JP2003011371A - インクジェットヘッド - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】ヘッド基板上の電極パターンを保護膜で良好に
被覆しておくことが可能な高信頼性のインクジェットヘ
ッドを提供する。 【解決手段】ベースプレート２の上面に、複数個の発熱
抵抗体３及び電極パターン４と、保護膜５とを順次形成
してなるヘッド基板１上に、間に所定の間隙を形成する
ようにして天板６を配設するとともに前記ヘッド基板１
−天板６間の間隙にインク８を充填し、前記発熱抵抗体
３と１対１に対応する複数個のインク吐出孔７を設けた
インクジェットヘッドであって、前記保護膜５をペルヒ
ドロポリシラザンの焼結体により形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、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。

【０００２】

【従来の技術】従来より、記録紙に画像を形成するため
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・飛翔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、例えば図３に示す如く、単結晶
シリコン等から成るベースプレート１２の上面に、複数
個の発熱抵抗体１３及び電極パターン１４と、保護膜１
５とを順次形成してなるヘッド基板１１上に、前記発熱
抵抗体１３と１対１に対応する複数個のインク吐出孔１
７を有する天板１６を、間に所定の間隙を形成するよう
にして配設するとともに前記ヘッド基板１１−天板１６
間の間隙にインク１８を充填した構造のものが知られて
おり、記録紙を天板１６の外表面に沿って搬送しなが
ら、ヘッド基板１１の発熱抵抗体１３を外部からの画像
データに基づいて個々に選択的にジュール発熱させ、発
熱抵抗体１３上のインク１８中で気泡Ａを発生させると
ともに、該発生した気泡Ａによる圧力でもって発熱抵抗
体１３上のインク１８を上方に押し上げ、インク１８の
一部をインク吐出孔１７より記録紙に向けて吐出させる
ことによって記録紙に画像が記録される。

【０００５】尚、前記ヘッド基板１１の保護膜１５は、
インク１８中に含まれているアルカリイオンや水分等が
発熱抵抗体１３や電極パターン１４等に接触してこれら
を腐食したり、或いは、インク１８中に含まれている染
料の固まり等が発熱抵抗体１３の表面にこびり付いたり
するのを防止するためのものであり、ガラスや窒化珪
素，酸化珪素等の無機質材料により所定の厚みに形成さ
れている。

【０００６】また、このような保護膜１５は、ガラスか
ら成る場合、ガラスペーストの印刷及び焼き付けによっ
て形成され、また窒化珪素等から成る場合、従来周知の
ＣＶＤ法を採用し窒化珪素等をベースプレート１２上に
所定厚みに堆積させることによって形成されていた。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来のインクジェットヘッドによれば、保護膜１５を
ガラスペーストの焼き付けによって形成する場合も、Ｃ
ＶＤ法等の薄膜プロセスによって形成する場合も、電極
パターン１４は４００℃を超える高温に比較的長時間晒
されることとなるため、電極パターン１４の表面にはそ
の温度上昇に伴い“ヒロック”と呼ばれる粒径１μｍ前
後の突起物が多数形成される。この“ヒロック”が電極
パターン１４の表面に多数形成されていると、その上に
被着される保護膜１５にはピンホール等の成膜欠陥が形
成されてしまうこととなり、電極パターン１４等を保護
膜１５によって良好に被覆しておくことが不可となる欠
点を有していた。

【０００８】本発明は上述の欠点に鑑み案出されたもの
で、その目的は、ヘッド基板上の電極パターンを保護膜
で良好に被覆しておくことが可能な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。

【０００９】

【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、ベースプレートの上面に、複数個の発熱抵抗
体及び電極パターンと、保護膜とを順次形成してなるヘ
ッド基板上に、間に所定の間隙を形成するようにして天
板を配設するとともに前記ヘッド基板−天板間の間隙に
インクを充填し、前記発熱抵抗体と１対１に対応する複
数個のインク吐出孔を設けたインクジェットヘッドであ
って、前記保護膜が、ペルヒドロポリシラザンの焼結体
により形成されていることを特徴とするものである。

【００１０】また本発明のインクジェットヘッドは、前
記電極パターンがアルミニウムを主成分とする金属から
成ることを特徴とするものである。

【００１１】本発明のインクジェットヘッドによれば、
ヘッド基板上の保護膜をペルヒドロポリシラザンの焼結
体により形成したことにより、保護膜の形成時、その下
地となる電極パターン等は比較的低温に維持されるよう
になり、電極パターンの表面に“ヒロック”と呼ばれる
突起物が多数形成されるのを有効に防止することができ
る。従って、ヘッド基板上の電極パターン等を成膜欠陥
の殆どない保護膜でもって良好に被覆しておくことが可
能となる。

【００１２】

【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係るイ
ンクジェットヘッドの分解斜視図、図２は図１のインク
ジェットヘッドの断面図であり、１はヘッド基板、６は
天板、８はヘッド基板１−天板６間に充填されるインク
である。

【００１３】前記ヘッド基板１は、矩形状をなすように
形成されたベースプレート２の上面に、その長手方向に
わたり直線状に配列する多数の発熱抵抗体３と該発熱抵
抗体３に電気的に接続される電極パターン４とを被着さ
せ、これらを保護膜５で被覆した構造を有している。

【００１４】前記ベースプレート２は、単結晶シリコン
から成り、その表面には酸化珪素等から成る絶縁膜（図
示せず）が例えば１μｍ〜３μｍの厚みに被着され、こ
の絶縁膜によってベースプレート２と後述する発熱抵抗
体３等とを電気的に絶縁している。

【００１５】尚、前記ベースプレート２は、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
スすることによって製作され、得られたベースプレート
２の表面を従来周知の熱酸化法により所定の深さ領域ま
で酸化することにより上述の絶縁膜が形成される。

【００１６】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、例えば６００ｄｐｉ
（dot per inch）の密度で主走査方向（ベースプレート
２の長手方向）に直線状に配列されており、その各々が
ＴａＮやＴａＳｉＯ，ＴａＳｉＮＯ，ＴｉＳｉＯ，Ｔｉ
ＳｉＣＯ，ＮｂＳｉＯ等の電気抵抗材料により形成され
ているため、電極パターン４等を介して電源電力が供給
されるとジュール発熱を起こし、発熱抵抗体３上のイン
ク８中で気泡Ａが発生するようになっている。

【００１７】更に前記ベースプレート２上の電極パター
ン４は、アルミニウムを主成分とする金属により例えば
０．１μｍ〜０．７μｍの厚みで所定パターンをなすよ
うに被着・形成されており、先に述べた発熱抵抗体３等
に電源電力等を供給する給電配線としての作用を為す。

【００１８】尚、前記発熱抵抗体３及び電極パターン４
は、従来周知の薄膜形成技術、具体的には、上述の電気
抵抗材料とアルミニウムを主成分とする金属とを従来周
知のスパッタリング法等によってベースプレート２の上
面に順次、被着させ、これ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を採用し所定パターンに加工
することによって形成される。

【００１９】そして上述した発熱抵抗体３や電極パター
ン４を被覆する保護膜５は、インク８中に含まれている
アルカリイオンや水分等が発熱抵抗体３や電極パターン
４等に接触してこれらを腐食したり、或いは、インク８
中に含まれている染料の固まり等が発熱抵抗体３の表面
にこびり付いたりするのを有効に防止するためのもので
あり、窒化珪素、酸化珪素等の無機質材料によって０．
１μｍ〜０．７μｍの厚みに形成される。

【００２０】また前記保護膜５を形成する窒化珪素や酸
化珪素等は、化１に示すペルヒドロポリシラザンの焼結
体により形成されている。

【００２１】

【化１】

【００２２】このペルヒドロポリシラザンは、例えば１
５０℃〜２２０℃の温度で重合を起こすセラミック前駆
体ポリマーであり、上記の温度領域で所定時間、熱処理
を行うことにより大部分がセラミック化する。例えば、
ペルヒドロポリシラザンを窒素雰囲気中で焼結すると窒
化珪素の膜となり、高湿度雰囲気（湿度５０％以上）で
焼結させると酸化珪素の膜となる。

【００２３】このような保護膜５を備えたヘッド基板１
は、保護膜５の形成時、その下地となる電極パターン４
等を比較的低温に維持することができ、アルミニウム等
の金属から成る電極パターン４の表面に“ヒロック”と
呼ばれる突起物が多数形成されるのを有効に防止するこ
とができるようになる。従って、ヘッド基板１上の電極
パターン４等を成膜欠陥の殆どない保護膜５でもって良
好に被覆することが可能となる。

【００２４】尚、前記保護膜５は、ペルヒドロポリシラ
ザンをキシレンやシクロヘキセン等の有機溶剤に溶かし
て適当な粘度（０．５ｃｐｓ〜１．０ｃｐｓ）に調整
し、これを従来周知のディッピング法等によって発熱抵
抗体３や電極パターン４を有するベースプレート２の表
面に薄く塗布した上、最初に１５０℃〜２２０℃の温度
で約１時間、次に４００℃〜５００℃の温度で約１時
間、熱処理を行い、ペルヒドロポリシラザンを重合させ
ることによって窒化珪素や酸化珪素等から成る保護膜５
が形成される。

【００２５】ここで、温度４００℃〜５００℃での熱処
理は、ペルヒドロポリシラザンを完全にセラミック化す
るために行なわれるプロセスであり、その前に行なわれ
る温度１５０℃〜２２０℃での熱処理にてペルヒドロポ
リシラザンの大部分が既にセラミック化しているため、
温度４００℃〜５００℃での熱処理の際に下地となる電
極パターン４の表面に“ヒロック”が新たに形成された
り、それまでに出来ていたものが更に大きく成長したり
することはない。

【００２６】また一方、前記天板６は、上述したヘッド
基板１の上面（保護膜５の表面）との間に例えば２５μ
ｍ〜２００μｍの間隙を形成するようにして、ヘッド基
板１上に配設される。

【００２７】前記天板６は、発熱抵抗体３と１対１に対
応する複数個のインク吐出孔７を有しており、これらの
インク吐出孔７を対応する発熱抵抗体３の真上に位置さ
せるようにしてヘッド基板１に対して固定される。

【００２８】前記天板６のインク吐出孔７は、インクジ
ェットヘッドの記録動作時、インク滴ｉを記録紙に向け
て吐出するためのものであり、各々のインク吐出孔７の
直径は１０μｍ〜１００μｍ程度の大きさに設定され、
発熱抵抗体３と同じ密度で主走査方向に直線状に配列さ
れる。

【００２９】尚、前記天板６は、感光性のエポキシ樹脂
やポリイミド樹脂，モリブデン，アルミナセラミックス
等を所定形状に加工したり、或いは、上記の材料を組み
合わせることによって形成され、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
金属加工法により板状に成形するとともに該板体の所定
箇所に従来周知のレーザー加工により孔あけを行ってイ
ンク吐出孔７を穿設することにより製作され、得られた
天板６を図示しないスペーサ等を介してヘッド基板１上
に載置させることにより天板６がヘッド基板１上の所定
位置に固定される。

【００３０】そして前記ヘッド基板１―天板６間に充填
されるインク８としては、例えば顔料タイプの油性イン
クや水性染料インク等が使用され、その粘度は例えば
０．３ｍＰａ・ｓ〜３．０ｍＰａ・ｓ（２５℃）に調整さ
れる。

【００３１】前記インク８は図示しないインクタンクか
らヘッド基板１−天板６間の間隙に供給されるようにな
っており、前述した発熱抵抗体３の熱エネルギーによっ
てインク８中に気泡Ａが発生すると、該気泡発生時の圧
力によってインク８の一部がインク滴ｉとなってインク
吐出孔７より外部に吐出される。

【００３２】かくして上述したインクジェットヘッド
は、記録紙を天板６の外表面に沿ってインク吐出孔７の
配列方向と直交する方向に搬送しながら、多数の発熱抵
抗体３を外部からの画像データに基づいて個々に選択的
に発熱させ、この熱エネルギーによって対応する発熱抵
抗体３上のインク８中で気泡Ａを発生させるとともに、
該発生した気泡Ａによる圧力でもってインク８をインク
吐出孔７側に押し上げ、インク滴ｉをインク吐出孔７よ
り記録紙に向けて吐出させることによって記録紙に所定
の画像が記録される。

【００３３】尚、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。

【００３４】例えば上述の実施形態において、ヘッド基
板１−天板６間のインク８が５０μｍ／ｓｅｃ〜２００
０μｍ／ｓｅｃの流速で副走査方向へ流動するように、
インク８を循環ポンプ等によってインクタンクとの間で
循環させるようにしても良い。この場合、ベースプレー
ト２は循環するインク８によって良好に冷却されること
から、ベースプレート２の温度は常に記録動作に適した
温度状態に維持されて、インク滴ｉの吐出量を略一定に
保つことができる上に、発熱抵抗体３の発した熱等によ
ってインク８中の水分もしくは油分がインク吐出孔７か
ら多量に蒸発し、インク吐出孔７内のインク８の粘度が
上昇しようとしても、この部分にはインク吐出孔７の直
下を流れるインク８から水分もしくは油分が順次補給さ
れるようになるのでインク８が固まってしまうことはな
く、インク吐出孔７の目詰まりを有効に防止することが
できる利点もある。

【００３５】また上述の実施形態において、保護膜５の
上面に耐キャビテーションのためにタンタル（Ｔａ）層
を０．１μｍ〜１．０μｍの厚みに被着させたり、或い
は、封止性をより優れたものとするために保護膜５の上
面に別途、窒化珪素や酸化珪素等の膜をＣＶＤ法やスパ
ッタリング等によって形成するようにしても構わない。

【００３６】更に上述の実施形態においては、インク吐
出孔７を天板６に設け、これを対応する発熱抵抗体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７を発熱抵抗体３の真上よりずらして配置しても
良いし、或いは、インク滴をヘッド基板のエッジより吐
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７を天板
６には設けず、ヘッド基板１の一端側で天板６と直交す
る方向に配設されるノズル部材に穿設するようにしても
構わない。

【００３７】

【発明の効果】本発明のインクジェットヘッドによれ
ば、ヘッド基板上の保護膜をペルヒドロポリシラザンの
焼結体により形成したことにより、保護膜の形成時、そ
の下地となる電極パターン等は比較的低温に維持される
ようになり、電極パターンの表面に“ヒロック”と呼ば
れる突起物が多数形成されるのを有効に防止することが
できる。従って、ヘッド基板上の電極パターン等を成膜
欠陥の殆どない保護膜でもって良好に被覆しておくこと
が可能となる。

【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
ドの分解斜視図である。

【図２】図１のインクジェットヘッドの断面図である。

【図３】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・・・電極パターン、５・・・保護
膜、６・・・天板、７・・・インク吐出孔、８・・・イ
ンク、Ａ・・・気泡、ｉ・・・インク滴

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 2C057 AF66 AG41 AG46 AG91 AP52 AP53 AP57 BA05 BA13

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ベースプレートの上面に、複数個の発熱抵
   抗体及び電極パターンと、保護膜とを順次形成してなる
   ヘッド基板上に、間に所定の間隙を形成するようにして
   天板を配設するとともに前記ヘッド基板−天板間の間隙
   にインクを充填し、前記発熱抵抗体と１対１に対応する
   複数個のインク吐出孔を設けたインクジェットヘッドで
   あって、 前記保護膜が、ペルヒドロポリシラザンの焼結体により
   形成されていることを特徴とするインクジェットヘッ
   ド。
2. 【請求項２】前記電極パターンがアルミニウムを主成分
   とする金属から成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。