JPS587360A - 液体噴射記録ヘツドの製造法 - 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−男は、液体噴射記碌装置に用いられる記―ヘッド
Ｏ製造法に関し、特に液体噴射複写機中７１クシきりプ
リンターの如き装置に用いるＯＫ好適な液滴を吐出噴射
する形式の液体噴射記録ヘッドの製造法に関するもので
ある＠ノンインパクト記録法は、記帰時に於ける騒音Ｏ
発生が無視し得る１度に極めて小さいという点に於いそ
、最近関心を集めている・その中で、高速記録が可能で
あシ、面も所謂普通紙に定着という特別な処理を必要と
せずに記録の行なえる所謂インクジェット記録法（液体
噴射記録法）は、極めて有力な記録法であって、辷れ迄
にも様々な方式の提案とそれを具現化する装置が考案さ
れ、改良が加えられて商品化されたもの４ｈあれば、現
在も尚実用化への勢力が続けられて漬るものもある◎ その中で１例えばｌＩＩ＃開昭５４−５１８３７号公報
、ドイツ公開（ＤＯＬ８）第２８４３０６４号公報に記
載されである液体噴射記録法は、液滴形成工ネルギーで
ある熱エネルギーを液体に作用させて、液滴吐出の為の
原動力を得るという点に於いて、他の液体噴射記録法と
け、異なる特徴を有している。

即ち、上記の公報に開示されである記―法では、熱エネ
ルギーの作用を受は丸液体が急峻な体積の増大を伴う状
態変化を起し、咳状態変化に基づく作用力によって、記
録ヘッド部先端のオリフィスより液滴が吐出、飛翔して
被記俺部材に付着し記録が行なわれる。

殊に、ＤＯＬ８　２８４３０６４　Ｋ開示されている液
体噴射記録法は、所ａｌｌ　ｄｒｏＰ−ｏｎ　ｄｅｍａ
ｎｄ記碌法に極記録有効に適用されるばかりで紘々く、
記録ヘッド部をｆｕｌｌ　１ｌｎｅタイプで高密度マル
チオリフィス化して容易に実現出来るので、高解像＊−
高品質の画像を高速で得られるとい） う利点を有している。

この様に、上記の液体噴射記録法は、優れた特徴を有す
るものであるが、高解儂度、高品質の画像を更に高速で
記録するにはマルチオリ７滴の飛翔速度と体積が均′−
にそろっている必要がある。

上記の如紮記鎌法に適用される記録ヘッドに訃いて吐出
する液滴の飛翔速度および体積を決定する要因としては
、液滴形成エネルギーとして液に作用する熱エネルギー
の大きさとオリフィス等の液体流路の形状があげられる
。仁の点を図を用いて説明すれば、上記の記録法に適用
される記録ヘッドは、例えば、第１図に示す様な構造を
有している・図に於て、飛翔的な液滴形成の為のエネル
ギーを発生する手段としての電気（熱変換体１０２は、
液滴形成エネルギー作用部である。熱作゛用部１０７に
於い七、エネルギー作用面としてＯ熱作用面１０９を介
して矢印Ａよ）導入される液体と接触している０この様
な構成は、発生される液滴形成エネルギーとしての熱エ
ネルギーを熱作用部１０７にある液体に有効に且つ効率
＾（作用させる目的から採用されているものである。

その為に、使用される記録液にもよるが、通常の水を液
媒体とする様な記録液を使用する場合には、該記録液を
通じての電極１１３，１１４間の電気的リークを防止す
る事、及び発熱抵抗層１１１を前記記録液から、或いは
熱的酸化から保護する為に上部層１１２がヘッド作成時
に、熱発生部１０８に於ける部分では５発熱抵抗層１１
１上に形成される。

斯かる記録ヘッドを使用する記録法に於ける液滴形成原
理は、前記した様に電気・熱変換体への通電がＯＮされ
ると液滴形成エネルギーである熱エネルギーの作用を受
けた、熱作用部１０７にある記録液が急激な体積の増大
を伴う状態変化、即ち、熱作用部１０７　Ｋある記録液
がμ８ｅｅ程度以下という非常に瞬時間の中に気化状態
に達し、熱作用部１０７に於いて、瞬時の中に気泡の発
生とその成長が起り、該熱作用部１０７とオリフィス１
０５との間に存在する記録液を液滴として吐出するので
ある。

熱作用部１０７にある記録液に与えられる熱エネルギー
の大きさは、発熱抵抗層１１１０表面積。

厚さ、比抵抗および熱発生部１０８とその近傍の放熱効
率に依存するが、実際のヘッドの製造では、これらの因
子をマルチオリフィスに対応する咎熟発生部１０８　Ｋ
シいて全く均一に）形成することは困難であると同時に
、高度の均一性をこ同様の理由によシ、常に吐出特性の
同一な記録ヘッドを供給することは困難であっ九。

この様な点は、例えば特開昭４７−２００６号公報中４
Ｉ開昭４８−９６２２号　公報等に開示されであるピエ
ゾ素子を飛翔的な液滴形成の為のエネルギー発生手段と
して用いるマルチオリフィスタイプの液体噴射記録ヘッ
ドに於いても起りピエゾ素子の電気特性のバラツキを補
償する必要がある。

本発明はこの点に鑑み成されたものであって、従来に比
べよシー゛層高速で且つよシ高解儂度、より高品質の画
像を記録することができる液体噴射記録ヘッドの製造法
を提供する事を目的とする。

本発明は、上記の目的を達成する為に、諸々の角度から
検討し実際に多種多様の記録−＼ラドを設計製造し、種
々の角度からの実験を繰返し行っている過程で、記録ヘ
ッドのオリフィスから吐出する液滴の飛翔速度と液滴の
体積がエネルギー発生手段に与えられる電気エネルギー
に依存して変化することを見出し、与える電気エネルギ
ーを制御することによって許容し得るある範囲内で液滴
飛翔速度とその体積を一定値に保つことが可能で弗るこ
とを見出した事に基いて成されたものである。

本発明の液体噴射記録ヘッドの製造法は液体を吐出する
為に設けられたオリフィスの複数と、これ等複数のオリ
フィスの各々に対応して設けられ、対応したオリフィス
と連通し、飛翔的液滴を形成する為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の複数と、各エ
ネルギー作用部毎に設けられ、該エネルギー作用部を満
九す液体に作用するエネルギーを発生す−るエネルギー
発生手段の複数とを有する液体噴射記録ヘッドＯ製造法
に於いて、各エネルギー発生手段毎に電気的に接続した
状態で抵抗体を設け、各オリフィスよ）液体が噴射され
て形成される液滴の飛翔適度が揃う様に各抵抗体に対す
するエネルギー発生手段のエネルギー発生特性に合せて
、これ等抵抗体の各々の抵抗値をレーザトリζフグによ
って各々調整する事を特徴とする。

この様な特徴を有する本発明の液体噴射記録ヘッドの製
造法によつて得られる記録ヘッドによれば電気熱変換体
の発生する熱量が一定で発熱温度が均一な一定値になり
吐出される液滴の飛翔速度まえは体積を一定にすること
が出来る。

そして、機微の７液□吐出オリフイスと各オリフィス毎
に設けられ九エネルギーー作用部とを有する！ルチオリ
フイスヘッドにおいては、おのおののオリフィスから吐
出する液滴の体積と飛翔速度とを均一にそろえることが
出来、高解儂度で高品質の画儂を高速記録できる。又、
従来は記録ヘッドの各オリフィスから吐出される液滴の
吐出状態が不均一で高品質の画儂を記録するのに不適当
な記録ヘッドもその製造過程に於いて生じ、歩留りの悪
さがあう九が５本発明では、記録ヘッドの製造後に容易
に各オリフィスからＯ液滴Ｏ吐出伏態を均一に調整する
ことができ、記録ヘッド製造における歩留）を向上させ
、低価格化に貢献することが出来る０ 以下の説明に於いては熱エネルギーを利用す１ゴ る記録ヘッドに関して示すが１本発Ｉｊｌにこれに限定
されることはなく、ピエゾ素子を使用する記゛録ヘッド
の場合も適用され得る。

以下１本発明を図面に従って更に異体的に説明する。

第２図（ａ）は、本発明が適用される液体噴射記録ヘッ
ドの電気熱変換体の表面側よシ見九模式的平面図、第２
図伽）は、第２図（−に一点鎖線ＸＹで示す部分で切断
した場合の模式的切断面図である＠ 図に示される記録ヘッドは、その表面に電気熱変換体２
０５が設けられている基板２０１の表面に所定Ｏ線密度
で所定の巾と深さの溝が所定敷設けら朴ている溝付板で
覆うように接合することによりて、液体が噴射される為
のオリアイスと熱作用部を含む液吐出部の液流路が形成
される構造を有するものであるが、この溝付板は第２図
（−では省略しておシ、第２図（６）には点線で仮想的
（示しである。

図中に一点鎖線で囲まれた斜線部は記録液の流路及び共
通液室となる部分であり、上部保護層２０４が形成され
ている。電気熱変換体２０５は基板２０１　Ｋ設けられ
た下部層２０２．該下部層２０２上に設けられた発熱抵
抗層２０３．該発熱抵抗層２０３上に設けられた上部保
護層２０４とで構成される。

基板２０１の上には電気熱変換体２０５とは離れた位置
で、溝付板の設けられていない所に抵抗体２０６が設け
られてあシ、その抵抗体２０６の一端と電気熱変換体２
０５の一端とは配線導体２０７一端には配線導体２０８
０一端が設けられており、配線導体２０８　Ｏ他端には
電極パット２１０が形成し、である・抵抗体２０６０も
う一端ｉ１配線導体２０９を介して電極パラ）　２１１
　Ｋ’ｉ！続されている。

いま、駆動電源によ〉、パット２１０およびパット２１
１にパルス電圧を与えると、電気熱変換体２０５はそζ
を通過する電流値に依存して発熱し熱作用面２１２の温
度が上昇するが、この場合の電流値は、パット２１０よ
シバッ）　２１１　Ｋ至る回路抵抗で決まる。そこで抵
抗体２０６を、九とえばレーずダイヤモンドカット、サ
ンドブラスト。

陽極化成等機械的、物理的、化学的方法によりトリ考ン
グすることにより、電気熱変換体２０５゜に流れる電流
を減少させ、発熱温度を低下させることができる。

第３図は、本発明による記録ヘッドの電気熱変換体Ｏ熱
作用面に於ける表面温度を一定の値にする丸めの抵抗ト
リ七ノグ方法の一例を示したものである。駆動電源３０
４よりパルス電圧をリード端子３０７　、３０８より記
録ヘッド３０１に（溝付板は未だ設けていない）に与え
ると、電気熱変換体３０２０表面温度が上昇するが、仁
の表面温度を赤外線温度計３０５によ）検知し、その変
換された電気信号をレーザ・トリミング装置３０６の制
御部にライ−ドパツクし、あらかじめ設定してかいた温
度に対応する電気信号と比較し、レーザ・トリミング装
置よシ照射されるレーザ・ビームの走査を制御して抵抗
体３０３の抵抗値を変化させる仁とによシ、電気熱変換
体３０２０表面温７度が定められた値に設定される◇こ
れを各セグメント毎に繰シ返すことにより　一つの記録
ヘッド内のすべての発熱部の温度を均一にすることがで
き、従って記録液の加熱状態が均一になシ、オリフ０イ
ンスよ）吐出する液滴の飛翔速度と体積は均一なものと
なる〇第４図は、本発明による記録ヘッドの抵抗体トリ
ミング方法の別の一実施例を示したものである。記録ヘ
ッド４０１に記録液を導入し、駆動電源４０２よシ適当
・な電圧パルスを図に示す様に電気熱変換体を与えると
オリフィス４０４よシ記録液が吐出され、飛翔的液滴４
０５が形成される。

形成される液滴４０５の飛翔速度をオリフィス４０４前
部に設けたホトカブ−、Ｆ　−４０６によりて検出し、
その信号をもってレーザ・トリミング装置４０７を制御
し、抵抗体４０８の抵抗値を調整することにより、あら
かじめ設定した飛翔速度の液滴を吐出させることのでき
る記録ヘッドが製作されるＯ このように液滴の飛翔速度を検出し、それが一定になる
−ようにレーザ・ビームを制御し乍ら抵抗体４０８の抵
抗値を調整する様にして製作した記録ヘッドでは、溝付
板４０９の溝部の形状やオリフィスの形状の微小な製作
上のばらつきによる吐出の不均一さも解消することがで
き７；。

また、電気熱変換体を駆動するトランジスタ。

ダイオード等を塔載したマルチ・セグメントの記録ヘッ
ドではそれらの素子のばらつきによる電気熱変換体に流
れる電流のばらつきも抵抗体４０８のトリミングによシ
吸収してしまうこ゛とが駆動電源部の調整が不要となる
。

以下、実施例に従って、本発明を具体的に説明する・ 実施例１ アルミナ基板上にＳｉへ層（下部層）をスパッタリング
によシ５μｍ厚に形成、続いて発熱抵抗層としてＨｆＢ
、を１ｏｏｏＸ厚に、アルミニウムを電源としてａｏｏ
ｏＸ厚に積層した後、選択エツチングによって５０μｘ
ｎ　Ｘ　２００μｍの発熱抵抗体パターンを形成した。

次に８１０．層をスパッタリングにより３５ＧＯＡ厚に
保護層（上部層）として積層して基板上に電気・熱変換
体を形成し九後、幅５０μｍ×深さ５０μｍの溝を刻ん
だガラス板を溝と発熱抵抗体が合致するように接合した
・引続いて発熱抵抗体の先端とオリフィスの距離が２５
０−１’μ拳になるようオリフィス端爾を研磨して記録
へ′ラドを作成した。この記録ヘッドに黒色染料と水を
主成分とするインクを供給しながら１０μ８．３８Ｖの
矩形電圧ノくルス印字信号を１　ｍ　８の周期で印加し
九時の、３２１１のオリフィスセグメントから吐出し九
液滴Ｏ飛翔速［Ｕを２セグメント毎に各セグメントナｙ
　／＜　−Ｎに対してプロットしたのが第４図である０ 第５図（荀は、速度調整のトリミングを行なわなかうた
時の結果であるが、飛翔速度のばらつきけ約±２０−で
あった０次に各オリスイスから吐出した液滴の速度を検
出し、最も遅い速度の液滴と同じ速度になるように他Ｏ
セグメント。

の滴飛翔速度をレーザビームトリミングで調整抵抗をト
リミングすることにより、そろえ電圧を４０Ｖに増加さ
せて駆動した結果、各セグメントの滴飛翔速度は、第５
図伽）に示しえように±５５１におさまったｏトリ電ン
グ調整なしの記録−ヘッドで記録し九画儂は高速記録の
為に記−ヘッドを走引した時に画偉品質が悪（な−）九
が上述の如くトリミングによ）各セグメンＦの吐出状態
をそろえた記録ヘッドでは高速Ｏ走引を

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）、（ｂ）は１本発明に係わる記録ヘッド一
点鎖線ＸＹで示す部分で切断した場合の模式的切断部部
分図、第２図（ａ）　ｅ　（ｂ）は本発明によりて得ら
れた記録ヘッドＯ構造を説明する為のもので、第２図（
Ａ）は模式的平面図、第２図伽）は第２図（−に一点鎖
線ＸＹ’で示した部分で切断面した場合の模式的切断面
図、第３図は、本発明の第１の方法を説明する為の模式
的説明図、第４図は第２の方法を説明する為の模式的説
明図、第５図（荀、第５図（ｂ）は各々、本発明の実施
例に於ける結果を説明する為の説明図である０１０１・
−記録ヘッド　　　１０２−・・電気熱変換体１０３・
一基板　　　　　　１０４・・・溝付板１０５・−オリ
フィス　　　１０６−・液吐出部１０７−熱作用部　　
　　１０８−・・熱発生部１０９−熱作用面　　　　１
１０−・・下部層１１１・・・発熱抵抗層　　　１１２
・・・上部層１１３．１１４・・・電極層 ２０１−・１板　　　　　　２０２−・・下部層２０３
−・・発熱抵抗層　　　２０４−・・上部層２０５−・
電気熱変換体　　２０６−・・抵抗体／！： ２０７、２０８−・配線導体　　２１０，２１１・・・
電極メット３（）１−・°記録ヘッド　　　３０２−・
電気熱変換体３０３−抵抗体　　　　　３０４・−駆動
電源３０５・−赤外線温度計　　３０６−レーずトリミ
ン４０１・・・記録ヘッド　　　　　　グ装置出願人　
キャノン株式会社 （ａ） （ｂ） ｒｏｔ ｔＪｌ （θ） （ｂ） Ｏ１ （０） （ｂ）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 液体を吐出する為に設けられたオリアイスの複数と、こ
   れ等複数のオリフィスの各々に対応して設けられ、対応
   したオリアイスと連通し、飛翔的液滴を形成する為のエ
   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
   の複数と、各エネルギー作用部毎に設けられ、該エネル
   ギー作用部を満たす液体に作用するエネルギーを発生す
   るエネルギー発生手段の複数とを有する液体噴射記録ヘ
   ッドの製造法に於すて、各エネルギー発生手段毎に電気
   的に接続した状態で抵抗体を設け、各オリフィスよシ液
   体が噴射されて形成される液滴の飛翔速度が揃う様に各
   抵抗体に対応するエネルギー発生手段のエネルギー発生
   特性に合せて、これ等抵抗体の各々の抵抗