(57)【要約】【課題】記録紙に濃度むらの少ない鮮明な画像を形成することが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】多数の発熱抵抗体３を有するヘッド基板１上に、間に所定の間隙を形成するように天板６を配設するとともに、前記間隙を複数個の区画に区分し、これら区画毎に可視波長域幅が異なるインク８を充填してなり、前記発熱抵抗体３を選択的に発熱させてインク８をインク吐出孔７より吐出させることによって記録紙に印画を形成するインクジェットヘッドにおいて、前記区画の内側に存在する発熱抵抗体３を、その最大抵抗値と最小抵抗値との差が、可視波長域幅の広いインク８を充填した区画ほど小さくなるように設定する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
多数の発熱抵抗体を有するヘッド基板上に、間に所定の間隙を形成するように天板を配設するとともに、前記間隙を複数個の区画に区分し、これら区画毎に可視波長域幅が異なるインクを充填してなり、前記発熱抵抗体を選択的に発熱させてインクをインク吐出孔より吐出させることによって記録紙に印画を形成するインクジェットヘッドにおいて、
前記区画の内側に存在する発熱抵抗体は、その最大抵抗値と最小抵抗値との差が、可視波長域幅の広いインクを充填した区画ほど小さくなるように設定され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】
前記複数個の区画に充填されるインクは、少なくともシアンインク、マゼンタインク及びイエローインクを含む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】
前記発熱抵抗体は、パルストリミング法にて抵抗値調整され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。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
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形成する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】
従来より、記録紙にインク滴を所定パターンに付着させて画像を形成するもの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インクジェットヘッドタイプのものは、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出来ることから、高密度記録に適したものとして注目されている。
【０００４】
かかる従来のサーマルタイプのインクジェットヘッドとしては、例えば図４に示す如く、ベースプレート２２の上面に多数の発熱抵抗体２３を直線状に被着してなるヘッド基板２１と、前記発熱抵抗体２３と１対１に対応する多数のインク吐出孔２７を有する天板２６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２８を充填した構造のものが知られており、多数の発熱抵抗体２３を外部からの画像データに基づき個々に選択的にジュール発熱させ、これらの熱エネルギーによってインク２８中に気泡を発生させるとともに、該気泡の発生に伴う圧力でもってインク２８の一部をインク滴としてインク吐出孔２７より記録紙に向けて吐出させ、記録紙に所定の印画を形成することによってインクジェットヘッドとして機能する。
【０００５】
また近年、種類の異なる複数のインクを用いて１個のインクジェットヘッドを構成することが検討されており、この場合、ヘッド基板２１−天板２６間に形成される間隙は一列状に配置された複数の区画に区分され、各区画内に互いに色調の異なるインクがそれぞれ充填される。例えば、カラー印画用のインクジェットヘッドを構成する場合は、上記間隙を３個以上の区画に区分し、個々の区画内にシアン、マゼンタ、イエロー等の異なるカラーインクが充填されることとなる。
【０００６】
尚、前記ヘッド基板２１−天板２６間に充填されるインク２８は、可視波長域が色調毎に異なっており（シアンの可視波長域：４００ｎｍ〜４９０ｎｍ、マゼンタの可視波長域：６００ｎｍ〜７８０ｎｍ、イエローの可視波長域：５６０ｎｍ〜５８０ｎｍ）、このようなインクによって形成された画像は、可視波長域の幅が広いインクで形成された部分ほど、濃淡が視覚的に目立つ性質を有している。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述したインクジェットヘッドを構成する発熱抵抗体２３は、その電気抵抗値が製造条件のバラツキ等に起因して個々に異なっており、かかる電気抵抗値のバラツキは記録紙に形成される画像の濃度むらの原因となることから、個々の発熱抵抗体２３にパルストリミングを施し、全ての区画で抵抗値のバラツキ度合いが同程度まで小さくなるようにしている。
【０００８】
しかしながら、前記ヘッド基板２１−天板２６間に充填されるインクは、その色調に対応する可視波長域の幅が広いものほど記録画像の濃淡が人間に視覚的に認識され易いという性質を有していることから、全ての区画内で発熱抵抗体２３の抵抗値のバラツキ度合いが同程度となるようにトリミングを施すと、記録紙に形成される画像は、可視波長域の幅が狭いイエローインクが使用された部分に比べ、可視波長域の幅が広いマゼンタインクが使用された部分で濃度むらが特に目立つこととなり、記録紙に形成される画像が不鮮明となる欠点を有していた。
【０００９】
本発明は上記欠点に鑑み案出されたもので、その目的は、記録紙に濃度むらの少ない鮮明な画像を形成することが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。
【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、多数の発熱抵抗体を有するヘッド基板上に、間に所定の間隙を形成するように天板を配設するとともに、前記間隙を複数個の区画に区分し、これら区画毎に可視波長域幅が異なるインクを充填してなり、前記発熱抵抗体を選択的に発熱させてインクをインク吐出孔より吐出させることによって記録紙に印画を形成するインクジェットヘッドにおいて、前記区画の内側に存在する発熱抵抗体は、その最大抵抗値と最小抵抗値との差が、可視波長域幅の広いインクを充填した区画ほど小さくなるように設定されていることを特徴とするものである。
【００１１】
また、本発明のインクジェットヘッドは、前記複数個の区画に充填されるインクは、少なくともシアンインク、マゼンタインク及びイエローインクを含むことを特徴とするものである。
【００１２】
更に、本発明のインクジェットヘッドは、前記発熱抵抗体が、パルストリミング法にて抵抗値調整されていることを特徴とするものである。
【００１３】
本発明のインクジェットヘッドによれば、ヘッド基板−天板間の間隙を複数の区画に区分するとともに、該区画毎に可視波長域幅が異なる複数のインクをそれぞれ充填したインクジェットヘッドであって、各区画の内側に存在する発熱抵抗体の最大抵抗値と最小抵抗値との差を、視覚的に認識されやすい可視波長域の広い色調のインクを充填した区画ほど小さくなるように設定したことから、可視波長域が広い色調のインクを充填した区画の抵抗値バラツキが他の区画に比べて小さくなる。従って、可視波長域幅の広いマゼンタインク等のインクで形成された画像の画像むらが特に目立つといった不具合が有効に防止され、記録紙に鮮明な画像を記録することができる。
【００１４】
また本発明のインクジェットヘッドによれば、発熱抵抗体の抵抗値調整をパルストリミング法にて行うことにより、発熱抵抗体の抵抗値を精度よく、且つ簡単に調整することができ、これによってインクジェットヘッドの生産性を高く維持することも可能である。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を添付図面に基づいて詳細に説明する。
図１は本発明の一実施形態にかかるインクジェットヘッドの断面図、図２は図１のインクジェットヘッドを天板側から見た平面図であり、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６とで構成され、両者間には色調の異なる３種類のインク８が充填されている。
【００１６】
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、保護膜５等を所定パターンに被着させた構造を有している。
【００１７】
前記ベースプレート２は、単結晶シリコン等によって例えば長方形状をなすように形成されており、その上面で多数の発熱抵抗体３や一対の給電配線４、保護膜５等を支持する支持母材として機能する。
【００１８】
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）等によって形成され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って板体を得、しかる後、この板体の表面を研磨することにより製作される。なお、この場合、ベースプレート２の表面には、ベースプレート２を後述する発熱抵抗体３等と電気的に絶縁する目的で、酸化珪素（ＳｉＯ２）から成る絶縁膜が従来周知の熱酸化法等によって１μｍ〜３μｍの厚みに形成される。
【００１９】
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の長手方向（主走査方向）に例えば６００ｄｐｉ（ｄｏｔ　ｐｅｒ　ｉｎｃｈ）の密度で直線状に配列されており、各々がＴａＮやＴａＳｉＯ，ＴａＳｉＮＯ，ＴｉＳｉＯ，ＴｉＳｉＣＯ，ＮｂＳｉＯ等の抵抗材料から成る抵抗薄膜により形成されている。
【００２０】
前記発熱抵抗体３は、それ自体が電気抵抗材料からなっているため、一対の給電配線４等を介して電源電力が印加されるとジュール発熱を起こし、インク８中に気泡を発生させるのに必要な所定の温度となる。
【００２１】
また、前記多数の発熱抵抗体３は、主走査方向に一列状に配列された３つの発熱抵抗体群に区分されており、各発熱抵抗体群内に存在する発熱抵抗体の最大抵抗値と最小抵抗値との差は、後述するインクの可視波長域幅に応じて発熱抵抗体群毎に異なっている。
【００２２】
なお、前記発熱抵抗体３や給電配線４は、従来周知の薄膜形成技術を採用することによって形成される。例えば、上述の抵抗材料とアルミニウム等の金属材料とを従来周知のスパッタリング法によりベースプレート２の上面に順次被着させ、得られた抵抗薄膜並びに金属薄膜を従来周知のフォトリソグラフィー及びエッチング技術にて所定パターンに微細加工することによって発熱抵抗体３及び給電配線４が形成される。
【００２３】
そして前記発熱抵抗体３や給電配線４の上面には窒化珪素等からなる保護膜５が被着され、この保護膜５によって発熱抵抗体３や給電配線４がインク８の接触による腐食等から保護されている。
【００２４】
また一方、前記天板６は、上述したヘッド基板１上に、間に所定の間隙を形成するようにして配設される。
【００２５】
前記天板６は、ヘッド基板１上の発熱抵抗体３と１対１に対応する多数のインク吐出孔７を有しており、これらのインク吐出孔７が対応する発熱抵抗体３の真上に位置するようにしてヘッド基板１に対して取着・固定されている。
【００２６】
また、前記インク吐出孔７は、各々の直径が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８中に気泡が発生すると、気泡の発生に伴う圧力でもってインク８の一部をインク滴ｉとしてインク吐出孔７より記録紙に向けて吐出するようになっている。
【００２７】
このような天板６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なる場合、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なし、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７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６をヘッド基板１上に図示しないスペーサを介して載置することでヘッド基板１に対し固定される。
【００２８】
そして、ヘッド基板１−天板６間に形成される間隙は、主走査方向に一列状に配された３つの区画、すなわち、前述した発熱抵抗体群に対応した３つの区画Ａ，Ｂ，Ｃに区分され、各区画Ａ，Ｂ，Ｃには３種類のインク８がそれぞれ充填されている。
【００２９】
このようなインク８としては、例えばシアンインク、マゼンタインク、イエローインクの３種類のインクが用いられ、かかるインクの可視波長域（可視波長域とは、太陽光の中で、人間の目の視感覚で認識できる波長領域のことをいう）は、シアンインクが４００ｎｍ〜４９０ｎｍ、マゼンタインクが６００ｎｍ〜７８０ｎｍ、イエローインクが５６０ｎｍ〜５８０ｎｍとなっている。
【００３０】
かかる可視波長域は、その幅が広いほど人間が視覚的に認識しやすいという特性を有しているため、例えば、可視波長域幅が１８０ｎｍのマゼンタインクで形成された記録画像は可視波長域幅が２０ｎｍのイエローインクで形成された記録画像よりも濃淡が目立ちやすくなっている。
【００３１】
そして、上述した如く、前記発熱抵抗体群内の最大抵抗値と最小抵抗値との差は、インク８の可視波長域幅に応じて、具体的には、インク８の可視波長域幅の広いものほど小さい値に設定されており、例えば、全ての発熱抵抗体３の平均抵抗値が３００Ωの場合、可視波長域幅が９０ｎｍのシアンインクが充填される区画Ａ内の発熱抵抗体群では２．０Ω〜３．１Ωに、可視波長域幅が１８０ｎｍのマゼンタインクが充填される区画Ｂ内の発熱抵抗体群では０．８Ω〜１．８Ωに、可視波長域幅が２０ｎｍのイエローインクが充填される区画Ｃ内の発熱抵抗体群では３．３Ω〜６．３Ωに設定される。
【００３２】
このように、ヘッド基板１−天板６間に設けられている各区画の内側に位置する発熱抵抗体３の最大抵抗値と最小抵抗値との差を、視覚的に認識されやすい可視波長域の広い色調のインクを充填した区画ほど小さくなるように設定したことから、可視波長域の幅が広い色調のインクを充填した区画の抵抗値バラツキが他の区画に比べて小さくなる。従って、可視波長域幅の広いマゼンタインクで形成された画像の画像むらが特に目立つといった不具合が有効に防止され、記録紙に鮮明な画像を記録することができる。
【００３３】
尚、このようなインク８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８は図示しないインクタンクからヘッド基板１−天板６間に供給され、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８中に気泡が発生すると、気泡の発生に伴う圧力でもってインク８の一部がインク滴ｉとしてインク吐出孔７より外部に吐出され、これを天板６の外表面に沿って搬送される記録紙に付着させることによって所定の画像が記録される。
【００３４】
次に、上述したインクジェットヘッドの発熱抵抗体３の抵抗値を調整する方法について、従来周知のパルストリミング法を用いる場合を例に説明する。
まず、上面に多数の発熱抵抗体３を有したヘッド基板１を準備する。
（２）次に、インク８の可視波長域幅に対応した最大抵抗値と最小抵抗値との差（目標抵抗値差）を、図３に示す換算テーブルより求める。
【００３５】
この換算テーブルは、様々な可視波長域幅の色調を呈したインク８をインクジェットヘッドを用いて実際に吐出させることによって得たデータに基づくものであり、同図によれば、インクの可視波長域幅が１８０ｎｍの場合、目標抵抗値差は１．８Ωに、インクの可視波長域幅が２０ｎｍの場合、目標抵抗値差は６．０Ωに設定される。
（３）次に、ヘッド基板１上に形成した発熱抵抗体３の電気抵抗値を、プロービング装置の探針（プローブ）等を用いて個々に測定することにより、各区画内における発熱抵抗体３の最大抵抗値と最小抵抗値との差を算出するとともに、該算出した抵抗値差と、（２）の工程で得た目標抵抗値差とを比較し、しかる後、最大抵抗値と最小抵抗値との差が目標抵抗値差に対して近づくように発熱抵抗体３の抵抗値を従来周知のパルストリミング法にて調整する。
【００３６】
尚、かかるパルストリミング法では、発熱抵抗体３の抵抗値を下降させる場合は、発熱抵抗体３に対しパルス幅（通電時間）が比較的短く、振幅（電圧値）が比較的大きなトリミングパルスが用いられ、このようなトリミングパルスを印加することによって発熱抵抗体３を形成する抵抗材料を結晶化せしめ、発熱抵抗体３をアニールすることによって抵抗値の下降現象が起こる。
【００３７】
また一方、発熱抵抗体３の抵抗値を上昇させる場合は、発熱抵抗体３に対しパルス幅が比較的長く、振幅が比較的小さなトリミングパルスが用いられ、このようなトリミングパルスを発熱抵抗体３に印加することで発熱抵抗体３を形成する抵抗材料が大気中の酸素や発熱抵抗体３上に配される保護膜５中の酸素等と結合し、表面に薄い酸化膜を形成することによって抵抗値の上昇現象が起こる。
【００３８】
そして、上述のトリミング作業を行った後、トリミングを行った発熱抵抗体３の最大抵抗値と最小抵抗値と差を測定し、該測定した抵抗値差が目標抵抗値差に対して十分に近づいていない場合は、上述のトリミング作業を繰り返し行い、上記抵抗値差を目標抵抗値差に近づけていくようにする。
【００３９】
尚、このようなトリミング作業では、抵抗値調整を、抵抗値の下降もしくは上昇のいずれかのみで行っても良いし、抵抗値の下降、上昇の双方で行うようにしても良い。
【００４０】
以上のようなパルストリミング法にて抵抗値調整を行う場合、発熱抵抗体３の抵抗値を精度良く、且つ簡単に調整することができ、これによってインクジェットヘッドの生産性を高く維持することもできる。
【００４１】
またこの場合、前記発熱抵抗体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、トリミングパルスを印加したときの抵抗値変動量が適度な大きさとなり、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易くなるという利点がある。
【００４２】
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を形成する抵抗材料中の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。
【００４３】
本発明は上述した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。
【００４４】
例えば上述の実施形態において、ヘッド基板１と天板６の間に隣接する発熱抵抗体３を隔てるための隔壁部材を介在させたり、或いは、このような隔壁部材を天板７と一体的に形成するようにしても構わない。
【００４５】
また、上述の実施形態においては、ヘッド基板１−天板６間の間隙を３つの区画に区分し、これらの区画にシアン、マゼンタ、イエローの３種類のインク８をそれぞれ充填してインクジェットヘッドを構成するようにしたが、更に区画数を増やしてブラック、フォトマゼンタ、フォトシアン、フォトイエロー等のインクも吐出させるように構成しても構わない。
【００４６】
更に、上述の実施形態においては、インクジェットヘッドのインク吐出孔７を天板６に設けるようにしたが、これに代えて、インク滴をヘッド基板３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、インク吐出孔を天板には設けず、ヘッド基板の一端側でヘッド基板−天板間にインク吐出孔を設けても構わない。
【００４７】
また更に、上述の実施形態において、ヘッド基板３上に、発熱抵抗体３の発熱を制御するためのドライバーＩＣを搭載したり、発熱抵抗体３の窒化珪素等から成る保護膜で被覆するようにしても良いことは言うまでもない。
【００４８】
更にまた、上述の実施形態において、発熱抵抗体３とベースプレート２との間に、窒化珪素層を介在させておけば、発熱抵抗体３の抵抗値を下降させるにあたり、発熱抵抗体３に対してパルス幅が比較的短く、振幅が比較的大きなトリミングパルスを印加する際に、発熱抵抗体３がベースプレート２の表面に設けられる酸化珪素製の絶縁膜と反応して発熱抵抗体３の下部領域に酸化膜が形成され、抵抗値の下降度合いが小さくなるといった不具合が有効に防止されるという利点もある。
【００４９】
【発明の効果】
本発明のインクジェットヘッドによれば、ヘッド基板−天板間の間隙を複数の区画に区分するとともに、該区画内に可視波長域幅の異なる複数のインクをそれぞれ充填したインクジェットヘッドであって、各区画の内側に存在する発熱抵抗体の最大抵抗値と最小抵抗値との差を、視覚的に認識されやすい可視波長域の広い色調のインクを充填した区画ほど小さくなるように設定したことから、可視波長域が広い色調のインクを充填した区画の抵抗値バラツキが他の区画に比べて小さくなる。従って、可視波長域幅の広いマゼンタインク等のインクで形成された画像の画像むらが特に目立つといった不具合が有効に防止され、記録紙に鮮明な画像を記録することができる。
【００５０】
また本発明のインクジェットヘッドによれば、発熱抵抗体の抵抗値調整をパルストリミング法にて行うことにより、発熱抵抗体の抵抗値を精度よく、且つ簡単に調整することができ、これによってインクジェットヘッドの生産性を高く維持することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係るインクジェットヘッドの断面図である。
【図２】図１のインクジェットヘッドを天板側から見た平面図である。
【図３】可視波長域幅と目標抵抗値差との関係を示す線図である。
【図４】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】
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
５・・・保護膜
６・・・天板
７・・・インク吐出孔
８・・・インク
Ａ，Ｂ，Ｃ・・・区画
ｉ・・・インク滴
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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