JP2000263788A - インクジェット記録ヘッド - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】本発明は、サテライトによる画質劣化のないイ
ンクジェットヘッドを容易に得ることができ、コストダ
ウンと印字品位の向上とを同時に実現することのできる
インクジェット記録ヘッドを提供することを目的として
いる。 【解決手段】本発明は、インク滴を吐出するための吐出
口と、該吐出口に連通するインク流路と、該インク流路
の天井と対向した位置に熱エネルギー発生手段である発
熱素子を配置したヒーターボードを備え、前記発熱素子
が発生する熱エネルギーによってインク滴を吐出して被
記録媒体に印字するインクジェット記録ヘッドにおい
て、前記インク滴を吐出するための吐出口を配設したイ
ンク吐出面が、前記インク流路に対して傾斜しているこ
とを特徴とするものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、インク滴を吐出し
て被記録媒体に印字するインクジェット記録ヘッドに関
するものであり、特にインクジェットヘッドの吐出面の
形状に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】インクジェットプリンターの方式には、
インクを飛ばすエネルギーをピエゾ素子によって発生さ
せるものと、ヒーターを用いて発生させるものとがあ
る。両者一長一短を有するが、現在のインクジェットプ
リンターの主流である。一方、インクジェットプリンタ
ーヘッドのインクノズルについては種々の形成方法が提
案される中で、レーザーを用いる加工方式が主流を占め
る状況にある。このような状況下に於いて、レーザー加
工の欠点をカバーすべく高密度化に有利な手法として、
フォトリソ技術と液体樹脂を用いる形成方法が特願平０
９−１６２７９８号公報に提案されている。この方法で
形成されたヘッドは、図４の様な外観をしておりヒータ
ーボード、樹脂部材、天板部材によって構成されている
ものである。また、この図４のヘッドユニットを短手方
向に切断した断面図が図５である。図５のように、吐出
口面はヒーター（発熱抵抗体）面に対して垂直に形成さ
れているものであり、切断工程によって得られる面であ
る。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
たような手法で吐出口面をヒーター（発熱抵抗体）面に
対して垂直に形成したヘッドのノズルは、樹脂とヒータ
ーボードで構成されているので、インクが接触する面の
材質がノズル内で異なっており、この材質が異なること
により表面エネルギーも当然異なることとなり、従って
インクの濡れ性に違いが生じるといった現象が現れる。
インクがノズルから吐出する時、この濡れ性の違いによ
り吐出バランスが崩れ、主滴は真っ直ぐ吐出されるが、
副滴は濡れ性の良い方に引っ張られるといった現象が生
じ、その結果、主滴と副滴の紙に対する着弾位置にずれ
が生じ、印字品位が著しく悪くなるといった問題があっ
た。

【０００４】そこで、本発明は、上記した課題を解決
し、サテライトによる画質劣化のないインクジェットヘ
ッドを容易に得ることができ、コストダウンと印字品位
の向上とを同時に実現することのできるインクジェット
記録ヘッドを提供することを目的とするものである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を解
決するために、インクジェット記録ヘッドをつぎのよう
に構成したことを特徴とするものである。すなわち、本
発明のインクジェット記録ヘッドは、インク滴を吐出す
るための吐出口と、該吐出口まで直線的に形成されたイ
ンク流路と、該インク流路の天井と対向した位置に熱エ
ネルギー発生手段である発熱素子を配置したヒーターボ
ードを備え、前記発熱素子が発生する熱エネルギーによ
ってインク滴を吐出して被記録媒体に印字するインクジ
ェット記録ヘッドにおいて、前記インク滴を吐出するた
めの吐出口を配設したインク吐出面が、前記インク流路
に対して傾斜していることを特徴としている。また、本
発明のインクジェット記録ヘッドは、前記ヒーターボー
ドの表面を構成する部材と、該ヒーターボード表面と対
向する前記インク流路の天井のインク接触面を構成する
部材とは、異なる表面エネルギーを有し、吐出口まで同
一構成であることを特徴としている。また、本発明のイ
ンクジェット記録ヘッドは、前記インク吐出面の前記イ
ンク流路に対する傾斜は、表面エネルギーが小さい方の
インク接触面の流路が短くなるように傾斜していること
を特徴としている。

【０００６】

【発明の実施の形態】本発明によると、ヘッド切り出し
工程時に、傾斜をつけて切断し、吐出面に傾斜をもたせ
ることにより、サテライトによる画質劣化のないインク
ジェットヘッドを容易に得ることが可能となる。また、
従来、紙送りの方向、スピード等の調整を行ないサテラ
イトによる画質劣化を防止していたがそれも必要なくな
った。よって、工程の簡略化によるコストダウンと印字
品位の向上を同時に実現することができる。本発明のイ
ンクジェット記録ヘッドを形成するに際しては、図１に
示したように、まず、アルミ、ガラス等の基板上にヒー
ターを形成しフォトリソ工程によりパターンを形成す
る。ヒーターの下には、絶縁層としての膜や、蓄熱層と
しての膜も設けることがある。また、ヒーター形成後に
は、絶縁層、保護層等の膜を設けインクジェットヘッド
としての特性が得られるようにする。

【０００７】図１は各々の膜を省略し、本発明に関係す
る膜のみのシンプルな構成を示した。図１に示したよう
に、ヒーターボード表面１０とノズル樹脂面１１では、
材料が異なる。この場合、表面エネルギーはヒーターボ
ード表面の方がノズル樹脂面より小さい。よって、図５
に示したようなヒーターに対して垂直な吐出面では、イ
ンクの紙に対する着弾位置が主滴と副滴で異なってしま
う。このようなことから、本発明では図１のように吐出
面を傾斜させることによって、主滴と副滴の着弾位置を
一致させることを可能としたものである。この吐出面の
傾斜方向は、ヒーターボード表面とノズル樹脂面の表面
エネルギーの大きさの関係で決まり、表面エネルギーの
小さい方のノズル長が短くなるように傾斜させなければ
ならない。また、最適傾斜角度も表面エネルギーの差に
よって異なる傾向があるが、必ずしも一致しない場合が
あるので、トライアンドエラーで条件出しを行い角度を
決定するのが好ましい。

【０００８】

【実施例】以下に、本発明の実施例について説明する。 ［実施例１］図１は、本発明のインクジェットヘッドの
実施例１を示す断面図である。本実施例のインクジェッ
トヘッドは、図１に示すように、吐出エネルギー発生手
段である電気熱変換体としての発熱抵抗体９が配設され
たヒーターボード１と、ヒーターボード１の発熱抵抗体
９側の面上において、発熱抵抗体９の位置に対応した液
流路および吐出口６や共通液室８を形成する樹脂部材２
と、樹脂部材２の上の天板部材３と、樹脂部材２によっ
て形成される共通液室８となる穴の開口部を塞ぐための
蓋部材４とで構成されている。上記のインクジェットヘ
ッドでは、ヒーターボード１の発熱抵抗体９側の面上に
樹脂部材２が形成されることで、共通液室８となる穴が
形成されている。その穴と係合する蓋部材４の全体が穴
内部に落ち込み、蓋部材４が穴内部の壁面に接着剤５で
接着されている。このように、共通液室８となる穴が蓋
部材４によって塞がれることによって、記録液であるイ
ンクを保持するための共通液室８が形成されている。こ
の共通液室８内のインクを吐出するための吐出口６が、
インクジェットヘッド側部の、ヒーターボード１と樹脂
部材２との境界に形成されている。また、吐出口６と共
通液室８とを連通するために一方向に延び、発熱抵抗体
９が配設された液流路もヒーターボード１と樹脂部材２
との境界に形成されている。

【０００９】次に、このようなインクジェットヘッドの
製造方法について図２、図３および図４を参照して説明
する。図２、図３および図４は、図１で示した本実施例
のインクジェットヘッドの製造方法について説明するた
めの斜視図であり、本実施例のインクジェットヘッド
は、図２、図３および図４で示す図（ａ）から図（ｅ）
の工程を経て製造される。まず、図２の（ａ）におい
て、アルミニウムまたはアルミニウム合金の基板１１の
一面に、ＳｉＯ₂などの無機材料の絶縁層１２をスパッ
タリング法などの方法により積層する。絶縁層１２は蓄
熱層としての機能も有する。絶縁層１２の上に複数の発
熱抵抗体９と、それぞれの発熱抵抗体９に通電するため
の複数の電極１３とを、印刷またはフォトリソグラフィ
ー法などの方法により形成する。その後、必要に応じて
絶縁層、耐キャビテーション層（不図示）などを形成し
てヒーターボード１が作製される。基板１１の材質とし
ては、アルミニウムまたはアルミニウム合金の代わり
に、アルミニウム以外の金属、シリコン、ガラスまたは
セラミックなど、どのようなものを用いてもよい。しか
し、図１で示したヒーターボード１と天板部材３との、
材質の違いによる熱膨張率の差で、ヒーターボード１と
樹脂部材２との界面および、樹脂部材２と天板部材３と
の界面に生じる応力をなくすために、基板１１の材質が
天板部材３の材質と同一であることが好ましい。本実施
例では、基板１１および天板部材３の材質として、熱伝
導性がよく、安価である、アルミニウムまたはアルミニ
ウム合金を用い、基板１１の厚さを２ｍｍにした。

【００１０】次に、図２の（ｂ）において、ヒーターボ
ード１の、発熱抵抗体９などを形成した面上に、ヒータ
ーボード１の長手方向に一直線に延び、図１で示した共
通液室８の一部となる部位と、共通液室８の部位から、
共通液室８に対して垂直な方向に一方向に延びる複数の
液流路７となる部位とを構成する、ノズル型材１４を形
成する。ノズル型材１４の材質としては、後に溶解除去
の可能なポジ型レジス卜を用いる。ポジ型レジス卜を、
厚さが２０μｍ程度となるように塗布した後、ノズル型
材１４の厚みが所望の寸法となるようにフォトマスクを
用いてポジ型レジストを露光し、現像する。このような
方法により、ノズル型材１４として、幅２０μｍ、ピッ
チ４３μｍ程度の、複数の液流路となる部位を構成する
パターンを形成する。ノズル型材１４の材質としてポジ
型レジストを用いたが、後に除去可能な材質であればど
のようなものでもよく、ポジ型ドライフィルム、ネガ型
ドライフィルム、ネガ型液状フォトレジストまたは印刷
剤などを用いてもよい。ノズル型材１４の周囲のヒータ
ーボード１上に、後述するようにノズル型材１４の周囲
に樹脂を流し込んだときの樹脂の囲いとなる、矩形のス
ペーサー部材１６を形成する。スペーサー部材１６の厚
みにより、図１で示した、ヒーターボード１と天板部材
３との間隔が一定に保たれる。スペーサー部材１６を形
成する方法としては、ＵＶ硬化型印刷剤を印刷した後
に、紫外線を照射してＵＶ硬化型印刷剤をＵＶ硬化させ
る。

【００１１】次に、図３の（ｃ）において、スペーサー
部材１６の上に、両端が半円形の長穴１７ａが３つ直列
に形成された天板部材３を固定する。このとき３つの長
穴１７ａが、ノズル型材１４の、共通液室８となる部位
の上になるようにする。この天板部材３には、３つの長
穴１７ａを形成することによって、隣接する長穴２７の
間に挟まれる２つ梁部２０が設けられている。この梁部
２０が設けられたことにより、天板部材３の強度が増加
されている。２つの梁部２０では、ヒーターボード１側
の面が任意の深さで削り取られていて、梁部２０の厚み
が、天板部材３の、梁部２０以外の部分よりも薄くなっ
ている。天板部材３を形成する方法としては、厚さ２ｍ
ｍのアルミニウム板をプレス加工することにより、長穴
１７ａの形成および、梁部２０の厚み調整を行う。その
後、プレステンパーなどによりアルミニウム板を平面矯
正する。また、他の方法としては、フライス加工または
ダイキャストなどが挙げられる。天板部材３の材質とし
てアルミニウムを用いたがアルミニウムの代わりに、鉄
や、鉄にメッキまたは塗装を施したもの、あるいは黄銅
などの他の金属を用いてもよい。後述するように、共通
液室８を形成するために天板部材３の各長穴１７ａの内
部には工具が挿入される。従って、上述のように天板部
材３の材質として腐食性の金属を用いる場合、各長穴１
７ａ内部の側面が加工されないように、各長穴１７ａの
幅を共通液室８の幅よりも０．０３〜０．２ｍｍ程度大
きくしている。

【００１２】また、天板部材３の材質としては、基板１
１の材質であるアルミニウムと熱膨張率が近い液晶ポリ
マーなどの樹脂や、フェノール樹脂などに多量のフィラ
ーを充填してアルミニウムの熱膨張率に近づけたものも
使用できる。ヒーターボード１上のスペーサー部材１６
の上に天板部材３が固定されたことにより、スペーサー
部材１６の中空部がヒーターボード１と天板部材３との
間に挟まれることになる。このスペーサー部材１６の中
空部に、図１で示した樹脂部材２となるエポキシ系常温
硬化型樹脂を長穴１７ａや、別に設けられた樹脂注入口
１８などから注入する。樹脂を、少なくとも長穴１７ａ
内の壁面が樹脂で完全に被覆されるまで注入充填し、充
填した樹脂を硬化させる。樹脂部材２の材質として、エ
ポキシ系常温硬化型樹脂を用いたが、熱硬化型樹脂また
は熱可塑性樹脂を用いてもよく、天板部材３の材質がＵ
Ｖ透過性のものである場合には、ＵＶ硬化型樹脂を用い
てもよい。

【００１３】次に、図３の（ｄ）において、充填した樹
脂が硬化した後、長穴１７ａ内部の樹脂および梁部２０
をエンドミルまたはダイヤモンドチップソーなどにより
切削加工し、共通液室８となる穴である、幅が２ｍｍの
長穴１７ｂを、液流路７の長さを０．２ｍｍとれる位置
に形成する。この共通液室８を切削加工により形成する
際は、エンドミルなどの刃先が加工深さの方向でノズル
型材１４の厚みの中央にくるように、エンドミルの高さ
方向の制御を行い、ヒーターボード１上に形成された電
極１３を傷付けないように、かつ、共通液室８となる部
位に樹脂部材が残らないようにする。その後、液流路
の、共通液室８から吐出口６までの長さを規定する面
（Ａ−Ａ’線）と、両端の不要な部位を示す面（Ｂ−
Ｂ’線，Ｃ−Ｃ’線）とでインクジェットヘッドとして
不要な部分を、ダイシング装置などを用いて切断して除
去する。また、複数のインクジェットヘッドを並べて配
置した場合には、それぞれのインクジェットヘッドを切
断して分離する。

【００１４】ここで、Ａ−Ａ’線での切断は、ステージ
を傾斜させ吐出口面に傾斜がつくようにおこなった。本
実施例では、図１の様な傾斜を得る為、Ａ−Ａ’切断は
ヒーターボード側から行った。傾斜角度はサテライトが
無くなる５０度とした。次に、図４の（ｅ）において、
Ａ−Ａ’線の切断面には、図１で示した吐出口６となる
部位が露出する。そして、有機溶剤またはアルカリ溶液
をノズル型材１４に向けて共通液室８側からシャワーま
たは加圧などの手段によって流し込み、ノズル型材１４
を溶解除去する。ノズル型材１４が除去されることによ
って、吐出口６、液流路および共通液室８が形成され
る。このようにして得られたインクジェットヘッドは、
ヒーターボード表面の表面エネルギーが小さいのでそれ
を補うベく吐出口面を傾斜させているので、印字した時
に主滴と副滴の紙に対する着弾位置が同一になり印字品
位に優れたプリンターヘッドを得ることができた。

【００１５】［実施例２］図６は、本発明の実施例２に
おけるインクジェットヘッドの構成を示すものであり、
実施例１と同様の工程でヘッドを作成した。実施例１と
異なる点は、ヒーターボード面のノズル位置にポリイミ
ド保護膜を塗布したことである。この保護膜によりヒー
ター及びノズルの耐久性が向上するが、表面エネルギー
はノズル形成樹脂よりも大きくなる。従って、図１とは
逆の傾きで吐出口面を形成した。傾斜角度はサテライト
による画質劣化のない４５度とし、切断は天板側からの
切断とした。このようにして得られたインクジェットヘ
ッドを用いたプリンターで印字したものは、印字ボケが
無く、非常に品位のよいものであった。

【００１６】

【発明の効果】以上に説明したように、本発明による
と、前記吐出口の配設面を、前記インク流路に対して傾
斜をもたせるように構成することで、サテライトによる
画質劣化のないインクジェットヘッドを容易に得ること
ができ、コストダウンと印字品位の向上とを同時に実現
することのできるインクジェット記録ヘッドを提供する
ことが可能となる。また、本発明によると、従来のよう
に、サテライトを防止するため、紙送りの方向や、スピ
ードの調整によって行なう等の手間を省くことができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例１におけるインクジェットヘッ
ドの断面図。

【図２】図１で示したヘッドの製造方法を説明する為の
図。

【図３】図１で示したヘッドの製造方法を説明する為の
図。

【図４】図１で示したヘッドの製造方法を説明する為の
図。

【図５】従来例のヘッド断面図。

【図６】本発明の実施例２におけるインクジェットヘッ
ドの断面図。

【符号の説明】

１：ヒーターボード ２：樹脂部材 ３：天板部材 ４：蓋部材 ５：接着剤 ６：吐出口 ７：液流路 ８：共通液室 ９：発熱抵抗体 １１：基板 １２：絶縁層 １３：電極 １４：ノズル型材 １６：スペーサ部材 １７ａ，ｂ：長穴 １８：樹脂注入口 ２０：梁部

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】インク滴を吐出するための吐出口と、該吐
   出口まで直線的に形成されたインク流路と、該インク流
   路の天井と対向した位置に熱エネルギー発生手段である
   発熱素子を配置したヒーターボードを備え、前記発熱素
   子が発生する熱エネルギーによってインク滴を吐出して
   被記録媒体に印字するインクジェット記録ヘッドにおい
   て、 前記インク滴を吐出するための吐出口を配設したインク
   吐出面が、前記インク流路に対して傾斜していることを
   特徴とするインクジェットヘッド。
2. 【請求項２】前記ヒーターボードの表面を構成する部材
   と、該ヒーターボード表面と対向する前記インク流路の
   天井のインク接触面を構成する部材とは、異なる表面エ
   ネルギーを有し、吐出口まで同一構成であることを特徴
   とする請求項１に記載のインクジェットヘッド。
3. 【請求項３】前記インク吐出面の前記インク流路に対す
   る傾斜は、表面エネルギーが小さい方のインク接触面の
   流路が短くなるように傾斜していることを特徴とする請
   求項１または請求項２に記載のインクジェットヘッド。