JPH0469249A

JPH0469249A - インクジェットプリンタヘッド

Info

Publication number: JPH0469249A
Application number: JP18371890A
Authority: JP
Inventors: Minoru Ogawa; 実小川; Masashi Shimozato; 正志下里; Yoshiyuki Nozawa; 野沢　祥行
Original assignee: Tokyo Electric Co Ltd
Current assignee: Toshiba Tec Corp
Priority date: 1990-07-11
Filing date: 1990-07-11
Publication date: 1992-03-04

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ピエゾ方式などのインク
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、静粛で高密度印刷が可能なプリンタヘッドとして
インクジェットプリンタヘッドが開発された。これは、
所定の圧力発生手段でオリフィスからインク滴やインク
蒸気を吐出させて印刷用紙に定着させるもので、圧力発
生手段として電歪素子を利用したピエゾ方式の他、圧力
発生手段として発熱素子を利用するサーマル方式やバブ
ルジェット方式等が提案されている。これらの方式では
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。

ここで、バブルジェット方式のインクジェットプリンタ
ヘッドとは、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吐出
させるようになっている。

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、各種のものが存するが、例えば、特
公昭６３−５９９１１号公報や特公昭６３−５９９１４
号公報などに開示されたインクジェットプリンタヘッド
では、既存のサーマルヘッドと略同様な構造の基板上に
、オリフィスとなる長溝が連設された平板状の部材を取
付けた構造となっており、基板上の発熱抵抗体が選択的
に発熱駆動されることで所定のオリフィス内のインクに
気泡が生じてインク滴が吐出される。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の圧力が急激に上下することで
オリフィス先端から吐出されたインクがインク滴となっ
て飛翔する。

だが、上述のインクジェットプリンタヘッドでは、オリ
フィスの形状が直管状なのでインクの圧力変化は前後方
向に作用することになって圧力損失が過大である。

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では、発熱抵抗体の
部分で略直角に曲折した流路を形成してインクの圧力変
化がインク滴の噴射方向に良好に作用するようにしてい
る。

だが、上述のように流路が曲折したインクジェットプリ
ンタヘッドは、オリフィス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
めに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号公報や特開昭５９−２
０７２６１号公報に開示されているインクジェットプリ
ンタヘッドでは、発熱抵抗体が形成された基板上に発熱
抵抗体を囲む形状の圧力室の隔壁を形成し、この上にオ
リフィス板を接合した構造となっており、発熱抵抗体や
オリフィスに対して流路が対称に位置するようにしてイ
ンク滴の吐出方向の曲がりを解消できるようになってい
る。

だが、これらのインクジェットプリンタヘッドでは、発
熱抵抗体と流路とが同一平面上に位置しているので発熱
抵抗体の表面で発生する圧力が流路から流出することに
なってオリフィスに良好に伝達されない。

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
１図ないし第１６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ｌの主要構造は、第１３図及び第
１４図に例示するように、基板２と圧力室層３と供給路
層４及びオリフィス板５が順次積層された構造となって
いる。そして、第１１図に例示するように、このオリフ
ィス板５にアレイ状に連続形成されたオリフィス６と前
記基板２の表面に形成された圧力発生手段である発熱抵
抗体７とが各々同軸上に位置しており、この発熱抵抗体
７を略中心とする矩形環状の隔壁８が形成された前記圧
力室層３により前記オリフィス６の細心に対して対称形
の圧力室９が形成され、この圧力室９と対向する部分が
開口した前記供給路層４により前記オリフィス６の細心
に対して全周方向に開口したインク供給路１０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１
では、前記圧力室層３の隔壁８間にインク貯蔵室１１が
形成されており、このインク貯蔵室１１に連通したイン
ク補給孔１２が前記基板２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ｌの各部の構造を製造方法と共に以下に詳述する。

まず、第１５図に例示するように、前記基板２は厚さ０
．１〜１．０（ｍ＋）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（μｍ）
程度のＳｉｎ、やＡｌ、Ｏ，などからなる蓄熱層１３を
形成する。つぎに、この上に厚さ０．４（μｍ）のＴａ
ＡＱ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７どなる厚さ０．４（
μｍ）の抵抗層１４を形成し、同様に厚さ０．５（μｍ
）のＡｆｉからなる共通電極１５と個別電極１６とを各
々形成する。次に、これらの上に厚さ０．３（μｍ）程
度のＳｉ、Ｎ４やＳｉｏ、からなる第一の保護膜１７と
厚さ０．２（μｍ）程度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１８とを各々ＣＶ　［）　
（ＣｈｅｍｉｃａｌＶａｐｏｒ　Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ
）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７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２とは上述の
各部材１３〜１８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７等が形成された
基板２上に前記圧力室層３が形成されることになる。こ
の圧力室層３は、第１６図（ａ）。

（ｂ）に例示するように、前記基板２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１９を光バターニングして前
記隔壁８と外周部２０とを形成し、前記圧力室９と前記
インク貯蔵室１１とを設ける。

さらに、このインク貯蔵室１１を介して前記基板２にレ
ーザ加工で前記インク補給孔１２を形成する。例えば、
上述のようにして形成された圧力室９の形状としては前
記発熱抵抗体７を中心とする７０　Ｘ　７０　（μｍ）
の正方形となっており、前記隔壁８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２上に圧力室層３を
形成したものを第一のプレート２１と称し、前記供給路
層４と前記オリフィス板５とで形成されて前記第一のプ
レート２１に一体的に接合されるものを第二のプレート
２２と称するものとする。

そこで、この第二のプレート２２の構造を以下に説明す
る。まず、第１６図（ｃ）に例示するように、ＳＵＳ基
板等の治具基板２３上に所定パターンのマスク２４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２４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６を備えたオリフィス板５を形成する。これを
前記治具基板２３上から剥離させて前記マスク２４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２３上に再度固着させる。そ
こで、第１６図（ｄ）に例示するように、前記オリフィ
ス板５の上に未硬化の感光性ポリイミド２５を厚さ１０
（μｍ）に塗布し、第１６図（ｅ）に例示するように、
これを前述の圧力室層３と同様に加工して前記オリフィ
ス６を中心とする前記インク供給路ｌＯを形成する。こ
のようにして前記供給路層４が一体的に形成された前記
オリフィス板５を前記治具基板２３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２２が形成
される。

そして、第１６図（ｆ）、（ｇ）に例示するように、上
述のようにして製作した第一第二のプレート２１，２２
の少なくとも一方の外周部２０等に接着材（図示せず）
を塗布し、前記オリフィス６や前記発熱抵抗体７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ｌ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１は、各電極１５．１６に駆動回路（図示せず）
が接続されてインク補給孔１２に連通管等でインク槽（
共に図示せず）が連結され、第１１図に例示するように
、相対的に副走査移動する印刷用紙２６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１は、
各電極１５゜１６から電力が印加されて発熱抵抗体７が
発熱すると、これに接触しているインク２７が蒸発して
気泡２８が発生する。この時、この気泡２８の発生によ
るインク２７の圧力変化の伝播方向は、圧力室９に規制
されてオリフィス６に向かうことになる。そこで、この
オリフィス６からインク２７が吐出するタイミングに同
期して電極１５．１６からの電力供給が停止され、発熱
抵抗体７の温度が低下して気泡２８が収縮する。すると
、この気泡２８の収縮によるインク２７の圧力変化によ
ってオリフィス６から突呂していたインク２７の一部が
切断され、これがインク滴２７ａとなって飛翔する。そ
こで、発熱抵抗体７を選択的に発熱駆動して所定のオリ
フィス６からインク滴２７ａを飛翔させることで、相対
的に副走査移動する印刷用紙２６の表面に画像を形成す
ることができる。

なお、各圧力室９には、インク補給孔１２から順次補給
されるインク２７がインク貯蔵室１１からインク供給路
１０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１では、イ
ンク供給路１０と圧力室９との形状や発熱抵抗体７の位
置がオリフィス６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２７ａはオリフィス６の細心方向
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１では、基
板２上の発熱抵抗体７が隔壁８で囲まれてオリフィス６
と対向しているので、発熱抵抗体７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６に伝達さ
れることになり、そ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１では、各部の
配置がオリフィス６の軸心に対して対称なのでインク滴
２７ａの吐出方向が曲がることがなく、しかも、発熱抵
抗体７が隔壁８で囲まれているので圧力の伝達効率も良
好である。

だが、上述のインクジェットプリンタヘッド１では、圧
力室９が微細に形成された第一のプレート２１とオリフ
ィス６が微細に形成された第二のプレート２２とを接合
する構造になっているので、この接合に極めて精密な精
度が必要で生産性が低下している。さらに、微細な貫通
孔であるオリフィス６をアレイ状に連設する第二のプレ
ート２２は上述のように製作が容易でなく、やはりイン
クジェットプリンタヘッド１の生産性低下の要因となっ
ている。

課題を解決するための手段第一のプレートの表面に各々圧力発生手段と隔壁とから
なる多数の圧力室を直線状に連設し、第一のプレートに
接合される第二のプレートの圧力室と対向する位置に線
形の貫通溝を形成し、第一のプレートの圧力室内のイン
クに圧力発生手段で加えられる圧力を隔壁で偏向して第
二のプレートの貫通溝から圧力室毎にインク滴を吐出さ
せるようにした。

作用゛第一のプレートの圧力室内で圧力が加えられたインクを
第二のプレートに形成された貫通溝からインク滴として
吐出するので、従来の装置のように各圧力室毎に微細な
貫通孔であるオリフィスを形成することを要しないので
第二のプレートの製作が容易であり、かつ、この第二の
プレートのスリットと第一のプレートの圧力室との位置
整合も容易である。

実施例本発明の実施例を第１図ないし第１０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
２９では、第１図ないし第３図に例示するように、供給
路層を有しない第二のプレート３０に線形の貫通溝であ
るスリット３１が形成されており、例えば、このスリッ
ト３１と対向する第一のプレート３２の圧力室９の隔壁
３３は外周部２０よりも高さが低く形成されている。そ
して、これらの第一第二のプレート３２．３０が一体的
に接合された状態で、前記圧力室９の隔壁３３の先縁部
と前記第二のプレート３０の裏面との間に全周方向に開
口した間隙が形成され、これがインク貯蔵室１１と圧力
室９とを連通ずるインク供給路３４となっている。

ここで、第一のプレート３２の前記圧力室９の隔壁３３
は２０〜３０（μｍ）程度の高さに形成されており、少
なくとも発熱抵抗体７の表面で発生する気泡２８の最大
高さの１７２より高いことで圧力の偏向が良好になって
いる。そして、圧力室９と同一の３０〜５０（μｍ）程
度の幅にスリット３１が形成された第二のプレート３０
は、Ｎｉの電鋳部品、プレス加工品、成形加工品、エツ
チング加工品等で製作されている。

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２９は前述のインクジェットプリンタヘッドｌと
同様に、発熱抵抗体７の表面で発生する圧力を圧力室９
の隔壁３３で偏向してスリット３１からインク滴２７ａ
を突出する。

二こで、このインクジェットプリンタヘッド２９は、線
形に連続する圧力室９と対向してインク滴２７ａを吐出
するのが線形の貫通溝であるスリット３１になっている
。従って、このインクジェットプリンタヘッド２９は、
従来のインクジェットプリンタヘッドｌのように各圧力
室９毎に微細な貫通孔であるオリフィス６を形成するこ
とを要しないので第二のプレート３０の製作が容易であ
り、さらに、この第二のプレート３０のスリット３１と
第一のプレート３２の圧力室９との位置整合も比較的容
易なので、その生産性が極めて良好である。さらに、こ
のインクジェットプリンタヘッド２９では、第４図に例
示するように、圧力室９の隔壁３３を圧力室層３の外周
部２０よりも低くすることで、供給路層を形成すること
なくインク貯蔵室１１から圧力室９に連通するインク供
給路３４を形成し、より装置の生産性向上に寄与するよ
うになっている。

しかも、本実施例のインクジェットプリンタヘッド２９
では、第５図に例示するように、抵抗層１４のバターニ
ングを省略して電極１５．１６のパターンで発熱抵抗体
７を形成することで第一のプレート３２の生産性をも向
上させている。

ここで、上述のような第一のプレート３２の実際的な製
作方法の一例を以下に詳述する。まず、厚さ約０．５（
ｍｎ）のＳｉ基板２の表面を熱酸化させて厚さ約１．５
（μｍ）のＳｉｎ、からなる蓄熱層１３を形成し、この
上に厚さ約３０００（Ａ）にＴａ５ｉＯ，をスパッタリ
ング法で成膜して抵抗層１４を一様に形成し、さらに、
この上にスパッタリングで成膜した厚さ約５０００　（
人）のＡＱ膜をフォトリソグラフィ法でパターニングし
て各電極１５．１６を形成する。そして、これらの上に
ＣＶＤ法やスパッタリング法で厚さ約４０００（人）の
Ｓｉｎ、や５ｉＵｘからなる絶縁性が高い第一の保護膜
１７を形成し、さらに、この上にスパッタリング法や蒸
着法で厚さ約１０００（入）の耐キャビテーション性が
高いＴａやＴｉ或はＣｒ等からなる第二の保護膜１８を
形成する。

なお、上述の実施例では第一のプレート３２の圧力室９
の隔壁３３の先縁部と第二のプレート３０の裏面とを離
反させてインク供給路３４を形成することで、圧力室９
へのインク補給を良好にしたインクジェットプリンタヘ
ッド２９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、上述のようなスリット３１は長手方向に
沿って第一のプレート３２のインク貯蔵室１１と圧力室
９とを連通しているので、例えば、圧力室９の隔壁３３
の先縁部と第二のプレート３０の裏面とが接触してイン
ク供給路３４が存しない構造のインクジェットプリンタ
ヘッド（図示せず）も実施可能である。

また、上述のインクジェットプリンタヘッド２９では、
第二のプレート３０に上下で幅が同一のスリット３１を
形成したものを例示したが、本発明は上記構造に限定さ
れるものではなく、第６図に例示するように、第二のプ
レート３５に上部が幅狭く下部が拡開した貫通孔である
スリット３６を形成したインクジェットプリンタヘッド
３７〜３９なども実施可能である。ここで、このような
形状のスリット３６を形成した場合、第６図（ａ）に例
示するように、圧力室９の隔壁３３が第二のプレート３
５の裏面から離反していなくともインク供給路３４は形
成されるので、第６図（ｂ）に例示するように、圧力室
９の隔壁３３と第二のプレート３０の裏面とが同一面上
に位置するインクジェットプリンタヘッド３８や、第６
図（Ｃ）に例示するように、圧力室９の隔壁３３の上縁
部を第二のプレート３０のスリット３６内に位置するイ
ンクジェットプリンタヘッド３９なども実施可能である
。この場合、第６図（ｂ）に例示したインクジェットプ
リンタヘッド３８では、圧力室９の隔壁３３と外周部２
０とを同一高さに形成することができるので装置の生産
性向上に寄与することができ、第６図（Ｃ）に例示した
インクジェットプリンタヘッド３９では、圧力室９がら
スリット３６への圧力伝達効率を向上させて装置の高性
能化に寄与することができる。なお、上述のように上部
より下部が拡開したスリット３６は、例えば、上部幅が
約５０（μｍ）で下部幅が約１５０（μｍ）等に形成さ
れ、その形状としても図示したような両側部が直線状の
ものの他、両側部が湾曲したものや、これらの複合形な
ども実施可能である。

さらに、上述のインクジェットプリンタヘッド２９では
、第７図に例示するように、圧力室９の隔壁３３を正方
形の筒状に形成したものを想定したが、本発明は上記構
造に限定されるものでもなく、圧力室９の形状がスリッ
ト３１の軸心に対して対称形になれば良いので、第８図
や第９図に例示するように、円筒形や多角筒形の隔壁４
０，４１等も実施可能である。

また、上述のインクジェットプリンタヘッド２９では、
第１０ｒＩｆＪ（ａ）に例示するように、圧力室９の隔
壁３３で発熱抵抗体７を囲んだものを例示したが、本発
明は上記構造に限定されるものでもなく、発熱抵抗体７
の大部分が圧力室９の隔壁３３内に位置すれば機能する
ので、第１０図（ｂ）に例示するように、発熱抵抗体７
の表面上に圧力室９の隔壁３３を形成することも可能で
ある。

また、上述のインクジェットプリンタヘッド２９等では
、圧力発生手段として発熱抵抗体７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
利用したピエゾ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、第一のプレートの表面に各々圧
力発生手段と隔壁とからなる多数の圧力室を直線状に連
設し、この第一のプレートに接合される第二のプレート
の圧力室と対向する位置に線形の貫通溝を形成し、第一
のプレートの圧力室内のインクに圧力発生手段で加えら
れる圧力を隔壁で偏向して第二のプレートの貫通溝から
圧力室毎にインク滴を吐出させるようにしたことにより
、線形に連続する圧力室と対向してインク滴を吐出する
のが線形の貫通溝であり、従来の装置のように各圧力室
毎に微細な貫通孔であるオリフィスを形成することを要
しないので第二のプレートの製作が容易であり、かつ、
この第二のプレートのスリットと第一のプレートの圧力
室との位置整合も容易なので、インクジェットプリンタ
ヘッドの生産性向上に寄与す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分解斜視図、第２図は斜
視図、第３図は各部を分解した平面図、第４図は縦断側
面図、第５図は要部の縦断側面図、第６図は第一第二第
三の変形例を示す縦断側面図、第７図（ａ）は要部の平
面図、第７図（ｂ）は側面図、第８図（ａ）は第三の変
形例を示す要部の平面図、第８図（ｂ）は側面図、第９
図（ａ）は第四の変形例を示す要部の平面図、第９図（
ｂ）は側面図、第１０図（ａ）は要部の平面図、第１０
図（ｂ）は第五の変形例を示す平面図、第１１図は特願
平１−２９４２４０号に開示された先行技術を示すイン
クジェットプリンタヘッドの縦断側面図、第１２図は各
部を分解した平面図、第１３図は分解斜視図、第１４図
は斜視図、第１５図は要部の縦断側面図、第１６図は製
作工程図である。７・・・圧力発生手段、９・・・圧力室、２９．３７〜
３９・・・インクジェットプリンタヘッド、３０，３５
・・・第二のプレート、３１．３６・・・貫通溝、３２
・・・第一のプレート、３３，４０．４１・・・隔壁漢
、３図（ａ）（ｂ）３５図」７図ＪＣ図３ｑ図１０図（ａ）Ｕ　ＪＺ図（ａ）（ｂ’）ス

Claims

【特許請求の範囲】

表面に各々圧力発生手段と隔壁とからなる多数の圧力室
が直線状に連設された第一のプレートと、連続する前記
圧力室と対向する位置に線形の貫通溝が形成されて前記
第一のプレートに接合される第二のプレートとからなり
、前記第一のプレートの圧力室内のインクに前記圧力発
生手段で加えられる圧力を前記隔壁で偏向して前記第二
のプレートの貫通溝から前記圧力室毎にインク滴を吐出
させるようにしたことを特徴とするインクジェットプリ
ンタヘッド。