JPH0811307A - インクジェット記録ヘッド及び記録装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 天板用封止剤の液室内への侵入を防止するこ
とが可能となり信頼性の高いインクジェット記録ヘッド
を得ることができ、かつ基板の小型化が図れるインクジ
ェット記録ヘッド及び記録装置を提供する。 【構成】 耐キャビテーション層が基板上に固定されて
いる溝付き天板の基板との接合面の周囲に沿って、液室
内に入り込むことなく、また接合面の外側にはみだすこ
となく形成されていることを特徴とするインクジェット
記録ヘッド及び上記インクジェット記録ヘッドと該記録
ヘッドを載置するための部材とを少なくとも具備するこ
とを特徴とするインクジェット記録装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、記録用の液体（インク
等）を飛翔液滴として吐出口（オリフィス）から吐出さ
せて、記録媒体に付着させることによって記録を行うイ
ンクジェット記録装置に配設された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】従来インクジェット記録ヘッドの構成
は、電気熱変換体アレイをシリニン基板上に形成し、こ
の電気熱変換体の駆動回路としてダイオードパレイやト
ランジスターアレイ等の電気熱変換体駆動用機能素子を
同一基板上に配置し、記録液の流路となる複数の凹部が
形成された溝付き天板を、前記各電気熱変換体と１対１
で対応するように位置決めされ、例えば板バネ等により
固定されている。そしてこの溝付き天板と基板との封止
には、主にシリコーン系の樹脂（以後、封止剤と呼
ぶ。）を塗布することにより行われるのが一般的であっ
た。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来の記録ヘッドでは、封止剤が、溝付き天板と基板
との隙間を通り液室内にまで入り込むため、記録ヘッド
として安定した吐出を得るためには、前記電気熱変換体
と溝付き天板との内壁との距離を十分に確保しなければ
ならず、前記基板を小型化する際の大きな障害となって
いる。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明は前記の課題を解
決しようとするものであり、その要旨はＳｉ基板上に、
吐出エネルギーとしての熱を発生させるための複数の発
熱抵抗体と、該発熱抵抗体から伝わった熱により発泡し
た記録液が消滅する際に生じる衝撃から、前記発熱抵抗
体を保護するための耐キャビテーション層と、該各発熱
抵抗体に対応するように位置決めされ固定されている、
記録液の流路及び共通液室を構成している溝付き天板と
を少なくとも有するインクジェット記録ヘッドにおい
て、前記耐キャビテーション層が、前記基板上に固定さ
れている溝付き天板の基板との接合面の周囲に沿って、
液室内に入り込むことなく、また接合面の外側にはみだ
すことなく形成されていることを特徴とするインクジェ
ット記録ヘッド及び上記本発明のインクジェット記録ヘ
ッドと、インクジェット記録ヘッドを載置するための部
材とを少なくとも具備することを特徴とするインクジェ
ット記録装置にある。

【作用】本発明においては、基板と、基板上に固定され
ている溝付き天板との接合面を介して、天板用封止剤が
液室内に侵入することから、基板の表面に、上記封止剤
との濡れ性が悪い層を設けることにより、該封止剤が、
前記封止剤との濡れ性が悪い層を乗り越えることができ
ずに、液室内に侵入してくることを防ぐことが可能にな
る。

【０００５】このように封止剤が液室内に侵入しなくな
ることから、発熱抵抗体と接合面との距離を縮めること
が可能となり、基板の小型化が達成できる。

【０００６】

【実施例】以下、実施例に従って本発明を詳細に説明す
る。 ＜実施例１＞図１は、本発明の実施例を示す模式図であ
る。１１は基板１０上に形成された電気熱変換体群であ
り、それぞれの電気熱変換体は熱作用部１１Ａと電極を
有する。この電気熱変換体群は一対の対向する電極間に
発熱抵抗層（熱作用部）が配置された構成を有し、これ
ら一対の電極を介して電圧が熱作用部１１Ａに印加され
ることにより熱作用部１１Ａが発熱する。上記一対の電
極は、一方は個別電極１２、他方は共通電極１３にそれ
ぞれ接続される。

【０００７】耐キャビテーション層１６は、基板１０に
おいて、熱作用部及び共通液室内全面を覆う様に形成さ
れる。

【０００８】基板１０と貼り合わせることにより、記録
液の流路と共通液室が形成される複数の凹部を有する溝
付き天板１４は、前記各電気熱変換体１１と、前記各凹
部とが一対一に対応する様に精密に位置決めされて、例
えばバネ等により固定され、基板１０と溝付き天板１４
との接合面の一部が接着剤（不図示）により仮止めされ
た後、例えばシリコン樹脂等の封止剤１５を塗布するこ
とにより、液室より記録液が漏れ出さない様に封止され
る。

【０００９】加えて、耐キャビテーション層１６は、溝
付き天板１４と基板１０との接合面領域内において、液
室側より接合面幅の１／３〜２／３、好ましくは、接合
面領域（幅）の中心に沿うように形成されるのが好まし
い。

【００１０】本発明のインクジェット記録ヘッドは、例
えば以下のようにして製造することができる。

【００１１】まず、Ｓｉウェハの表面に熱酸化によりＳ
ｉＯ₂ 膜を２〜４μｍ、好ましくは２．５〜３μｍ成膜
し、その上に発熱抵抗層として例えばＨｆＢ₂ 膜または
ＴａＮ膜を１００〜３０００オングストローム、好まし
くは５００〜１５００オングストローム成膜し、電極材
料として例えばＡｌ膜またはＡｌ−Ｃｕ膜を３０００〜
１００００オングストローム、好ましくは、５０００〜
６０００オングストローム成膜し、フォトリソグラフィ
工程により、所望の発熱体形状及び電極形状が得られる
ようにパターン形成する。

【００１２】次に、保護層として例えばＳｉＯ₂ 膜また
はＳｉ₂ Ｎ₄ 膜を１〜２μｍ、ＣＶＤ法またはスパッタ
リング法により成膜する。その後、耐キャビテーション
層として例えばＴａ膜を５００〜５０００オングストロ
ーム、好ましくは１０００〜２０００オングストローム
スパッタリング法により成膜し、フォトリソグラフィ工
程により、所望の形状が得られるようにパターニング形
成して基板１０の作成を終了する。

【００１３】最後に、少なくともインクの流路と液室と
を形成するための溝付き天板等を、記録液の流路となる
溝部が、基板に形成された熱発生部と適切な位置関係を
持って配置されるように位置合わせを行った後、封止剤
により封止する。

【００１４】このようにして形成された上記基板１０
と、記録装置との電気的接続を行う第２の基板（例えば
ＰＣＢ基板）とは、放熱性に優れた支持体１７（例えば
Ａｌ基板等）上に精度良くダイボンディングにより固定
等されれば良い。

【００１５】また上記基板と第２の基板とは電気的に接
続され、好ましくはワイヤーボンディングにより行われ
るのが良い。

【００１６】本発明は、上述の様に熱エネルギーを利用
して飛翔液滴を形成し、記録を行うインクジェット記録
方式の記録ヘッド、記録装置に於て優れた効果をもらら
せるものである。

【００１７】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。

【００１８】この記録方式を簡単に説明すると、液体
（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液体
（インク）に核沸騰現象を越え、膜沸騰現象を生じるよ
う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
のように液体（インク）から電気熱変換体に付与する駆
動信号に一対一に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、収縮により吐出口を介して液体（インク）を吐出さ
せて、少なくとも一つの滴を形成する。

【００１９】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われるので、特に応答性に優
れた液体（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４４６
３３５９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。尚、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、更に優れ
た記録を行うことができる。

【００２０】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
体の組み合わせた構成（直線状液流路または直角液流
路）の他に、米国特許第４５５８３３３号明細書、同第
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も本発
明に含まれる。

【００２１】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
ーの圧力液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
構成に於ても本発明は有効である。

【００２２】更に、本発明が有効に利用される記録ヘッ
ドとしては、記録装置が記録でき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あっても良い。

【００２３】加えて、装置本体に接着されることで、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。

【００２４】また、本発明の記録装置に、記録ヘッドに
対する回復手段や、予備的な補助手段等を付加すること
は、本発明の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、加圧あるいは吸収手段、電気熱変換体あるいはこ
れとは別の加熱素子、あるい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う予備吐出モー
ドを行う手段を付加することも安定した記録を行うため
に有効である。

【００２５】更に、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、複数個を組み合わせて
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。

【００２６】以上説明した例においては、液体インクを
用いて説明しているが、本発明では室温で固体状である
インクであっても、室温で軟化状態となるインクであっ
ても用いることができる。上述のインクジェット装置で
はインク自体を３０℃以上７０℃以下の範囲内で温度調
整を行ってインクの粘性を安定吐出範囲にある用に温度
制御するものが一般的であるから、使用記録信号付与時
にインクが液状をなすものであれば良い。

【００２７】加えて、熱エネルギーによるヘッドやイン
クの過剰な昇温をインクの固形状態から液体状態への状
態変化のエネルギーとして使用せしめることで積極的に
防止するか又は、インクの蒸発防止を目的として放置状
態で固化するインクを用いることもできる。いずれにし
ても熱エネルギーの記録信号に応じた付与によってイン
クが液化してインク液状として吐出するものや記録媒体
に到達する時点ではすでに固化し始めるもの等のよう
な、熱エネルギーの付与によって初めて液化する性質を
持つインクの使用も本発明には適用可能である。

【００２８】このようなインクは、特開昭５４−５６８
４７号公報あるいは特開昭６０−７１２６０号公報に記
載されているような、多孔質シートの凹部または貫通孔
に液状又は固形物として保持された状態で、電気熱変換
体に対して対向するような形態としても良い。

【００２９】本発明において、上述した各インクに対し
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。

【００３０】図３は本発明により得られた記録ヘッドを
インクジェットカートリッジ（ＩＪＣ）として装着した
インクジェット記録総理（ＩＪＲＡ）の一例を示す外観
斜視図である。

【００３１】図において、１２０はプラテン１２４上に
送紙されてきた記録紙の記録面に対向してインク吐出を
行うノズル群を具えたインクジェットヘッドカートリッ
ジ（ＩＪＣ）である。１１６はＩＪＣ１２０を保持する
キャリッジＨＣであり、駆動モーター１１７の駆動力を
伝達する駆動ベルト１１８の一部と連結し、互いに並行
に配設された２本のガイドシャフト１１９Ａおよび１１
９Ｂと摺動可能とすることにより、ＩＪＣ１２０の記録
紙の全幅にわたる往復運動が可能となる。

【００３２】１２６はヘッド回復装置でありＩＪＣ１２
０の移動経路の一端、例えばホームポジションと対向す
る位置に配設される。伝動機構１２３を介したモータ１
２２の駆動力によって、ヘッド回復装置１２６を動作せ
しめ、ＩＪＣ１２０のキャッピングを行う。このヘッド
回復装置１２６のキャップ部１２６ＡによるＩＪＣ１２
０のキャッピングに関連させて、ヘッド回復装置１２６
内に設けた適宜の吸引手段によるインク吸引もしくはＩ
ＪＣ１２０へのインク供給経路に設けた適宜の加圧手段
によるインク圧送を行い、インクを吐出口より強制的に
は排出させることによりノズル内の増粘インクを除去す
る等の吐出回復処理を行う。また、記録終了時等にキャ
ッピングを施すことによりＩＪＣ１２０が保護される。

【００３３】１３０はヘッド回復装置１２６の側面に配
置され、シリコンゴムで形成されるワイピング部材とし
てのブレードである。ブレード１３１は、ブレード保持
部材１３１Ａにカンチレバー形態で保持され、ヘッド回
復装置１２６と同様、モータ１２２及び伝動機構１２３
によって動作し、ＩＪＣ１２０の吐出面との係合が可能
となる。これにより、ＩＪＣ１２０の記録動作における
適切なタイミングで、あるいはヘッド回復装置１２６を
用いた吐出回復処理後に、ブレード１３１をＩＪＣ１２
０の移動経路中に突出させ、ＩＪＣ１２０の移動動作に
伴ってＩＪＣ１２０の吐出面における結露、濡れあるい
は塵埃等をふき取るものである。

【００３４】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、基
板と、基板上に固定された溝付き天板との接合面領域内
に、天板用封止剤との濡れ性の悪い層を形成することに
より、天板用封止剤が液室内に侵入してくることを防ぐ
ことが可能となり、信頼性の高いインクジェット記録ヘ
ッドを得ることができる。

【００３５】また、封止箇所と発熱抵抗体との距離を縮
めることが可能となり、基板の小型化が達成できるの
で、コストダウンの効果も併せて得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明での実施例を示す説明図。

【図２】本発明での、基板と溝付き天板との接合面にお
ける、天板用封止剤の様子を示す図。

【図３】従来例での、基板と溝付き天板との接合面にお
ける、天板用封止剤の様子を示す図。

【図４】本発明に係るインクジェット記録ヘッドを備え
た記録装置の例を示す斜視図。

【符号の説明】

１０ 基板 １１ 電気熱変換体（郡） １１Ａ 熱作用部 １２ 個別電極 １３ 共通電極 １４ 溝付き天板 １５ 天板用封止剤 ｘ 基板−溝付き天板 接合面幅 １６ 耐キャビテーション層 １７ 支持体 １８ 吐出口 １１６ キャリッジ １１７ 駆動モータ １１８ 駆動ベルト １１９Ａ，１１９Ｂ ガイドシャフト １２０ インクジェットヘッドカートリッジ １２２ クリーニング用モータ １２３ 伝動機構 １２４ プラテン １２６ ヘッド回復装置 １３０ ブレード １３０Ａ ブレード保持部材

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基板上に、吐出エネルギーとしての熱を
   発生させるための複数の発熱抵抗体と、該発熱抵抗体を
   挟むように接続された一対の対向する電極と、記録液の
   液流路及び共通液室となる複数の凹部を有し、該凹部が
   前記複数の各発熱抵抗体と、それぞれ対応するように位
   置決めされ、前記基板に固定された溝付き天板と、前記
   発熱抵抗体から発生する熱を記録液に伝える熱作用部を
   有する複数の液流路と、該熱作用部より伝わった熱によ
   り発生した記録液の泡が、消滅する時に生じる衝撃から
   熱作用部を保護する耐キャビテーション層と、該熱作用
   部からの熱に応じて記録液を吐出する複数の吐出口とを
   少なくとも有するインクジェット記録ヘッドにおいて、
   前記溝付き天板と基板との接合面領域内に、単層又は多
   層の膜を配設していることを特徴とするインクジェット
   記録ヘッド。
2. 【請求項２】 前記膜が、耐キャビテーション層である
   ことを特徴とする、請求項１に記載のインクジェット記
   録ヘッド。
3. 【請求項３】 請求項１記載のインクジェット記録ヘッ
   ドと、該インクジェット記録ヘッドを載置するための部
   材とを少なくとも具備することを特徴とするインクジェ
   ット記録装置。