７０（μｍ）程度の正方形
に形成され、前記隔壁５４の壁厚は１００（μｍ）程度
で前記圧力伝達壁５５の壁厚は３０（μｍ）程度となっ
ている。

そして、この圧力伝達壁５５には、第２図及び第３図に
例示するように、正方形の圧力室３３に連続する内側面
５８が四隅に形成されると共に四辺にインク供給路５９
が形成されており、このインク供給路５９は圧力室３３
．側よりもインク貯蔵室３５側が拡開した形状に形成さ
れてインクが流入しやすく流出しにくい流体特性を備え
ている。

なお、このインクジェットプリンタヘッド５３でも、前
記圧力伝達壁５５の各部５８．５９の形状及び配置はオ
リフィスの細心に対して対称になっている。

このような構成において、このインクジェットプリンタ
ヘッド５３では、発熱抵抗体３１の表面で発生して隔壁
５４でオリフィス３０に向かって偏向された圧力は、圧
力伝達壁５５の内側面５８に沿って側方に拡散すること
なくオリフィス３０まで良好に伝達されるので、このオ
リフィス３０からはインク滴５１ａが高効率に突出され
る。

ここで、圧力室３３内の圧力をオリフィス３０まで伝達
する圧力伝達壁５５にはインク供給路５９が形成されて
いるが、これは形状的にインクが流出しにくい流体特性
を備えているので、オリフィス３ｏに向かうインク５１
の圧力損失は微小である。そして、このような特性を備
えた圧力伝達壁５５のインク供給路５９は、外部から内
部にはインク５１が流入しやすい流体特性を備えている
ので、圧力室３３へのインク５１の供給は良好で装置の
応答性などが阻害されることはない。

つまり、このインクジェットプリンタヘッド５３では、
インク５１が流入しやすく流出しにくいインク供給路５
９が形成された圧力伝達壁５５で圧力室３３とオリフィ
ス３０とを連通したので、圧力室３３からオリフィス３
０への圧力の伝達効率と圧力室３３へのインク５１の供
給効率とを両立させることができ、装置の省力化や高性
能化に寄与することができる。

なお、このインクジェットプリンタヘッド５３では、オ
リフィス板２９と基板２６とが圧力室３３の隔壁５４と
圧力伝達壁５５とで連結されているので、装置全体の剛
性が高く耐久性が良好である。しかも、このインクジェ
ットプリンタヘッド５３では、発熱抵抗体３１と同一平
面上に位置する圧力室３３の隔壁５４は壁厚が厚いので
、発熱抵抗体３１の表面で発生する圧力によって隔壁５
４に破壊が生じることも防止されている。

また、本実施例のインクジェットプリンタヘッド５３で
は、圧力伝達壁５５がオリフィス板２９の裏面に接合さ
れているものを例示したが、本発明は上記構造に限定さ
れるものではなく、第５図に例示するように、これらの
部材２９．５５間に間隙が存するインクジェットプリン
タヘッド６０なども実施可能である。なお、このインク
ジェットプリンタベツド６０では、図示するように、オ
リフィス板６１に形成されたオリフィス６２の形状は先
端部が細く末端部が拡開して・いるので、圧力室３３内
で発生した圧力が圧力伝達壁５５の上端部を超えても、
側方などに拡散することなくオリフィス６２内に良好に
伝達されるようになっている。ここで、上述のような形
状のオリフィス６２を備えたオリフィス板６１は、等方
性エツチングで突出型を形成した治具基板（図示せず）
を利用することなどで簡易に形成できることは、本呂願
人が平成２年５月１６日に特許出願した「インクジェッ
トプリンタヘッドの製作方法」に開示されている。

さらに、本実施例のインクジェットプリンタヘッド５３
では、圧力室３３を形成する隔壁５４を個々に分割した
ものを例示したが、第６図及び第７図に例示するように
、隔壁６３を各圧力室３３毎に分割しない一層として形
成したインクジェットプリンタヘッド６４なども実施可
能である。この場合、隔壁６３を分割する工程が省略さ
れるので装置の生産性を向上させることができる。

また、上述のインクジェットプリンタヘッド５３．６０
．６４では、圧力発生手段として発熱抵抗体３１を利用
するバブルジェット方式のものを例示したが、本発明は
上記方式に限定されるものでもなく、圧力発生手段とし
て電歪素子を利用したオンデマンド方式のものにも適用
可能である。

発明の効果 本発明は上述のように、前面にオリフィスが位置してイ
ンク供給路が連通された圧力室内に圧力発生手段を設け
る構造で、少なくとも圧力発生手段と圧力室を形成する
隔壁とが形成された第一のプレートと少なくともオリフ
ィスが形成された第二のプレートとを接合したインクジ
ェットプリンタヘッドにおいて、圧力発生手段を全周方
向から囲んで圧力室を形成する隔壁を形成し、圧力室と
オリフィスとを略連通する内側面が形成されると共に内
部側より外部側が拡開したインク供給路がオリフィスの
細心に対称に形成された圧力伝達壁を隔壁上に形成した
ことにより、圧力室内で発生して隔壁でオリフィスに向
かって偏向された圧力は、圧力伝達壁の内側面に沿って
側方に拡散することなくオリフィスまで伝達されるので
インク滴の突出が良好に行なわれ、しかも、圧力伝達壁
のインク供給路による圧力損失は、インク供給路が形状
的にインクが流出しにくい流体特性を備えていることか
ら微小であるので、装置の駆動効率を向上させて省力化
を実現することができ、さらに、上述のような特性を備
えたインク供給路が形状的に外部から内部にはインクが
流入しやすい流体特性を備えているので、圧力室へのイ
ンクの供給は良好で装置の応答性などが阻害されること
もなく、簡易な構造で駆動効率や応答性が良好なインク
ジェットプリンタヘッドを得ることができる等の効果を
有するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例を示す縦断側面図、第２図は要
部の斜視図、第３図は平面図、第４図は各部を分解した
平面図、第５図は第一の変形例を示す縦断側面図、第６
図は第二の変形例を示す縦断側面図、第７図は各部を分
解した平面図、第８図は第一の従来例を示す正面図、第
９図は縦断側面図、第１０図は第二の従来例を示す縦断
側面図、第１１図は分解斜視図、第１２図は第三の従来
例を示す縦断側面図、第１３図は第四の従来例を示す分
解斜視図、第１４図は第五の従来例を示す斜視図、第１
５図は本出願人が特願平２−５８８８１号として出願し
たインクジェットプリンタヘッドの縦断側面図、第１６
図は各部を分解した平面図、第１７図は分解斜視図、第
１８図は斜視図、第１９図は要部の縦断側面図、第２０
図は製作工程図である。 ３０．６２・・・オリフィス、 ３３・・圧力室、５３，６０゜ トプリンタヘッド、５４，６ 力伝達壁、５８・・・内側面、５ ３１・・・圧力発生手段、 ６４・・・インフジエラ ３・・・隔壁、５５・・・圧 ９・・・インク供給路 呂 願 人 東京電気株式会社 図 」 図 あ 佳図 （ａ） （ｂ） （Ｃ） （ｃｌ） （ａ） ７図 （ｂ） （Ｃ） （ｄ） ３」６図 （ａ） （ｂ’） ス

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 前面にオリフィスが位置してインク供給路が連通された
   圧力室内に圧力発生手段を設ける構造で、少なくとも前
   記圧力発生手段と前記圧力室を形成する隔壁とが形成さ
   れた第一のプレートと少なくとも前記オリフィスが形成
   された第二のプレートとを接合したインクジェットプリ
   ンタヘッドにおいて、前記圧力発生手段を全周方向から
   囲んで圧力室を形成する隔壁を形成し、前記圧力室と前
   記オリフィスとを略連通する内側面が形成されると共に
   内部側より外部側が拡開したインク供給路が前記オリフ
   ィスの軸心に対称に形成された圧力伝達壁を前記隔壁上
   に形成したことを特徴とするインクジェットプリンタヘ
   ッド。