JPH06183009A - インクジェット記録ヘッド - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 気泡の生成時の圧力のインクリザーバ側への
逃げを抑え、インク滴吐出の圧力利用効率を向上させる
とともに、インクのリフィル時間の短縮による駆動周波
数向上を達成する。 【構成】 チャネル溝２２とインクリザーバ２３とは、
バイパスピット１４を経由して連通されている。バイパ
スピット１４は、図１（Ｂ）に示すように、凹凸を備え
る形状となっている。この形状は、右方向へのインク移
動に対する抵抗が、左方向に比べて大きくなるような方
向性を持つ形状に設計されている。そのため、インクリ
ザーバ２３からチャネル溝２２へのインク移動を妨げる
ことなく、チャネル溝２２からインクリザーバ２３への
インク移動を抑制する機能を持つ。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、インク滴を噴射するノ
ズルを有するインク流路に配置されたヒータの発熱によ
り発生する気泡の圧力によってインク滴を噴射して記録
を行なうインクジェット記録ヘッドに関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】インクジェット記録方式は、高速記録が
可能であり、記録の際に発生する騒音がほとんどなく、
普通紙に直接印字でき、定着処理等を必要としないた
め、装置の小型化が図れるという点で注目を集めてい
る。

【０００３】特開昭６１−２３０９５４号公報に記載さ
れたインクジェット記録ヘッドの作成技術は、Ｓｉウェ
ハの異方性エッチングにより、インクを吐出するノズル
を構成するチャネル部と、外部からチャネル部へのイン
ク供給を行なうインクリザーバ部とが作成される。この
ウェハは、チャネルウェハと呼ばれているものである。
Ｓｉウェハの異方性エッチング技術は、結晶面の違いに
より、エッチング速度が異なることを利用するもので、
特に、｛１１１｝結晶面のエッチング速度が他の結晶面
に比較して非常に遅いことを利用したものが一般的であ
る。（１００）結晶面を表面に持つシリコン基板を用い
た場合、開口部が正方形もしくは長方形のパターンは、
非常に精度良く形成でき、これを連結した形状では、連
結部分の精度が落ちることが知られている。したがっ
て、チャネルウェハにおいては、図７にその要部を斜視
図に示すように、異方性エッチングによって形成される
チャネル溝２２とインクリザーバ２３とは分離したパタ
ーンで形成され、その中間にはチャネル・リザーバ間隔
壁２４が残る。したがって、チャネル溝２２とインクリ
ザーバ２３とを連結する通路を形成する必要がある。

【０００４】図５は、一般的なインクジェット記録ヘッ
ドの斜視図である。図中、１０はヒータ基板、１１はヒ
ータ、１２はピット層、１３はピット、１４はバイパス
・ピット、１５は共通電極、１６は個別電極、２０はチ
ャネル基板、２１はノズル、２２はチャネル溝、２３は
インクリザーバ、２４はチャネル・リザーバ間隔壁、３
１は気泡、３２はインク滴である。チャネル基板２０
は、上述したように、Ｓｉウェハにより構成され、複数
のノズル２１を形成するチャネル溝２２およびインクリ
ザーバ２３が、異方性エッチングにより形成されてい
る。また、ヒータ基板１０は、Ｓｉウェハ上に複数のノ
ズル２１に対応してヒータ１１が配置されており、ヒー
タ１１に駆動電流を供給するための共通電極１５、個別
電極１６や保護膜等が形成されている。また、その上層
に、ピット層１２が積層されている。このヒータ基板１
０とチャネル基板２０が接合され、記録ヘッドを形成し
ている。インクがチャネル基板２０のインクリザーバ２
３の開口部より供給され、インクリザーバ２３を介して
各チャネル溝２２へ供給される。ヒータ１１上にはピッ
ト１３が形成されており、ヒータ３の発熱により発生す
る気泡３１の横方向への成長を抑制し、ノズル２１から
の空気の吸い込みを防止している。ヒータ１１の発熱に
より発生する気泡３１の圧力により、インクはノズル２
１の開口から吐出され、吐出されたインク滴３２が図示
しない被記録媒体に付着し、記録が行なわれる。

【０００５】バイパスピット１４は、チャネル・リザー
バ間隔壁２４に対向するピット層１２に形成されたもの
であり、インクリザーバ２３から、チャネル溝２２を連
結する通路となっている。

【０００６】特開平１−１４８５６０号公報に記載され
たインクジェット記録ヘッドにおいては、上述したチャ
ネル溝とインクリザーバを連結するバイパスピットは、
全てのチャネル溝に接続した細長の１つの凹部として形
成し、これによってインクリザーバと各チャネル溝とを
接続している。このようなインクジェット記録ヘッドで
は、バイパス部の断面積が大きいため、インクリザーバ
からのインク供給性が向上し、周波数応答を改善できる
が、ヒータ上に発生する気泡の圧力は、インクをノズル
先端から吐出させるとともに、チャネル溝の内部方向に
もかかることになる。インクリザーバ方向に伝達される
圧力は、バイパスピットから他のチャネル溝へ伝達され
て、近傍のノズルに影響を及ぼし、クロストークの原因
となっている。

【０００７】クロストークを減少させ、インク供給性を
向上できるバイパスピットとして、先に提案した特願平
３−３４８５２５号では、同じタイミングで駆動される
複数のヒータに対応する隣接するバイパスピットを互い
に連結する構造を採用した。さらに、特願平４−１１８
３４５号では、バイパスピットの一部のみを連結する構
造を提案した。

【０００８】しかし、上述した従来のインクジェット記
録ヘッドにおいては、バイパスピットの形状に特別な工
夫が施されておらず、気泡の生成時の圧力がノズル側と
インクリザーバ側とに分かれるために、半分程のエネル
ギーしかインク滴の吐出に利用できなかった。また、イ
ンクリザーバ側へのインクの戻りのために、インクのチ
ャネル溝へのリフィルに時間がかかり駆動周波数を低く
するという問題があった。

【０００９】

【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、気泡の生成時の圧力のイン
クリザーバ側への逃げを抑え、インク滴吐出の圧力利用
効率を向上させるとともに、インクのリフィル時間の短
縮による駆動周波数向上を達成することを目的とするも
のである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は、インク滴を噴
射するノズルを有するインク流路と、該インク流路にイ
ンクを供給するインクリザーバと、前記インク流路上に
開口しその底部にヒータが配置された第１の凹部と、前
記インク流路と前記インクリザーバとを連通する第２の
凹部とを有するインクジェット記録ヘッドにおいて、前
記第２の凹部をインク供給方向の流路抵抗がその逆方向
より小さくなるよう方向性を持たせたことを特徴とする
ものである。

【００１１】

【作用】本発明によれば、インク流路とインクリザーバ
とを連通する第２の凹部を、インク供給方向の流路抵抗
がその逆方向より小さくなるよう方向性を持たせたこと
により、インクリザーバからチャネルへのインク移動を
妨げることなく、インク流路からインクリザーバへのイ
ンクの移動を抑制することができる。そのため、気泡の
生成時の圧力をインク滴の吐出に効率的に利用できる。

【００１２】

【実施例】図１は、本発明のインクジェット記録ヘッド
の第１の実施例のインク流路を説明するためのものであ
り、図１（Ａ）は断面図、図１（Ｂ）はバイパスピット
の平面図である。図中、図５と同様な部分には同じ符号
を付して説明を省略する。１２ａ，１２ｂはピット層で
ある。この図では、電極やヒータ保護層等の図示を省略
している。ピット層は、２層で構成されており、下層の
ピット層１２ａは、ピット１３の部分では除去されてい
るが、電極の保護のために、バイパスピット１４の部分
においては残されている。図１（Ｂ）から分かるよう
に、バイパスピット１４は、それぞれのチャネル溝ごと
に設けられ、個別バイパスピットとして形成されてい
る。

【００１３】この実施例のインクジェット記録ヘッドの
概略的な構成は、図５で説明したものと同様に、ヒータ
基板１０およびチャネル基板２０より構成されている。
図５において、チャネル基板２０は、シリコンウェハを
用いて、インク流路を構成するチャネル溝２２とインク
リザーバ２３とが異方性エッチングにより形成されてい
る。ヒータ基板１０には、熱硬化性樹脂よりなるピット
層１２気泡の発生領域を規定するピット（凹部）１３を
形成し、ピット１３の底部に気泡を発生するヒータ１１
を有している。さらにピット層１２には、チャネル・リ
ザーバ間隔壁２４に対向する位置にバイパスピット１４
が形成されている。このようなチャネル基板２０とヒー
タ基板１０とを精度良く位置合わせした後に接着し、ダ
イシングソーにより、個々のヘッドチップに切断してヘ
ッドが完成される。

【００１４】図１（Ａ）のピット層は、上述したよう
に、第１層のピット層１２ａおよび第２層のピット層１
２ｂより構成されている。ピット層には、Ｐｒｏｂｉｍ
ｉｄｅ（登録商標）（Ｃｉｂａ−Ｇｅｉｂｙ社製）を用
いた。以下に、ピット層の形成方法を説明する。 ピット層以外の膜が成膜済みのヒータ基板の上に、
熱硬化性のワニスをスピンコート、ロールコート等の方
法で所定の膜厚になるように塗布する。 ベーキングを行ない、熱硬化性樹脂ワニスを乾燥さ
せる。 所望のパターンに対応したマスクを介して熱硬化性
ワニスを露光する。 熱硬化性樹脂ワニスに適した方法で、現像を行な
い、所望のパターンを形成する。（なお、感光性を有し
ない熱硬化性樹脂を使用するときには、の工程の後、
適当なレジストを塗布してから露光、現像を行なう。） 所定の温度で所定の時間だけベーキングを行なっ
て、熱硬化性樹脂を硬化させる。

【００１５】第１の実施例のピット層は、上述の〜
の工程を２回繰り返すことにより、２層構成のピット層
を形成した。１層目のにおける硬化前の膜厚は９μｍ
であり、における硬化温度および硬化時間は４００
℃，２時間である。その結果、１層目の膜厚は５μｍと
なる。次に、２層目を形成する。２層目のにおける硬
化前の膜厚は２２μｍであり、における硬化温度およ
び硬化時間は２００℃，２時間である。その結果、２層
目の膜厚は２０μｍとなる。１層目と２層目の合計での
膜厚は２５μｍとなる。

【００１６】図１（Ａ）に示すように、バイパスピット
１４は、インクリザーバ２３とチャネル溝２２間を連通
させる役目を持つ。バイパスピット１４には、第１層の
ピット層１２ａが存在し、膜厚２０μｍの第２層のピッ
ト層１２ｂはないから、高さ２０μｍのインク流路が形
成されていることになる。その結果、ヒータ１１上で発
生したバブル圧力によって吐出したインク滴に相当する
量のインクが、バイパスピット１４を経由してインクリ
ザーバ２３より供給される。

【００１７】第１の実施例のバイパスピットを、個別バ
イパスピットとして形成した従来例と対比して説明す
る。図６は、個別バイパスピットを設けた従来のインク
ジェット記録ヘッドのインク流路を説明するためのもの
であり、図６（Ａ）は断面図、図６（Ｂ）はバイパスピ
ットの平面図である。図中、図１と同様な部分には同じ
符号を付して説明を省略する。バイパスピット１４の形
状は、図６（Ｂ）に示すように、単純な長方形である。
そのため、インクリザーバ２３からチャネル溝２２への
インク供給がスムーズに行なわれるだけでなく、吐出の
ためのバブル圧力の半分近くが、バイパスピット１４を
経由してインクリザーバ２３側に逃げてしまう。その結
果、バブル生成時の圧力の利用効率が低いので、必要な
量のインク滴を吐出するために、多くのエネルギーを必
要とし、ヒータの短寿命、ヒータ面への焦げの発生、お
よび、大きな消費電力という問題があった。

【００１８】一方、第１の実施例では、バイパスピット
１４が図１（Ｂ）に示すような、凹凸を備える形状とな
っている。バイパスピット１４は、図１（Ａ），図１
（Ｂ）において、右方向へのインク移動に対する抵抗
が、左方向に比べて大きくなるような方向性を持つ形状
に設計されている。そのため、インクリザーバ２３から
チャネル溝２２へのインク移動を妨げることなく、チャ
ネル溝２２からインクリザーバ２３へのインク移動を抑
制する機能を持つ。

【００１９】その結果、気泡の生成時の圧力をインク滴
の吐出に効率的に利用でき、所望の量のインク滴を吐出
するために必要なエネルギーが少なくて済み、ヒータ寿
命、ヒータ面への焦げ発生、および、消費電力の各々を
改善することができた。また、インクリザーバ２３側へ
のインクの戻りが少ないために、インクのチャネル溝２
２へのリフィル時間が少なくて済み、駆動周波数も向上
できた。

【００２０】図２は、本発明のインクジェット記録ヘッ
ドの第２の実施例のインク流路を説明するためのもので
あり、図２（Ａ）は断面図、図２（Ｂ）はバイパスピッ
トの平面図である。図中、図１と同様な部分には同じ符
号を付して説明を省略する。１７はアイランドピット層
である。この実施例では、バイパスピット１４内にアイ
ランドピット層１７を形成した。このアイランドピット
層１の平面形状を図に示すように、右方向へのインク移
動に対する抵抗が、左方向に比べて大きくなるような方
向性を持つ形状とした。このアイランドピット層１７の
存在により、第１の実施例と同様に、インクリザーバ２
３からチャネル溝２２へのインク移動を妨げることな
く、インクチャネル２２からインクリザーバ２３へのイ
ンク移動を抑制する効果を持つ。

【００２１】図３は、本発明のインクジェット記録ヘッ
ドの第３の実施例のインク流路を説明するためのもので
あり、図３（Ａ）は断面図、図３（Ｂ）はバイパスピッ
トの平面図である。図中、図２と同様な部分には同じ符
号を付して説明を省略する。この実施例では、第２の実
施例におけるアイランドピット層１７の高さを低くし
た。ピット層を１２ａ，１２ｂ，１２ｃの３層構成と
し、第２層のピット層１２ｂと第３層のピット層１２ｃ
によりバイパスピットが形成されている。この実施例の
ピット層は、上述の〜の工程を３回繰り返すことに
より、３層構成のピット層を形成した。ピット層１２
ａ，ピット層１２ｂ，ピット層１２ｃの各々の硬化温度
および硬化後の膜厚は４００℃，２００℃，２００℃、
５μｍ，１０μｍ，１０μｍである。その結果、１層目
から３層目までの膜厚の合計は２５μｍとなる。２層目
のピット層１２ｂよりなるアイランドピット層１７は、
第２の実施例と同様の形状を持つ。アイランドピット層
１７の膜厚が薄いために、チャネル・リザーバ間隔壁２
４には接触しない点が第２の実施例とは異なるが、同様
の機能を持つ。すなわち、インクリザーバ２３からチャ
ネル溝２２へのインク移動を妨げることなく、チャネル
溝２２からインクリザーバ２３へのインク移動を抑制す
る効果を持つ。

【００２２】図４は、本発明のインクジェット記録ヘッ
ドの第４の実施例のインク流路を説明するためのもので
あり、図４（Ａ）は断面図、図４（Ｂ）はバイパスピッ
トの平面図である。図中、図１と同様な部分には同じ符
号を付して説明を省略する。この実施例では、ピット層
は、１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄの４層で構成され
ている。上述した〜の工程を４回繰り返すことによ
り、４層構成のピット層を形成できる。ピット層１２
ａ，ピット層１２ｂ，ピット層１２ｃ，ピット層１２ｄ
の各々の硬化温度および硬化後の膜厚は４００℃，２０
０℃，２００℃，２００℃、５μｍ，７μｍ，７μｍ，
７μｍである。その結果、１層目から４層目までの膜厚
の合計は２６μｍとなる。バイパスピットは、２層目か
ら４層目までの大きさを変えるようにして形成した。こ
の実施例のバイパスピット１４の機能は、図４（Ａ）が
分かりやすい。気泡の生成時の圧力によるチャネル溝２
２からインクリザーバ２３へのインク移動は、バイパス
ピット１４の右側の壁により抑制される。一方、インク
吐出後のインクリザーバ２３からチャネル溝２２へのイ
ンク移動は、バイパスピット１４の左側の壁が階段状に
形成されているため、スムーズに行なわれる。その結
果、上述した各実施例と同様に、バイパスピットに方向
性を持たせることができる。

【００２３】これらの実施例においては、バイパスピッ
トの平面の輪郭形状や垂直断面の形状に方向依存性を与
える方法や、バイパスピット内に流路抵抗に方向性を与
えるアイランドピット層を設ける方法を採用したが、こ
れに限られるものではない。これらを複合して用いた
り、他の方法、例えば、膜状の部材を設けて流路の形状
に上述した実施例のように方向性を与えたり、あるい
は、膜状の部材を弁作用を持たせるように配置するな
ど、適宜の方法を採用することができる。要は、バイパ
スピットの流路抵抗に方向性を持たせた、流体ダイオー
ドとして働く機能をバイパスピットに設ければよいので
ある。

【００２４】

【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、バイパスピットの流路抵抗に方向性を持たせ
たことにより、気泡の生成時の圧力をインク滴の吐出に
効率的に利用できるので、所望の量のインク滴を吐出す
るために必要なエネルギーが少なくて済み、ヒータ寿
命、ヒータ面への焦げ発生、および消費電力の各々を改
善することができる。また、インクリザーバ側へのイン
クの戻りが少ないために、インクのリフィル時間が少な
くて済み、駆動周波数も向上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第１の
実施例のインク流路の説明図である。

【図２】 本発明のインクジェット記録ヘッドの第２の
実施例のインク流路の説明図である。

【図３】 本発明のインクジェット記録ヘッドの第３の
実施例のインク流路の説明図である。

【図４】 本発明のインクジェット記録ヘッドの第４の
実施例のインク流路の説明図である。

【図５】 一般的なインクジェット記録ヘッドの斜視図
である。

【図６】 従来のインクジェット記録ヘッドのインク流
路の説明図である。

【図７】 異方性エッチングによって形成されるチャネ
ルウェハのの要部の斜視図である。

【符号の説明】

１０ ヒータ基板、１１ ヒータ、１２，１２ａ，１２
ｂ，１２ｃ，１２ｄピット層、１３ ピット、１４ バ
イパス・ピット、１５ 共通電極、１６ 個別電極、１
７ アイランドピット層、２０ チャネル基板、２１
ノズル、２２チャネル溝、２３ インクリザーバ、２４
チャネル・リザーバ間隔壁、３１気泡、３２ インク
滴。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 インク滴を噴射するノズルを有するイン
   ク流路と、該インク流路にインクを供給するインクリザ
   ーバと、前記インク流路上に開口しその底部にヒータが
   配置された第１の凹部と、前記インク流路と前記インク
   リザーバとを連通する第２の凹部とを有するインクジェ
   ット記録ヘッドにおいて、前記第２の凹部をインク供給
   方向の流路抵抗がその逆方向より小さくなるよう方向性
   を持たせたことを特徴とするインクジェット記録ヘッ
   ド。