JPH09150515A - インクジェットヘッド - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】耐キャビテーション層が剥離しなくなり、その
下の保護層が破断しなくなる。 【解決手段】基板２上に蓄熱層３と抵抗体層４とを順次
形成し、個別電極５と共通電極６とを抵抗体層４上に対
向配置して発熱素子１７となすとともに、発熱素子１７
を複数個配列して発熱素子アレイを構成し、この発熱素
子アレイ上に電気的絶縁材料からなる保護層８を被覆
し、保護層８上の各発熱素子１７の直上に耐キャビテー
ション層１８を、かつ各耐キャビテーション層１８間に
ヤング率が１．００×１０¹¹Ｎ／ｍ² 以下の金属体１９
を形成したサーマルヘッド１４と、流路部１３と、イン
ク液滴を吐出するオリフィス１１が設けられたプレート
１２とを具備したインクジェットヘッド１４。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はインクを加熱して発
泡させ、インク液滴としてオリフィスより吐出させるこ
とで記録をおこなうインクジェットヘッドに関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】インクジェットヘッドには普通紙に記録
できる簡便性と高画質性とがあって、さらにカラー用と
してのシリアルタイプが主流となっている。しかし、１
枚のカラー画像を印画するための所要時間が長いという
問題点があるので、この問題点を解消するためにライン
タイプのインクジェットヘッドが望まれている。

【０００３】すでに提案されたラインタイプのインクジ
ェットヘッドを図４と図５により説明する。図４はイン
クジェットヘッド１の要部構成を示す破断面斜視図であ
り、図５は図４中の切断面線Ｘ−Ｘによる断面図であ
る。

【０００４】２はＳｉからなる厚み０．５〜１．０ｍｍ
の長尺状の基板、３は基板２上に設けた厚み１μｍ程度
のＳｉＯ₂ からなる蓄熱層、４は蓄熱層３上に設けたＴ
ａ−Ａｌやポリシリコンなどからなる厚み１０００〜２
０００Å程度の抵抗体層であり、この抵抗体層４上には
Ａｌなどからなる厚み１μｍ程度の個別電極５と共通電
極６とを対向するように配設し、これによって個別電極
５と共通電極６との間に発熱領域７を形成し、かかる発
熱領域７を多数配列することによって発熱素子アレイと
なす。

【０００５】また、ＳｉＮなどからなる保護層８を厚み
１〜２μｍ程度で被覆し、この保護層８の上にはＴａな
どからなる耐キャビテーション層９を厚み０．５〜２μ
ｍ程度で形成し、そして、発熱領域７の周辺にシリコー
ンやエポキシなどの樹脂からなる流路用の壁１０を設け
て、さらにインクドロップレットを排出するための排出
口であるオリフィス１１が個々の発熱領域７毎に配列さ
れたＮｉやポリイミド樹脂などからなるオリフィスプレ
ート１２（以下、プレート１２とする）を配設し、これ
ら壁１０とプレート１２などで囲まれた空間領域に水溶
性インクを各々の発熱領域７へ導入する、いわゆるイン
ク流路を構成する流路部１３となす。

【０００６】かくして上記ラインタイプのインクジェッ
トヘッド１によれば、オリフィス１１が５０μｍの径
で、３００ＤＰＩの間隔で２０００〜３０００素子にな
るように配列され、この配列でもって副走査方向に各オ
リフィス１１が適宜インク液滴を放出し、このような１
次元的な印画とともに、インクジェットヘッド１が主走
査方向に移動することで、２次元的に印画がおこなわれ
る。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記構
成のインクジェットヘッド１においては、従来の感熱記
録タイプのサーマルヘッドとくらべて、保護層８の上に
耐キャビテーション層９を配しているので、その層９の
耐キャビテーション性を高めるために、一定以上の圧縮
応力が内在されるように成膜形成している（特開平６−
２９７７１３号参照）。

【０００８】そのため、基板２の長手寸法が２００ｍｍ
を越えるような長尺状のインクジェットヘッド１を作製
した場合には、図６に示すように耐キャビテーション層
９に起因して、過大な応力Ｆでもって基板２が湾曲し、
さらに基板２の端において最も応力が集中するために、
この端付近の耐キャビテーション層９が剥離したり、あ
るいは保護層８が破断していた。

【０００９】したがって本発明の目的は耐キャビテーシ
ョン層の剥離や保護層の破断が生じない高品質かつ高信
頼性のインクジェットヘッドを提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明のインクジェット
ヘッドは、基板上に蓄熱層と抵抗体層とを順次形成し、
この抵抗体層上に個別電極と共通電極とを対向配置して
発熱素子となすとともに、その発熱素子を複数個配列し
て発熱素子アレイを構成し、この発熱素子アレイ上に電
気的絶縁材料からなる保護層を被覆し、さらに保護層上
の各発熱素子の直上に耐キャビテーション層を形成する
とともに、各耐キャビテーション層間にヤング率が１．
００×１０¹¹Ｎ／ｍ² 以下の金属体を形成したサーマル
ヘッドと、このサーマルヘッド上に配してオリフィスが
設けられたオリフィスプレートと、これらサーマルヘッ
ドとオリフィスプレートとでインク流路をなす流路部と
を具備し、そして、流路部に導入されたインクのうち上
記発熱素子付近のインクが加熱されて発泡することによ
り、オリフィスよりインク液滴を吐出するようにしてい
る。

【００１１】

【発明の実施の形態】本発明のインクジェットヘッドを
図１と図２により説明する。図１は実施形態のインクジ
ェットヘッド１４の要部構成を示す破断面斜視図、図２
はインクジェットヘッド１４のうちサーマルヘッド１５
の長手方向にわたる要部断面図である。なお、図４と図
５に示すインクジェットヘッド１と同一箇所には同一符
号を付す。

【００１２】インクジェットヘッド１４によれば、主と
してサーマルヘッド１５と、サーマルヘッド１５上に配
したインク流路を構成する流路部１３と、前記オリフィ
スプレートとしてのインク液滴を吐出するオリフィス１
１が設けられたプレート１２とから構成されている。

【００１３】上記サーマルヘッド１５においては、Ｓｉ
からなる厚み０．５〜１．０ｍｍの長尺状の基板２上に
厚み１μｍ程度のＳｉＯ₂ からなる蓄熱層３、Ｔａ−Ａ
ｌやポリシリコンなどからなる厚み１０００〜２０００
Å程度の抵抗体層４とを順次積層し、抵抗体層４上には
Ａｌなどからなる厚み１μｍ程度の個別電極５と共通電
極６とを対向するように配設し、これによって個別電極
５と共通電極６との間に発熱領域７を形成して発熱素子
１７となし、このような発熱素子１７を多数配列するこ
とによって３００ＤＰＩの間隔で２０００〜３０００素
子になる発熱素子アレイを構成する。さらにかかる発熱
素子アレイ上に厚み１〜２μｍ程度のＳｉＮなどの電気
的絶縁材料からなる保護層８を被覆し、この保護層８上
の各発熱素子１７の直上に厚み０．５〜２μｍ程度のＴ
ａなどからなる耐キャビテーション層１８を形成し、そ
して、各耐キャビテーション層１８の間にヤング率が
１．００×１０¹¹Ｎ／ｍ² 以下の金属体１９を形成して
いる。

【００１４】上記層構成については、従来のインクジェ
ットヘッド１を示す図５において、保護層８上に耐キャ
ビテーション層９に代えて耐キャビテーション層１８と
金属体１９とを設けた構造となっている。したがって、
図６に示す如く、サーマルヘッド１５上に設けたプレー
ト１２と流路部１３は次のような構造になっている。す
なわち、発熱領域７の周辺にシリコーンやエポキシなど
の樹脂からなる流路用の壁１０を設けて、さらに５０μ
ｍ径のオリフィス１１が個々の発熱領域７毎に配列され
たＮｉやポリイミド樹脂などからなるプレート１２を配
設し、これら壁１０とプレート１２とでもって流路部１
３を構成する。

【００１５】さらにまた、本発明の特徴である耐キャビ
テーション層１８と金属体１９については、保護層８上
に発熱素子アレーにそって交互に形成するが、耐キャビ
テーション層１８は一般的に１．３×１０¹¹〜１．５×
１０¹¹Ｎ／ｍ² 以上のヤング率があり、これがＴａから
なる場合には、そのヤング率が１．８×１０¹¹Ｎ／ｍ²
であって、これに対する金属体１９のヤング率は１．０
０×１０¹¹Ｎ／ｍ² 以下にしている。したがって、この
金属体１９は耐キャビテーション層１８に比べて軟質金
属といわれ、それに対比する耐キャビテーション層１８
は硬質金属となる。

【００１６】そして、上記金属体１９はＡｌ（ヤング
率：０．７６×１０¹¹Ｎ／ｍ² ）、Ａｇ（ヤング率：
１．００×１０¹¹Ｎ／ｍ² ）、Ｓｂ（ヤング率：０．５
５×１０¹¹Ｎ／ｍ² ）、Ｐｂ（ヤング率：０．１６×１
０¹¹Ｎ／ｍ² ）を単独でもしくは合金化させて構成す
る。

【００１７】かくして上記インクジェットヘッド１４に
よれば、流路部１３に導入されたインクに対して、ある
発熱素子１７に電力印加されると、その発熱素子１７付
近のインクは熱エネルギーを受けて発泡し、その発熱素
子１７に対応するオリフィス１１を通してインク液滴が
吐出するが、このような印字において、一定以上の圧縮
応力のある耐キャビテーション層１８を設けても、分離
した耐キャビテーション層１８の間にスプリング機能を
有する金属体１９を介しているので、その圧縮応力が分
散されるので、基板２には湾曲が生じなくなり、これに
よって基板２の端付近の耐キャビテーション層１８が剥
離しなくなり、また、保護層８が破断しなくなる。

【００１８】

【実施例】Ｔａの耐キャビテーション層１８とＡｌの金
属体１９とを配した以外は同じ構成とした本発明のイン
クジェットヘッド１４および従来技術のインクジェット
ヘッド１について（双方の耐キャビテーション層は厚み
が１．５μｍである）、基板の端付近における耐キャビ
テーション層の剥離発生不良率を、基板長さに対して測
定したところ、図３に示すような結果が得られた。な
お、この不良発生率は、１００個のインクジェットヘッ
ドを同じ条件で作製した場合に、１か所でも剥離などが
発生したものを不良と認定して、その割合をあらわす。

【００１９】図３の結果から明らかなとおり、本発明の
インクジェットヘッド１４によれば、基板長さが３４０
ｍｍになって、ようやく不良が発生するのであるが、こ
れに対する従来技術のインクジェットヘッド１において
は、基板長さが１００ｍｍになって不良が発生した。し
たがって、本発明は従来と比べて約３．４倍の耐性があ
ることがわかる。そして、本発明のインクジェットヘッ
ド１４を印画幅がＢ４サイズに使用することができる。

【００２０】また、本発明のインクジェットヘッド１４
においては、金属体１９を介在させて耐キャビテーショ
ン層１８を設けているが、耐キャビテーション層１８に
局所的に静電気が発生しても、その静電気は直ちに分散
され、静電破壊が生じなくなっていた。

【００２１】なお、本発明は上記実施例および実施形態
に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない
範囲内で種々の変更や改良などを何ら差し支えない。た
とえば、上記実施例によれば、基板長さが３４０ｍｍ未
満で使用できるものであったが、耐キャビテーション層
１７や保護層８の幅や厚み、さらに金属体１９の形状や
寸法を適当に変えることで各種サイズの基板に適用でき
る。

【００２２】

【発明の効果】かくして本発明のインクジェットヘッド
によれば、耐キャビテーション層とヤング率が１．００
×１０¹¹Ｎ／ｍ² 以下の金属体とを交互に並設している
ので、耐キャビテーション層に圧縮応力があっても、そ
れが金属体により分散され、これにより、基板には湾曲
が生じなくなり、基板の端付近の耐キャビテーション層
が剥離しなくなり、さらにその下の保護層が破断しなく
なり、その結果、高品質かつ高信頼性のインクジェット
ヘッドが提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のインクジェットヘッドの要部構成を示
す破断面斜視図である。

【図２】本発明のインクジェットヘッドのうちサーマル
ヘッドの要部断面図である。

【図３】実施例における剥離などの不良が発生する比率
をあらわす線図である。

【図４】従来のインクジェットヘッドの要部構成を示す
破断面斜視図である。

【図５】図４中の切断面線Ｘ−Ｘによる断面図である。

【図６】従来のインクジェットヘッドにおける耐キャビ
テーション層や基板などの湾曲状態を示す断面図であ
る。

【符合の説明】

１、１４ インクジェットヘッド ２ 基板 ３ 蓄熱層 ４ 抵抗体層 ５ 個別電極 ６ 共通電極 ７ 発熱領域 ８ 保護層 ９、１８ 耐キャビテーション層 １０ 壁 １１ オリフィス １２ プレート １３ 流路部 １５ サーマルヘッド １７ 発熱素子 １９ 金属体

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】基板上に蓄熱層と抵抗体層とを順次形成
   し、この抵抗体層上に個別電極と共通電極とを対向配置
   して発熱素子となすとともに、該発熱素子を複数個配列
   して発熱素子アレイを構成し、この発熱素子アレイ上に
   電気的絶縁材料からなる保護層を被覆し、該保護層上の
   各発熱素子の直上に耐キャビテーション層を形成すると
   ともに、各耐キャビテーション層間にヤング率が１．０
   ０×１０¹¹Ｎ／ｍ² 以下の金属体を形成したサーマルヘ
   ッドと、該サーマルヘッド上に配してオリフィスが設け
   られたオリフィスプレートと、これらサーマルヘッドと
   オリフィスプレートとでインク流路をなす流路部とを具
   備するとともに、該流路部に導入されたインクのうち上
   記発熱素子付近のインクが加熱されて発泡することによ
   り、オリフィスよりインク液滴を吐出するようにしたイ
   ンクジェットヘッド。