JP2003039685A - インクジェットヘッドの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】保護膜表面に付着したインクの焦げを、発熱抵
抗体を破損させることなく、良好、かつ容易に取り除く
ことができるインクジェットヘッドを得ることが可能な
インクジェットヘッドの製造方法を提供する。 【解決手段】ヘッド基板の各発熱抵抗体３に電力パルス
を印加して発熱抵抗体３をジュール発熱させて、その上
に設けた保護膜の表面温度を複数箇所で測定することに
より個々の発熱抵抗体毎に温度分布を得る工程１と、前
記温度分布中のピーク温度と所定の目標温度とを比較し
て、その温度差に相当する抵抗値補正幅を求める工程２
と、前記抵抗値補正幅に対応するトリミングパルスを求
め、これを対応する発熱抵抗体３に印加してパルストリ
ミングを行うことにより発熱抵抗体３の抵抗値を調整す
る工程３とを経てサーマルジェット型インクジェットヘ
ッドを製造する。

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
ットヘッドの製造方法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、例えば図５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と保護膜１４とを順次被着させたヘ
ッド基板１１と、前記発熱抵抗体１３と１対１に対応す
る多数のインク吐出孔１６を有する天板１５とを、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１５間の間隙にインク１７を充填
した構造のものが知られており、記録紙を天板１５の外
表面に沿って搬送しながら、多数の発熱抵抗体１３を外
部からの画像データに基づいて個々に選択的に発熱さ
せ、この熱エネルギーによってインク１７中に気泡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
ってインク吐出孔１６内のインク１７をインク吐出孔１
６より外部に吐出させ、このようなインク滴ｉを記録紙
に付着させることにより所定の画像が記録される。 【０００５】 【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おいては、その使用
時、インク１７中に含まれる染料や顔料，金属イオン等
が高濃度に濃縮されて、これらが保護膜１４の表面に焦
げ付いてしまうことがある。このような場合、発熱抵抗
体１３の発した熱がインク１７に伝わりにくくなること
から、インク吐出孔１６より吐出されるインク滴の吐出
速度や吐出量にバラツキを生じ、記録紙に良好な画像を
形成することが不可となる欠点を有していた。 【０００６】そこで上記欠点を解消するために、発熱抵
抗体１３に大きな電力パルスを印加し、インク１７中に
発生した大きな気泡が消滅する際の衝撃によってインク
の焦げを保護膜表面より剥離させることが提案されてい
る。 【０００７】ところが、インクジェットヘッドの発熱抵
抗体１３には、通常、抵抗値バラツキがあり、電力パル
ス印加時の発熱状態（温度分布等）は発熱抵抗体毎に異
なっている。それ故、全ての発熱抵抗体１３に同じ電力
パルスを印加しても、インク１７中で発生する気泡の大
きさが異なり、焦げに印加される衝撃の大きさも異なる
ことから、保護膜表面より剥離するものと剥離しないも
のとがあり、上述の課題を十分に解決するレベルには至
っていない。 【０００８】また、全ての発熱抵抗体１３上で大きな気
泡を発生させるべく全ての発熱抵抗体１３に十分に大き
な電力パルスを印加することでインクの焦げを確実に取
り除くことも考えられるが、その場合、一部の発熱抵抗
体１３が過度に高温となって発熱抵抗体１３に破損を生
じる恐れがあり、発熱抵抗体１３が一個でも破損してし
まうとインクジェットヘッドを正しく動作させることが
不可となる欠点が誘発される。 【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、保護膜表面に付着したインクの焦げ
を、発熱抵抗体を破損させることなく、良好、かつ容易
に取り除くことができるインクジェットヘッドを得るこ
とが可能なインクジェットヘッドの製造方法を提供す
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
ヘッドの製造方法は、ベースプレート上に複数個の発熱
抵抗体と保護膜とを順次被着させたヘッド基板と、天板
とを具備し、前記ヘッド基板−天板間に充填されたイン
クを発熱抵抗体の発熱によってインク吐出孔より吐出さ
せるインクジェットヘッドであって、前記発熱抵抗体の
抵抗値が下記工程１乃至工程３により調整されることを
特徴とするものである。 工程１：前記ヘッド基板の各発熱抵抗体に電力パルスを
印加して発熱抵抗体をジュール発熱させるとともに該発
熱した発熱抵抗体上に位置する保護膜の表面温度を複数
箇所で測定することにより個々の発熱抵抗体毎に温度分
布を得る。 工程２：工程１で得た温度分布中のピーク温度と所定の
目標温度とを比較して、その温度差に相当する抵抗値補
正幅を求める。 工程３：工程２で得た抵抗値補正幅に対応するトリミン
グパルスを求め、これを対応する発熱抵抗体に印加して
パルストリミングを行うことにより発熱抵抗体の抵抗値
を調整する。 【００１１】本発明によれば、発熱抵抗体に同一の電力
パルスを印加した際の保護膜表面のピーク温度が略一定
となるように発熱抵抗体にパルストリミングを施したこ
とから、インクジェットヘッドの使用に伴い保護膜表面
にインクの焦げが付着した際、全ての発熱抵抗体に適度
な大きさの電力パルスを一斉に印加することで、発熱抵
抗体を破損させることなく、インク中に略等しい大きさ
の気泡を発生させることができ、インクの焦げに対して
略等しい強さの衝撃を与え、インクの焦げを保護膜表面
より良好、かつ容易に除去することができるようにな
る。従って、発熱抵抗体の発する熱を常に良好にインク
へ伝導させることができるようになり、インク吐出孔よ
り吐出されるインク滴の吐出速度や吐出量を略一定とな
して、記録紙に良好な画像を形成することが可能とな
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は本発明の製造方法によって製
作したインクジェットヘッドの斜視図、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】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）等によって単結晶シリコ
ンのインゴット（塊）を形成し、これを所定厚みにスラ
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前記絶縁膜が所定の厚みに形成
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スパッタ膜により
所定パターンをなすように例えば０．１μｍ〜０．７μ
ｍの厚みに形成されており、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、先に述べた
ＴａＳｉＯ等の電気抵抗材料とアルミニウムを主成分と
する金属材料とを従来周知のスパッタリング法によって
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、これらの発熱抵抗体３は、後述す
るパルストリミングによって電気抵抗値の調整がなされ
ており、発熱抵抗体３に所定の電力パルスを印加してジ
ュール発熱させた際の保護膜表面のピーク温度が略一定
となるようになしてある。 【００２０】また更に前記発熱抵抗体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、サイアロン等の無
機質材料により例えば０．２μｍ〜１．２μｍの厚みに
形成される。 【００２１】尚、前記保護膜５は、従来周知のＣＶＤ
（化学蒸気蒸着）法、スパッタリング法等の薄膜形成技
術を採用し、窒化珪素等の無機質材料を発熱抵抗体３や
電極パターン４上に所定の厚みに堆積させることによっ
て形成される。 【００２２】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の間隙を部分的に形成するようにして、
ヘッド基板１上に配設される。 【００２３】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。 【００２４】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。 【００２５】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。 【００２６】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。 【００２７】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、このようなインク８中に発熱抵抗体３の熱エ
ネルギーによって気泡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。 【００２８】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。 【００２９】次に上述したインクジェットヘッドのヘッ
ド基板１上に設けられる多数の発熱抵抗体３の抵抗値を
調整する方法について図３のフローチャートに従って説
明する。 【００３０】（工程１）まず、発熱抵抗体３及び保護膜
５を従来周知の薄膜形成技術にて被着・形成したヘッド
基板１を準備し、該ヘッド基板１の各発熱抵抗体３に電
力パルスを印加して発熱抵抗体３をジュール発熱させる
とともに該発熱した発熱抵抗体３上に位置する保護膜５
の表面温度を複数箇所で測定することにより個々の発熱
抵抗体毎の温度分布を作成する。 【００３１】この工程で発熱抵抗体３に印加される電力
パルスとしては、例えば印加エネルギー３．２ｍＪ／ｍ
ｍ²、パルス幅０．０１ｍＳの電力パルスが用いられ、
全ての発熱抵抗体３に同一の電力パルスが印加される。 【００３２】また、保護膜表面の温度測定には、発熱抵
抗体３よりも十分に小さな微小部分の熱解析を行うこと
ができる温度計、例えば、発熱抵抗体３のサイズが５５
μｍ×５５μｍの場合、２μｍ□以下の微小領域の赤外
線輻射温度計測を可能とする赤外線顕微鏡型温度計が用
いられる。 【００３３】そして発熱抵抗体３に上述の電力パルスを
印加して発熱抵抗体３をジュール発熱させながら、保護
膜５の表面温度を上述の温度計を用いて発熱抵抗体1個
につき例えば２５箇所ずつ全体にわたり満遍なく観測す
ることにより、所定の温度分布が得られる（図４参
照）。 【００３４】（工程２）次に工程１で得た温度分布中の
ピーク温度と所定の目標温度とを比較して、その温度差
に相当する抵抗値補正幅を発熱抵抗体毎に求める。 【００３５】上述の目標温度は、通常の記録動作を行う
際の６０％〜８０％程度に定められ、例えば２５０℃に
設定される。 【００３６】また上述のピーク温度とは、赤外線顕微鏡
型温度計によって測定された微小領域の温度の中で最も
高温であった温度のことであり、このピーク温度は発熱
抵抗体毎に求められる。 【００３７】そして、“ピーク温度−目標温度間の温度
差”も発熱抵抗体毎に求められ、抵抗値補正幅は発熱抵
抗体３の材質、厚み、形状等に基づいて予め作成された
“温度差−抵抗値補正幅の校正曲線（温度差と抵抗値補
正幅との関係を示すグラフ）”を参照することにより求
められる。 【００３８】（工程３）次に工程２で得た発熱抵抗体毎
の抵抗値補正幅に対応するトリミングパルスを求め、し
かる後、得られたトリミングパルスを対応する発熱抵抗
体３に印加して全ての発熱抵抗体３、もしくは一部の発
熱抵抗体３の抵抗値を上昇もしくは下降させることによ
り発熱抵抗体３の抵抗値調整が行なわれ、製品としての
サーマルヘッドが得られる。 【００３９】このような抵抗値の調整手法は一般にパル
ストリミングと呼ばれており、発熱抵抗体３にパルス幅
（通電時間）が短く、振幅（電圧値）が大きなトリミン
グパルスを印加し、発熱抵抗体３を低温で長時間加熱・
アニールすることによって発熱抵抗体３の抵抗値を下降
させ、またパルス幅が長く、振幅が小さなトリミングパ
ルスを発熱抵抗体３に印加し、発熱抵抗体３の一部（表
面付近）を大気中の酸素や保護膜５中の酸素等と反応さ
せることによって発熱抵抗体３の抵抗値を上昇させる。 【００４０】このとき、個々の発熱抵抗体３に印加され
るトリミングパルスの大きさや長さは、発熱抵抗体３の
材質等に基づいて予め作成された“抵抗値補正幅−トリ
ミングパルスの変換テーブル（抵抗値補正幅とトリミン
グパルスとの関係を示す表）”を参照して所定のパルス
幅、電圧値のものが選択・決定され、該選択されたトリ
ミングパルスを発熱抵抗体３に印加することにより発熱
抵抗体３のトリミングが行なわれる。 【００４１】以上のようなトリミングを発熱抵抗体３に
施しておくことにより、発熱抵抗体３に同一の電力パル
スを印加した際の保護膜表面のピーク温度を略一定とな
すことができることから、インクジェットヘッドの使用
に伴い保護膜表面にインク８中に含まれる染料や顔料，
金属イオン等が高濃度に濃縮されて、保護膜表面に焦げ
が付着したとしても、全ての発熱抵抗体３に適度な大き
さの電力パルスを一斉に印加することで、インク８中に
略等しい大きさの気泡を発生させることができ、インク
８中に発生する気泡が消滅する際の衝撃を保護膜表面の
焦げに対して略等しい強さで印加せしめ、全ての発熱抵
抗体３上に存在する焦げを保護膜表面より良好、かつ容
易に除去することができるようになる。 【００４２】従って、このようなクリーニング作業を定
期的に行うことにより、記録動作時、発熱抵抗体３の発
する熱を常に良好にインク８へ伝導させることができる
ようになり、インク吐出孔７より吐出されるインク滴ｉ
の吐出速度や吐出量を略一定になして、記録紙に良好な
画像を形成することが可能となる。 【００４３】またこの場合、保護膜表面のピーク温度は
略一定になしてあり、適度な大きさの電力パルスを全て
の発熱抵抗体３に印加することで全ての発熱抵抗体３上
よりインクの焦げを良好に除去することができることか
ら、上述した焦げの除去作業に伴い発熱抵抗体３が過度
の温度上昇により破損するのを有効に防止することがで
き、インクジェットヘッドの製造歩留まりを向上させる
ことが可能である。 【００４４】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。 【００４５】例えば上述の実施形態においては、工程２
でピーク温度と目標温度とを比較し、その温度差に相当
する抵抗値補正幅を求めた後で抵抗値補正幅に対応する
トリミングパルスを求めるようにしたが、これに代え
て、抵抗値補正幅とトリミングパルスとの関係を予め求
めておき、ピーク温度と目標温度との温度差から直接、
トリミングパルスを求めるようにしても構わない。 【００４６】また上述の実施形態においては、インク吐
出孔７を発熱抵抗体３の真上に配置させたインクジェッ
トヘッドを例に説明したが、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させたり、或いは、インク
吐出孔７を天板６には設けず、ヘッド基板１の端部付近
に別途取り付けられるノズル板等に設けるようにしても
構わない。 【００４７】更に上述の実施形態においては、発熱抵抗
体３の抵抗値を上昇・下降させることにより調整するよ
うにしたが、これに代えて、発熱抵抗体３の抵抗値調整
を抵抗値の下降のみによって行うようにしても構わな
い。 【００４８】また更に上述の実施形態において、個々の
発熱抵抗体３に印加するトリミングパルスは1個であっ
ても複数個であっても良い。 【００４９】 【発明の効果】本発明によれば、発熱抵抗体に同一の電
力パルスを印加した際の保護膜表面のピーク温度が略一
定となるように発熱抵抗体にパルストリミングを施した
ことから、インクジェットヘッドの使用に伴い保護膜表
面にインクの焦げが付着した際、全ての発熱抵抗体に適
度な大きさの電力パルスを一斉に印加することで、発熱
抵抗体を破損させることなく、インク中に略等しい大き
さの気泡を発生させることができ、インクの焦げに対し
て略等しい強さの衝撃を与え、インクの焦げを保護膜表
面より良好、かつ容易に除去することができるようにな
る。従って、発熱抵抗体の発する熱を常に良好にインク
へ伝導させることができるようになり、インク吐出孔よ
り吐出されるインク滴の吐出速度や吐出量を略一定とな
して、記録紙に良好な画像を形成することが可能とな
る。

【図面の簡単な説明】 【図１】本発明の製造方法によって製作したインクジェ
ットヘッドの斜視図である。 【図２】図１のインクジェットヘッドの断面図である。 【図３】本発明の製造方法を説明するためのフローチャ
ートである。 【図４】保護膜表面の温度分布を示す図である。 【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】 １・・・ヘッド基板、２・・・ベースプレート、３・・
・発熱抵抗体、５・・・保護膜、６・・・天板、７・・
・インク吐出孔、８・・・インク

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 【請求項１】ベースプレート上に複数個の発熱抵抗体と
   保護膜とを順次被着させたヘッド基板と、天板とを具備
   し、前記ヘッド基板−天板間に充填されたインクを発熱
   抵抗体の発熱によってインク吐出孔より吐出させるイン
   クジェットヘッドであって、 前記発熱抵抗体の抵抗値が下記工程１乃至工程３により
   調整されることを特徴とするインクジェットヘッドの製
   造方法。 工程１：前記ヘッド基板の各発熱抵抗体に電力パルスを
   印加して発熱抵抗体をジュール発熱させるとともに該発
   熱した発熱抵抗体上に位置する保護膜の表面温度を複数
   箇所で測定することにより個々の発熱抵抗体毎に温度分
   布を得る。 工程２：工程１で得た温度分布中のピーク温度と所定の
   目標温度とを比較して、その温度差に相当する抵抗値補
   正幅を求める。 工程３：工程２で得た抵抗値補正幅に対応するトリミン
   グパルスを求め、これを対応する発熱抵抗体に印加して
   パルストリミングを行うことにより発熱抵抗体の抵抗値
   を調整する。