JPH07323577A - 記録ヘッドおよびこれを搭載する液体噴射記録装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 記録ヘッドの記録液の温度を正確に測定す
る。 【構成】 基板１０は電気熱変換素子１５やその接続配
線１４および温度センサ接続配線１６等を有し、これら
は絶縁層１７によって覆われており、絶縁層１７の表面
の一部分は保護層１８によって保護され、保護層１８は
絶縁層１７がインクのキャビテーション等によって損傷
するのを防ぐ。温度センサ１９は保護層１８を形成する
リソグラフィの過程で同じ金属膜をパターニングするこ
とによって形成されたものであり、インクに直接接触し
てその温度を検出する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、温度センサを有する記
録ヘッドおよびこれを搭載する液体噴射記録装置に関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】インクジェット記録装置等の液体噴射記
録装置のなかでは、近年、熱エネルギーによって液滴吐
出の原動力を得る感熱方式（バブルジェット方式）のも
のが特に注目されており、外乱に強く、滴化周波数も充
分でありしかもマルチノズル化が容易であるため、より
一層の高速化や低価格化に加えて、印字等の高精細化や
高精度のカラー化などによってさらなる発展が期待され
る。

【０００３】このような感熱方式の液体噴射記録装置
は、一般に、熱エネルギーを発生する電気熱変換素子を
配設した基板と、液滴吐出用のオリフィスに連通する液
流路および共通液室を形成する樹脂層あるいは金属層か
らなる記録ヘッドを有し、前記基板の表面には電気熱変
換素子に通電するための接続配線や駆動回路等もパター
ニングされている。これらの接続配線や電気熱変換素子
等の表面はＳｉＯ₂ 等の絶縁層によって保護され、ま
た、前記オリフィスや液流路に面した部分では絶縁層の
表面がインク（記録液）のキャビテーションによって損
傷しやすいため、絶縁層の上にＴａ等の金属材料からな
る保護層を設けて絶縁層の損傷を防ぐ。

【０００４】さらに、温度変化によってインクの粘性が
変化すると液滴吐出の特性が大きく劣化するため、基板
表面に温度センサを設け、その出力に基づいて液流路や
共通液室のインクの温度を制御することによって印字等
の安定性を向上させている（特開平０２−２５８２６６
号公報参照）。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記従来
の技術によれば、基板の温度センサは電気熱変換素子や
その接続配線を形成するリソグラフィの工程中に同様の
材料で形成され、その表面は電気熱変換素子やその接続
配線と同様に絶縁層等によって覆われる。従って、絶縁
層等を介してインクの温度を測定するものであり、直接
インクに接触してその温度を測定する場合に比べて測定
精度が低いという未解決の課題がある。

【０００６】本発明は、上記従来の技術の有する未解決
の課題に鑑みてなされたものであり、記録液収容部の記
録液に直接接触してその温度を正確に検出できる温度セ
ンサを備えた記録ヘッドおよびこれを搭載する液体噴射
記録装置を提供することを目的とするものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の記録ヘッドは、表面に電気熱変換体とこれ
に接続された接続配線を有する基板と、その表面に面し
て配設された記録液収容部と、該記録液収容部の記録液
の温度を検出する温度センサを有し、前記基板の表面の
少なくとも一部分が表面保護層によって覆われており、
前記温度センサが、前記表面保護層の製作工程で成膜さ
れた薄膜の一部分であって前記記録液収容部に露出して
いることを特徴とする。

【０００８】基板と表面保護層の間に絶縁層が設けられ
ているとよい。

【０００９】

【作用】表面保護層は主に記録液のキャビテーション等
による基板の損傷を防ぐために設けられる。表面保護層
を製作する工程で成膜された薄膜の一部分によって温度
センサが形成されていれば、温度センサを別工程で製作
する場合に比べて少ない工程数で記録ヘッドを製造でき
る。

【００１０】また、温度センサは記録液収容部に露出
し、記録液に接触して直接その温度を正確に検出する。
このような温度センサの出力に基づいて記録液を加熱す
るヒータ等を制御すれば、記録ヘッドから噴出される記
録液の吐出特性を安定させることができる。

【００１１】その結果、高性能でしかも安価な記録ヘッ
ドを実現できる。

【００１２】

【実施例】本発明の実施例を図面に基づいて説明する。

【００１３】図１は一実施例による記録ヘッドＥ₁ を示
すもので、（ａ）はその外観を示す斜視図、（ｂ）は
（ａ）のＡ−Ａ線に沿ってとった断面の一部分を示す部
分断面図である。記録ヘッドＥ₁ は、後述する電気熱変
換体である電気熱変換素子や接続配線を有する基板１０
と、基板１０の上に積層された記録液収容部を構成する
樹脂層２０と、これを覆う天板３０を有し、樹脂層２０
は、ポジ型あるいはネガ型の感光性樹脂をパターニング
することによって形成された複数の液流路２１とこれら
に連通する共通液室２２（図２，図３に示す）を有し、
各液流路２１の末端にはオリフィス２３が形成されてお
り、また、天板３０は、樹脂層２０の共通液室２２に記
録液であるインクを供給するための注入口３０ａを有す
る。

【００１４】基板１０は、図２および図３に示すよう
に、シリコン基板１１と、その表面にＳｉＯ₂ の熱酸化
によって成膜された膜厚２．０μｍの蓄熱層１２と、蓄
熱層１２の所定の部分にスパッタ法によって成膜された
膜厚０．１μｍのＨｆＢ₂ の発熱抵抗層１３と、その上
に被着された接続配線１４を有し、接続配線１４は、発
熱抵抗層１３の表面に膜厚０．６μｍのＡｌ膜を成膜し
てこれを公知のリソグラフィによってパターニングする
ことで形成されたもので、発熱抵抗層１３の一部分（３
０μｍ×１５０μｍ）は発熱部分として接続配線１４の
中断部に露出し、電気熱変換素子１５を構成する。発熱
抵抗層１３のシート抵抗値は２０Ω／□、電気熱変換素
子１５の抵抗値は１２０Ωである。また、接続配線を形
成するリソグラフィ工程で、基板１０の両端部分にＡｌ
膜の温度センサ接続配線１６が形成される。

【００１５】接続配線１４、電気熱変換素子１５および
温度センサ接続配線１６等の表面はバイアススパッタ法
によって成膜された膜厚１．０μｍのＳｉＯ₂ の絶縁層
１７によって覆われており、該絶縁層１７には電気熱変
換素子１５の接続配線１４のワイヤーボンディングパッ
ドを接続する部分と温度センサ接続配線１６の取り出し
電極を構成する部分にそれぞれ図示しないスルーホール
が設けられる。絶縁層１７の表面は、インクのキャビテ
ーションによって損傷するのを防ぐための表面保護層で
ある金属の保護層１８によって部分的に覆われており、
また、温度センサ接続配線１６のスルーホールとこれに
隣接する部分の絶縁層１７の表面には、保護層１８を形
成する工程で該保護層１８と同じ金属膜をパターニング
することで形成された温度センサ１９が設けられてい
る。

【００１６】すなわち、保護層１８と温度センサ１９
は、絶縁層１７の表面全体にスパッタ法によって膜厚
０．５μｍの薄膜である金属膜を成膜し、これを公知の
フォトリソグラフィによってパターニングすることで同
時に形成されたものであり、前記金属膜の材料には、Ｔ
ａ、Ｐｔ、Ｃｒ等が用いられる。

【００１７】なお、保護層１８と温度センサ１９を構成
する金属材料は、インクに対してすぐれた安定性を有
し、耐キャビテーション性にすぐれており、かつ、温度
センサとして機能する導電性を有し、ある程度のＴＣＲ
（抵抗温度係数）を備えたものであれば、前記材料に限
らず各種貴金属あるいはＮｉ等、どのようなものでもよ
い。

【００１８】記録ヘッドＥ₁ の天板３０の注入口３０ａ
から共通液室２２に供給されたインクは、各液流路２１
内においてその一部が電気熱変換素子１５によって加熱
気化され、液滴としてオリフィス２３から吐出される。
このとき、保護層１８はインクのキャビテーションから
絶縁層１７を保護し、温度センサ１９は、共通液室２２
内のインクに直接接触することでその温度を正確に測定
し、基板１０に設けられた図示しないヒータ等を制御す
る。このようにして共通液室２２内のインクの温度を高
精度で一定に維持し、インクの粘性の変化による吐出性
能の劣化を未然に防ぐことができる。

【００１９】本実施例によれば、記録ヘッド内のインク
の温度変化を高い精度で検出し、インクを加熱するヒー
タ等の応答性を向上させることで極めて安定した印字性
能を得ることができるとともに、金属の保護層を形成す
る工程で成膜された金属膜の一部分を温度センサとして
用いるものであるため、記録ヘッドの製造工程の複雑化
を招くおそれもない。従って、安価で高性能な記録ヘッ
ドを実現できる。

【００２０】図４は一変形例による記録ヘッドＥ₂ を示
すもので、これは、基板４０に注入口４０ａをレーザ加
工によって穴開けするとともに、天板３０の替わりにオ
リフィスプレート５０を設け、樹脂層６０の共通液室の
インクをオリフィスプレート５０のオリフィス５３から
図示上向きに吐出するように構成したものである。ま
た、基板４０は、発熱抵抗層の膜厚が０．０５μｍ、シ
ート抵抗値が４０Ω／□であり、各電気熱変換素子４５
の大きさが５０μｍ×５０μｍであって抵抗値が４５Ω
である以外は本実施例の基板１０と同様のものを用い
た。このように、インクの吐出方向が各電気熱変換素子
４５の発熱面に垂直である場合でも、絶縁層１７と同様
の絶縁層４７の表面に保護層１８と同様の保護層４８を
形成する工程で同じ金属膜をパターニングすることで温
度センサ５９を形成することができる。

【００２１】本発明の記録ヘッドを搭載した図５に示す
液体噴射記録装置について説明する。

【００２２】本実施例またはその変形例による記録ヘッ
ドＥ₁ ，Ｅ₂ と同様の記録ヘッド１０３とインク容器と
を接合した記録ヘッドユニットを搭載したキャリッジ１
０１はガイド軸１０４および螺旋溝１０５ａをもつリー
ドスクリュ１０５に案内され、キャリッジ１０１上に
は、インク容器カセット１０２を装着することが可能で
ある。

【００２３】リードスクリュ１０５は、正逆回転する駆
動モータ１０６によって歯車列１０６ａ，１０６ｂ，１
０６ｃ，１０６ｄを介して正逆回転され、その螺旋溝１
０５ａに先端部が係合したキャリッジ１０１に設けられ
ているピン（図示せず）を介してキャリッジ１０１を矢
印方向および反矢印方向へ往復移動させる。駆動モータ
１０６の正逆回転の切換は、キャリッジ１０１がホーム
ポジションにあることをキャリッジ１０１に設けられた
レバー１１５とフォトカプラ１１６とで検出することに
より行なう。

【００２４】他方、被記録媒体である記録紙１０９は、
プラテン１０７に押え板１０８によって押圧され、紙送
りモータ１１０によって駆動される紙送りローラ（図示
せず）によって記録ヘッドに対向するように搬送され
る。回復ユニット１１１は、記録ヘッド１０３の吐出口
に付着した異物や粘度の高くなったインクを除去して、
吐出特性を正規の状態に維持するために設けられたもの
である。

【００２５】回復ユニット１１１は、吸引手段（図示せ
ず）に連通されたキャップ部材１１３を有し、記録ヘッ
ド１０３の前記吐出口をキャッピングして吸引すること
により、吐出口に付着した異物や粘度の高くなったイン
クを除去する。また、回復ユニット１１１とプラテン１
０７の間には、案内部材１１２に案内されて記録ヘッド
１０３の吐出口面の走行経路上に向けて前進、後退する
クリーニングブレード１１４が配設されており、該クリ
ーニングブレード１１４の先端で前記吐出口面に付着し
た異物やインク滴をクリーニングできるように構成され
ている。

【００２６】本発明は、特にインクジェット記録方式の
中で熱エネルギーを利用して飛翔液滴を形成し、記録を
行なうインクジェット記録方式の記録ヘッド、記録装置
において、優れた効果をもたらすものである。

【００２７】その代表的な構成や原理については、例え
ば、米国特許第４７２３１２９号明細書、同第４７４０
７９６号明細書に開示されており、本発明はこれらの基
本的な原理を用いて行なうものが好ましい。この記録方
式は所謂オンデマンド型、コンティニュアス型のいずれ
にも適用可能である。

【００２８】この記録方式を簡単に説明すると、記録液
（インク）が保持されているシートや液路に対応して配
置されている電気熱変換体に、記録情報に対応して記録
液（インク）に核沸騰現象を越え、膜沸騰現象を生じる
様な急速な温度上昇を与えるための少なくとも一つの駆
動信号を印加することによって、熱エネルギーを発生せ
しめ、記録ヘッドの熱作用面に膜沸騰を生じさせる。こ
のように記録液（インク）から電気熱変換体に付与する
駆動信号に一対一対応した気泡を形成できるため、特に
オンデマンド型の記録法には有効である。この気泡の成
長、収縮により吐出孔を介して記録液（インク）を吐出
させて、少なくとも一つの滴を形成する。この駆動信号
をパルス形状とすると、即時適切に気泡の成長収縮が行
なわれるので、特に応答性に優れた記録液（インク）の
吐出が達成でき、より好ましい。このパルス形状の駆動
信号としては、米国特許第４４６３３５９号明細書、同
第４３４５２６２号明細書に記載されているようなもの
が適している。なお、上記熱作用面の温度上昇率に関す
る発明の米国特許第４３１３１２４号明細書に記載され
ている条件を採用すると、さらに優れた記録を行なうこ
とができる。

【００２９】記録ヘッドの構成としては、上述の各明細
書に開示されているような吐出口、液流路、電気熱変換
体を組み合わせた構成（直線状液流路又は直角液流路）
の他に、米国特許第４５５８３３３号明細書、米国特許
第４４５９６００号明細書に開示されているように、熱
作用部が屈曲する領域に配置された構成を持つものにも
本発明は有効である。

【００３０】加えて、複数の電気熱変換体に対して、共
通するスリットを電気熱変換体の吐出口とする構成を開
示する特開昭５９年第１２３６７０号公報や熱エネルギ
ーの圧力波を吸収する開孔を吐出部に対応させる構成を
開示する特開昭５９年第１３８４６１号公報に基づいた
構成を有するものにおいても本発明は有効である。

【００３１】さらに、本発明が有効に利用される記録ヘ
ッドとしては、記録装置が記録可能である記録媒体の最
大幅に対応した長さのフルラインタイプの記録ヘッドが
ある。このフルラインヘッドは、上述した明細書に開示
されているような記録ヘッドを複数組み合わせることに
よってフルライン構成にしたものや、一体的に形成され
た一個のフルライン記録ヘッドであっても良い。

【００３２】加えて、装置本体に装着されることで、装
置本体との電気的な接続や装置本体からのインクの供給
が可能になる交換自在のチップタイプの記録ヘッド、あ
るいは記録ヘッド自体に一体的に設けられたカートリッ
ジタイプの記録ヘッドを用いた場合にも本発明は有効で
ある。

【００３３】また、本発明の液体噴射記録装置に、記録
ヘッドに対する回復手段や予備的な補助手段を付加する
ことは、記録装置を一層安定にすることができるので好
ましいものである。これらを具体的に挙げれば、記録ヘ
ッドに対しての、キャッピング手段、クリーニング手
段、加圧或は吸引手段、電気熱変換体或はこれとは別の
加熱素子、或はこれらの組み合わせによる予備加熱手
段、記録とは別の吐出を行なう予備吐出モード手段を付
加することも安定した記録を行なうために有効である。

【００３４】さらに、記録装置の記録モードとしては黒
色等の主流色のみを記録するモードだけではなく、記録
ヘッドを一体的に構成したものか、複数個の組み合わせ
で構成したものかのいずれでも良いが、異なる色の複色
カラーまたは、混色によるフルカラーの少なくとも一つ
を備えた装置にも本発明は極めて有効である。

【００３５】本発明において、上述した各インクにたい
して最も有効なものは、上述した膜沸騰方式を実行する
ものである。

【００３６】さらに加えて、本発明インクジェット記録
装置の形態としては、コンピュータ等の情報処理機器の
画像出力端末として用いられるものの他、リーダ等と組
み合わせた複写装置、さらには送受信機能を有するファ
クシミリ装置の形態を採るものであってもよい。

【００３７】

【発明の効果】本発明は上述のとおり構成されているの
で、次に記載するような効果を奏する。

【００３８】共通液室の記録液の温度を正確に検出する
ことで記録液の温度制御を高精度で行ない、液滴吐出の
特性を安定させることができる。加えて、温度センサを
製作するために別工程を設ける必要がないために製造コ
ストも低減できる。

【００３９】その結果、安価で高性能な記録ヘッドを実
現し、液体噴射記録装置の高性能化と低コスト化を促進
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】一実施例による記録ヘッドを示すもので、
（ａ）はその外観を示す斜視図、（ｂ）は（ａ）のＡ−
Ａ線に沿ってとった断面の一部分を示す部分拡大断面図
である。

【図２】図１の（ｂ）のＢ−Ｂ線に沿ってとった断面図
である。

【図３】図１の（ｂ）のＣ−Ｃ線に沿ってとった断面図
である。

【図４】一変形例を示すもので、（ａ）はその外観を示
す斜視図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線に沿ってとった断
面の一部分を示す部分拡大断面図である。

【図５】液体噴射記録装置の全体を示す斜視図である。

【符号の説明】

１０，４０ 基板 １２ 蓄熱層 １３ 発熱抵抗層 １４ 接続配線 １５，４５ 電気熱変換素子 １６ 温度センサ接続配線 １７，４７ 絶縁層 １８，４８ 保護層 １９，５９ 温度センサ ２０，６０ 樹脂層 ２１ 液流路 ２２ 共通液室 ２３，５３ オリフィス ３０ 天板 ３０ａ，４０ａ 注入口 ５０ オリフィスプレート

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｂ４１Ｊ 2/125 Ｂ４１Ｊ 3/04 １０３ Ｂ １０４ Ｋ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 表面に電気熱変換体とこれに接続された
   接続配線を有する基板と、その表面に面して配設された
   記録液収容部と、該記録液収容部の記録液の温度を検出
   する温度センサを有し、前記基板の表面の少なくとも一
   部分が表面保護層によって覆われており、前記温度セン
   サが、前記表面保護層の製作工程で成膜された薄膜の一
   部分であって前記記録液収容部に露出していることを特
   徴とする記録ヘッド。
2. 【請求項２】 基板と表面保護層の間に絶縁層が設けら
   れていることを特徴とする請求項１記載の記録ヘッド。
3. 【請求項３】 請求項１または２記載の記録ヘッドを搭
   載するキャリッジと、前記記録ヘッドの電気熱変換体に
   電気信号を供給する手段と、前記記録ヘッドに対向する
   ように被記録媒体を搬送するための搬送装置を備えた液
   体噴射記録装置。