JPS60208247A - 液体噴射記録ヘツド - Google Patents

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】 本発明は記録液としての液体を飛ｆ４ｉ的液滴として噴
射し、該液滴を用いて記録を行なう液体噴射記録装置に
’Ａ面される記録ヘッドに関する。

ｒ−クジエンド記録法（液体噴射記録法）は、１φ／／
の方式、すなわち高電圧印加による静電吸引力式、Ｌｔ
６電素ｆを用いて記録液に機械的振動または変移をグア
える方式、記録液を加熱してこれに急激な体積増大変化
を起させ、その圧力を利用する方式等の記録液吐出方式
により記録液の小滴を発生させ、これを紙等の被記録材
に４１１１させて記録を行なう方式であり、記録時に於
ける騒ａの発生か急視し肖る程度に極めて小ｙいという
点１．ｔ’＋ｉ速記録が”ｆ能であり、しかも所謂首通
紙にｋｌ清という特別な処理を必要とせずに記録の行な
える点に於いて注１」され最近種々のタイプのものが活
光参こ１ｔｌｆ究されている。

その中でも、例えば熱エネルギーを液体シこ作用させ、
液滴吐出のためのｂ；（動力を１１Ｉる方式、即ち、熱
エネルギーのｎ−川を受けた液体が急峻な体積の増大を
４′ｉなう状態変化を起し、該状ｊル１変化に基〈作用
力によって、記録へ、１・部先端のオリフィス（液体吐
出孔）より液体が吐出されて、飛翔的液滴が形成され、
該液滴を紙等の被記録材に（Ｊ、４させて記録を行なう
方式は、所謂ｄｏｒｏｐ−ｏｎｄｅｍａｎｄ記録法に極
めて有効に適用されるばかりでなく、記録へ・ント部を
ｆｕｌｌ　１ｉｎｅタイプで、ＶＩ雷瓜マルチオリフィ
ス化された記録ヘットが容易に具現化できるので、高解
像度、高品質の画像を高速で得られる方式として注口さ
れている。

このような方式を適用した記録法に用いられる装置の記
録ヘット部は、液体を吐出する為に設けられたオリフィ
スと　ａＡオリフィスに連通し、液体を吐出するための
エネルギーが液体に作用する部分であるエネルギー作用
部を構成の一部とする液流路とを有する液吐出部と、前
記エネルギーを発生する１段としてのエネルギー発生体
とを具備している。

このような液体噴射記録ヘッドの構造を示す典型的な例
が第１図（ａ）　、　（ｂ）及び第２図にンバされる。

第１図（ａ）　、　（ｂ）は、熱エネルギーを吐出エネ
ルギーとする液体噴射記録ヘットの一例であり。

第１図（ａ）はオリフィス側から見た正面部分図、第１
図（ｂ）は第１図（ａ）に一点鎖線Ｘ−Ｙで示す部分で
切断した場合の切断面部分図である。

これらの図にン１ぺされた記録へツＦＩ０１　は、その
表面にエネルギー発生体としての電気熱変換体１０２が
設けられている基体＋０３上に、Ｊ對疋の線密度で所定
のＩＩと深さの溝が所定数設けられている溝イ１＆１０
４を覆うように接合することによって、液体を吐出させ
るためのオリフィス＋０５を含む液吐出部１０６が形成
された構造を有している。液吐出部１０８は、オリフィ
ス＋０５と電気熱変換体＋０２より発生される熱エネル
ギーが液体に作用して気泡を発生し、その体積の膨張と
収縮に依る急激な状態変化を引き起すところである熱作
用部＋０７とをイｉする。

エネルギー作用部である熱作用部＋０７は、１に気熱変
換体１０２の熱発生部１０８の上部に位置し、熱発生部
１０８の液体と接触する血としての熱作用面１０９をそ
の低面としている。

発熱抵抗層１１１には、熱を発生させるために該層Ｉｌ
ｌ　に通電するための電極１１３　、１１４がその表面
に設けられており、これらの電極間の発熱抵抗層によっ
て熱発生部＋０８が形成されている。

゛電極１１３は、各液吐出部の熱発生部に共通の電極で
あり、電極１１４は、各液吐出部の熱発生部を選択して
発熱させるための選択電極であって、液吐出部の液流路
に沿って設けられている。

保護層１１２は、熱発生部１０８に於いては発熱抵抗層
Ｉｌｌを使用する液体から化学的、物理的に保護するた
めに発熱抵抗層Ｉ１１　と液吐出部１０Ｂの液流路を満
たしている液体とを隔絶すると共に、液体を通して電極
１１３　、１１４間が短絡するのを防止する発熱抵抗層
ＩＩＩの保護的機能を有し、更に隣接する電極間に於け
る電気的リークを防止する役１１もイＪしている。

各液吐出部に設けられている液流路は、各液吐出部のＬ
：　ＪＡＬに於いて、液流路の一部を構成する共通液室
（ド図示）を介して連通されている。各液吐出部に８没
けられた電気熱変換体に接続されている電極１１３　、
１１４はその設計上の都合により、１ｉｉｊ記保護層に
保護されて熱作用部の上流側に於いて前記共通液室ドを
通るように設けられている。

方、第２図のその主要部の断面部分図に示しだ液体噴射
記録ベントは、エネルギー発生体として圧’ｉｔ！：索
子を用いた例である。

この記録へ７トに於いては、圧電、４４’／１１５によ
って発生したエネルギーが、エネルギー作用部１０７に
於いて、工２、ルキー発生面＋０９を介して１夜体に伝
達され、液体に機械的振動または変移がダえられ、これ
によってオリフィスから液滴が吐出されるものである。

このような液体噴射記録ヘットに於いては。

第３図に示すように、従来エネルギー発生体２０８は、
基体２０３の一方の面上の所定の位置に、　ＸＪの゛電
極（共通電極２１３、選択−＋ｂ、極２１４）間に接続
されてｆＪ！、置されていた。

従って、共通電極２１３は折り返し形状となり、共通電
極２１３と選択電極２１４とが交ＩＪ−に配列されるた
めに、複数のエネルギー発生体２０８は共通電極を挾ん
だように配置されていた。

このような７に極の配線を適用した場合、電極２１３と
電極２１４とが互いに隣合わせに過密に配列されている
ために、保護層をｆｌｉＪ述したような保護的機能を効
果的に有するように積層することが容易でなく、また゛
上極２１３　、２１４間のショートや保護層を介して接
触している液体への電気的リークの起る場合が多く、こ
のために記録ベントの機能の低ドや寿命を短くするとい
う問題があった。

更に、多数の電極２１３　、２１４を設けることにより
、特に共通電極の配線に於けるポンチインク箇所が多く
、またその密用も高くなるので、ポンティング箇所での
接続不良等を起こすｕ（脆性が高（、信頼性を低ドさせ
る原因となっていた。

方、複数のオリフィスの高密度化を行なう場合、　般に
これらのオリフィスのそれぞれに対応したエネルギー部
の各々の間隔を所望のオリフィス富度が得られるように
狭くすること、即ち各電極間の間隔を狭く、あるいは各
電極の巾を細くすることによってオリフィスの高！度化
を行なってきた。

ところか、各電極間の間隔を狭くし過た場合、ｎも述し
たような７Ｅ極２１３　、２１４間のショートや電気的
リークの起るＯ（脆性がより高くなり、また各電極のｌ
ｔＪを必要以りに細くすることは、′Ｉｔ１．８１とし
ての機能を低ドさせる原因になるなど、各電極間の間隔
を狭く、あるいは各１［極の巾を細くすること、即ち更
に高密度化を進めることには構造」−の限界があった。

未発ｌＩは、これらの問題に鑑みなされたものであり、
前述したような−・対の電極間のショートが起りにくい
構造を有し、記録へントの機能や信頼性の低トを防ぐと
共に、従来の液体噴射記録へ。

ドに於いて限界となっていたオリフィスの高冨度化を更
に進めることがｌ１能な液体噴射記録へントを提供する
ことをその目的とする。

」−記の［」的は以下の本発明によって達成することが
できる。

すなわち、本発明はの液体噴射記録ヘッドは、飛翔的液
滴を形成するためのオリフィスとｎす記液滴を形成する
ために利用されるエネルギーを発生するエネルギー発生
体と前記エネルギーが液体に作用する部分であるエネル
ギー作用部とを有する液体噴射記録ヘッドに於いて、前
記エネルギー発生体が形成される基体の少なくとも一部
が該基体の端面に向った斜面とされ、該斜面上に前記エ
ネルギー発生体が形成されていることを特徴とする。

以下、図面に従って、液滴吐出エネルギーとして熱エネ
ルギーを用いる液体噴射記録法に適用される記録ヘッド
をその一例として本発明の記録ヘッドを詳細に説明する
。

第４図（ａ）〜（ｄ）は本発明の液体噴射記録ヘッドの
一例を説明するための模式図である。

第４図（ａ）は本発明の液体噴射記録ヘッドの一例の模
式的断面部分図、第４図（ｂ）は第４図（ａ）に示した
記録ヘッドの主要部Ａの拡大図、第４図（ｃ）は第４図
（ａ）に示した記録へ・ラドをオリフィス側からみた正
面部分図、第４図（ｄ）は第４図（ａ）に示した記録へ
ラドの電気熱変換体の設けられた基体の模式的平面部分
図である。

本発明の液体噴射記録へラド４０１に於いては、第４図
（ｂ）及び第４図（ｄ）に示したように、基体４０３の
上面に、Ｘ体側から順に発熱抵抗層４０４、選択電極４
０８が積層され、基体４０３の一端には基体の水平方向
に対して所定の角度αを持った傾斜面Ｂが設けられてお
り、該斜面Ｂ　ｈの所定の位置に−・対の電極（共通電
極４０９及び選択？Ｉｔ８！４０８）と、これら電極に
接続された発熱抵抗層４０４とからなる熱発生部４０２
が配設されている。

基体４０３は更に支持板４１０によって補強されている
。

光熱抵抗層４０４、共通型８＋４０９及び選択電極４０
８は、それぞれ＋９１望の位置に共通電極４０９と選択
電極４０８との間に吐出工不ルキー発生部としての熱発
生部４０２が配置されるような形状及Ｕ人５さにパター
ニングされており、更に選択電極４０８は、ス（体４０
３の上面のみに設けられ、更に基体の下面には共通型＆
　４０９が設けられており、その端部に於いて発熱抵抗
層４０４と接続されている。

共通電極４０８は、ホンディング箇所を少なくして接続
不良等を起こす可能性を低くし、記録ヘントのイ、１頼
性を向上さゼるために基体４０３のト面全面にわたり　
体化されて、没けられていることが好ましい。

このように選択電極４０８と共通電極４０９を分離して
配線することによって、熱発生部４０２を、第３図の＋
ｉｉｊ　’ｙＢしたような従来例に於いては、共通電極
２１３を挾んだ一本おきの選択電極２１４に対応して配
置されていたのに対して、隣り合せに配列された複数の
選択型Ｊ４ｉ　４０８に対応して配置できるようになり
、複数の熱発生部４０２のそれぞれの間隔を狭くするこ
とがＣり能となった。

従って、選択゛電極４０８と共通電極４０９は基体４０
３の相対する両面に別々に配線されていることか好まし
い。

このよ−）１こして、これらの熱発生部４０２の設置′
ケ１度を、従来の）２個／■程度から、　３２１Ｗ／１
１１１程度にまで晶に度化することがｔｉ）能となり、
熱発生部４０２に夕、１応して設けられるオリフィスの
高布度化かＩＩＪ能となった。

更に、共通電極と選択７に極とが分離されて配線される
ことによって、これらの電極間でのショートのが起りに
くい構造となった。

なお、図には示されていないが、所定の形状の発熱抵抗
層４０４及び電極４０８　、４０９が設けられ、所定の
位置に熱発生部４０２が配置された基体」−の少なくと
も液体が流れる若しくは滞留する領域ドの熱発生部及び
電極上には保護層が設けられている。

この保護層は、′屯８！４０８　、４０９と熱発生部４
０２を構成している発熱抵抗層を、これらの１、部にあ
る液体から化学的、物理的に保護するとともに、液体を
通じて起る前記電極間の短絡、同種の電極、特に選択電
極４０８間でのリーク、通電された電極が液体と接触す
ることによって起る電極の電蝕を防止し、更に熱発生部
に於いて発生した熱エネルギーを液体に効率良く伝達す
ることを）な１」的として設けられている。

このような構成をその表面にイ１する基体４０３　１ニ
ハ、第４図（ａ）−第４ＩＡ（ｃ）に４くしたように、
側壁４１４及び天板４０６が設け、られ、これらによっ
てオリフィス４０５　と、該オリフィス１３連通し、吐
出エネルギー作用部である熱作用部４０７を有する液流
路４１５と、該液流路に液体を供給するだめの共通液室
４１２とが、熱作用部４０７を有する液流路４１５か熱
発生部４０２に対応するように形成されている。液流路
４１５は、その上流に於いて、Ｍ流路４１５の一部を構
成の一部とする共通液室４１２　を介して連通されてい
る。

選択電極４０８は、前記保護層に保護されて熱作用部の
上流側に於いて前記共通液室下を通るように設けられて
いる。

この例に於いて、液体は、傾斜面Ｂの有する基体の水」
ｉ方向に対する角度αに対応した方向Ｃに吐出する。従
って、所ψの液吐出方向を得るためには、所定の傾斜角
αを有するように基体４０３の端を９ノ断ずれば良い、
＃ｌ斜角αは、記録ヘットの装置される記録装置の形態
等に応して５°〜９５°、好ましくは１５°〜４５°の
範囲内から適宜選択することかできる。

第５図（ａ）及び第５図（ｂ）に、本発明の液体噴射記
録ヘッドの他の例を示す。

第５図（ａ）は本発明の液体噴射記録ヘッドの他の例の
模式的断面図、第５図（ｂ）は第５図（ａ）に示した記
録ヘッドの主要部の模式的断面部分付きの斜視図である
。

この例の記録へラド５０１ニ於いては、オリフィス５０
５が天板５０６の所定の位置に設けられており、基体の
傾斜面Ｂの傾斜角αに対して垂直な方向りに液滴が吐出
される。これ以外の構造は、第４１４に示した例と同様
であり、各部分には第４図で付した番号と同様の番号を
付した。

本発明の液体噴射記録ヘッドの有する基体４０３として
は、シリコン、カラス、セラミフクス等の板、あるいは
アルミニウム等の金属板の表面に、酸化アルミニウム、
酸化ジルコニウム、酸化夕／タル等の金属酸化物の絶縁
層を、蒸着法、スパッタリング法あるいは金属の所定の
表面の醸化処理等の方法によって設けたもの等の絶縁性
のあるものを使用することができる。

支持体４１０としては、記録ヘッドを補強できるものな
らばどのようなものでも使用ｃＩｆ能であるが、少なく
とも共通電極４０９との密着性が良く、更に共通電極４
０９の電気的機能を高めるために、共通電極４０３との
密着面側に導電性を有しているものがｔｌｆましく、Ａ
！、低抵抗Ｓｉ、　ＳＵＳ等の導電性材料からなる桁等
を使用することができる。

なお、前記基体とこの支持体との接合にｊよ導電性接着
剤が使用される。

未発リノの液体噴射記録ヘットの有する熱発生部４０２
をａ成する発熱抵抗層４０４を形成することのできる材
ネ１としては、通電されることによって。

ＪｆＴ望の熱を発生させることのできるものであれば大
概のものが挙げられる。

このような材料としては１例えば窒化タンタル、ニクロ
ム、銀−パラジウム合金及びシリコン半４　体、更にハ
フニウム、ランタン、ジルコニウム、チタン、タンタル
、タングステン、モリブデン、ニオブ、クロム、バナジ
ウム等の金属及びその合金並びにそれらのフッ化物等が
好ましい材料として挙げられる。

これらの発熱抵抗層４０４を形成することのできる材料
のなかでも、最も発熱抵抗層としての特性に潰れている
のが、フッ化ハクニウムであり５次ｔこフッ化バナジウ
ム、２ツ化ランタン、フン化タンタル、フッ化バナジウ
ム、フッ化ニオブの順に優れている。

発熱抵抗層４０４は、上記の材料を用いて、蒸着法やス
パッタリング法等によって形成することができる。

発熱抵抗Ｍ４０４の層厚は、単位時間の発熱量が所望の
値となるように、その面積、材料及び熱作用部の形状と
大きさ、更に実際面での消費電力等の諸条件に応じて適
宜決定されが、通常０．００１〜５戸、好ましくはｏ、
ｏｉ〜　１ｕとされる。

電極４０８及び４０９を形成することのできる材料とし
ては、通常使用されている電極材料の大概のものが使用
され、例えばＡ１、Ａｇ、　Ａｕ、Ｐｔ、　Ｃｕ等の金
属が挙げられ、これらを使用して、居着法等を用いて形
成することができる。

電極４０８　、４０９及び熱発生部４０１２上に設けら
れた保護層は、金属酸化物、金属窒化物５金属炭化物等
の無機材料及び樹脂等の有機材料から、設けられる場所
に応じて要求される特性を満足するようｔこ適宜選択さ
れた１種以上の材料から形成することができる。

なお、これまで説明した本発明の液体噴射記録ヘットは
、液滴を吐出するためのエネルギーをエネルギー発生体
としての電気熱変換体によって発生させるものであった
が、もちろんこれに限られることなく、圧電素子等をエ
ネルギー発生体として用いたものであっても良い。

以にの説明したような構造を有する本発明の液体噴射記
録へントに於いては、液体を記録ヘッドの長子方向に対
して所望の角度を持った斜め方向に０１出させることが
できるようになり５例えば記録へノドと被記録材とのよ
りよいマツチングを得るための記録装置の設計上の要求
に対応できるものとなった。

また、本発明の記録ヘッドは、共通電極と選択上極を異
なる平面に分離して配線するのに好適な構造を有し、こ
のようにこれらの電極を配線することによって、従来の
折り返し電極パターンに於いて限界となっていた熱発生
部の高密度化が可能となり、しかも本発明の記録ヘット
はこれらの電極間でのショートの起りにくい構造となっ
た。更に、共通電極を１つの電極として一体化し、特に
支持体として導電性のものを使用して共通電極に導電性
接着剤を用いてこれを接合した場合には、共通電極がよ
り強固に一体化され１例えば基体に形成された側面下部
への導電性接着剤の流れ込み等もあって、共通電極によ
り高い信頼性を得ることができる。

以下、実施例に従って本発明の液体記録噴射記録へント
を更に詳細に説明する。

実施例１ 以Ｆの様にして１．”Ｓ　４図（ａ）　〜（ｄ）に示し
た本発明の液体噴射記録ヘッドの作成を実施した。

まず、アルミナ基体４０３　（３５ａ＋ｍＸ　３７ｍｍ
Ｘ　Ｏ，５ｍｍ）の−辺に添って該基体を斜めに切断し
、基体面に対して３０°の傾斜角を有する斜面Ｂを形成
させた。

次に、基体４０３の斜面Ｂを有する上面に発熱抵抗層３
０４として、Ｔａ−Ａｌ合金の厚さ０．２μの蒸着層を
設け、該層を所定の形状を有するパターンマスクを用い
てエツチングした０次に、Ａｕを基体４０３の両面に蒸
着法により、０．５μの厚さに積層し、更に斜面Ｂを有
する上面にあるＴａ−Ａｌ合金層を所定の形状のパター
ンマスクを用いてエツチングして、第４図（ｄ）に示し
たような所定の形状及び個数の電極４０８　、４０９と
これら電極に接続した熱発生部４０２　（２０鱗ｘ１ｏ
ｏｕ）を形成した。形成された熱発生部４０２の配列密
度は、３２個／■となった。

更に、熱発生部４０２及び電極４０８．４０９が設けら
れた面上にＳｉＣを蒸着法により積層し、ＳｉＣからな
る厚さ１．９μの保護層を形成した後、このようにして
所定の位置に熱発生部４０２の設けられた基体４０３上
に２０−の感光性トライフィルムを積層し、所定のパタ
ーンマスクによる露光及び現像を行ない、オリフィス４
０５．液流路４１５及び共通液室４１２を設け、更にエ
ポキシ系接着剤を用いてガラス製の天板４０６を設けた
。

最後に、Ａ１板からなる支持体４１０を導電性接着材を
用いて基体４０３の共通電極４０８が全面に蒸着された
面に接着して第４図（Ｌ）に示したような液体噴射記録
へ・νＦを完成した。

この本発明の液体噴射記録へンドは、３２個／■の憲度
でオリフィスの配列された高雀度マルチオリフィス化さ
れた記録ヘッドとなった。

この本発明の液体噴射記録ヘットを用いて記録を１ｊな
ったところ、高解像度、高品質の画像を高速で（）られ
、更に長期間にわたる使用に際しての信頼性も高いもの
であった。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）は従来の液体噴射記録ヘットの−・例のオ
リフィスの設けられた面の模式的正面部分図、第１図（
ｂ）は、第１図（ａ）の一点鎖線Ｘ−Ｙでの切断面部分
図、第２図は従来の液体噴射記録ヘッドの他の一例の主
要部の切断面部分図、第３図は従来の液体噴射記録へ一
／　トの一例のエネルギー発生体の設けられた基体の平
面部分図、第４図（ａ）は本発明の液体噴射記録ヘッド
の一例の模式的断面部分図、第４図（ｂ）は第４図（ａ
）に示した記録ヘッドの主要部Ａの拡大図、第４図（Ｃ
）は第４図（ａ）に示した記録ヘッドをオリフィス側か
らみた正面部分図、第４図（ｄ）は第４図（ａ）に示し
た記録ヘッドの電気熱変換体の設けられた基体の模式的
平面部分図、第５図（ａ）は本発明の液体噴射記録ヘッ
ドの他の例の模式的断面図、第５図（ｂ）は第４図（ａ
）に小した記録ヘッドの主要部の模式的正面部分図きの
斜視図である。 １０１．４０１，５０１＋記録ヘット １０２：電気熱変換体　１０３，２０３，４０３　：基
体１０４、溝伺き板 １０５．４０５，５０５ニオリフイス １０６：液吐出部　１０７，４０７：熱作用部１０８．
４０２：熱発生部　１０９：熱作用面ＩＩ！、４０４：
発熱抵抗層　１１２：保護層１１３．２１３，４０９：
共通電極 １１４．２１４．４０８：選択電極 ２０８：エネルギー発生体 ４０６．４０８．５０８：天板　４１ｏ：支持体４１１
：導電性接着剤　４１２：共通液室４１３：ポンディン
グ　４１４：液流路壁４１５：液流路　Ｂ：斜面 Ｃ，Ｄ：液吐出方向　α：斜面Ｂの傾斜角Ｙ 第　１　図（ａ） 第　１　図（ｂ） 第　２　図 第３図 第　４　図（ａ） 第　４　図（ｂ） 第　４　図　（Ｃ） 第　４　図（ｄ）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）飛翔的液摘衛形成するためのオリフィスと前記液
   滴を形成するために利用されるエネルギーを発生するエ
   ネルギー発生体と前記エネルギーが液体に作用する部分
   であるエネルギー発生体とを有する液体噴射゛記録ヘッ
   トに於いて、前記エネルギー発生体が形成される基体の
   少なくとも　部か該基体の端面に向った斜面とされ、該
   ５＋　ｍｉ　１−に＋ｉｉｊ記エネルギー発生体か形成
   されていることを＃５敬とする液体噴射記録ヘント。