(57)【要約】【課題】良好な画像を記録することができ、且つ高速記録に対応可能な高性能のインクジェットヘッドを提供する。【解決手段】本発明に係るインクジェットヘッドは、熱エネルギーによりインク７を吐出すように構成されている。本インクジェットヘッドは、ベースプレート２、該ベースプレート２の上面に主走査方向に配列される多数の発熱抵抗体３、および、該多数の発熱抵抗体３の各々に対して電気的に接続され、パルストリミング用パッド４ａが形成されている一対の給電配線４を含んでなるヘッド基板１と、主走査方向に対して交差する副走査方向でベースプレート２より幅が狭い天板５と、ヘッド基板１と天板５との間に介在し、インク７を充填するための間隙を形成するためのスペーサとを備え、パルストリミング用パッド４ａは、天板５の配設領域外で且つ前記間隙外に位置している。【選択図】図３
2006327213.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱エネルギーによりインクを吐出すように構成されるインクジェットヘッドであって、
ベースプレート、該ベースプレートの上面に主走査方向に配列される多数の発熱抵抗体、および、該多数の発熱抵抗体の各々に対して電気的に接続され、パルストリミング用パッドが形成されている一対の給電配線を含んでなるヘッド基板と、
前記主走査方向に対して交差する副走査方向で前記ベースプレートより幅が狭い天板と、
前記ヘッド基板と前記天板との間に介在し、インクを充填するための間隙を形成するためのスペーサとを備え、
前記パルストリミング用パッドは、前記天板の配設領域外で且つ前記間隙外に位置していることを特徴とする、インクジェットヘッド。
【請求項２】
前記各発熱抵抗体に対して電気的に接続される一対の給電配線の形状は各々略同一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。
【請求項３】
前記パルストリミング用パッドは前記主走査方向に沿って千鳥状に配列されていることを特徴とする請求項１または２に記載のインクジェットヘッド。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、記録紙にインク滴を所定パターンに付着させて画像を記録するインクジェットヘッドに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、記録紙に画像を記録するための記録デバイスとしてインクジェットヘッドが用いられている。
【０００３】
インクジェットヘッドの記録方式には、インク滴を記録紙に向けて吐出させるのに発熱抵抗体の発する熱エネルギーを利用するものや圧電素子の変形を利用するもの、更には電磁波の照射に伴って発生する熱を利用するもの等があり、これらの中でも発熱抵抗体の熱エネルギーを利用するサーマルジェットタイプのものは、発熱抵抗体のパターニングが容易である上に、小さな面積の発熱抵抗体であっても比較的大きな熱エネルギーを発生させることができることから、高密度記録への対応に適したものとして注目されている。
【０００４】
かかるサーマルジェットタイプのインクジェットヘッドとしては、図５に示す如く、アルミナセラミックスから成るベースプレート２２の上面に、多数の発熱抵抗体２３を直線状に配列するとともに、これら発熱抵抗体２３の両端に一対の給電配線２４を被着させたヘッド基板２１と、前記発熱抵抗体２３と１対１に対応したインク吐出孔２６を有する天板２５とを、間に所定の間隙を形成するように配設するとともに該間隙にインク２７を充填した構造を有したものが知られており、記録紙Ｍを天板２５の外表面に沿ってインク吐出孔上に搬送しながら発熱抵抗体２３を選択的に発熱させ、該発熱した熱エネルギーによってインク中に気泡Ａを発生させるとともに、この気泡発生時の圧力でもってインク吐出孔２６よりインク滴ｉを外部に吐出させ、これを記録紙Ｍに付着させることにより所定の画像が記録される。
【０００５】
尚、前記多数の発熱抵抗体２３及び一対の給電配線２４は、従来周知の薄膜形成技術、具体的には、スパッタリング、フォトリソグラフィー技術及びエッチング技術を採用することにより所定パターンに形成される。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上述したインクジェットヘッドにおいては、発熱抵抗体２３を従来周知の薄膜形成技術によって形成する際、フォトリソやエッチングにおける精度等の問題により、発熱抵抗体２３の大きさにバラツキを有していることが多く、かかるバラツキに応じて発熱抵抗体２３の電気抵抗値が個々に異なっている。それ故、全ての発熱抵抗体２３に略等しい電力を印加すると、発熱抵抗体２３の発する熱エネルギーが不均一となり、記録紙Ｍに不鮮明な画像が形成される欠点を有していた。
【０００７】
そこで、上記欠点を解消するため、各発熱抵抗体２３に関する補正データを予め準備し、かかる補正データに基づき発熱抵抗体２３に印加電力を調整することにより、発熱抵抗体２３の発する熱エネルギーを均一化することが提案されている。
【０００８】
しかしながら、上述した印加電力の調整を行う場合、補正データ格納用のメモリや複雑な補正回路、専用の電源回路等が別途、必要となり、インクジェットヘッドやそれが組み込まれるプリンタ本体の構成が大幅に複雑化する上、発熱抵抗体２３に印加電力の大きさを１ライン分の印画毎に調整する必要があるため、記録動作に長時間を要してしまい、印画速度の低下を招く欠点を有していた。
【０００９】
本発明は、上記欠点に鑑み案出されたものであり、その目的は、良好な画像を記録することができ、且つ高速記録に対応可能な高性能のインクジェットヘッドを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明のインクジェットヘッドは、熱エネルギーによりインクを吐出すように構成されるものであって、ベースプレート、該ベースプレートの上面に主走査方向に配列される多数の発熱抵抗体、および、該多数の発熱抵抗体の各々に対して電気的に接続され、パルストリミング用パッドが形成されている一対の給電配線を含んでなるヘッド基板と、前記主走査方向に対して交差する副走査方向で前記ベースプレートより幅が狭い天板と、前記ヘッド基板と前記天板との間に介在し、インクを充填するための間隙を形成するためのスペーサとを備え、前記パルストリミング用パッドは、前記天板の配設領域外で且つ前記間隙外に位置していることを特徴としている。
【００１１】
本インクジェットヘッドは、前記各発熱抵抗体に対して電気的に接続される一対の給電配線の形状が各々略同一であるのが好ましい。
【００１２】
本インクジェットヘッドは、前記パルストリミング用パッドが前記主走査方向に沿って千鳥状に配列されているのが好ましい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明のインクジェットヘッドによれば、発熱抵抗体に接続される給電配線の一端をヘッド基板上に配設される天板の配設領域外まで導出するとともに、該導出部の途中にパルストリミング用のパッドを設けたことから、発熱抵抗体の大きさにバラツキが生じ、電気抵抗値が個々に異なる場合であっても、上記パッドを介して発熱抵抗体にトリミングパルスを印加し、発熱抵抗体の電気抵抗値を調整することにより、発熱抵抗体の発する熱エネルギーを略均一に揃えることができ、記録紙に良好な画像を記録することが可能となる。
【００１４】
しかもこの場合、発熱抵抗体の電気抵抗値そのものを調整することで発熱抵抗体の発する熱エネルギーを略均一に揃えることができるため、補正データを用いて発熱抵抗体への印加電力を調整する場合に比し、補正データ格納用のメモリや複雑な補正回路、専用の電源回路等が不要となり、インクジェットヘッドやプリンタ本体の構成を簡素に維持することができる上、記録動作中の補正処理なども一切不要であることから、高速記録に供することもできる。
【００１５】
また、本発明のインクジェットヘッドによれば、上記パッドは天板の配設領域外に設けられていることから、インクジェットヘッドを組み立てた後であっても、パルストリミングに用いるプロービング装置の探針をパッドに対し確実に接触させてトリミングを簡単に行なうことができ、トリミングの作業性を良好となすことができる利点もある。
【００１６】
更に、本発明のインクジェットヘッドによれば、上記パッドを給電配線の配列方向に千鳥状に配列することにより、隣接するパッド間のスペースに余裕ができ、給電配線を従来周知の薄膜形成技術によって高密度に形成する場合であっても、隣り合う給電配線、パッド間の電気的な短絡を有効に防止することができる利点もある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明を添付図面に基づいて詳細に説明する。
【００１８】
図１は本発明の一形態におけるインクジェットヘッドの分解斜視図、図２は図１のインクジェットヘッドに用いられるヘッド基板の平面図、図３は図１のインクジェットヘッドの断面図であり、同図に示すインクジェットヘッドは、大略的にヘッド基板１と天板５とで構成され、両部材間にはインク７が充填されている。
【００１９】
前記ヘッド基板１は、ベースプレート２の上面に多数の発熱抵抗体３、一対の給電配線４等を取着した構造を有している。
【００２０】
前記ベースプレート２は、アルミナセラミックスや単結晶シリコン等の種々の材料により矩形状に形成されており、その上面で多数の発熱抵抗体３や一対の給電配線４等を支持する支持母材として機能する。
【００２１】
このようなベースプレート２は、単結晶シリコンからなる場合、従来周知のチョコラルスキー法（引き上げ法）等によって形成した単結晶シリコンのインゴット（塊）を、所定厚みにスライスすることにより製作される。尚、この場合、ベースプレート２の表面には従来周知の熱酸化法によって酸化シリコン（ＳｉＯ2）等の電気絶縁性材料からなる絶縁膜が１μｍ〜３μｍの厚みに形成され、このような絶縁膜によってベースプレート２を形成する単結晶シリコンと発熱抵抗体３等とが電気的に絶縁される。
【００２２】
また、前記ベースプレート２の上面に設けられている多数の発熱抵抗体３は、ベースプレート２の一方の長辺に沿って６００ｄｐｉ(dot per inch)の密度で主走査方向に直線状に配列されており、各々がＴａＮやＴａＳｉＯ，ＴａＳｉＮＯ，ＴｉＳｉＯ，ＴｉＳｉＣＯ，ＮｂＳｉＯ等の電気抵抗材料から成る抵抗薄膜により形成されている。
【００２３】
前記発熱抵抗体３は、それ自体が電気抵抗材料から成っているため、一対の給電配線４を介して所定の電力が印加されるとジュール発熱を起こし、インク７中に気泡Ａを発生させるのに必要な所定の温度（２００℃〜４００℃）となる。
【００２４】
更に、前記各発熱抵抗体３には、主走査方向の両端に、発熱抵抗体３に所定の電力を印加するための一対の給電配線４が接続されており、その一端を後述する天板５の配設領域の外側まで導出し、該導出部の端部でドライバーＩＣ１０の端子に接続されている。
【００２５】
また、前記給電配線４は、上述した導出部の途中に、給電配線４よりも幅広の四角形状を成すパルストリミング用のパッド４ａが設けられており、これらのパッド４ａは、各給電配線４の途中に１個ずつ設けられ、全体として給電配線４の配列方向（主走査方向）に千鳥状に配列されている。
【００２６】
前記パッド４ａは、インクジェットヘッドを組み立てた後であってもトリミング作業を簡単に行なうことができるように、天板７のエッジよりも外側に位置させてあり、発熱抵抗体３の電気抵抗値を後述のパルストリミング法にて調整する際に、トリミングパルスを印加するプロービング装置の探針（プローブ）が接触されるようになっている。
【００２７】
従って、発熱抵抗体３の形成時にその大きさにバラツキが生じ、発熱抵抗体３の電気抵抗値が個々に異なる場合であっても、給電配線４の導出部の途中に設けられたトリミング用のパッド４ａを介して発熱抵抗体３にトリミングパルスを印加して電気抵抗値を調整することにより、発熱抵抗体３の発する熱エネルギーを略均一に揃えることができる。
【００２８】
またこの場合、上記パッド４ａを一対の給電配線４の配列方向に千鳥状に配列したことから、隣接するパッド間のスペースに余裕ができ、一対の給電配線４を従来周知の薄膜形成技術によって高密度に配列する場合であっても、隣合う給電配線４、パッド間の電気的な短絡を有効に防止することができる利点もある。
【００２９】
尚、前記発熱抵抗体３や一対の給電配線４は、従来周知の薄膜形成技術、例えば、スパッタリング、フォトリソグラフィー技術及びエッチング技術等を採用することによって形成される。具体的には、ＴａＳｉＯ等の電気抵抗材料やアルミニウム等の金属材料を従来周知のスパッタリングによりベースプレート２の上面に順次被着させることによって抵抗薄膜及び金属薄膜から成る積層体を形成し、これを従来周知のフォトリソグラフィー技術及びエッチング技術にて微細加工することにより発熱抵抗体３及び給電配線４が所定形状にパターニングされ、また前記トリミング用のパッド４ａは、従来周知の無電解メッキ法を採用することにより前記給電配線４の所定箇所に、Ｎｉ（ニッケル）層を２．０μｍ〜３．５μｍの厚みに、Ａｕ（金）層を０．０５μｍ〜０．１μｍの厚みに順次積層することにより形成される。
【００３０】
そして、前記給電配線４の導出部の端部には、発熱抵抗体３の発熱を制御するためのドライバーＩＣ１０の端子が接続されている。
【００３１】
前記ドライバーＩＣ１０は、シリコンウエハの下面にスイッチングトランジスタ等の電子回路や多数の出力端子、入力端子等を高密度に集積した構造を有しており、外部からの画像データに基づいてスイッチングトランジスタのオン・オフを切り換えることにより、各発熱抵抗体３への電力供給を制御する作用を為す。
【００３２】
尚、前記ドライバーＩＣ１０は、従来周知の半導体製造技術を採用することによって製作され、得られたドライバーＩＣ１０を従来周知のフェイスダウンボンディングによって出力端子が半田を介して給電配線４の導出部の端部に位置するようにベースプレート２の所定位置に載置させ、しかる後、前記半田を加熱・溶融させることによりベースプレート２上に取着・実装される。
【００３３】
一方、前記天板５は、前記ヘッド基板１上に、間に所定の間隙（例えば２０μｍ〜３００μｍ）を形成するように配設される。
【００３４】
前記天板５は、ベースプレート２よりも副走査方向に幅狭に成形された矩形状の板体に発熱抵抗体３と１対１に対応する略円形状のインク吐出孔６を多数有した構造を有しており、これらのインク吐出孔６が前記発熱抵抗体３の真上に位置するようにしてスペーサを介してヘッド基板１上に固定される。
【００３５】
また、前記多数のインク吐出孔６は、各々が直径１０μｍ〜１００μｍの大きさに設定されており、インクジェットヘッドの記録動作時、発熱抵抗体３の発熱に伴いインク７中に気泡Ａが発生すると、この気泡発生時の圧力でもってインク滴ｉをインク吐出孔６より記録紙Ｍに向けて吐出するようになっている。
【００３６】
尚、前記天板５は、モリブデン等の金属やアルミナセラミックス等の電気絶縁性材料あるいは感光性樹脂から成り、例えばモリブデンから成る場合、モリブデンのインゴット（塊）を従来周知の金属加工法によって所定厚みの板体と成し、得られた板体に従来周知のレーザー加工によってインク吐出孔６を厚み方向に穿設することにより製作され、得られた天板５をヘッド基板１上にスペーサを介して載置することで固定される。
【００３７】
そして、ヘッド基板１−天板５間に形成される間隙にはインク７が充填される。
【００３８】
前記インク７としては、例えば顔料タイプの水性インクや水性染料インク等が使用され、該インク７は図示しないインクタンクからヘッド基板１−天板５間に供給され、前述した発熱抵抗体３の発熱に伴う熱エネルギーによってインク７中に気泡Ａが発生すると、該気泡Ａによる圧力でもってインク７の一部がインク滴ｉとなってインク吐出孔６より外部に吐出され、これを天板５の外表面に沿って搬送される記録紙Ｍに付着させることによって所定の画像が記録される。
【００３９】
次に、発熱抵抗体３の電気抵抗値を調整する方法について説明する。
【００４０】
前記発熱抵抗体３の電気抵抗値は、上述した如く、従来周知のパルストリミング法を採用することにより調整される。具体的には、全ての発熱抵抗体３の抵抗値を測定した後、該測定した抵抗値の中で最も小さい抵抗値を基準値とし、かかる基準値と測定した抵抗値とを比較して両者の差を求め、しかる後、かかる差に対応するトリミングパルスを前記トリミング用のパッド４ａを介して発熱抵抗体３に印加して発熱抵抗体３の電気抵抗値を下降させることにより、発熱抵抗体３の抵抗値が基準値に調整される。尚、上記トリミングパルスは、プロービング装置の探針をパッド４ａの表面に接触させることにより発熱抵抗体３に印加される。
【００４１】
このとき、上記パッド４ａは天板５の配設領域外に設けられていることから、インクジェットヘッドを組み立てた後であっても、プロービング装置の探針をトリミング用のパッド４ａに対し確実に接触させてトリミングを簡単に行なうことができ、トリミングの作業性を良好となる。
【００４２】
しかもこの場合、発熱抵抗体３の電気抵抗値そのものを調整することで発熱抵抗体３の発する熱エネルギーを略均一に揃えることができるため、補正データを用いて印加電力を調整する場合に比し、補正データ格納用のメモリや複雑な補正回路、専用の電源回路等が不要となり、インクジェットヘッドやプリンタ本体の構成を簡素に維持できる上、記録動作中の補正処理なども一切不要であることから、高速記録に供することもできる。
【００４３】
またこのとき、発熱抵抗体３をＴａＳｉＯ系抵抗材料により形成し、且つＴａ含有率を５０原子％〜６０原子％に設定しておけば、発熱抵抗体３を形成する抵抗材料の電気抵抗値を従来周知のパルストリミング法にて調整する際、所定のパルスを印加したときの抵抗値変動量が適度な大きさになり、パルストリミング法によってより細かな抵抗値調整がしやすくなるという利点がある。
【００４４】
ここで、発熱抵抗体３内のＴａ含有率が６０原子％よりも大きいと、トリミングパルスを印加したときの発熱抵抗体３の抵抗値変動が大きくなって細かな抵抗値調整が困難になる傾向があり、一方、発熱抵抗体３内のＴａ含有率が５０原子％よりも小さいと、トリミングパルスを印加したときの発熱抵抗体３の抵抗値変動が小さいため、発熱抵抗体３の電気抵抗値を大きく変化させる場合に、抵抗値調整に長時間を要してしまう。従って、発熱抵抗体３内のＴａ含有率を５０原子％〜６０原子％に設定しておくことが好ましい。
【００４５】
尚、本発明は上述の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において種々の変更、改良等が可能である。
【００４６】
例えば、上述の実施形態においては、インク吐出孔６を天板５に設け、インク吐出孔６を発熱抵抗体３の真上に配置させるようにしたが、これに代えて、インク吐出孔６を発熱抵抗体３に対してずらして配置させるようにしても良いし、或いは、図４に示すような、インク滴ｉをヘッド基板１のエッジより吐出させるエッジシュータータイプのインクジェットヘッドに本発明を適用するにあたり、インク吐出孔６’を天板５には設けず、ヘッド基板１の一端側で天板５’と直交する方向に配設されるノズル部材８に穿設するようにしても構わない。
【００４７】
また、上述の実施形態において、前記発熱抵抗体３をシリコンと酸素とを含む無機質材料からなる保護膜で被覆し、かかる保護膜中の酸素の含有量を２．０重量％〜１０．０重量％に設定するようにしておけば、所定のトリミングパルスを発熱抵抗体３に印加することにより、保護膜中の酸素と発熱抵抗体３を構成する抵抗材料とが反応して発熱抵抗体３の表面に薄い酸化膜が形成され、発熱抵抗体３の電気抵抗値を上昇させることができる。従って、発熱抵抗体３の電気抵抗値を上下いずれにも可変させることができるようになり、抵抗値の調整幅が広がるというメリットがある。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明の一形態に係るインクジェットヘッドの分解斜視図である。
【図２】図１のインクジェットヘッドに用いられるヘッド基板の平面図である。
【図３】図１のインクジェットヘッドの断面図である。
【図４】本発明の他の形態に係るインクジェットヘッドの断面図である。
【図５】従来のインクジェットヘッドの断面図である。
【符号の説明】
【００４９】
１    ヘッド基板
２    ベースプレート
３    発熱抵抗体
４    給電配線
４ａ    トリミング用のパッド
５，５’    天板
６，６’    インク吐出孔
７    インク
８    ノズル部材
１０    ドライバーＩＣ
【図１】
2006327213.tif 000003
【図２】
2006327213.tif 000004
【図３】
2006327213.tif 000005
【図４】
2006327213.tif 000006
【図５】
2006327213.tif 000007