JPH06171088A - インクジェット記録ヘッド - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 第２の凹部１１にゴミが停滞しないようなイ
ンク流路を有するインクジェット記録ヘッドを提供す
る。 【構成】 チャネル基板１には、異方性エッチングによ
り、チャネル溝３とインクリザーバ４が形成されてい
る。ヒーター基板２には、絶縁層８、厚膜樹脂層９が形
成されている。厚膜樹脂層９には、ヒーター７が底部に
設けられた第１の凹部１０と、チャネル基板１の未エッ
チング部６をバイパスしてチャネル溝３とインクリザー
バ４を連結する第２の凹部１１が設けられる。厚膜樹脂
層９の厚みを厚くし、第２の凹部１１の実効断面積がチ
ャネル溝の実効断面積よりも大きくなるように形成す
る。これにより、フィルタを通過したチャネル溝３の実
効断面積程度以下の小さいゴミが、この第２の凹部１１
に停滞するのを防ぐことができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、インクジェット記録ヘ
ッドのインク流路に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より用いられているインクジェット
記録ヘッドとしては、例えば、特願平３−３４８５２５
号公報や、特願平４−１１８３４５号公報の従来例に記
載されているようなものがある。図４は、従来のインク
ジェット記録ヘッドにおいてインク噴射素子付近をチャ
ネル溝の軸方向に垂直に切った断面図である。図中、１
はチャネル基板、２はヒーター基板、３はチャネル溝、
４はインクリザーバ、５はノズル、６は未エッチング
部、７はヒーター、８は絶縁層、９は厚膜樹脂層、１０
は第１の凹部、１１は第２の凹部、Ｌ１はチャネル溝の
高さ、Ｌ２は厚膜樹脂層の厚みである。図４に示す記録
ヘッドにおいては、チャネル溝とインクリザーバとを連
結する流路を、厚膜樹脂層９に形成された第２の凹部１
１によって形成する。

【０００３】チャネル基板１には、異方性エッチングに
より、チャネル溝３とインクリザーバ４が形成され、チ
ャネル溝３の開口部がノズル５となっている。ヒーター
基板２には、ヒーター７が形成され、ヒーター７に駆動
電流を供給するための電極、保護膜等が形成されている
が、これらの詳細は図示を省略した。また、ヒーター基
板２には、絶縁層８、厚膜樹脂層９が形成されている。
厚膜樹脂層９には、熱硬化性樹脂などが用いられる。こ
れら２枚の基板が接合されて個々のヘッドチップに切断
分離され、記録ヘッドが作製される。

【０００４】第１の凹部１０は、ピットと呼ばれるもの
で、絶縁層８および厚膜樹脂層９をパターニングして形
成され、ヒーター７上で発生したバブルの横方向への成
長を抑制し、バブルのノズル５からの逸脱や、空気の吸
い込みの防止を図るものである。また、第２の凹部１１
は、絶縁層８の下に配置されている配線や駆動回路（図
示せず）等をインクの侵入から守るために、絶縁層８を
底部に残し、チャネル基板１の未エッチング部６に対応
した位置に厚膜樹脂層９をパターニングして形成されて
いる。ここで、厚膜樹脂層９の厚みＬ２は、第２の凹部
の流路部の高さに相当する。

【０００５】このようなインク流路を有する従来のイン
クジェット記録ヘッドにおいては、チャネル部とインク
リザーバを連結する第２の凹部１１にゴミが停滞し続
け、インクの供給が妨げられるという現象が発生する。
インクの供給が妨げられると、この凹部に連通したノズ
ル５から噴射されるインク滴は非常に小さくなり、また
は、インク滴が吐出されなくなり、記録された画像が劣
化する。チャネル部３とインクリザーバ４を連結する第
２の凹部１１にゴミが停滞し続ける原因は、インクリザ
ーバを形成する厚膜樹脂層９の厚みＬ２が薄く、ゴミが
第２の凹部１１を通過できないためである。

【０００６】インクジェット記録ヘッドに供給されるイ
ンクは、インクジェット記録ヘッドの外部に設けられ
た、図示しないフィルタによりゴミが除去されている。
しかし、除去されるゴミの大きさは、ある程度以上の大
きさのものだけである。微小なゴミを除去するために
は、フィルタの開口径を小さくする必要があるが、フィ
ルタ開口径を小さくすると、フィルタ部の流体抵抗が大
きくなってインク流入に支障が生じたり、フィルタの作
成コストが増大する問題が発生する。そのため、フィル
タでは、必要以上に微小なゴミは除去しないようにして
いる。従来より用いられてきたフィルタは、チャネル溝
３に停滞しない程度のゴミを除去するものであり、通常
は３０〜６０μｍの高さのチャネル溝に停滞しない程度
以上の大きさのゴミだけが除去されていた。

【０００７】一方、厚膜樹脂層９の厚みＬ２は、従来最
も薄い場合には、約５μｍであり、非常に薄い。そのた
め、第２の凹部１１のインク流路が狭く、フィルタを通
過したゴミが第２の凹部１１を通過できず、この部分に
滞留することとなる。そのため、ノズル５から噴射され
るインク滴は非常に小さくなり、または、インク滴が吐
出されなくなり、記録された画像が劣化するという問題
があった。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上述した事
情に鑑みてなされたもので、第２の凹部１１にゴミが停
滞しないようなインク流路を有するインクジェット記録
ヘッドを提供することを目的とするものである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、インクリザー
バおよび複数のチャネル溝が形成されたチャネル基板
と、厚膜樹脂層を有し上記インクリザーバと各チャネル
溝を連結する複数の凹部が形成されたヒーター基板を接
着して、インク流路を形成するインクジェット記録ヘッ
ドにおいて、上記凹部の実効断面積が上記チャネル溝の
実効断面積よりも大きくなるように形成されていること
を特徴とするものである。

【００１０】

【作用】本発明によれば、ヒーター基板上に形成される
インクリザーバと各チャネル溝を連結する凹部の実効断
面積を、インク噴射を行なうチャネル溝の実効断面積よ
りも大きくしたことにより、フィルタを通過したチャネ
ル溝の実効断面積以下の大きさのゴミは、凹部に停滞し
なくなる。

【００１１】

【実施例】図１は、本発明のインクジェット記録ヘッド
の一実施例を示すインク噴射素子付近をチャネル溝の軸
方向に垂直に切った断面図である。図中、図４と同様な
部分には同じ符号を付して説明を省略する。Ｌ３は第２
の凹部１１のヒーター基板側からの端部からチャネル基
板側の未エッチング部までの距離、Ｌ４は第２の凹部１
１のインクリザーバ側の距離である。図４とほぼ同様の
構成を有しているが、厚膜樹脂層９の厚みＬ２が厚く形
成してあり、そのため、第２の凹部１１の高さが高くな
るように構成されている。そして、この第２の凹部１１
の実効断面積をチャネル溝３の実効断面積よりも大きく
なるように構成している。このようなインクジェット記
録ヘッドによれば、図示しないフィルタの開口部を通過
してヘッド内に侵入した、チャネル溝３の実効断面積程
度以下の小さいゴミは、チャネル溝３の実効断面積より
も大きな実効断面積を有する第２の凹部１１を通過でき
るので、この第２の凹部１１にゴミが停滞しなくなる。

【００１２】本発明のインクジェット記録ヘッドの一実
施例の第１の具体例について説明する。ヘッド内に侵入
するゴミの形状は不定のため、かなり悪い状態では、図
２（Ａ）に示すように、チャネル溝の断面方向に細長い
形状のゴミ１２が通過する場合が考えられる。このよう
な場合を考慮し、第１の具体例では、チャネル溝３の三
角形の高さ、つまりチャネル溝３の深さに相当するゴミ
がフィルタを通過することを想定した場合でも、第２の
凹部にゴミが停滞しないように、第２の凹部のインク流
路を形成するヒーター基板２上の厚膜樹脂層９の膜厚Ｌ
２を、チャネル溝３の深さよりも厚くし、チャネル溝の
深さ程度以下の大きさのゴミは第２の凹部１１に停滞し
ないように構成することができる。

【００１３】第１の具体例では、チャネル溝３の深さＬ
１を３４．６μｍ、ヒーター基板の厚膜樹脂層９の厚み
Ｌ２は、Ｌ１の３４．６μｍよりも厚い４０μｍとし
た。また、絶縁層の厚みを５μｍ、第２の凹部１１のヒ
ーター基板側からの端部からチャネル基板側の未エッチ
ング部までの距離Ｌ３を８０μｍ、未エッチング部６の
厚みｄを２０μｍ、第２の凹部１１のインクリザーバ側
の距離Ｌ４を８０μｍとした。このようなインクジェッ
ト記録ヘッドは、特開平１−１４８５６０号公報に記載
されているような方法で作成することができる。

【００１４】上述のような寸法のインクジェット記録ヘ
ッドを、プリント基板やヒートシンク等とともに、実際
にプリンタ上で動作できるように組み立て、これをプリ
ンタに搭載し、繰り返し画像を印字して、画質、特に、
ドット抜けや線の細り等画質欠陥を評価した。評価方法
としては、通常の環境下で２０枚のプリントを連続して
印字した後、ワイピング、プライミング等のメンテナン
ス操作を行なう。このような印字実験を２０回繰り返
し、合計４００枚のプリントを行なった後、インクカー
トリッジを１０回交換し、合計４０００枚のプリントの
画質欠陥を評価した。

【００１５】第１の具体例のインクジェット記録ヘッド
を用いた場合の、ゴミの停滞による画質劣化を評価した
結果、いくつかのヘッドでは４０００枚のプリント中、
特定の数ノズルに対応するドットが他のノズルよりやや
小さくなったが、問題となるほどの欠陥ではなかった。
これは、厚膜樹脂層の膜厚Ｌ２が４０μｍと、チャネル
溝の深さである３４．６μｍよりも厚いため、第２の凹
部の流路中のゴミが停滞しなくなったためである。

【００１６】本発明のインクジェット記録ヘッドの一実
施例の第２の具体例について説明する。第２の具体例で
は、ヘッド内に侵入するゴミの形状を、図２（Ｂ）に示
すように、チャネル溝の断面方向に円形と考えた場合で
あり、三角形の内接円直径に相当するゴミ１３がフィル
タを通過する場合を想定している。第２の凹部のインク
流路を形成するヒーター基板の厚膜樹脂層の膜厚Ｌ２
を、インク噴射を行なうチャネル溝の断面方向の内接円
直径よりも厚く形成することにより、チャネル溝の内接
円直径程度以下の大きさのゴミは第２の凹部１１に停滞
しなくなる。

【００１７】第２の具体例では、チャネル溝深さＬ１の
３４．６μｍに対し、ヒーター基板２上の厚膜樹脂層９
の膜厚Ｌ２を、チャネル溝３の断面方向の内接円の直径
２３μｍよりも厚い２５μｍとした。このような寸法の
インクジェット記録ヘッドを作成し、上述の第１の具体
例と同様の方法で評価を行なった。この具体例のインク
ジェット記録ヘッドにおける、ゴミの停滞による画質劣
化を評価した結果は、第１の具体例と同様に、問題とな
るほどの欠陥はなかった。これは、厚膜樹脂層の膜厚Ｌ
２が２５μｍあり、チャネル溝の断面方向の内接円直径
２３μｍよりも厚いため、第２の凹部の流路中にゴミが
停滞しなくなったためである。

【００１８】本発明のインクジェット記録ヘッドの一実
施例の第３の具体例について説明する。第３の具体例
は、ゴミの形状が変形しやすいと考えた場合であり、図
２（Ｃ）に示すように、チャネル溝３の断面方向の三角
形の面積をＳとした場合、図２（Ｄ）に示すように、厚
膜樹脂層のインク流路幅Ｗに対し、厚膜樹脂層の膜厚Ｌ
２を、Ｓ／Ｗよりも厚く形成する。これにより、厚膜樹
脂層のインク流路断面積Ｓｂがチャネル溝の断面積Ｓよ
りも大きくなり、チャネル溝の断面積Ｓ程度以下の大き
さのゴミは、これより大きな断面積Ｓｂを有する第２の
凹部１１を変形して通過することができ、第２の凹部１
１に停滞しなくなる。

【００１９】第３の具体例では、チャネル溝の断面積Ｓ
は、図３（Ａ）に示すように、チャネル溝が二等辺三角
形であることから、チャネル溝の深さＬ１と、底角αか
ら求めることができる。チャネル溝の深さＬ１は３４．
６μｍとする。チャネル溝３は異方性エッチングにより
作成されるので、底角αは一定であり、α＝５４．７゜
である。これらの値から三角形の幅は４９μｍとなり、
チャネル溝の断面積Ｓ＝８４７．７μｍ² と算出され
る。さらに、厚膜樹脂層のインク流路断面形状は、図３
（Ｂ）に示すように矩形であり、インク流路幅をＷ＝５
４μｍ、厚膜樹脂層の膜厚Ｌ２を２０μｍとし、厚膜樹
脂層のインク流路断面積Ｓｂを１０８０μｍ² とし、厚
膜樹脂層のインク流路断面積Ｓｂをチャネル溝の断面積
Ｓよりも大きくした。

【００２０】このような寸法のインクジェット記録ヘッ
ドを作成し、第１の具体例と同様の方法で評価を行なっ
た。この第３の具体例のインクジェット記録ヘッドにお
ける、ゴミの停滞による画質劣化を評価した結果は、第
１、第２の具体例の場合と同様に、問題になるほどの欠
陥はなかった。これは、厚膜樹脂層の膜厚Ｌ２が２０μ
ｍあり、チャネル溝の断面積Ｓを厚膜樹脂層のインク流
路幅Ｗで割ったＳ／Ｗ＝１５．７μｍよりも厚いため、
第２の凹部の流路中にゴミが停滞しなくなったためであ
る。

【００２１】上述の第１乃至第３の具体例では、侵入す
るゴミが、それぞれ、チャネル溝の断面方向に細長い形
状の場合、チャネル溝の断面方向に円形と考えた場合、
ゴミの形状が変形しやすいと考えた場合について、厚膜
樹脂層９の膜厚Ｌ２を求め、試作して評価を行なった
が、厚膜樹脂層９の膜厚Ｌ２は、上述の具体例の寸法に
限られるものではない。すなわち、フィルタの開口部の
大きさや、インクに含まれるゴミの大きさ、ゴミの質等
に応じて、上述の具体例で用いた寸法の中間の値や、そ
れらよりも大きな、または、小さな寸法にすることも可
能である。

【００２２】

【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、チャネル溝とインクリザーバを連結する第２
の凹部の実効断面積を、インクの噴射を行なうチャネル
溝の実効断面積よりも大きくなるように形成したことに
より、フィルタを通過したチャネル溝の実効断面積程度
以下のゴミは、第２の凹部に停滞せず通過するため、ノ
ズルから噴射されるインク滴が小さくなったり、ンク滴
が吐出されなくなるという記録画像の劣化を減少させる
ことができるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明のインクジェット記録ヘッドの一実施
例を示すインク噴射素子付近をチャネル溝の軸方向に垂
直に切った断面図である。

【図２】 チャネル溝の断面とゴミの関係の説明図であ
る。

【図３】 第３の具体例におけるチャネル溝と厚膜樹脂
層の厚膜の関係の説明図である。

【図４】 従来のインクジェット記録ヘッドにおいてイ
ンク噴射素子付近をチャネル溝の軸方向に垂直に切った
断面図である。

【符号の説明】

１ チャネル基板、２ ヒーター基板、３ チャネル
溝、４ インクリザーバ、５ ノズル、６ 未エッチン
グ部、７ ヒーター、８ 絶縁層、９ 厚膜樹脂層、１
０ 第１の凹部、１１ 第２の凹部、１２，１３，１４
ゴミ、Ｌ１ チャネル溝の高さ、Ｌ２ 厚膜樹脂層の
厚み、Ｌ３ 第２の凹部のヒーター基板側からの端部か
らチャネル基板側の未エッチング部までの距離、Ｌ４
第２の凹部のインクリザーバ側の距離。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 インクリザーバおよび複数のチャネル溝
   が形成されたチャネル基板と、厚膜樹脂層を有し上記イ
   ンクリザーバと各チャネル溝を連結する複数の凹部が形
   成されたヒーター基板を接着して、インク流路を形成す
   るインクジェット記録ヘッドにおいて、上記凹部の実効
   断面積が上記チャネル溝の実効断面積よりも大きくなる
   ように形成されていることを特徴とするインクジェット
   記録ヘッド。