JP3088849B2

JP3088849B2 - インクジェット記録ヘッド

Info

Publication number: JP3088849B2
Application number: JP17243992A
Authority: JP
Inventors: 卓朗関谷; 信彦梅澤
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 1992-06-30
Filing date: 1992-06-30
Publication date: 2000-09-18
Anticipated expiration: 2015-09-18
Also published as: JPH0615824A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、インク流路（ノズル）
先端のインク吐出口から吐出させたインクの小液滴を被
記録体に付着させることにより記録を行なう液体噴射記
録装置に用いられるインクジェット記録ヘッドに関し、
より詳細には、高速印写を行なうために数百〜数千のイ
ンク吐出口を一つのヘッドに形成することにより印写幅
（インク吐出口列の一端から他端までの幅）を大きくし
た中〜大アレイのインクジェット記録ヘッドに関する。

【０００２】

【従来の技術】ノンインパクト記録方法は、記録時にお
ける騒音の発生が無視できる程度に極めて小さいという
点で、オフィス用等として注目されている。その中で、
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を行なうことができる、所謂、イ
ンクジェット記録方法は極めて有力な記録方法であり、
これまでにも様々な方式が提案され、又は、既に製品
化、実用化されている。

【０００３】このようなインクジェット記録方法は、所
謂インクと称される記録液体の小液滴（インク滴）を飛
翔させ、このインク滴を被記録体に付着させて記録を行
なうものであって、例えば、本出願人が特公昭５６−９
４２９号公報として出願している。ここで、この特公昭
５６−９４２９号公報に記載された発明を要約すれば、
液室内のインクを加熱して気泡を発生させることにより
インクに圧力上昇を生じさせ、このインクを微細なノズ
ルの先端のインク吐出口から吐出させて記録を行なうも
のである。

【０００４】その後この原理を利用して多くの発明がな
され、その一つとして、例えば、特公昭６２−５９６７
２号公報に記載されている発明が知られている。これ
は、アルミナ等のセラミックス、金属、プラスチックス
等を形成して得られる基板にインクを吐出させるための
エネルギー源としての発熱素子や圧電素子等のエネルギ
ー作用部を設置し、その基板上に感光性樹脂層を塗布法
やラミネート法等によって設けた後、この感光性樹脂層
に通常行なわれているフォトリソグラフィーの手段によ
ってインク流路溝を形成し、ついで、インク流路溝が設
けられた基板に上蓋を接合してインクジェット記録ヘッ
ドを製作するというものである。また、特開昭５７−４
３８７６号公報に記載されている発明が知られており、
これは、上述した特公昭６２−５９６７２号公報に記載
された発明から一歩進んで、上蓋を接合した後、ダイシ
ング法によって切断することによりインク吐出口を形成
するという点にまで言及しており、インクジェット記録
ヘッドの製作方法がより明確になっている。

【０００５】しかしながら、上述した公報においては、
基板上にフォトリソグラフィー等の技術を用いてインク
ジェット記録ヘッドとして必要な構成（インク流路溝や
インク吐出口等）を形成する方法についての記載はある
が、具体的にどの位の大きさのインクジェット記録ヘッ
ドを作るのかという記載はない。

【０００６】ところで、近年は高速記録の要求が出てき
ており、数百〜数千のインク吐出口を一つのヘッドに形
成して印写幅を大きくした中〜大アレイのインクジェッ
ト記録ヘッドが望まれている。ここで、上述した公報に
記載された発明は、中〜大アレイのインクジェット記録
ヘッドを製作する場合にも利用できると考えられるが、
上述した公報には中〜大アレイのインクジェット記録ヘ
ッドを製作する場合に適用できるという記載がなく、適
用した場合にどのような問題が出てくるかは不明であ
る。

【０００７】一方、特開平２−１９２９５４号公報の第
８図に開示されているようなインクジェット記録ヘッド
が知られており、その構成を要約すると、樹脂の成形に
よって形成された天板をヒーターボードと一体化して支
持体の上にのせ、さらに、天板の上部から押えバネの付
勢力を作用せさることにより天板とヒーターボードとが
密着状態となったインクジェット記録ヘッドを完成する
というものである。この方法は、インクジェット記録ヘ
ッドの組立てを容易にし、コスト面からみても多くの有
利な点を有している。しかし、これもシリアルプリンタ
に適用されるような印写幅の狭い小アレイのインクジェ
ット記録ヘッドに好適に適用される技術であり、中〜大
アレイのインクジェット記録ヘッドに適用した際に発生
する問題点については未知である。

【０００８】また、特公平２−５７５０６号公報には、
上述のような所謂小アレイのインクジェット記録ヘッド
を複数個配列することにより印写幅を用紙幅全域となる
ようにしたフルマルチヘッドの構成が示されており、こ
の技術を利用すれば、印写幅が十分広いので高速記録と
いう要求は満足される。しかし、小アレイのインクジェ
ット記録ヘッドを複数個精度良く配列するという技術が
必要であり、組立てコスト、組立て精度の面から問題が
ある。このような問題を解決するためには、小アレイの
インクジェット記録ヘッドを組合せたフルマルチヘッド
の構成をとるのではなく、一つの中〜大アレイのインク
ジェット記録ヘッドでその印写幅が用紙幅全体となるよ
うな構成をとればよい。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかし、中〜大アレイ
のインクジェット記録ヘッドを採用した場合には、従来
未経験の技術課題があり、例えば、熱膨張である。この
ような中〜大アレイのインクジェット記録ヘッドは、そ
の目的や仕様にもよるが、１００〜３００ｍｍ程度の印
写幅を有し、インク吐出口の配列密度も最低で２００ｄ
ｐｉ(dot par inch)、好ましくは４００ｄｐｉ程度とな
り、隣接するインク吐出口間距離が１２７μｍ又は６
３．５μｍ或いはそれ以下となる。

【００１０】ここで、インクジェット記録ヘッドは、上
述した各公報に開示されたようにインクに熱エネルギー
を与えるエネルギー作用部や電極を形成した基板に対し
て蓋基板を接合させることにより形成されているが、こ
れらの基板と蓋基板とは異なる材料で形成されているも
のが多く、例えば、基板にはシリコン材が用いられて蓋
基板にはガラス材が用いられるというように、基板を形
成する材料の線膨張係数と蓋基板を形成する材料の線膨
張係数とが異なる。

【００１１】そして、中〜大アレイのインクジェット記
録ヘッドにおいては熱膨張による累積誤差は無視できな
いものとなり、異なる線膨張係数の基板と蓋基板とを接
合させたインクジェット記録ヘッドが反りを生じたり、
基板に形成したエネルギー作用部に対して蓋基板に形成
したインク流路溝が位置ずれを生じたり、さらに、膨張
と収縮の繰り返しにより基板と蓋基板との接合部の気密
性が損なわれてインク漏れが生ずるという欠点がある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明は、
多数のエネルギー作用部を長手方向にそって配列した長
尺状の第一基板と、この第一基板上に設けられると共に
前記エネルギー作用部に対応する位置にインク流路溝を
形成した感光性樹脂層と、前記感光性樹脂層上に積層さ
れた長尺状の第二基板とを有し、前記第一基板と前記第
二基板とを線膨張率が異なる材料で形成したインクジェ
ット記録ヘッドにおいて、前記第二基板における前記感
光性樹脂層に積層された面の反対側の面にこの第二基板
の長手方向と直交する向きに長いスリットを形成した。

【００１３】請求項２記載の発明は、多数のエネルギー
作用部を長手方向にそって配列した長尺状の第一基板
と、多数のインク流路溝を形成すると共にこれらのイン
ク流路溝を前記エネルギー作用部に対応するように前記
第一基板上に積層された長尺状の第二基板とを有し、前
記第一基板と前記第二基板とを線膨張率が異なる材料で
形成したインクジェット記録ヘッドにおいて、前記第二
基板における前記インク流路溝が形成された面の反対側
の面にこの第二基板の長手方向と直交する向きに長いス
リットを形成した。

【００１４】請求項３記載の発明は、請求項１又は２記
載の発明において、スリットの深さ寸法を第二基板の厚
さ寸法の１／３以上とした。

【００１５】

【作用】請求項１記載の発明では、温度変化によって第
一基板と第二基板とが伸縮した場合、これらの第一・第
二基板は熱膨張差によって反りを生ずるが、第二基板に
形成されたスリットによって熱膨張差が吸収され、発生
する反りが小さくなる。従って、第二基板と感光性樹脂
層との接合状態が安定した状態に維持され、その接合部
分が剥がれてインクが漏れるということが防止される。

【００１６】請求項２記載の発明では、温度変化によっ
て第一基板と第二基板とが伸縮した場合、これらの第一
・第二基板は熱膨張差によって反りを生ずるが、第二基
板に形成されたスリットによって熱膨張差が吸収され、
発生する反りが小さくなる。従って、第二基板と第一基
板との接合状態が安定した状態に維持され、その接合部
分が剥がれてインクが漏れるということが防止される。
さらに、第一・第二基板を接着等により接合するのでは
なく、両基板を圧接させた状態とする場合においては、
スリットによる熱膨張差の吸収によって第一基板のエネ
ルギー作用部と第二基板のインク流路溝との対応関係が
維持され、エネルギー作用部とインク流路溝との位置ず
れが防止される。

【００１７】請求項３記載の発明では、スリットの深さ
寸法を第二基板の厚さ寸法の１／３以上とすることによ
り、第一基板と第二基板との熱膨張差のスリットによる
吸収が良好に行なわれる。

【００１８】

【実施例】本発明の第一の実施例を図１乃至図１０に基
づいて説明する。まず、図１は数百〜数千のインク吐出
口１を配列することにより印写幅を１００〜３００ｍｍ
とした中〜大アレイのインクジェット記録ヘッドの外観
を示した斜視図であり、このインクジェット記録ヘッド
は、長尺状の第一基板である発熱体基板２と、長尺状の
第二基板である蓋基板３と、これらの発熱体基板２と蓋
基板３との間に介装された感光性樹脂層であるフォトレ
ジスト層４とによって形成されている。なお、前記発熱
体基板２上にはこの発熱体基板２の長手方向にそって多
数のエネルギー作用部である発熱部５（図２以降に図
示）が形成されており、さらに、この発熱体基板２上に
設けられた前記フォトレジスト層４には前記発熱部５に
対応する位置にインク流路溝６（図６以降に図示）が形
成されている。

【００１９】また、前記蓋基板３における前記フォトレ
ジスト層４に積層された面の反対側の面には、この蓋基
板３の長手方向と直交する向きに長いスリット７が複数
個形成されている。なお、これらのスリット７はその深
さ寸法が蓋基板３の厚さ寸法の１／３以上に形成されて
いる。また、前記発熱体基板２はシリコンを材料として
形成され、前記蓋基板３はガラスを材料として形成さ
れ、これらのシリコンとガラスとの線膨張率を比較する
と、２０℃の温度条件下において、シリコンの線膨張率
が２．６×１０~⁶、ガラスの線膨張率が８〜１０×１０
~⁶である。

【００２０】ここで、前記発熱体基板２の形成及び発熱
体基板２上への発熱部５の形成について図２及び図３に
基づいて説明する。なお、本実施例の発熱体基板２は図
１に示したように長尺状であり、その長手方向にそって
多数の発熱部５が形成されているものであるが、図面及
び説明を簡単化するために発熱体基板２の寸法を短く表
わして説明する。まず、シリコン基板２ａを拡散炉中で
Ｏ₂ 、Ｈ₂ Ｏのガスを流しながら８００〜１０００℃の
高温にさらし、このシリコン基板２ａの表面に熱酸化膜
（ＳｉＯ₂ ）２ｂを１〜２μｍの厚さに成長させること
によって前記発熱体基板２を形成する。なお、この熱酸
化膜２ｂは、発熱部５で発生した熱がシリコン基板２ａ
の方向へ逃げることを防止する蓄熱層として作用する。

【００２１】前記熱酸化膜２ｂの上面には発熱体層８が
形成され、さらに、発熱体層８の上面には共通電極９と
個別電極１０とが形成されており、前記発熱体層８にお
ける互いに対向する共通電極９と個別電極１０とに挾ま
れた部分が前記発熱部５とされている。なお、前記発熱
体層８及び前記電極９，１０の上部には、保護層１１
と、耐キャビテーション保護層１２と、電極保護層１３
とが形成されている。

【００２２】つぎに、前記発熱体層８や電極９，１０及
び保護層１１〜１３について説明する。前記発熱体層８
を構成する材料として有用なものには、タンタル−Ｓｉ
Ｏ₂の混合物、窒化タンタル、ニクロム、銀−パラジウ
ム合金、シリコン半導体、あるいはハフニウム、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の硼
化物が挙げられる。金属の硼化物のうち最も特性が優れ
ているのは硼化ハフニウムであり、次いで、硼化ジルコ
ニウム、硼化ランタン、硼化タンタル、硼化バナジウ
ム、硼化ニオブの順となっている。前記発熱体層８は、
上記の材料を用いて電子ビーム蒸着やスパッタリング等
の手法を用いて形成することができる。そして、この発
熱体層８の膜厚は、単位時間当たりの発熱量が所望通り
となるように、その面積、材質及び形状、更には実際面
での消費電力等に従って決定されるものであるが、通常
の場合、０．００１〜５μｍ、好適には０．０１〜１μ
ｍとされる。本実施例では、硼化ハフニウム（ＨｆＢ
₂ ）を０．２μｍの厚さにスパッタリングした。

【００２３】前記電極９，１０を構成する材料として
は、通常使用されている電極材料の多くのものが有効に
使用され、例えば、Ａｌ、Ａｇ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｃｕ等が
挙げられる。これらを使用して蒸着等の手法で所定位置
に、所定の大きさ、形状、厚さで設けられている。本実
施例では、Ａｌをスパッタリングにより１．４μｍの厚
さに形成した。

【００２４】前記保護層１１に要求される特性は、前記
発熱部５で発生した熱を後述するインクに効果的に伝達
することを妨げず、かつ、インクから発熱体層８や電極
９，１０を化学的、物理的に保護すると共に、インクを
通じて電極９，１０間がショートしたり隣接する電極
９，１０間が電気的にリークしたりすることを防止する
ことである。保護層１１を構成する材料として有用なも
のには、例えば、酸化シリコン、窒化シリコン、酸化マ
グネシウム、酸化アルミニウム、酸化タンタル、酸化ジ
ルコニウム等が挙げられ、これらは、電子ビーム蒸着や
スパッタリング等の手法を用いて形成することができ
る。また、炭化ケイ素、酸化アルミニウム等のセラミッ
クス材料も好適に用いられる材料である。保護層１１の
膜厚は、通常は０．０１〜１０μｍ、好適には０．１〜
３μｍ、最適には０．１〜３μｍである。本実施例で
は、スパッタリングによりＳｉＯ₂ を１．２μｍの厚さ
に形成した。

【００２５】前記耐キャビテーション保護層１２は、前
記発熱部５をインク中における気泡発生によるキャビテ
ーション破壊から保護するもので、タンタルをスパッタ
リングにより０．４μｍの厚さに形成したものである。
また、前記電極保護層１３は、樹脂を２μｍの厚さに形
成したものである。

【００２６】つぎに、前記発熱部５を形成した前記発熱
体基板２と前記蓋基板３との間にフォトレジスト層４を
介装してインクジェット記録ヘッドを製作する工程を図
４乃至図９に基づいて説明する。なお、本実施例の発熱
体基板２及び蓋基板３は図１に示したように長尺状であ
るが、図２及び図３における説明と同様に、発熱体基板
２と蓋基板３との寸法を短く表わして説明する。まず、
図４は前記発熱体基板２を示したもので、その上面部に
は前記発熱部５が形成され、発熱部５は前記保護層１１
〜１３からなる薄膜１４により覆われている。

【００２７】図５は、前記薄膜１４の上部に高粘度（５
００〜１０００ｃｐ）のフォトレジストを用いてスピン
コーティングやディップコーティング或いはローラーコ
ーティング等の手法により１０〜５０μｍの厚さのフォ
トレジスト層４を形成した工程である。このフォトレジ
スト層４の厚さ寸法は、最終的に形成される前記インク
吐出口１のサイズによって決定されるが、例えば、イン
ク吐出口１のサイズを２５×２５μｍとするためには、
粘度が１０００ｃｐのフォトレジストを用いてスピンコ
ーティングにより５００ｒｐｍで３０秒間回転させるこ
とにより２５μｍの厚さのフォトレジスト層４を得る。
なお、使用するフォトレジストとしては、液状のフォト
レジストの外に、ドライフィルムタイプのものを使用し
てもよい。その場合には、熱と圧力とをかけてドライフ
ィルムタイプのフォトレジストを発熱体基板２上にラミ
ネートすることによってフォトレジスト層を形成する。

【００２８】さらに、図５に示すように、フォトレジス
ト層４の上方にインク流路溝６やインク供給室溝（図９
に図示）１５を形成するための所定のパターンが形成さ
れたフォトマスク１６を載置した後、このフォトマスク
１６の上方から露光を行なう。このとき、発熱部５とフ
ォトマスク１６のパターンとの位置合わせを周知の手法
で行ない、発熱部５に対応する位置にインク流路溝６を
形成する。

【００２９】図６はフォトレジスト層４にインク流路溝
６とインク供給室溝１５とを形成した工程を示したもの
で、図５に示した露光を終了した後にフォトレジスト層
４の未露光部分をトリクロルエタン等の所定の有機溶剤
からなる現像液にて溶解除去することにより、インク流
路溝６とインク供給室溝１５とが形成される。つぎに、
発熱体基板２上に残されたフォトレジスト層４の露光さ
れた部分の耐インク性向上のため、熱硬化処理（例え
ば、１５０〜２５０℃で３０分〜６時間加熱）、又は、
紫外線照射（例えば、５０〜２００ｍＷ／ｃｍ² 又はそ
れ以上の紫外線強度）を行ない、充分に重合硬化反応を
進める。なお、上記の熱硬化処理と紫外線照射による硬
化処理との双方を行なうことも効果的である。

【００３０】図７は、前記インク流路溝６及びインク供
給室溝１５を覆う前記蓋基板３の片面に、ドライフィル
ムタイプの紫外線硬化型樹脂１７を接合層としてラミネ
ートした工程を示す。

【００３１】図８は、発熱体基板２と蓋基板３とをフォ
トレジスト層４を介して積層した工程であり、蓋基板３
にラミネートした紫外線硬化型樹脂１７がフォトレジス
ト層４に接合（押圧貼付）されている。なお、この接合
に際しては、透紫外光材料であるガラスにより形成した
蓋基板３の上方から非酸素雰囲気下で紫外線照射（例え
ば、５０〜２００ｍＷ／ｃｍ² 又はそれ以上の紫外線強
度）を行ない、紫外線硬化型樹脂１７を充分に硬化させ
る。さらに、熱硬化処理（例えば、１３０〜２５０℃で
３０分〜６時間加熱）するのも有効である。

【００３２】図９は、図８に示した工程終了後の状態を
斜視図で示したものであり、インク流路溝６を蓋基板３
で覆うことによりインク流路１８が形成され、インク供
給室溝１５を蓋基板３で覆うことにより各インク流路１
８に連通されたインク供給室１９が形成されている。な
お、前記蓋基板３には、前記インク供給室１９内へイン
クを供給するインク供給管（図示せず）が接続されるイ
ンク導入孔２０が形成されている。そして、インク流路
１８の先端側の部分をＢ−Ｂ線にそって切断することに
より、インクジェット記録ヘッドが完成する。この切断
は、インク流路１８における発熱部５とインク吐出口１
との間隔を最適化するために行なうものであり、切断す
るＢ−Ｂ線の位置は適宜決定される。なお、この切断に
際しては、半導体工業で通常採用されているダイシング
法が採用される。

【００３３】つぎに、以上の工程を経て製作されたイン
クジェット記録ヘッドによるインク滴２１の吐出原理を
図１０に基づいて説明する。同図（ａ）は定常状態であ
り、インク流路１８先端のインク吐出口１においては、
インク２２の表面張力と外圧とが平衡状態に保たれてい
る。

【００３４】同図（ｂ）は、電極９，１０への通電によ
り発熱部５が加熱されると共に発熱部５の表面温度が急
上昇し、隣接インク層に沸騰現象が起きて発熱部５の表
面（正確には、発熱部５を覆っている薄膜１４の表面）
に微小な気泡２３が点在している状態である。

【００３５】同図（ｃ）は、発熱部５の全面で急激に加
熱された隣接インク層が瞬時に気化して沸騰膜を作り、
気泡２３が成長した状態である。この時、インク流路１
８内の圧力は気泡２３が成長した分だけ上昇し、インク
吐出口１での外圧とのバランスがくずれ、インク吐出口
１からインク柱が成長し始める。

【００３６】同図（ｄ）は、気泡２３が最大に成長した
状態であり、インク吐出口１から気泡２３の体積に相当
する分のインク２２が押し出される。この時、電極９，
１０への通電が既に遮断されており、発熱部５の表面温
度は降下しつつある。即ち、気泡２３の体積が最大とな
るタイミングは、電極９，１０への通電タイミングから
やや遅れたものとなる。

【００３７】同図（ｅ）は、気泡２３がインク２２等に
より冷却されて収縮を開始した状態である。なお、イン
ク柱の先端部は押し出された速度を保ちつつ前進し、イ
ンク柱の後端部では気泡２３の収縮に伴うインク流路１
８内の圧力減少によりインク流路１８内へインク２２が
逆流し、インク柱にくびれが生ずる。

【００３８】同図（ｆ）は、更に気泡２３が収縮し、発
熱部５の上面にインク２２が接することにより発熱部５
の上面が更に急激に冷却された状態である。インク吐出
口１では外圧がインク流路１８内の圧力より高い状態と
なるためにメニスカスが大きくインク流路１８内に入り
込んでいる。一方、インク柱の先端部はインク滴２１と
なり、インク吐出口１に対向する位置に設けられている
記録紙（図示せず）の方向へ５〜１０ｍ／ｓの速度で吐
出する。

【００３９】同図（ｇ）は、インク滴２１の吐出が終了
した後にインク流路１８内にインク２２が毛管現象によ
って再び供給され、同図（ａ）に示した状態と同じ状態
に戻った状態であり、気泡２３は完全に消滅している。

【００４０】つぎに、前記蓋基板３への前記スリット７
の形成方法について説明する。このスリット７の形成は
ダイシングソーによって容易に形成できるが、より好ま
しくは、エッチングによって形成するのが良い。これ
は、ガラスをダイシングソーで溝加工を行なった際に、
目に見えない加工変質層がダイシングの加工面の下深く
に発生し、その加工変質層によってガラス製の蓋基板３
が割れやすくなるためである。しかし、エッチングによ
ってスリット７を形成した場合には、このような加工変
質層が発生せず、従って、ガラス製の蓋基板３が割れや
すくなるということがない。ガラスに対するエッチング
に際しては、フォトセラム（コーニング社の感光性ガラ
ス）を用いてもよいが、通常のガラスにフォトリソグラ
フィを施し、フッ酸等のエッチング液によってエッチン
グを行なってもよい。

【００４１】このような構成において、本実施例のイン
クジェット記録ヘッドは、図１に示したように数百〜数
千のインク吐出口１が形成されると共に印写幅が１００
〜３００ｍｍ有り、発熱体基板２と蓋基板３とはインク
吐出口１の配列方向にそって長尺状に形成されている。

【００４２】また、発熱体基板２はシリコンにより形成
されると共に蓋基板３はガラスにより形成されており、
その線膨張率は、２０℃の温度条件下において、シリコ
ンの線膨張率が２．６×１０~⁶、ガラスの線膨張率が８
〜１０×１０~⁶である。ここで、印写幅がＡ４サイズ用
紙の横幅に合わせた２１０ｍｍ、インク吐出口１の配列
密度が４００ｄｐｉのインクジェット記録ヘッドを想定
した場合、昼夜の温度差が２０℃であるとすると、発熱
体基板２と蓋基板３との熱膨張による差は、２１０×
（９×１０~⁶−２．６×１０~⁶）×２０＝０．０２６８
８（ｍｍ）となる（但し、ガラスの線膨張率を９×１０
~⁶とした。）。

【００４３】一方、配列密度が４００ｄｐｉのインク吐
出口１のサイズは、一辺が２５〜３０μｍの正方形であ
り、また、発熱部５のサイズもその短手方向（インク吐
出口１の配列方向）が２５〜３０μｍである。さらに、
隣接するインク吐出口１間の距離は、６３．５μｍであ
る。つまり、熱膨張差がほぼ１インク吐出口分となり、
無視することができない。現実には、単純に線膨張率の
違いで計算することはできないし、また、両基板２，３
の間にはフォトレジスト層４があり、それが両基板２，
３を互いに接合しているため、単純に１インク吐出口分
横へずれるということはないが、両基板２，３は微視的
な反りを生じる。そして、この反りによってフォトレジ
スト層４が引っ張られ、この引っ張りが最も影響する両
端のインク吐出口１ではひずみや変形が生ずる。また、
このような反りが昼夜の温度差によって毎日繰り返され
るため、両基板２，３を接合しているフォトレジスト層
４及び紫外線硬化型樹脂膜１７に疲労が加わり、耐久性
が低下して接合部分が剥がれやすくなる。

【００４４】しかし、本実施例では、蓋基板３に複数個
のスリット７を形成し、しかも、これらのスリット７の
深さ寸法を蓋基板３の厚さ寸法の１／３以上としたた
め、これらのスリット７によって発熱体基板２との熱膨
張差が良好に吸収される。従って、温度変化によって生
ずる両基板２，３の反りが小さくなり、両端のインク吐
出口１におけるフォトレジスト層４のひずみや変形も軽
減される。そして、両基板２，３を接合しているフォト
レジスト層４や紫外線硬化型樹脂膜１７の接合部分が剥
がれてインク漏れを起こすということが防止される。従
って、出荷前のインクジェット記録ヘッドを昼夜の温度
差が大きい倉庫等に保管した場合でも、それらのインク
ジェット記録ヘッドの品質が維持される。

【００４５】なお、本実施例では蓋基板２の奥行き方向
の全体に渡ってスリット７を形成したものを例に挙げて
説明したが、図１１に示すように、蓋基板２の奥行き方
向の両端が閉じられた状態のスリット２４を形成しても
よい。

【００４６】ついで、本発明の第二の実施例を図１２乃
至図１６に基づいて説明する。なお、図１乃至図１０に
おいて説明した部分と同一部分は同一符号で示し、説明
も省略する。まず、図１２は数百〜数千のインク吐出口
２５を配列することにより印写幅を１００〜３００ｍｍ
とした中〜大アレイのインクジェット記録ヘッドの外観
を示した斜視図であり、このインクジェット記録ヘッド
は、長尺状の第一基板である発熱体基板２と、長尺状の
第二基板である流路基板２６とを接合することによって
形成されている。なお、前記発熱体基板２上にはこの発
熱体基板２の長手方向にそって多数の発熱部５が形成さ
れている。一方、前記流路基板２６の片面には、前記発
熱部５に対応するインク流路溝２７とこれらのインク流
路溝２７が連通されたインク供給室溝２８とが形成され
ている。

【００４７】さらに、前記流路基板２６における前記イ
ンク流路溝２７が形成された面の反対側の外側部には、
この流路基板２６の長手方向と直交する向きに長いスリ
ット２９が複数個形成されている。なお、これらのスリ
ット２９はその深さ寸法が流路基板２６の厚さ寸法の１
／３以上に形成されている。また、前記発熱体基板２は
シリコンを材料として形成され、前記流路基板２６は樹
脂を材料として形成されている。

【００４８】ここで、前記発熱体基板２と前記流路基板
２６との構造を図１３乃至図１５に基づいて説明する。
なお、本実施例の発熱体基板２と流路基板２６とは図１
２に示したように長尺状であるが、図面及び説明を簡単
化するために発熱体基板２と流路基板２６との寸法を短
く表わして説明する。まず、発熱体基板２は図１に示し
た発熱体基板２と同じものであり、その上面には電極
９，１０や発熱部５が形成されている。つぎに、前記流
路基板２６は樹脂を材料として一体成形されたもので、
使用される樹脂としては、耐インク性に優れたポリサル
フォン、ポリエーテルサルフォン、ポリフェニレンオキ
サイド、ポリプロピレン等が使用される。その中でも、
成形のために流動性のよい（melt flow rateが１０ｇ／
１０分以上）の材料を用いることが好ましい。成形機
は、市販の射出成形機を用いるが、微細な形状を精度よ
く転写するために、射出圧力が２０００ｋｇ／ｃｍ² 以
上の能力を有する成形機が望ましい。また、樹脂の流動
性を高めるため、シリンダ温度は４００℃以上に加熱す
る。金型は、図１５に示した流路基板２６と対になる形
状の金型を用いる。また、転写性を良くするため、金型
の材料の熱変形温度以上に加熱できるようにヒーター、
熱触媒等を金型内に設ける。なお、金型の樹脂充填部を
真空ポンプ等により減圧し、転写性を高めることも有効
である。

【００４９】つぎに、図１６は、ヘッド保持基板３０上
に前記発熱体基板２と前記流路基板２６とを順次積層
し、さらに、押圧部材として断面がＭ字状を有する押え
バネ３１でこれらの基板２，２６，３０を圧着して組み
立てる工程を示した分解斜視図である。前記発熱体基板
２と前記ヘッド保持基板３０との間には、エポキシ系の
接着剤３２が使用されている。上述のように積層された
基板２，２６，３０に対しては、流路基板２６の上部側
から押えバネ３１によって発熱体基板２の平面に対して
略垂直な方向の力が加えられる。この押えバネ３１とし
ては、例えば、バネ用のリン青銅やステンレス板を用い
て形成することができる。そして、その両端下部に設け
た爪３３をヘッド保持基板３０に形成した穴部３４に嵌
入させて押えバネ３１とヘッド保持基板３０とを係合さ
せることで、流路基板２６の上部から機械的な圧力が発
熱体基板２の平面に対して略垂直な方向に加わるように
なる。これによって、発熱体基板２と流路基板２６との
充分な密着状態が得られる。なお、この押えバネ３１に
は、流路基板２６に形成されたインク導入孔２０に接続
されるインク供給管（図示せず）が挿通される穴３５が
形成されている。

【００５０】ここで、押えバネ３１を用いることによっ
て発熱体基板２と流路基板２６とは充分な密着状態が得
られるが、必要に応じて両基板２，２６の間にインクの
密封性を高めるために接着剤を介在させてもよい。その
際用いられる接着剤としては、インクに対する溶出が極
めて少ない接着剤、例えば、ＸＢ３０５２（チバガイギ
ー製）というエポキシ接着剤が使用できる。この接着剤
の好適な硬化条件は、８０℃雰囲気中で８時間放置する
ことによって得られる。

【００５１】つぎに、前記流路基板２６への前記スリッ
ト２９の形成方法について説明する。樹脂製の流路基板
２６へのスリット２９の形成は、流路基板２６を成形す
る際に同時に一体成形することが望ましい。これは、樹
脂に対してダイシング加工を行なうと、加工時の熱によ
って樹脂が溶け、ダイシング加工面がきれいに加工でき
ないからである。また、ダイシング加工という工程が追
加されることにより、加工コスト高にもなるためであ
る。この点、一体成形加工はインク流路溝２７やインク
供給室溝２８と共に成形できるので、加工コストが低減
される。

【００５２】なお、流路基板２６をガラスやセラミック
ス等によって形成することもできるが、その場合には、
スリット２９は上述したようにダイシングソーやエッチ
ングにより形成する。

【００５３】このような構成において、発熱体基板２と
流路基板２６とを接着剤を用いて接合させた場合には、
第一の実施例において説明した場合と同様に、両基板
２，２６の線膨張率が異なるために温度変化によって両
基板２，２６は微視的な反りを生じ、その繰り返しによ
って接合部分が剥がれやすくなる。

【００５４】一方、発熱体基板２と流路基板２６とを接
着剤を用いて完全に接合させるのではなく、押えバネ３
１によって両基板２，２６を押え付けただけの場合に
は、両基板２，２６は温度変化に伴って伸縮を繰り返す
が、反りを生ずることはない。しかし、シリコンを材料
とした発熱体基板２と樹脂を材料とした流路基板２６と
の線膨張率は１桁又は２桁の違いがあるため、両基板
２，２６のずれ量は非常に大きくなり、両端側のインク
吐出口２５ではインク流路溝２７と発熱部５とが対応し
なくなってインク滴２１の吐出を行なえなくなる。

【００５５】しかし、流路基板２６に複数個のスリット
２９を形成し、しかも、これらのスリット２９の深さ寸
法を流路基板２６の厚さ寸法の１／３以上としたため、
これらのスリット２９によって発熱体基板２との熱膨張
差が良好に吸収される。従って、発熱体基板２と流路基
板２６とを接着剤を用いて完全に接合させた場合には、
温度変化によって生ずる両基板２，２６の反りが軽減さ
れ、両基板２，２６の接合部分が剥がれてインク漏れを
起こすということが防止される。一方、両基板２，２６
を押えバネ３１によって押え付けただけの場合において
は、温度変化によって生ずる発熱部５とインク流路溝２
７とのずれ量が小さくなり、発熱部５とインク流路溝２
７との位置ずれによってインク吐出口２５からのインク
滴２１の吐出が不可能になるということが防止される。

【００５６】なお、本実施例では流路基板２６の奥行き
方向の全体に渡ってスリット２９を形成したものを例に
挙げて説明したが、図１１に示した場合と同様に、流路
基板２６の奥行き方向の両端が閉じられた状態のスリッ
トとしてもよい。

【００５７】また、本実施例では、基板２，２６，３０
を積層してインクジェット記録ヘッドを完成させると、
インク流路溝２７の先端部がそのままインク吐出口２５
となるように構成したが、インク滴２１の吐出をより一
層安定させるためには、インク流路溝２７の先端部に図
１７又は図１９に示すようなインク吐出口３６を設けて
もよい。

【００５８】まず、図１７に示した流路基板２６ａは耐
インク性に優れたポリサルフォン、ポリエーテルサルフ
ォン、ポリフェニレンオキサイド、ポリプロピレン等の
樹脂を用いて形成されており、インク吐出口３６が形成
された吐出口プレート部３７が一体形成されている。こ
こで、インク流路溝２７やインク供給室溝２８及びイン
ク吐出口３６の形成方法について説明する。インク流路
溝２７とインク供給室溝２８とについては、それと逆パ
ターンの微細溝を切削等の手法により形成した金型によ
り樹脂を成形し、これによって、流路基板２６ａにイン
ク流路溝２７とインク供給室溝２８とを成形することが
できる。インク吐出口３６については、インク吐出口３
６の形状の駒、例えば、円筒形スライド駒を金型内のイ
ンク吐出口形成部分に配置し、金型内に樹脂を充填して
この樹脂が硬化した後に駒をスライドさせて逃がすこと
により形成することができる。

【００５９】具体的には、インク流路溝２７の幅を３０
〜５０μｍ、隣接するインク流路溝２７同士の間隔を２
０〜４０μｍ、インク吐出口３６の穴径を２０〜４０μ
ｍの流路基板２６ａを得た。そして、このような流路基
板２６ａと発熱体基板２とを図１８に示したように接合
させることにより、インクジェット記録ヘッドを形成す
る。

【００６０】なお、インク吐出口３６を形成する他の方
法としては、金型内ではインク吐出口３６を有しない状
態の吐出口プレート部３７を形成し、金型内から取出し
た後にオリフィスプレート部３７にレーザ装置等により
紫外線を照射して樹脂を蒸発・除去させることによって
インク吐出口３６を形成する方法がある。このとき、エ
キシマレーザを適切に用いると、マスクパターンにそっ
た精密な加工を簡単に行なえる。

【００６１】また、図１９は、インク吐出口３６を形成
した吐出口プレート部３７ａを予め形成しておき、流路
基板２６を金型により形成する際にこの吐出口プレート
部３７ａを金型内に挿入してインサート成形したもので
ある。なお、流路基板２６を金型により成形した後にこ
の流路基板２６に吐出口プレート部３７ａを接着しても
よい。

【００６２】ついで、本発明の第三の実施例を図２０に
基づいて説明する。本実施例は、図１に示した蓋基板３
におけるスリット７が形成された面に樹脂３８をコーテ
ィングすると共にスリット７内に樹脂３８を充填させた
ものである。図２１はその変形例で、スリット７内へ樹
脂３８を充填しただけのものである。

【００６３】このような構成において、蓋基板３にスリ
ット７を形成することにより蓋基板３の機械的強度が低
下するが、このスリット７に樹脂３８を充填することに
より蓋基板３の機械的強度が補強される。なお、充填す
る樹脂３８としてはポリエチレン等のような軟質の樹脂
を用いることが好ましい。これは、蓋基板３の熱膨張を
スリット７で吸収する際に、軟質の樹脂の場合には容易
に変形しやすく、スリット７の上部に膨らんだ形になっ
て容易に熱膨張によりスリット７の容積変化を吸収でき
るためである。

【００６４】また、樹脂３８に代えてゴムを充填しても
よく、ゴムは容易に弾性変形するために熱膨張によるス
リット７の容積変化に対応することができる。

【００６５】なお、本実施例では、蓋基板３に形成した
スリット７に樹脂３８やゴムを充填したものを例に挙げ
て説明したが、図１２に示した流路基板２６のスリット
２９に樹脂３８やゴムを充填すれば、スリット２９を形
成することによって一旦は低下した流路基板２６の機械
的強度が補強される。

【００６６】つぎに、スリット７，２４，２９の深さ寸
法と、スリット７，２４，２９の熱膨張吸収作用との関
係について第一の実験を行なった。これは、スリット
７，２４，２９の深さをどの程度にすればスリット７，
２４，２９の熱膨張吸収作用が発揮されるかということ
を調べるもので、この実験を行なうために、図２２に示
した疑似ヘッド３９を形成した。なお、この疑似ヘッド
３９は、発熱体基板２に相当するシリコン板３９ａと、
蓋基板３又は流路基板２６に相当するガラス板３９ｂと
をチバガイギー製のエポキシ接着剤“ＸＢ３０５２”で
接合したものである。ここで、シリコン板３９ａは、縦
横のサイズを３０×２００ｍｍ、厚さを１ｍｍに形成し
た。一方、ガラス板３９ｂは、縦横のサイズを３０×２
００ｍｍ、厚さを２ｍｍに形成し、シリコン板３９ａと
の接合面に縦横サイズが２５×１９５ｍｍで厚さが０．
５ｍｍの空洞領域３９ｃを形成した。さらに、ガラス板
３９ｂには、シリコン板３９ａとの接合面の反対側の面
における長手方向の両端からそれぞれ５０ｍｍの位置に
二本のスリット３９ｄを形成した。なお、スリット３９
ｄはダイシングソーによって形成し、その深さ寸法が異
なる複数個の疑似ヘッド３９を形成した。

【００６７】そして、スリット３９ｄの深さを変えた各
疑似ヘッド３９において、１０℃と５０℃との冷却と加
温とを１００回繰り返してシリコン板３９ａとガラス板
３９ｂとの接合部からの水漏れの有無を調べたところ、
表１に示したような結果が得られた。

【００６８】

【表１】

【００６９】ここで、表１に示した結果から明らかなよ
うに、スリット３９ｄの深さ寸法をガラス板３９ｂの厚
さ寸法の１／３以上に形成することにより、接合させた
シリコン板３９ａとガラス板３９ｂとが熱膨張の差によ
って反りを生じても、その熱膨張差がスリット３９ｄに
より有効に吸収され、接合部の劣化や接合部の剥がれが
防止される。

【００７０】つぎに、本発明のようなスリット７，２
４，２９を形成する必要が生ずるインクジェット記録ヘ
ッドのサイズはどの位かという点について第二の実験を
した。具体的には、表２に示したように、印写幅が２
０、５０、１００、１５０ｍｍ、かつ、インク吐出口２
５の配列密度が１００、２００、４００ｄｐｉの、１２
タイプのインクジェット記録ヘッドを試作し、これらの
インクジェット記録ヘッドを冷却・加温を繰り返してイ
ンク滴の吐出特性を調べたものである。なお、試作した
各インクジェット記録ヘッドは、図１６に示したように
発熱体基板２と流路基板２６とを押えバネ３１で押えた
だけで接着剤を用いた接合を行なわないものであり、か
つ、スリットを形成しないものである。

【００７１】そして、１０℃の冷却と５０℃の加温を１
００回繰り返した後、吐出特性の変化を調べたところ、
表２に示したような結果が得られた。なお、吐出特性と
しては、吐出するインク滴の質量をチェックしたもので
あり、この表２において、“○”は冷却・加温の前後に
おいて吐出特性の変化が２０％以下であった（吐出特性
が良好な状態に維持された）ことを示し、“×”は冷却
・加温の前後において吐出特性の変化が２０％以上にな
った（吐出特性が劣化した）ことを示す。

【００７２】

【表２】

【００７３】ここで、表２に示した結果から明らかなよ
うに、印写幅が大きくなると共にインク吐出口２５の配
列密度が密になるにつれて吐出特性が変化するものであ
り、即ち、このような吐出特性の変化を防止するために
スリット２９を形成することが必要になる。例えば、印
写幅が１００ｍｍのインクジェット記録ヘッドにおいて
は、インク吐出口２５の配列密度が１００ｄｐｉ以下で
あればスリット２９を形成しなくてもよいが、インク吐
出口２５の配列密度が２００ｄｐｉ以上になればスリッ
ト２９を形成する必要性が生ずる。

【００７４】つぎに、第二の実験で試作したものと同様
に印写幅及びインク吐出口２５の配列密度が異なる複数
個のインクジェット記録ヘッドを試作し、さらに、これ
らのインクジェット記録ヘッドの流路基板２６にスリッ
ト２９を形成してインク滴の吐出特性が冷却・加温の前
後でどのように変化するかという点について第三の実験
を行なったところ、表３に示したような結果が得られ
た。なお、インクジェット記録ヘッドは表３に示したよ
うに１８タイプ試作し、各インクジェット記録ヘッドに
おいて、流路基板２６の厚さ寸法を２．５ｍｍ、スリッ
ト２９の幅寸法を０．５ｍｍ、スリット２９の深さ寸法
を１．４ｍｍとした。また、冷却・加温は、１０℃と５
０℃とを１００回繰り返した。

【００７５】

【表３】

【００７６】ここで、表３に示した結果と表２の結果を
比較することにより、印写幅が大きくなり、かつ、イン
ク吐出口２５の配列密度が密になっても、スリット２９
を形成することによって吐出特性が良好に維持されるこ
とが明かになった。さらに、スリット２９は約１００ｍ
ｍ以下の間隔で形成することが望ましいことも明かにな
った。

【００７７】

【発明の効果】請求項１記載の発明は、多数のエネルギ
ー作用部を長手方向にそって配列した長尺状の第一基板
と、この第一基板上に設けられると共に前記エネルギー
作用部に対応する位置にインク流路溝を形成した感光性
樹脂層と、前記感光性樹脂層上に積層された長尺状の第
二基板とを有し、前記第一基板と前記第二基板とを線膨
張率が異なる材料で形成したインクジェット記録ヘッド
において、前記第二基板における前記感光性樹脂層に積
層された面の反対側の面にこの第二基板の長手方向と直
交する向きに長いスリットを形成したので、第一基板と
第二基板とが温度変化により伸縮すると共に熱膨張差に
よって反りを生じても、第二基板に形成したスリットに
より熱膨張差を吸収することができると共に発生する反
りを小さくすることができ、従って、第二基板と感光性
樹脂層との接合状態を安定した状態に維持することがで
きると共にその接合部分が剥がれてインクが漏れるとい
う事態の発生を防止することができる等の効果を有す
る。

【００７８】請求項２記載の発明は、多数のエネルギー
作用部を長手方向にそって配列した長尺状の第一基板
と、多数のインク流路溝を形成すると共にこれらのイン
ク流路溝を前記エネルギー作用部に対応するように前記
第一基板上に積層された長尺状の第二基板とを有し、前
記第一基板と前記第二基板とを線膨張率が異なる材料で
形成したインクジェット記録ヘッドにおいて、前記第二
基板における前記インク流路溝が形成された面の反対側
の面にこの第二基板の長手方向と直交する向きに長いス
リットを形成したので、第一基板と第二基板とが温度変
化により伸縮すると共に熱膨張差によって反りを生じて
も、第二基板に形成したスリットにより熱膨張差を吸収
することができると共に発生する反りを小さくすること
ができ、従って、第二基板と第一基板との接合状態を安
定した状態に維持することができると共にその接合部分
が剥がれてインクが漏れるという事態の発生を防止する
ことができ、また、第一基板と第二基板とを接着等によ
り接合するのではなく両基板を圧接させた状態としたイ
ンクジェット記録ヘッドの場合には、スリットによる熱
膨張差の吸収によって第一基板のエネルギー作用部と第
二基板のインク流路溝との対応関係を維持することがで
きると共にエネルギー作用部とインク流路溝との位置ず
れによるインク滴の吐出特性の劣化を防止することがで
きる等の効果を有する。

【００７９】請求項３記載の発明は、請求項１又は２記
載の発明において、スリットの深さ寸法を第二基板の厚
さ寸法の１／３以上としたので、スリットによる第一基
板と第二基板との熱膨張差の吸収を良好に行なうことが
できる等の効果を有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第一の実施例のインクジェット記録ヘ
ッドを示した斜視図である。

【図２】発熱体基板を示した斜視図である。

【図３】図２におけるＡ−Ａ線断面図である。

【図４】発熱体基板を示した正面図である。

【図５】発熱体基板上にフォトレジスト層を形成した工
程を示した正面図である。

【図６】フォトリソグラフィーの技術によってインク流
路溝とインク供給室溝とを形成した工程を示した正面図
である。

【図７】蓋基板に紫外線硬化型樹脂をラミネートした工
程を示した正面図である。

【図８】発熱体基板と蓋基板とを積層した工程を示した
正面図である。

【図９】発熱体基板と蓋基板とを積層することにより形
成されたインクジェット記録ヘッドを示した斜視図であ
る。

【図１０】インク滴の吐出原理を説明した説明図であ
る。

【図１１】蓋基板に形成したスリットの変形例を示した
斜視図である。

【図１２】本発明の第二の実施例のインクジェット記録
ヘッドを示した斜視図である。

【図１３】発熱体基板と流路基板との構造を示した斜視
図である。

【図１４】発熱体基板と流路基板との構造を示した分解
斜視図である。

【図１５】流路基板を裏側から見た斜視図である。

【図１６】インクジェット記録ヘッドの組立て状態を示
した分解斜視図である。

【図１７】流路基板の変形例を示した斜視図である。

【図１８】図１７に示した流路基板を用いて組立てたイ
ンクジェット記録ヘッドを示した斜視図である。

【図１９】流路基板の変形例を示した斜視図である。

【図２０】本発明の第三の実施例のインクジェット記録
ヘッドにおける蓋基板を示した正面図である。

【図２１】蓋基板の変形例を示した正面図である。

【図２２】実験のために形成した疑似ヘッドを示した分
解斜視図である。

【図２３】疑似ヘッドを形成するガラス板を裏側から見
た斜視図である。

【符号の説明】

２第一基板３，２６，２６ａ第二基板４感光性樹脂層５エネルギー作用部６インク流路溝７，２４，２９スリット２７インク流路溝

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】多数のエネルギー作用部を長手方向にそ
って配列した長尺状の第一基板と、この第一基板上に設
けられると共に前記エネルギー作用部に対応する位置に
インク流路溝を形成した感光性樹脂層と、前記感光性樹
脂層上に積層された長尺状の第二基板とを有し、前記第
一基板と前記第二基板とを線膨張率が異なる材料で形成
したインクジェット記録ヘッドにおいて、前記第二基板
における前記感光性樹脂層に積層された面の反対側の面
にこの第二基板の長手方向と直交する向きに長いスリッ
トを形成したことを特徴とするインクジェット記録ヘッ
ド。
【請求項２】多数のエネルギー作用部を長手方向にそ
って配列した長尺状の第一基板と、多数のインク流路溝
を形成すると共にこれらのインク流路溝を前記エネルギ
ー作用部に対応するように前記第一基板上に積層された
長尺状の第二基板とを有し、前記第一基板と前記第二基
板とを線膨張率が異なる材料で形成したインクジェット
記録ヘッドにおいて、前記第二基板における前記インク
流路溝が形成された面の反対側の面にこの第二基板の長
手方向と直交する向きに長いスリットを形成したことを
特徴とするインクジェット記録ヘッド。
【請求項３】スリットの深さ寸法を第二基板の厚さ寸
法の１／３以上としたことを特徴とする請求項１又は２
記載のインクジェット記録ヘッド。