JPS63221048A - インクジエツト記録装置 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は記録液の加熱、状態変化により記録液滴を吐出
させるインクジェット記録装置のヘッド構造に関する。

〔従来の技術〕

記録液の加熱、状態変化により記録液滴を吐出させるイ
ンクジェット記録装置の従来例として、米国ＩＩ　Ｅ　
Ｗ　Ｌ　Ｅ　Ｔ　Ｔ　−Ｐ　Ａ　ＣＫ　Ａ　ＲＤ社ジャ
ーナル１９８５年５月号に記録装置および記録ヘッドの
構造が詳細に紹介されており、簡便な構造で高速・高密
度記録が可能なインクジェット記Ｏ装置を実現するのに
作動な手段である。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかし前述の技術では、発熱体上に保護膜を設けており
、該保ｇｃを介して記録液を加熱する事により記録に必
要とするエネルギーが太き（なると共に発熱体の温度が
下がるのが遅くなり記録速度が制限されている。さらに
前記保護膜に欠陥があった場合には該欠陥部から記録液
が発熱体に侵入して発熱体の温度が高く電位が異なるた
めに化学反応により発熱体が破断するため、前記保ｖｉ
膜は完全なものでなければならず製造が技術的に困難で
あると共に製造歩留りが低くなるという問題点を有する
。

そこで本発明はかかる問題点を解決するもので、その目
的とするところは記録に要するエネルギーが低（記録速
度が速（製造が容易な・インクジェット記録装置を提供
するところにある。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明のインクジェット記録装置は、記録液を加熱する
発熱体にミノ１を供給する電極の片方の電極と同電位の
電極により前記発熱体の少なくとも１部がはさまれてい
る事を特徴とする。

（作用〕 本発明のＬ記の構成によれば、発熱体が記録液に直接触
れていた場合に記録液を通じてｔｔｔ極と発熱体の間お
よび発熱体と発熱体の間に電流が流れる事によって発熱
体で起こる電気化学反応のうちの、陽極となる電極と同
電位の電極で発熱体をはさむ事により陽極反応を、陰極
となるｒｒｉ橿と同電位、の電極で発熱体をはさむ事に
より陰極反応をきわめて少なくする事ができ陽極反応ま
たは陰極反応により発熱体が化学的に腐食・変質する事
を防止できる。

〔実施例〕 本発明を実施例に基づき詳細に説明する。

第１図は本発明のインクジェット記録装置の実施例を示
す略全体（１部成図である。

第１図において記録ヘッド１は記録液タンク５から記録
液供給パイプ１２を通じて記録液の供給を受けながらキ
ャリブジガイド６にガイドされて矢印■の方向に移動し
、プラテン２およびガイドローラー４によって記録へフ
ド１と同期した間欠改行送りされる記録紙３にインクジ
ェット記録をおこなう。なお、９は紙送りモータで、８
は紙送りギア、１１はキブリッジモーター、１０はギア
リッジベルト、７は装置のフレームである。

第２図は本発明のインクジェット記録装置の記録ヘッド
１の構造を示す模式的分解図であり、第３図は第２図の
２己録ヘツド１の断面図である。また第４図は第２図の
記録液吐出部の構造を示す断面図である。

第２図、第３図および第４図で各部の動作を館単に説明
する。第２図において、発熱体１７が設けられた基板Ｉ
４の上には、吐出口１８の設けられた吐出口板１６がギ
ャップ板１６により間隙を保たれて接合されており、そ
らに基板１４には記録′１ｆＬ（１’給パイプ１２を接
合した供給パイプ取付板１３が接合されている。第８図
の記録液供給パイプ１２から供給される記録液は供給パ
イプ取付板１３と基板１４とギャップ板１５と吐出口ａ
ｉＥ１０により形成される流路を通り、基板１４と吐出
口板１６の間隙・に供給される。第２図に戻り、発熱体
Ｉ７には電極！９を通じてスイッチング素子ＳＷにより
電力が間欠的に供給されてジュール熱が生じ、発熱体１
７の表面に接する記録液が急激な膜沸袷を起こすことに
よって発生する第３図の気泡２１による圧力変化で吐出
口１８より記録液滴２０を吐出するものである。第４図
で発熱体１７および電極１０は基板１４上に蓄熱層２２
を設けた上に発熱抵抗層２３、電極第−Ｔ！ｊ２４、電
極第二層２５を積層し、電極第二層２５、閃Ｊ！第−届
２４、発熱抵抗層の順にエツチングによりパターンを形
成し、さらに電極第三層２６が積層されて電極第一層と
同じパターンにエツチングする事により、第２図に示さ
れた形状に設けられている。

第５図は第２図の記録ヘプト１の発熱体１７および電極
１０の形状を示す平面図であり、第６図および第７図は
比較例であるインクジェット記録装置の記録ヘッド１０
発熱体１７および電極１０の形状を示ず平面図である。

第５図に示す発熱体１７右よび電極１９の形状のインク
ジフト記録装置を下記の如く製作した。

基板１４をＳｊ基板とし、潜熱ＨＪ２２　ハＳ　ｉ　Ｏ
ｌを３部ｍ１発熱抵抗層２３はＴ　ａ　　Ｓ　ｉＯｔを
０、Ｔｕｒｎ、電極第一層２４はＴｉを０．０５ｕｍ１
電極第二届２５はＡｕを１．５μｍ１電極第三層２６は
Ｔｉを０．５μｍとしてスパッタにより層を形成してフ
ォトリソグラフィ一工程によりパターンを形成した。さ
らに第２図に示すように厚み５０μｍのポリサル７オン
フイルムで形成したギャップ板１５とＮｉ電鋳により製
作した直径５０μｍの吐出口１８を設けた厚み５０μｍ
の吐出口板１６、ステンレス製の供給パイプ取付ｕｉ、
ｉ３、テフロンチューブの記録液供給パイプ１２と基板
１４とを接竹し記録ヘッド１を形成した。

基板１４は熱伝４が高いほど発熱体１４の冷却が速く行
なわれて記録表［の記録速度を高くする事ができるため
熱伝導率が高い事が望ましりＳｌ基板、ＡＩ＝Ｏａ基板
、ＳｉＣ基板等が望ましい。菩ｆＡ　Ｆｉ２２は発熱体
１４の発熱時の熱の拡散をＷＪ節して好適な熱的応答を
得るためのものであり、熱伝導率の低い材料の０．５〜
１０μｍの薄膜である事が好適であり、材料としてはＳ
　ｉＯｔが望ましい。本実施例では蓄熱層２２が直接記
録液に触れるため蓄熱層２２の化学的耐久性は高い事が
必要であり、アルカリ金属元素を含まない純ｇ　９９　
、９％以上のＳ　ｉ　Ｏ＊や、耐水性と耐アルカリ性を
向上させるためにＺ「０．やＳ　ｎ　Ｏ＊を合作させた
Ｓ　１０　ｔが好適である。本実施例では電極１９も直
接記ｇ液に触れ、また電圧がかけられるために蓄熱層２
２よりもさらに高い化学的耐久性が必要であり、また発
熱体１８に電力を供給する時に電極・１０で消費される
エネルギーを小さくするために電極１９の抵抗値は低い
事が望ましく、さらには発熱抵抗層に対して密着性が高
い事が要求される。上記の条件を満たすためには単一の
層では困難であり複数の届で形成する事が必要で好適な
層構造として、Ｔｉ層とＡｕ層、Ｔｉ層とＡｕｆｆ１と
Ｔ’ｉ５の組み合わせが上げられる。Ｔｉは発熱抵抗層
２３のＴａ−３ｉｎ、との密着も良（、また空気中で表
面に酸化被膜を形成し、該酸化被膜の耐食性がきわめて
高＜　、Ａ　ｕは化学的に不活性であり電気抵抗率も低
いため、ＴｉＸＬＡＵ層の２層構造の電極１９でも良い
が、Ａｕも印加される電圧および！ｉ！録液の成分によ
っては溶出する場合があり、Ａｕ層をさらにＴｉｆｆで
おおった第４図に示した３層構造の電ｔ！ｉ　１０がき
わめて好適である。供給パイプ取付板１３と基板１４の
放熱を良くするために金属である事が望ましく、記録液
に腐食されないためにステンレスによって形成されてい
る事が望ましい。

製作した記録ヘッド１の発熱体１７は長さ１６０μｍ１
幅８０μｍで抵抗値４０Ωであり１５Ｖの電圧の６μｓ
のパルス印加で安定した記録液吐出をさせる事ができた
。記録液は、水５５ｗｔ％、トリエチレングリコール２
−０ｗｔ％、ジエチレングリコールモノブチルエーテル
２０ｗｔ％、プロキセル（１：Ｃ，１社製防カビ剤）０
．２ｗＬ　％　１水溶性染料（Ｃ，１，ダイレクトブラ
ック１５４）４．８ｗｔ％のものを用いた。

第５図に示した矢印ｉの方向に電流が流れるように製作
した記録ヘッド１にスイッチング素子ＳＷを接続し、駆
動周波数３　Ｋ　ＩＩ　ｚで記録吐出実験を行なった結
果、５億回まで安定した記録液吐出が可能であったのに
対し、矢印ｉ方向と逆の方向に電流が流れるようにスイ
ッチング素子ＳＷを接続した場合には１億回以下の駆動
で発熱体１７が破断した。また第５図に示した本発明の
実施例に対して電極１９のパターン形状の異なるｍ６図
のｔｉｌｔ造による記録ヘッドｌを比較例として同様に
製作し矢印ｉの方向に電流が流れるようにスイッチング
素子Ｓ　Ｗ　＠接続して駆動を行なったところ１億回以
下の駆動で発熱体１７が破断した。矢印ｉと逆方向に通
電した第５図の形状のものと、矢印ｉの方向に通電した
第６図の形状のものでの発熱体１７の破断位置は陰極側
であった。

第５図および第６図で矢印ｉの方向に通電された場合に
、記録液を通じて発熱体１７から流れ出ず、または発熱
体１７に流れ込むと考えられる電流を破線による矢印で
示す。第５図の形状では矢印ｉ方向の通電がされた場合
には発熱体１７からは記録液を通゛じて電流の流れ出し
のみが起こり、発熱体１７の表面で起こり得る電気化学
的反応は陽極反応のみである。逆に第５図の矢印ｉと逆
の方向に通電した場合には、破線で示された記ａ液を通
じて流れる電流の方向も逆向きとなり、発熱体１７０表
面では陰極反応のみが起こり、該反応は陰極側でより強
（起こる。また第６図の形状では発熱体１７の陽極側で
陽極反応が、陰極側で陰極反応がそれぞれ起こり得る。

前述の記録液吐出実験の結果から、製作したＨＪｉＦｘ
造の記録ヘッド１および実験に用いた記録液において発
熱体１７は陽極反応に対して耐久性が高く、陰極反応に
対しては耐久性が低く陰極反応により破断に散った事は
明白であり、本発明の実施例である第５図の様に発熱体
１７を片側の電極１９ではさみ、該電極１０を通電時に
Ｆ３　ｔ！ｉとなるように駆動する事によって発熱体１
７での陰極反応を防止でき耐久性の高い記録ヘッド１が
実現できる。

製作した記ロヘフド１０発熱体１７の陽極側で耐久性が
高い理由として発熱抵抗層２３に含まれるＴａが陽極酸
化により被膜を形成する事などが考えられ、同じ理由か
らＴａ−ＮおよびＴａ−Ｎ−３ｉ−０などのＴａを含有
する化合物による発熱抵抗！２３を用いる場合には陰極
側の電極１９で発熱体１７をはさむ事により高い耐久性
が得られると推定される。また、水素よりもイオン化傾
向が高く表面に耐久性の高い酸化被膜または水酸化被膜
を形成しない金屑元素を含む化合物、例えば、Ｎｉ−Ｃ
ｒ、Ｃｒ−３ｉ−０などの化合物で発゛熱砥抗層２３を
形成する場合には、陽極における金属元素の記録液への
溶出を防止するために、発熱体１７を陽極側の電極１７
ではさむ事が望ましい。

発熱体１７をはさむ電極１９は発熱体１７に近接して設
けられる事が望ましく、該電極１９が発熱体１７から遠
く離れている場合には発熱体１７を電極１９ではさむ事
による効果が減少し記録液を通じて流れる電流は第６図
に示す破線の矢印の状態に近くなる。本発明の効果を十
分に得るためには、発熱体１７の端と該発熱体１７をは
さむ電極１９の発熱体１７側の端、即ち第５図に示す距
１！ｉＡの最小値が、発熱体１７の通電方向の長さ、叩
ち第５図に示す距離Ｂの２倍以下である事が望ましく、
さらには距ｍＡの最小値が距ｌ１１１１Ｂよりも小さい
事が好適である。

第７図に示す比較例の電極構造の発熱体１７−１１１７
−２．１７−３を近接して並べた場合には、例えば第７
図の中央の発熱体１７−２のみが駆動された場合には、
発熱体１７−２は片側の電極１９と同電位である発熱体
１７−１と１７−３によってはさまれる事となり矢印五
方向の通電が行なわれた場合には記録液を通じて発熱体
１７−１．１７−２．１７−３に流れる電流は破線の矢
印に示すようになり、駆動されている発熱体１７−２に
ついてはド３極反応のみが起こり陽極反応は防がれてい
る。しかしながら発熱体１７−２に隣接する発熱体１７
−１および１７−３では逆に陽極反応が起こる事となり
全体としては発熱体１７−１．１７−２．１７−３で起
こる陽極反応と陰極反応のどちらも防ぐ事ができていな
い。

第８図および第９図（ａ）は本発明のインクジェット記
録表シの他の実施例における発熱体１７および電極１９
の形状を示す平面図であり、第８図（ｂ）は第９図（ａ
）の発熱体１７−１．１７−２．１７−３．１７−４の
駆動波形を示す図である。

第８図において発熱体１７はその１部が片側の電極１９
によりはさまれており、矢印ｉで示された方向に通電さ
れた場合記録液を通じて発熱体１７に流れる電流は破線
の矢印で示された様になる。第８図の場合、陰極反応は
発熱体１７の１部で小規模に起こるのみであり、第６図
の従来の電極１９の形状の場合に比べきわめて高い耐久
性が得られる。発熱体１８をはさむ片側の電極は、第５
図に示す様に反対側の電極１９まではみ出して発熱体１
７をはさんでいる事がＱＭであるが、第８図の様に１部
だけをはさんでいる場合でも十分な効果が得られる。第
８図のような形状の場合には発熱体１７の通電方向の長
さの半分以上が片側の電極１９によりはさまれている事
が望ましくさらには、３ｉ４以上が電極１９によりはさ
まれている事が好適である。

第９図（ａ）において発熱体１７−１．１７−２．１７
−３．１７−４は千鳥の足跡状に配置されており、発熱
体１７−１．１７−３は共通電極１９−５によってはさ
まれており、また例えば発熱体１７−２は隣接する発熱
体１７−１．１７−３に通ずる電極１０−１，１０−２
によりはさまれている。発熱体１７−１〜４に第０図（
ｂ）に示すような隣接する発熱体１７−１〜４、を異な
るタイミングで駆動する時分割駆動を行なった場合には
、例えば発熱体１７−２に通電を行なっている時には発
熱２体１７−１と１７−３は通電されていないため電極
１０−１と１９−３は共通電極１９−５と同電位であり
、発熱体１７−２は共通電極１９−５と同電位の電極１
９−１，１９−３によりはさまれている事となる。通電
方向が矢印ｉで示される方向である場合、即ち共通型ｔ
ｒｉ　ｌ　９−５が陰極となる場合には、第９図（ａ）
に示すように発熱体１７−１〜４を千鳥配置としてｆｌ
￥８図（ｂ）に示す時分割駆動を行なった場合には発熱
体１７−１〜４で陰極反応が起こる事が防止でき前述の
製作を行なった層構造による記録ヘッド１で高い耐久性
が得られる。

第１０図（ａ）は本発明のさらに他の実施例におけるイ
ンクジェット記ｆｌ装置の記録ヘッドの発熱体１７と電
極１９の形状を示す平面図であり、ｆｆｌｌＯ図（ｂ−
）は第１０図（ａ）のＸ−Ｘ断面の構造を示す断面図で
ある。

第１０図（ａ）において発熱体１７は片側の電極１９に
よりはさまれた構造をしたおり、第１０図（ｂ）に示す
ように発熱体１７上には保１１Ｂ２７が形成されている
。従来のインクジェット記録装置では電気絶縁物の保護
膜２７により発熱体１７で起こる電気化学反応を防止し
ているが、該保護膜２７がある事により記録液を加熱す
るためのエネルギーが増大するため保Ｆ［Ａｍ２７は薄
くなければならない。しかしながら薄い保ａ膜２７では
発熱体１７を完全に記録液から電気的に絶縁する事は困
難であり、第１０図（ｂ）に示す段差被膜欠陥部２８や
表面被膜欠陥部２９が発生しやすい。本発明はこのよう
な場合にも作動であり、発熱体１７上の保Ｎ１１２２７
に欠陥がある場合には電極１９上の保護膜２７にも欠陥
ができるため、これにより発熱体１７の露出部における
陽極反応または陰極反応のどちらかを防止でき、段差被
膜欠陥部２８および表面被膜欠陥部の２９の「無にかか
わらず高い耐久性が得られる。

〔発明の効果〕

以上述べたように本発明によれば、発熱体に電力を供給
する電極の片方の電極と同電位のｒｒｉ極により前記発
熱体の少なくとも１部がはさまれている事により、発熱
体上に保護膜を設けない場合でも設けた保護膜に欠陥が
ある場合でも十分な発熱体の耐久性を得る事ができ、こ
れにより製造が容易であり、また保Ｎ膜を設けない事に
より記録に要するエネルギーが低く記録速度が速いイン
クジェット記録装置が実現できるという効果を「する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のインクジェット記録装置の略全体構成
を示す斜視図。第２図は本発明のインクジェット記録装
置の記録ヘッドの構造を示す模式的分解図。第３図は第
２図の記録ヘッドの断面図。第４図は、第２図の記録ヘ
ッドの記録液吐出部の断面図。第５図は第２図の記録ヘ
ッドの発熱体および電極の形状を示す平面図。第６図お
よび第７図は比較例であるインクジェット記Ｏ装置の記
録ヘッドの発熱体および電極の形状を示す平面図。第８
図、第０図（ａ）は本発明の他の実施例における発熱体
および電極の形状を示す平面図。 第９図（ｂ）は第９図（ａ）の発熱体の駆動伏態を示す
駆動波形図。第１０図（ａ）は本発明の他の実施例にお
ける発熱体および電極の形状を示す平面図。第１Ｏ図（
ｂ）は第１Ｏ図（ａ）のＸＸ断面における。構造を示す
断面図。 以　　上 出願人　セイコーエプソン株式会社 ７３：イ夫徐Ｗパ４プｊび１Ｓ良 ７４：養訊 ７５：ギｆ’／’７’粥（ ７６：ロｆ−弘口坂 １７：垢警φ 第２図 第４図 第７図 第８図 ２７、°侃区峡 ２ｑ、°創１１畝１肩 第１０図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 記録液を発熱体により加熱し、該加熱による記録液の状
   態変化により前記発熱体に対応する吐出口より記録液滴
   を吐出させて記録を行なうインクジェット記録装置に於
   いて、前記発熱体に電力を供給する電極の片方の電極と
   同電位の電極により前記発熱体の少なくとも１部がはさ
   まれている事を特徴とするインクジェット記録装置。