JPS6326708B2

JPS6326708B2 -

Info

Publication number: JPS6326708B2
Application number: JP54157795A
Authority: JP
Inventors: Yasushi Takatori
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1979-12-04
Filing date: 1979-12-04
Publication date: 1988-05-31
Also published as: JPS5680477A

Description

【発明の詳細な説明】

［産業上の利用分野］本発明は一般にインクと呼ばれる記録液を微細
オリフイス（吐出口）から小滴として吐出し、飛
翔させ、この小滴の被記録面への付着を似て記録
を行なう液体噴射記録ヘツド、特に使用耐久性を
向上させた新規な構成を有する液体噴射記録ヘツ
ドに関する。［従来の技術］現在知られる各種の記録方式の中でも、記録時
に騒音の発生がほとんどないノンインパクト記録
方式であつて、且つ、高速記録が可能であり、し
かも普通紙に特別の定着処理を必要とせずに記録
の行える所謂インクジエツト記録法（液体噴射記
録法）は、極めて有用な記録方式であると認めら
れている。このインクジエツト記録法に就いて
は、これ迄にも様々の方法が提案され、改良が加
えられて商品化されたものもあれば、現在もな
お、実用化への努力が続けられているものもあ
る。インクジエツト記録法は、インクと称される記
録液の小液滴（droplet）を種々の作用原理で飛
翔させ、それを紙等の被記録部材に付着させて記
録を行うものである。そして、本出願人も、斯か
るインクジエツト記録法に係る新規方式に就いて
既に提案を行なつている。この新規方式は例えば
特願昭52−118798号（特開昭54−59936号）にお
いて提案されており、その一つの液体吐出法は次
に概説する通りである。つまり、記録液を収容することのできる微細な
液路に導入された記録液に熱による状態変化を生
起させ、該状態変化に基づいて記録液を前記吐出
口より吐出させて飛翔的液滴を形成し、これを被
記録部材に付着させて記録を行う方式である。このような液体吐出法による新規方式には、実
施装置の構成が従来の方式による装置に比べて簡
略であること、及び吐出口をマルチ構成にして高
速記録に適合させ易いことと言う大きな長所があ
る。［発明が解決しようとする問題点］ところで、上記の液体吐出法による装置の場
合、記録液に熱的パルスを入力する手段として発
熱抵抗体及び該発熱抵抗体に電気信号を付与する
ためのリード電極を採用し、これ等が記録液に接
した状態で繰返し使用するような場合には、記録
液が充分なる電気絶縁性を備えていないとする
と、酸化や腐食により機能劣化を起したり、場合
によつては、作動不能に陥ることもなくはない。
又、記録液が電気分解されたり、リード電極の腐
蝕によつて、記録液中に不溶解成分が混在して所
期の液体の吐出を妨害する等の不都合が生ずるこ
ともなくはなかつた。［目的］そこで、本発明では、上記の点を解消し、なお
一層の改善を施してなる新規構成の液体噴射記録
ヘツドを提案する。つまり、本発明に於いては、その使用寿命がよ
り長期に亘る液体噴射記録ヘツドを提案すること
を主目的とする。又、本発明に於いては、構造的に簡略であると
共に、熱作用による記録液の安定的吐出をより長
時間に亘り保障する液体噴射記録ヘツドを提供す
ることも他の目的とする。加えて、本発明に於いては、優れた使用耐久性
と高速記録とを保証するマルチアレイ型式の液体
噴射記録ヘツドを提供することも又別の目的とし
ている。［問題点を解決するための手段］本発明の液体噴射記録ヘツドとは、記録液を吐
出する吐出口の複数と、対応する吐出口毎に設け
られ該吐出口に連通する液路と、対応する液路に
設けられ、記録液に熱による状態変化を生起させ
該状態変化に基づいて記録液を前記吐出口より吐
出させて飛翔的液滴を形成するために利用される
熱エネルギーを発生する発熱部と、該発熱部に電
気信号を付与するためのリード電極と、該リード
電極上に設けられ前記液路に記録液を供給するた
めの共通液室と、該共通液室下のリード電極を覆
う様に設けられた有機被膜と、を有することを特
徴とするものである。［実施例］以下、図面に示された具体例に従つて、本発明
を詳細に説明する。先ず、第１図及び第２図を用いて、本発明に係
る液体噴射記録ヘツドの一例及びその液体噴射原
理に就いて説明する。第１図は、液体噴射記録ヘツドの主要部の概要
を示す模式的斜視図である。発熱体設置基板１の表面には発熱部２を有する
発熱体が設けられている。基板３の材料として
は、ガラス、セラミツク或いは耐熱製プラスチツ
ク等が用いられる。基板３には、吐出前のインク
を収容する室（液路）４′及び吐出オリフイス５
を構成する長尺溝４が予め形成してあり、この基
板３と前記発熱体設置基板１とは、発熱部２と溝
４の位置合せをした後、接着剤によつて接合して
一体化される。次に、この第１図に示されるヘツドに係る液滴
噴射原理に就いて簡単に述べる。第２図は、第１
図の溝４の軸線に沿つた模式的断面図である。記
録用インクIKは、図中矢印で示される様に液路
４′内へ供給されている。今、液路４′内の一部に
付設された発熱部２に対して外部から電気信号が
付与されると、発熱部２は発熱し、その近傍のイ
ンクIKに熱エネルギーを与える。熱エネルギー
を受けたインクIKが体積膨張或いは気泡の発生
等の状態変化を起こして圧力変化が生じ、この圧
力変化が吐出オリフイス５の方向に伝わり、イン
クIKが小滴１０となつて吐出される。そして、
この小滴１０が不図示の紙等、任意の被記録材に
付着することによつて記録が為される。第２図に
於いては、発熱体設置基板１の詳細構造も図示さ
れている。この発熱部２は、アルミナ等の基板６
上に、蓄積層７、発熱抵抗体１１、電極８を順
次、薄膜形成技術によつて積層し、発熱抵抗体１
１及び電極８を所定の形状のパターニングした
後、更に、金属酸化物から成る保護層９を積層し
て構成される。そして、この発熱部２の表面は液
路４′内のインクIKと接触するために液路４′内
に露出する構成となつている。発熱部２におい
て、インクIKが直接接するのは保護層９である
が、この保護層９は発熱抵抗体１１が直接にイン
クIKと接触して酸化されたり、逆に、インクIK
が電気分解されるのを防いでいる。具体的に、こ
の保護層９の厚さは、インク吐出の熱応答性、或
はエネルギー効率の良否を左右するから、できる
だけ薄い方が望ましい。次に、叙上の所謂、シングルオリフイスタイプ
の液体噴射記録ヘツドをマルチオリフイスタイプ
の装置に変更した場合の発熱部と電極の配置形態
の例を模式的平面図として描いたものが次の第３
図ａ及び第３図ｂである。第３図ａに於いては、アルミニウム等から成る
リード電極２１−１，………，２１−５及び２２
−１，………，２２−５、と発熱抵抗体２３−
１，………，２３−５とから成るパターンが図示
されており、このパターンを以下の説明ではｕ型
と略称する。又、第３図ｂに於いては、リード電極２４及び
２５−１，………，２５−５と発熱抵抗体２６−
１，………，２６−５とから成る別のパターンが
図示されている。そして、このパターンを以下の説明に於いて
は、Ｓ型と略称する。そして、何れの図面の於いても、一点破線で囲
つてある領域２７，２８に、インクつまり記録液
の流路が設置される。この様な構造における液体噴射記録ヘツドにお
いて、流路下の電極が記録液に直接露出している
場合には、記録操作を続けてゆくと、下記の様な
現象が観察される場合があつた。即ち、 (1) 発熱体の設置数及び密度が増加するに従つ
て、記録液の流路に於いて電極の腐蝕が生じ易
く、その結果、記録液の吐出状態が不良になる
こと。 (2) このような電極の腐蝕は、ほとんど、第３図
ａ及び第３図ｂに図示した例に於いて交差線で
示した領域、つまり記録液の中継室（共通液
室）部に於いて生じることが観察された。そし
て、上記電極の腐蝕は、隣接電極間にできる電
位差に基づき、記録液を介して電解が起こるこ
とにより進行していることも判つた。そこで、
本発明者は、この電極の腐蝕現象を防ぐには、
近接電極同志が、記録液と非接触状態を保てば
良いことに気付き本発明を提案するに至つた。
即ち、本発明に於ける具体的方策は発熱抵抗体
を覆つている保護膜の他に、特に、リード電極
上にこの電極と記録液が接触することを防ぐ、
有機被膜を設けることである。なお、この被膜は少なくとも発熱体の発熱部
上には設けない方が望ましい。何故なら、発熱
部上に保護膜及びこの被膜の両者を形成する
と、全体の層厚が厚くならざるを得ない場合が
あり、その場合には熱伝達効率を悪くし、ひい
ては、記録液の吐出効率を低下させることにな
る場合もあるからである。本発明に於いて、リード電極上に被膜を形成す
る為の材料としては、成膜性が良いこと、緻
密な構造でかつピンホールが少ないこと、使用
インクに対し膨張、溶解しないこと、電極層等
の下層との接着性が良いこと、場合によつては
耐熱性が高いこと（発熱体の発熱部の近くに設け
ることを考慮して）等の物性を具備することが望
ましく、例えば、シリコーン樹脂、フツ素樹脂、
芳香族ポリアミド、付加重合型ポリイミド、ポリ
ベンズイミダゾール、金属キレート重合体、チタ
ン酸エステル、エポキシ樹脂、フタル酸樹脂、熱
硬化性フエノール樹脂、Ｐ−ビニルフエノール樹
脂、ザイロツク樹脂、トリアジン樹脂、BT樹脂
（トリアジン樹脂とビスマレイミド付加重合樹脂）
等の樹脂が用いられる。これ等の樹脂を成膜する
には、該樹脂を溶剤で希釈した後、リード電極上
に、回転塗布、スプレー塗布、浸漬塗布等の手法
を用いて塗布した後、乾燥硬化させれば良い。又、この他に、ポリキシンリレン樹脂及び、そ
の誘導体を蒸着によつて成膜する方法も望まし
い。更に、種々の有機化合物モノマー、例えばチオ
ウレア、チオアセトアミド、ビニルフロセン、
１，３，５−トリクロロベンゼン、クロロベンゼ
ン、スチレン、フエロセン、ピコリン、ナフタレ
ン、ペンタメチルベンゼン、ニトロトルエン、ア
クリロニトリル、ジフエニルセレナイド、Ｐ−ト
ルイジン、Ｐ−キシレン、Ｎ，Ｎ−ジメチル−Ｐ
−トルイジン、トルエン、アニリン、ジフエニル
マーキユリー、ヘキサメチルベンゼン、マロノニ
トリル、テトラシアノエチレン、チオフエン、ベ
ンゼンセレノール、テトラフルオロエチレン、エ
チレン、Ｎ−ニトロソジフエニルアミン、アセチ
レン、１，２，４−トリクロロベンゼン、プロパ
ンをプラズマ重合法により、リード電極上に成膜
させても良い。叙上の被膜の厚さは、本発明に於いては、乾燥
後の膜厚で通常は0.01μｍ〜10μｍ、好適には0.1
ｍμ〜5μｍ、最適には0.1μｍ〜3μｍのである。本発明に於いて好適な被膜の設置態様は、次に
図示する２つがある。これ等を第４図及び第５図
に模式的平面図として示す。つまり、第４図は先述のｕ型パターンが形成さ
れた記録ヘツドを模式的に示したものであり、こ
の場合は、交差線で区分された領域にのみ叙上の
被膜を形成する。この領域外に於いては一方のリ
ード電極２１−１，………，２１−５が記録液に
接することはないので、他方の電極２２−１，…
……，２２−５が仮令記録液と接触しても、腐蝕
が起きにくい。次に、第５図は、先述のｓ型パターンが形成さ
れた記録ヘツドを模式的に示したものであり、こ
の場合は、流路中の記録液に露出する電極２４及
び２５−１，………，２５−５が完全に覆われる
よう、図中、交差線で区分された全領域に叙上の
被膜を形成する。尚、第４図及び第５図中では、第３図ａ，ｂ中
のものと同一の記号を付してある。そして夫々の
説明も、第３図ａ，ｂに係る説明を採用する。以下、実施例によつて、本発明を更に具体的に
説明する。実施例１〜９、比較例先ず、以下の実施例及び比較例に相当する第４
図に示した発熱体設置基板を以下の要領で作成し
た。アルミナ基板上にSiO₂蓄熱層（厚さ5μｍ）、
ZrB₂発熱抵抗体層（厚さ800Å）及びアルミニウ
ム電極層（厚さ5000Å）を順次形成した後、選択
エツチングにより幅40μｍ、長さ200μｍの発熱抵
抗体２３−１，………，２３−５を形成した。
又、エツチングにより同幅のリード電極２１−
１，………，２１−５及び２２−１，………，２
２−５を形成した。以上の操作に加えて発熱抵抗体２３−１，……
…，２３−５を覆うように、SiO₂保護層（厚さ
1μ）をスパツタリングにより設けた。そして、
第４図に於いて交差線で示したインク供給の為の
中継室（共通液室）に相当する領域には、下表−
１及び下表−２に記載どおりの被膜を夫々設け
た。又、これ等とは別に、ガラス板（厚さ１mm）
に、第６図に示すような、発熱抵抗体と同数、同
ピツチの溝３０（幅40μｍ、深さ40μｍ）と共通
液室３１とからなる溝とをマイクロカツターを用
いて切削形成してなる溝付きプレート３２を作成
した。このようにして作成した、各発熱体設置基板と
溝付プレートとを、各発熱抵抗体と溝との位置合
せをした上で接合し、更に、不図示のインク供給
部からの共通液室３１にインクを導入するための
インク導入管３３も接続して第７図に示すような
記録ヘツドブロツク３４を一体的に完成した。更に、このブロツク３４には電極リードを有す
るリード基板が付設されて、前述のリード電極２
１−１，………，２１−５及び２２−１，……
…，２２−５に前記リード電極が接続された。次
いで、吐出実験条件として、前記電極リードを介
して発熱抵抗体に10μsecのパルス巾、200μsecの
パルス入力周期で40Vの矩形電圧パルスを印加し
た。因に、用いたインクの組成は水 70重量部ジエチレングリコール 29重量部黒色染料１重量部であつた。上記吐出実験条件およびインクを用いてインク
吐出実験を行つたところ、下表−１に示すとお
り、実施例では比較例に較べて記録ヘツドの耐久
性において優れた結果を得た。また記録性におい
ても優れていた。なお、これ等の実施例及び比較例に於ける耐久
性の評価は、次のとおりインクの吐出が応答する
電気パルスの繰返し印加可能回数により行つた。Ａ………10⁹回以上耐久性評価基準Ｂ………10⁸〜10⁹回Ｃ………10⁵回以下

【表】

【表】 (注) 比較例では、所定の被膜形成を全く行つてい
ない。
以上の実施例からも、電極上の被膜の介在によ
つて、記録ヘツドの耐久性が格段に向上すること
が判る。因に、以上の説明に於いて示した発熱体として
は、従来広く感熱記録の分野に於いて用いられる
感熱印字ヘツド（つまり、サーマル・ヘツド）と
ほぼ同様のものも条件次第では適用することがで
きる。それらは、作成方法、発熱抵抗体等の差異
により、厚膜ヘツド、薄膜ヘツド、半導体ヘツド
に分類されるが、本発明においてはそれらの中か
ら適当なものを使用することが可能である。但
し、特に高速、高解像力の記録を行うときは、耐
熱性に優れた薄膜ヘツドを利用するのが望まし
い。又、本発明に於いて用いる記録用インクは、
水、エタノール等のアルコール、或はトルエン等
を例とする主溶媒に、エチレングリコール等を例
とする湿潤剤、界面活性剤及び各種染料等を溶解
或は分散させて作成される。なお、吐出オリフイ
スを詰らさないためにインクの作成後フイルタで
濾過したり、インク流路中にフイルタを設けたり
する工夫は既存のインクジエツト記録法の場合と
同様に有効なことである。［発明の効果］以上詳説したとおり、本発明によれば、構造的
に簡略で、しかも長期に亘つてインクの吐出を安
定的に行なうことができる液体噴射記録ヘツドを
提供することができる。また、本発明によれば、高速度で良品位の記録
画を与えることができる高性能のマルチアレイ型
式の液体噴射記録ヘツドを提供することもでき
る。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図は本発明に係る液体噴射記録
ヘツドの一具体例とその液体噴射原理を説明する
為の模式的斜視図、第３図ａ及び第３図ｂは夫々
本発明に係る発熱部と電極との配置形態の例を示
す模式的平面図、第４図及び第５図は共に本発明
の一実施例を説明するための模式的平面図、第６
図及び第７図は夫々本発明の他の実施例を説明す
る為の模式的斜視図である。図に於いて２は発熱部、４′は液路、５は吐出
オリフイス、８，２１−１，………，２１−５，
２２−１，………，２２−５，２４，２５−１，
………，２５−５は電極、９は保護層、１１は発
熱抵抗体層、２３−１，………，２３−５，２６
−１，………，２６−５は発熱抵抗体、２７，２
８はインク流路の領域、３０，３１は溝、IKは
インクである。

Claims

【特許請求の範囲】

１記録液を吐出する吐出口の複数と、対応する
吐出口毎に設けられ該吐出口に連通する液路と、
対応する液路に設けられ、記録液に熱による状態
変化を生起させ該状態変化に基づいて記録液を前
記吐出口より吐出させて飛翔的液滴を形成するた
めに利用される熱エネルギーを発生する発熱部
と、該発熱部に電気信号を付与するためのリード
電極と、該リード電極上に設けられ前記液路に記
録液を供給するための共通液室と、該共通液室下
のリード電極を覆う様に設けられた有機被膜と、
を有することを特徴とする液体噴射記録ヘツド。