JP2002019115A - プリンタ及びプリンタヘッド - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は、プリンタ及びプリンタヘッドに関
し、特にサーマル方式によるインクジェット型のプリン
タ及びプリンタヘッドに適用して、従来に比してヒータ
ーの抵抗値を高くすることができるようにする。 【解決手段】 本発明は、折り曲げたパターン形状によ
りヒーター２５を作成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、プリンタ及びプリ
ンタヘッドに関し、特にサーマル方式によるインクジェ
ット型のプリンタ及びプリンタヘッドに適用することが
できる。本発明は、折り曲げたパターン形状によりヒー
ターを作成することにより、従来に比してヒーターの抵
抗値を高くすることができるようにする。

【０００２】

【従来の技術】従来、インクジェット型プリンタにおい
ては、微小なノズルからインク液滴を飛び出させて印刷
対象に付着させることにより、画像、文字等を印刷する
ようになされている。サーマルヘッド方式のインクジェ
ット型プリンタにおいては、シリコン基板上に配置され
たヒーターによりインクを局所的に加熱し、これにより
インク液滴をノズルから飛び出せるようになされてい
る。

【０００３】すなわち図１２は、サーマルヘッド方式の
インクジェット型プリンタに適用されるサーマルヘッド
を部分的に示す断面図及び平面図である。サーマルヘッ
ド１は、シリコン基板２上に化学的気相成長法により酸
化膜３が作成され、続いてヒーターを構成する抵抗膜４
がＴａ、ＴａＮ等により所定形状により作成される。サ
ーマルヘッド１は、続いてアルミニウム等による配線パ
ターン５が作成され、これにより抵抗膜４のうち配線パ
ターン５により覆われていない部位４Ａがヒーターとし
て機能するように構成される。従来のサーマルヘッド１
は、このようにヒーターとして機能する部位４Ａが対向
する配線パターン５間を直線状に結ぶように例えば２０
〔μｍ〕×２０〔μｍ〕の正方形形状により作成される
（図１２（Ｂ））。

【０００４】サーマルヘッド１は、続いてＳｉＮ等によ
る絶縁膜６が作成された後、エッチング処理によりボン
ディングパッド７等が作成される。さらに続いて局所的
にＴａ膜８が設けられ、このＴａ膜８により耐キャビテ
ーション層が作成される。サーマルヘッド１は、続いて
例えば炭素系樹脂によるドライフィルム９、オリフィス
プレート１０が順次積層され、これらドライフィルム
９、オリフィスプレート１０によりヒーター４Ａの上
に、オリフィスプレート１０側に微小なノズル１０Ａを
有してなるインク液室１２、このインク液室１２にイン
クを導く流路等が作成される。

【０００５】このようにして作成されるサーマルヘッド
１は、このインク液室１２にインクが導かれ、シリコン
基板２上に別途作成されたトランジスタのスイッチイン
グ動作によりヒーター４Ａが発熱し、インクを局所的に
加熱する。サーマルヘッド１は、この加熱により、この
インク液室１２に気泡が発生し、この気泡の発生による
圧力の増大により、ノズル１０Ａよりインクを押し出し
て印刷対象に飛翔させるようになされている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところでこのようなサ
ーマルヘッド１においては、耐久性に優れた材料である
Ｔａ、ＴａＮ、ＴｉＮ等により抵抗膜４が作成される。
しかしながらこれらの材料は、抵抗率が低く、これによ
りサーマルヘッド１においては、ヒーター４Ａの抵抗値
が低すぎる問題があった。

【０００７】サーマルヘッド１において、ヒーター４Ａ
の抵抗値を増大することができれば、その分ヒーター４
Ａの駆動電流を少なくして必要な発熱量を確保できるこ
とにより、一段とヒーター４Ａ、配線パターン５の信頼
性を向上することができ、また配線パターン５の抵抗
値、駆動回路の内部抵抗等による電力損失を少なくする
ことができる。

【０００８】本発明は以上の点を考慮してなされたもの
で、従来に比してヒーターの抵抗値を高くすることがで
きるプリンタ及びプリンタヘッドを提案しようとするも
のである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】かかる課題を解決するた
め請求項１の発明においては、プリンタに適用して、所
定の基板上に折り曲げたパターン形状により抵抗体材料
による薄膜を作成してヒーターを形成する。

【００１０】また請求項３の発明においては、プリンタ
ヘッドに適用して、所定の基板上に折り曲げたパターン
形状により抵抗体材料による薄膜を作成してヒーターを
形成する。

【００１１】請求項１又は請求項３の構成によれば、折
り曲げたパターン形状により抵抗体材料による薄膜を作
成してヒーターを形成することにより、単に電極間を抵
抗体材料により結んでヒーターを作成する場合に比し
て、幅狭のパターンにより、また長さの長いパターンに
よりヒーターを作成することができ、その分、抵抗値を
高くすることができる。

【発明の実施の形態】以下、適宜図面を参照しながら本
発明の実施の形態を詳述する。

【００１２】（１）第１の実施の形態 図２は、本発明の実施の形態に係るプリンタに適用され
るヘッドチップを一部断面を取って示す斜視図である。
このプリンタは、ラインプリンタであり、印刷対象であ
る用紙の送り方向と直交する方向にこのヘッドチップを
並べて配置してプリンタヘッドが構成される。

【００１３】ここでヘッドチップ２１は、所定の加工を
施したシリコン基板２２上に順次ドライフィルム２３、
オリフィスプレート２４を積層して作成される。ドライ
フィルム２３及びオリフィスプレート２４は、例えば炭
素系樹脂により所定形状に作成される。すなわちヘッド
チップ２１は、インクを加熱するヒーター２５がシリコ
ン基板２２上に順次並ぶように配置され、オリフィスプ
レート２４は、各ヒーター２５上に断面円形形状による
開口が作成され、この開口によりノズル２７が作成され
る。ドライフィルム２３は、各ヒーター２５の隔壁等を
構成する形状により作成され、シリコン基板２２及びオ
リフィスプレート２４間を所定の間隔により保持し、こ
れによりヘッドチップ２１では、各ヒーター２５にそれ
ぞれインク液室２８が作成され、さらに各インク液室２
８にインクを導くインク流路２９が作成されるようにな
されている。

【００１４】図３〜図５は、図２をＡ−Ａ線により切り
取ってシリコン基板２２の加工手順を示す断面図であ
る。シリコン基板２２は、ＣＶＤ（化学的気相成長法）
等により厚さ１．７〔μｍ〕程度によるＳｉＯ₂ 層３１
が作成される（図３（Ａ））。なおＳｉＯ₂ 層は、この
上に作成されるヒーター２５の蓄熱層として機能するこ
とにより、下層側への熱伝導を考慮して厚さが選定され
る。

【００１５】続いてシリコン基板２２は、スパッタ法等
によりヒーター２５を構成する抵抗膜３２がＴａにより
膜厚０．０５〜０．１〔μｍ〕程度により作成される。
（図３（Ｂ））。さらにシリコン基板２２は、スパッタ
法により厚さ１．１〔μｍ〕程度により配線パターンを
構成する電極膜３３がアルミニウムにより作成される
（図３（Ｃ））。なおこのようにして作成される抵抗膜
３２上には、保護膜として、例えばＳｉＯ₂ 層が形成さ
れ、後述する電極３３Ａ及び３３Ｂ、接続用電極３３Ｃ
の部分のみ、このＳｉＯ₂ 層が除去されるようになされ
ている。また電極膜３３側には、例えばＴｉ、Ｃｒ等の
高融点金属からなるバリアメタル層が形成され、アルミ
ニウムの抵抗膜３２への拡散を防止し、この拡散による
抵抗値の変化を防止するようになされている。

【００１６】続いてシリコン基板２２は、フォトリソグ
ラフィー工程により、ヒーター２５を作成する部位の電
極膜３３が除去される（図４（Ａ））。なおここでこの
エッチング処理は、例えばリン酸、硝酸、酢酸、水を
４：１：４：１の割合で混合した混酸を使用したエッチ
ングにより実行される。なおこのようにしてエッチング
されたシリコン基板２２の平面図を図６に示す。

【００１７】続いてシリコン基板２２は、同様のエッチ
ングの処理により電極膜３３を選択的に除去することに
よりヒーター２５を接続する配線パターンが作成される
（図３（Ｂ））。なおこのようにしてエッチングされた
シリコン基板２２の平面図を図７に示す。さらに続い
て、塩素（Ｃ１₂ ）と三塩化ホウ素（ＢＣ１₃ ）を用い
ＲＩＥ（リアクティブイオンエッチング）法によりタン
タル膜３２をエッチングする。なおこのようにしてエッ
チングされたシリコン基板２２の平面図を図８に示す。
この一連のエッチング処理において、シリコン基板２２
は、後述する形状によりヒーター２５が作成される。

【００１８】続いてシリコン基板２２は、例えばＣＶＤ
法により、全面に、膜厚０．３〔μｍ〕程度によるＳｉ
Ｎによる絶縁層３５が成膜され（図４（Ｃ））、続いて
温度４００度による窒素雰囲気中の３０分間程度のアニ
ールにより、アルミニウムによる電極膜３２（この場合
配線パターンである）とタンタルによる抵抗膜３２との
オーミックコンタクトを図るシンタリング処理が実行さ
れる。

【００１９】続いてシリコン基板２２は、厚さ０．２
〔μｍ〕程度によるタンタル膜３７が作成され（図５
（Ａ））、ヒーター２５の部分にのみこのタンタル膜３
７が残るようにエッチング処理が実行される（図５
（Ｂ））。シリコン基板２２は、この取り残されたタン
タル膜３７により耐キャビテーション層が構成される。
さらにシリコン基板２２は、ＲＩＥ法により絶縁層３５
を選択的に取り除き、これにより接続用のボンディング
パッド３９が作成される。なおこのようにしてエッチン
グされたシリコン基板２２の平面図を図９に示す。

【００２０】シリコン基板２２は、このような一連の処
理の後、図２に示すヘッドチップ２１に組み立てられる
ようになされている。

【００２１】図１（Ａ）及び（Ｂ）は、それぞれ図７及
び図８に対応してヒーター部分を詳細に示す平面図であ
る。この実施の形態において、ヒーター２５は、折り曲
げたパターン形状により作成される。すなわちシリコン
基板２２においては、ヒーター部分の電極膜３３を除去
して配線パターンを作成する際に（図１（Ａ）及び図
７）、電極３３Ａ及び３３Ｂの対向する部位にて、側方
側の部位がそれぞれ局所的に略矩形形状により突出する
ようにパターンニングされる。またこのように突出する
側とは逆側の部位にて、電極３３Ａ及び３３Ｂと絶縁さ
れた略矩形形状の接続用電極３３Ｃが取り残されるよう
に、パターニングされる。なおこの接続用電極３３Ｃ
は、それぞれ電極３３Ａ及び３３Ｂの突出した部位と所
定の間隔を間に挟んで対向するように作成される。

【００２２】さらにシリコン基板２２は、続く抵抗膜３
２のエッチング工程において、これら電極３３Ａ及び接
続用電極３３Ｃとの対向する部位を結ぶように、またこ
の電極３３Ａ側の抵抗膜と所定の間隔だけ離間して、電
極３３Ｂ及び接続用電極３３Ｃとの対向する部位を結ぶ
ように、抵抗膜３２が取り残される。これによりヒータ
ー２５は、各電極３３Ａ、３３Ｂとの間を折り返した形
状により抵抗体が作成され、この折り返す部分が接続用
電極３３Ｃにより接続されるようになされている。

【００２３】このようにして作成されるヒーター２５の
抵抗値Ｒにおいては、シート抵抗値をＲ０とおき、パタ
ーン長及びパターン幅をそれぞれＬ及びＷとおくと、Ｒ
＝Ｒ０×Ｌ／Ｗで表し得るのに対し、このように折り曲
げた形状によるパターン形状の場合、従来に比して、抵
抗体の幅を幅狭く、また長さを長く作成してヒーターを
作成することができる。これによりこの実施の形態で
は、従来に比してヒーター２５の抵抗値を高くすること
ができるようになされている。

【００２４】これらによりこの実施の形態では、電極３
３Ａ及び３３Ｂ間に、接続用電極３３Ｃにより接続した
２本の発熱部が作成され、各発熱部を２０〔μｍ〕×９
〔μｍ〕により作成し、またこれら発熱部を２〔μｍ〕
の間隔により配置し、これによりヒーター２５自体が占
める面積を図１２について上述した従来構成に係るヒー
ター４Ａと同一の大きさにより構成するようになされて
いる。またこのように２〔μｍ〕の間隔により発熱体を
近接して配置したことにより、図１２について説明した
従来構成による場合とほぼ同一の熱的な分布をインク液
室２８中に確保できるようになされ、確実にインク液滴
を制御できるようになされている。

【００２５】図１０は、図１２に係る構成と、後述する
他の実施の形態に係る構成との対比により、この実施の
形態に係るヒーターの特性を測定した図表である。この
図表は、それぞれタンタル膜３２を膜厚１００〔ｎｍ〕
及び５０〔ｎｍ〕により作成し、配線パターンによる抵
抗値、抵抗体による抵抗値、総合の抵抗値の測定結果を
示すものである。この図表より、この実施の形態におい
ては、配線パターンの抵抗値に比してヒーター２５の抵
抗値が高くなっていることが判る。これによりこの実施
の形態では、小さな電流によりヒーター駆動して十分な
発熱量を確保でき、その分配線パターン、駆動回路にお
ける電力消費を少なくできることが判る。また電流値を
小さくできる分、信頼性をも向上できることが判る。な
お、この図１０において、正方形により示す測定結果が
図１２に示す従来構成によるものであり、２折り返しに
より示す測定結果がこの実施の形態によるものであり、
３折り返しにより示す測定結果が続く第２の実施の形態
によるものである。

【００２６】以上の構成によれば、折り曲げたパターン
形状によりヒーターを作成することにより、従来に比し
てヒーターの抵抗値を高くすることができ、その分信頼
性を向上し、また配線パターン等における電力消費を少
なくすることができる。

【００２７】また従来と同一の抵抗値によりヒーターを
作成する場合には、膜厚を厚くすることができ、その分
耐キャビティーション等に対する信頼性を向上すること
ができる。

【００２８】（２）第２の実施の形態 図１との対比により示す図１１は、本発明の第２の実施
の形態のプリンタに適用されるヒーターの構成を示す平
面図である。この実施の形態に係るプリンタにおいて
は、このヒーターの構成が異なる点を除いて、第１の実
施の形態に係るプリンタと同一に構成される。

【００２９】ここでこの実施の形態では、電極３３Ａ及
び３３Ｂ間に、３本の抵抗体の直列接続によりヒーター
が作成され、これにより第１の実施の形態と同様に、折
り曲げたパターン形状によりヒーターが作成される。こ
れによりこの実施の形態においては、第１の実施の形態
に比してさらに一段とヒーターの抵抗値を増大できるよ
うになされている。

【００３０】なお具体的に、ヒーターは、２０〔μｍ〕
×５〔μｍ〕による３つの抵抗体を接続用電極３３Ｃ及
び３３Ｄにより直列に接続して作成され、さらにこれら
３つの抵抗体が２．５〔μｍ〕の間隔により離間して配
置されるようになされている。これによりこの実施の形
態においても、従来構成に係るヒーター４Ａと同一の大
きさによりヒーターを構成し、さらには従来構成による
場合とほぼ同一の熱的な分布をインク液室２８中に確保
できるようになされている。

【００３１】かくするにつき、図１０に示すように、こ
の実施の形態によれば、第１の実施の形態に比してさら
に一段とヒーターの抵抗値が増大していることが判る。

【００３２】図１１に示す構成によれば、折り曲げの回
数を増大することにより、さらに一段とヒーターの抵抗
値を高くすることができる。

【００３３】（３）他の実施の形態 なお上述の実施の形態においては、ヒーターをタンタル
膜により作成する場合について述べたが、本発明はこれ
に限らず、ＴａＮ、ＴｉＮ、ＨｆＢ₂ 、ＴａＡｌ、ポリ
シリコン等によりヒーター作成する場合等にも広く適用
することができる。

【００３４】また上述の実施の形態においては、アルミ
ニウムにより配線パターンを作成する場合について述べ
たが、本発明はこれに限らず、チタン、銅、シリコンを
ドープしたアルミニウム合金、銅、金、白金等の種々の
材料により配線パターンを作成する場合に広く適用する
ことができる。

【００３５】また上述の実施の形態においては、シリコ
ン基板上にヒーターを作成する場合について述べたが、
本発明はこれに限らず、例えば石英基板等の熱絶縁性の
基板上に作成する場合等にも広く適用することができ
る。なおこのような熱絶縁性の基板上にヒーターを作成
する場合には、ＳｉＯ₂ 膜等の断熱層を省略して基板上
に直接ヒーターを作成することもできる。

【００３６】また上述の実施の形態においては、ヒータ
ーの折り曲げた部位に電極を配置する場合について述べ
たが、本発明はこれに限らず、この電極の配置を省略す
るようにしてもよい。

【００３７】また上述の実施の形態においては、対向す
る電極間にヒーター作成する場合について述べたが、本
発明はこれに限らず、種々の相対位置関係にある電極間
にヒーターを作成する場合に広く適用することができ
る。

【００３８】また上述の実施の形態においては、本発明
をラインプリンタに適用する場合について述べたが、本
発明はこれに限らず、サーマルヘッド方式によるインク
ジェットプリンタに広く適用することができる。

【００３９】

【発明の効果】上述のように本発明によれば、折り曲げ
たパターン形状によりヒーターを作成することにより、
従来に比してヒーターの抵抗値を高くすることができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態に係るプリンタに適
用されるヘッドチップのヒーターを示す平面図である。

【図２】図１のヒーターによるヘッドチップを示す断面
図である。

【図３】図２のヘッドチップのシリコン基板の加工工程
の説明に供する断面図である。

【図４】図３の続きの加工工程の説明に供する断面図で
ある。

【図５】図４の続きの加工工程の説明に供する断面図で
ある。

【図６】図４（Ａ）の工程によるシリコン基板を示す平
面図である。

【図７】図４（Ｂ）の工程によるシリコン基板を示す平
面図である。

【図８】図７の続きを示す平面図である。

【図９】図５（Ｂ）の工程によるシリコン基板を示す平
面図である。

【図１０】抵抗値の測定結果を示す図表である。

【図１１】本発明の第２の実施の形態に係るプリンタに
適用されるヘッドチップのヒーターを示す平面図であ
る。

【図１２】従来のヘッドチップのヒーターを示す断面図
及び平面図である。

【符号の説明】

２、２２……シリコン基板、４、３２……抵抗膜、４
Ａ、２５……ヒーター、５……配線パターン、２１……
ヘッドチップ、３２、３７……タンタル層、３３……電
極膜、３３Ａ、３３Ｂ、３３Ｃ、３３Ｄ……電極

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 河野 稔 東京都品川区北品川６丁目７番35号 ソニ ー株式会社内 (72)発明者 宮本 孝章 東京都品川区北品川６丁目７番35号 ソニ ー株式会社内 (72)発明者 三橋 裕之 東京都品川区北品川６丁目７番35号 ソニ ー株式会社内 (72)発明者 菅原 敏江 東京都品川区北品川６丁目７番35号 ソニ ー株式会社内 Ｆターム(参考） 2C057 AF51 AG38 AG40 AG46 BA04 BA13

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ヒーターの加熱によってノズルよりインク
   液滴を飛び出させて印刷対象に付着させることにより、
   前記印刷対象を印刷するプリンタにおいて、 所定の基板上に折り曲げたパターン形状により抵抗体材
   料による薄膜を作成して前記ヒーターが形成されたこと
   を特徴とするプリンタ。
2. 【請求項２】前記折り曲げたパターン形状は、 ほぼ平行に延長する細長いパターン形状による抵抗体を
   電極により直列に接続した形状であることを特徴とする
   請求項１に記載のプリンタ。
3. 【請求項３】ヒーターの加熱によってノズルよりインク
   液滴を飛び出させて印刷対象に付着させることにより、
   前記印刷対象を印刷するプリンタヘッドにおいて、 所定の基板上に折り曲げたパターン形状により抵抗体材
   料による薄膜を作成して前記ヒーターが形成されたこと
   を特徴とするプリンタヘッド。
4. 【請求項４】前記折り曲げたパターン形状は、 ほぼ平行に延長する細長いパターン形状による抵抗体を
   電極により直列に接続した形状であることを特徴とする
   請求項３に記載のプリンタヘッド。