JP2659238B2 - インクジェット記録ヘッド、該ヘッド用基体および該基体の製造方法 - Google Patents
インクジェット記録ヘッド、該ヘッド用基体および該基体の製造方法Info
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- JP2659238B2 JP2659238B2 JP4883889A JP4883889A JP2659238B2 JP 2659238 B2 JP2659238 B2 JP 2659238B2 JP 4883889 A JP4883889 A JP 4883889A JP 4883889 A JP4883889 A JP 4883889A JP 2659238 B2 JP2659238 B2 JP 2659238B2
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- Japan
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Description
【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、熱エネルギーによってインク中に気泡の発
生を含む状態変化を生起させ、この状態変化に伴って吐
出口からインクを吐出させて記録を行うインクジェット
記録ヘッド、該ヘッド用基体および該基体の製造方法に
関する。
生を含む状態変化を生起させ、この状態変化に伴って吐
出口からインクを吐出させて記録を行うインクジェット
記録ヘッド、該ヘッド用基体および該基体の製造方法に
関する。
［従来の技術］ インクジェット方式による記録は、記録時における騒
音の発生が無視し得る程度に小さいという点、および高
速記録が可能であり、しかも定着という特別な処理を必
要とせず普通紙に記録の行える点において最近関心を集
めている。
音の発生が無視し得る程度に小さいという点、および高
速記録が可能であり、しかも定着という特別な処理を必
要とせず普通紙に記録の行える点において最近関心を集
めている。
中でも、例えば特開昭54−51837号公報、ドイツ公開
（DOLS）第2843064号公報等に記載されているインクジ
ェット記録方式は、熱エネルギーをインクに作用させ
て、インク液滴を吐出するための作用力を得るという点
において、他のインクジェット記録方式とは異なる特徴
を有している。
（DOLS）第2843064号公報等に記載されているインクジ
ェット記録方式は、熱エネルギーをインクに作用させ
て、インク液滴を吐出するための作用力を得るという点
において、他のインクジェット記録方式とは異なる特徴
を有している。
すなわち、上記公報に開示されている記録方式は、熱
エネルギーの作用を受けた液体が急激に過熱されて気泡
を発生し、この気泡の膨張，収縮に伴うインク中の圧力
波伝幡によって吐出口よりインク液滴が吐出され、飛翔
的液滴が形成される。
エネルギーの作用を受けた液体が急激に過熱されて気泡
を発生し、この気泡の膨張，収縮に伴うインク中の圧力
波伝幡によって吐出口よりインク液滴が吐出され、飛翔
的液滴が形成される。
特に、DOSL2843064号公報に開示されているインクジ
ェット記録方式は、所謂ドロップ・オンデマンド方式の
記録方式に極めて有効に適用されるばかりではなく、記
録ヘッド部がフルラインタイプで、高密度マルチオリフ
ィス化された記録ヘッドが容易に具現化できるため、高
解像度，高品質の画像を高速で得られるという特徴を有
している。
ェット記録方式は、所謂ドロップ・オンデマンド方式の
記録方式に極めて有効に適用されるばかりではなく、記
録ヘッド部がフルラインタイプで、高密度マルチオリフ
ィス化された記録ヘッドが容易に具現化できるため、高
解像度，高品質の画像を高速で得られるという特徴を有
している。
上記の記録方式に適用される装置の記録ヘッドは、イ
ンク液滴を吐出するために設けられた吐出口（以下、オ
リフィス）と、オリフィスに連通し、インクを吐出する
ための熱エネルギーをインクに作用させる部分としての
熱作用部を構成の一部とするインク液路とを有する液吐
出部と、熱エネルギーを発生する手段としての電気熱変
換体とを具備している。
ンク液滴を吐出するために設けられた吐出口（以下、オ
リフィス）と、オリフィスに連通し、インクを吐出する
ための熱エネルギーをインクに作用させる部分としての
熱作用部を構成の一部とするインク液路とを有する液吐
出部と、熱エネルギーを発生する手段としての電気熱変
換体とを具備している。
そして、この電気熱変換体は、一対の電極と、これら
電極に接続し、電極間に、発熱する領域（熱発生部）を
構成する発熱抵抗層とからなる。これら電気熱変換体お
よび電極は、一般的にインクジェット記録ヘッドの基板
部分の上部層中に形成される。このような電気熱変換体
の形成された基板構成の一従来例を第10図（Ａ）および
第10図（Ｂ）に示す。以下、図面に従って従来例につい
て説明する。
電極に接続し、電極間に、発熱する領域（熱発生部）を
構成する発熱抵抗層とからなる。これら電気熱変換体お
よび電極は、一般的にインクジェット記録ヘッドの基板
部分の上部層中に形成される。このような電気熱変換体
の形成された基板構成の一従来例を第10図（Ａ）および
第10図（Ｂ）に示す。以下、図面に従って従来例につい
て説明する。
第10図（Ａ）は、インクジェット記録ヘッドを構成す
る基体（以下、基板という）における電気熱変換体付近
の部分平面図であり、第１図（Ｂ）は第１図（Ａ）の一
点鎖線XYで示す部分の部分断面図である。
る基体（以下、基板という）における電気熱変換体付近
の部分平面図であり、第１図（Ｂ）は第１図（Ａ）の一
点鎖線XYで示す部分の部分断面図である。
図において、基板101は、基板支持体105上に、順次、
下部層106,発熱抵抗層107,電極103,104,第１の上部保護
層108,第２の上部保護層109,第３の上部保護層110を積
層して形成される。
下部層106,発熱抵抗層107,電極103,104,第１の上部保護
層108,第２の上部保護層109,第３の上部保護層110を積
層して形成される。
発熱抵抗層107と電極103,104はエッチングによって所
定の形状にパターニングされる。すなわち、電気熱変換
体102を構成する以外の部分では、同一形状にパターニ
ングされており、電気熱変換体102を構成する部分で
は、発熱抵抗層107上に電極は積層されず、発熱抵抗層1
07が熱発生部111を構成している。第１の上部保護層108
および第３の上部保護層110は基板101の全面にわたって
積層されているが、第２の上部保護層109は電気熱変換
体102上には積層されないようにパターニングされてい
る。
定の形状にパターニングされる。すなわち、電気熱変換
体102を構成する以外の部分では、同一形状にパターニ
ングされており、電気熱変換体102を構成する部分で
は、発熱抵抗層107上に電極は積層されず、発熱抵抗層1
07が熱発生部111を構成している。第１の上部保護層108
および第３の上部保護層110は基板101の全面にわたって
積層されているが、第２の上部保護層109は電気熱変換
体102上には積層されないようにパターニングされてい
る。
上記のように形成された基板の上層部に使用される材
料は、その上層部が設けられるそれぞれの部位によって
要求される耐熱性，耐液性，熱伝導性，絶縁性等の特性
に応じて選択される。上記従来例における第１の上部保
護層108の主な機能は、共通電極103と選択電極104間の
絶縁性を保つことにあり、第２の上部保護層109の主な
機能は、液浸透防止と耐液作用にあり、第３の上部保護
層110の主な機能は、耐液性と機械的強度の補強にあ
る。
料は、その上層部が設けられるそれぞれの部位によって
要求される耐熱性，耐液性，熱伝導性，絶縁性等の特性
に応じて選択される。上記従来例における第１の上部保
護層108の主な機能は、共通電極103と選択電極104間の
絶縁性を保つことにあり、第２の上部保護層109の主な
機能は、液浸透防止と耐液作用にあり、第３の上部保護
層110の主な機能は、耐液性と機械的強度の補強にあ
る。
［発明が解決しようとする課題］ ところで、電気熱変換体（吐出ヒータともいう）102
の上層にある第1,第３の保護層108,110では、第３の保
護層110がインクと接しており、これら層を形成する膜
の欠陥については、絶縁性等の面で特に注意を払わなけ
ればならない。膜の欠陥としては、ピンホールや、膜中
のごみがあげられ、ピンホールに関しては例えば特開昭
60−157872号公報に示すように、膜部分の下地を陽極酸
化することでその発生を防止できるが、膜中のごみの混
入に関しては解決できなかった。
の上層にある第1,第３の保護層108,110では、第３の保
護層110がインクと接しており、これら層を形成する膜
の欠陥については、絶縁性等の面で特に注意を払わなけ
ればならない。膜の欠陥としては、ピンホールや、膜中
のごみがあげられ、ピンホールに関しては例えば特開昭
60−157872号公報に示すように、膜部分の下地を陽極酸
化することでその発生を防止できるが、膜中のごみの混
入に関しては解決できなかった。
すなわち、熱を作用させるインクジェット方式に由来
して第1,第３の保護層108,110は薄くなければならず
（最大３μｍ）、したがって、その形成方法が真空堆積
法に限定されていた。真空堆積法は、その方式により膜
中のごみがある確率で混入するものであり、これは、真
空容器を真空にする際、または再び真空とする際に真空
容器の壁から剥離した膜の一部が基板に付着し、膜中の
ごみとなるからである。
して第1,第３の保護層108,110は薄くなければならず
（最大３μｍ）、したがって、その形成方法が真空堆積
法に限定されていた。真空堆積法は、その方式により膜
中のごみがある確率で混入するものであり、これは、真
空容器を真空にする際、または再び真空とする際に真空
容器の壁から剥離した膜の一部が基板に付着し、膜中の
ごみとなるからである。
基板に形成される吐出ヒータが24個程度の基板であれ
ば、ごみ混入によって不良となる確率は低くなるため、
この基板を不良品として扱えば問題はないが、吐出ヒー
タが1000個以上形成されるような基板の場合、ごみ混入
の数が多くなりヘッドの耐久性が悪くなることがある。
すなわち、膜中にごみが存在した場合、そのごみが、イ
ンクを吐出させるための気泡の消滅時の作用力により膜
中から離脱し、そこがピンホールとなる。このピンホー
ルにインクが浸入し、インクが吐出ヒータと接触して反
応し、吐出ヒータが断線を生じることもある。
ば、ごみ混入によって不良となる確率は低くなるため、
この基板を不良品として扱えば問題はないが、吐出ヒー
タが1000個以上形成されるような基板の場合、ごみ混入
の数が多くなりヘッドの耐久性が悪くなることがある。
すなわち、膜中にごみが存在した場合、そのごみが、イ
ンクを吐出させるための気泡の消滅時の作用力により膜
中から離脱し、そこがピンホールとなる。このピンホー
ルにインクが浸入し、インクが吐出ヒータと接触して反
応し、吐出ヒータが断線を生じることもある。
このように、熱発生部の保護層に欠陥、特に膜中にご
みが浸入することにより、そのヘッドの耐久性が著しく
低下することになる。このような場合、例えば24個程度
の吐出ヒータが形成される基板であれば、不良となる確
率は低いので、そのような基板を不良とすることは歩留
り上問題ないが、1000個以上の吐出ヒータが形成される
基板の場合、ごみが混入する数も多くなりこれらを全て
不良とすると歩留り低下の原因となる。
みが浸入することにより、そのヘッドの耐久性が著しく
低下することになる。このような場合、例えば24個程度
の吐出ヒータが形成される基板であれば、不良となる確
率は低いので、そのような基板を不良とすることは歩留
り上問題ないが、1000個以上の吐出ヒータが形成される
基板の場合、ごみが混入する数も多くなりこれらを全て
不良とすると歩留り低下の原因となる。
本発明は上述した従来の問題点に鑑みてなされたもの
であり、その目的とするところは、吐出のための熱エネ
ルギーを発生する電気熱変換体の保護層中に生じた空孔
を他の保護材によって充填することにより、記録ヘッド
の耐久性を増し、また製造歩留りを向上させることが可
能なインクジェット記録ヘッドの基板を提供することに
ある。
であり、その目的とするところは、吐出のための熱エネ
ルギーを発生する電気熱変換体の保護層中に生じた空孔
を他の保護材によって充填することにより、記録ヘッド
の耐久性を増し、また製造歩留りを向上させることが可
能なインクジェット記録ヘッドの基板を提供することに
ある。
［課題を解決するための手段］ そのために本発明では、基体支持体上に配設され、イ
ンクを吐出するために利用される熱エネルギーを発生す
る電気熱変換体と、該電気熱変換体をインクから保護す
るため前記電気熱変換体を被覆して積層される保護層
と、を有するインクジェット記録ヘッド用基体の製造方
法において、保護層中に生じた空孔に保護材を充填する
工程を有することを特徴とする。
ンクを吐出するために利用される熱エネルギーを発生す
る電気熱変換体と、該電気熱変換体をインクから保護す
るため前記電気熱変換体を被覆して積層される保護層
と、を有するインクジェット記録ヘッド用基体の製造方
法において、保護層中に生じた空孔に保護材を充填する
工程を有することを特徴とする。
［作 用］ 以上の構成によれば、インクと電気熱変換体との絶縁
が確実になされる。
が確実になされる。
［実施例］ 以下、図面を参照して本発明の実施例を詳細に説明す
る。
る。
第１図（Ａ）および（Ｂ）は、本発明の一実施例を示
す記録ヘッド基板（基体ともいう）のそれぞれ上面図お
よび側断面図である。第10図に示したのと同様の要素に
は同一の符号を付してその説明は省略する。図におい
て、基板支持体105、下部層106が形成された上層に、ま
ず、発熱抵抗層107、導電層103,104を真空薄膜作成技術
を用いて成膜する。次に、フォトリソ技術により発熱抵
抗体102（電気熱変換体）、電極部103,104のパターンを
形成する。さらに、SiO2よりなる第１の保護層108をス
パッタにより0.5μｍの厚さで形成する。
す記録ヘッド基板（基体ともいう）のそれぞれ上面図お
よび側断面図である。第10図に示したのと同様の要素に
は同一の符号を付してその説明は省略する。図におい
て、基板支持体105、下部層106が形成された上層に、ま
ず、発熱抵抗層107、導電層103,104を真空薄膜作成技術
を用いて成膜する。次に、フォトリソ技術により発熱抵
抗体102（電気熱変換体）、電極部103,104のパターンを
形成する。さらに、SiO2よりなる第１の保護層108をス
パッタにより0.5μｍの厚さで形成する。
第１保護層108を形成した後、光学顕微鏡によって基
板を検査し、発熱抵抗体102の保護層108に欠陥112が存
在する基板を抽出する。次に、この抽出された基板を強
力な超音波槽の中に入れ、欠陥部112のごみ（異物）を
除去する。この結果が第２図に示され、図中112Aは異物
が除去された後の空孔を示す。
板を検査し、発熱抵抗体102の保護層108に欠陥112が存
在する基板を抽出する。次に、この抽出された基板を強
力な超音波槽の中に入れ、欠陥部112のごみ（異物）を
除去する。この結果が第２図に示され、図中112Aは異物
が除去された後の空孔を示す。
次に、この空孔を充填するために、基板を真空チャン
バーに入れ、シラン（SiH4）とNO2を注入して1Torrの雰
囲気にする。次に、この空孔部分112Aにレーザを照射
し、この部分でシラン（SiH4）とNO2を反応させる。こ
の結果、第３図に示すように空孔112AにはSiO2113が堆
積される。なお、空孔にSiO2を堆積させる量は、照射時
間を調節することによって行う。空孔の充填を終了する
と、第４図に示すように、上部保護層109,110を形成
し、基板の製造工程を終了する。
バーに入れ、シラン（SiH4）とNO2を注入して1Torrの雰
囲気にする。次に、この空孔部分112Aにレーザを照射
し、この部分でシラン（SiH4）とNO2を反応させる。こ
の結果、第３図に示すように空孔112AにはSiO2113が堆
積される。なお、空孔にSiO2を堆積させる量は、照射時
間を調節することによって行う。空孔の充填を終了する
と、第４図に示すように、上部保護層109,110を形成
し、基板の製造工程を終了する。
空孔を充填する他の実施例として、以下に示すような
方法がある。
方法がある。
第２図に示したような基板にスパッタにより、第５図
に示すようにSiO2116を0.5μｍの厚さで成膜する。次
に、レジスト114（OFPR800）を４μｍの厚さでスピンコ
ートにより塗布する。そしてフォトリソ技術により、空
孔部分に対応して窓114Aをあけたパターンを形成する。
さらに、レジスト115（OFPR800）を１μｍの厚さでスピ
ンコートにより塗布する。後から塗布したレジスト115
の厚みは、先に塗布したレジスト114の厚みより薄いの
で平坦化されず、第６図に示すような形態となる。
に示すようにSiO2116を0.5μｍの厚さで成膜する。次
に、レジスト114（OFPR800）を４μｍの厚さでスピンコ
ートにより塗布する。そしてフォトリソ技術により、空
孔部分に対応して窓114Aをあけたパターンを形成する。
さらに、レジスト115（OFPR800）を１μｍの厚さでスピ
ンコートにより塗布する。後から塗布したレジスト115
の厚みは、先に塗布したレジスト114の厚みより薄いの
で平坦化されず、第６図に示すような形態となる。
その後、リアクティブイオンエッチング装置を用いて
CF4とH2とを1:1の比で注入し、400Wのパワーでエッチン
グする。この時レジストのエッチング速度は500Å/mi
n、SiO2のそれは500Å/minなのでレジストとSiO2は等速
度でエッチングされる。このエッチングにより、レジス
トが塗布された発熱抵抗体の部分は、SiO2116の厚み0.5
μｍに対してレジスト115の厚みは１μｍなので、エッ
チングによる形成面は平坦になり、従って、元の形状の
ままでエッチングされる。発熱抵抗体102の部分でレジ
ストがエッチングされなくなった時点でエッチングを終
了する。この結果、基板の形態は第７図に示すようにな
る。次に、レジスト114,115を剥離し、電極103,104の保
護層として有機ポリイミドよりなる第２の保護層109を
形成する。最後に第３の保護層110としてTaをスパッタ
により成膜し、第８図に示す形態とする。
CF4とH2とを1:1の比で注入し、400Wのパワーでエッチン
グする。この時レジストのエッチング速度は500Å/mi
n、SiO2のそれは500Å/minなのでレジストとSiO2は等速
度でエッチングされる。このエッチングにより、レジス
トが塗布された発熱抵抗体の部分は、SiO2116の厚み0.5
μｍに対してレジスト115の厚みは１μｍなので、エッ
チングによる形成面は平坦になり、従って、元の形状の
ままでエッチングされる。発熱抵抗体102の部分でレジ
ストがエッチングされなくなった時点でエッチングを終
了する。この結果、基板の形態は第７図に示すようにな
る。次に、レジスト114,115を剥離し、電極103,104の保
護層として有機ポリイミドよりなる第２の保護層109を
形成する。最後に第３の保護層110としてTaをスパッタ
により成膜し、第８図に示す形態とする。
上述のようにして形成した基板を用いて作成した記録
ヘッドの吐出耐久試験の結果を以下に示す。
ヘッドの吐出耐久試験の結果を以下に示す。
比較例として、約３μｍ程度の欠陥部を有した基板で
構成される記録ヘッドを用いた。また、印加パルスとし
ては、周波数2kHz、パルス幅10μｓの矩形パルスを用
い、さらに、印加電圧は、通常の吐出のための電圧値の
1.2倍とした。
構成される記録ヘッドを用いた。また、印加パルスとし
ては、周波数2kHz、パルス幅10μｓの矩形パルスを用
い、さらに、印加電圧は、通常の吐出のための電圧値の
1.2倍とした。
ここで、実施例１とは前述した空孔充填方法における
前者の方法、実施例２は後者の方法によってそれぞれ空
孔の充填がなされた基板の記録ヘッドによるものであ
る。
前者の方法、実施例２は後者の方法によってそれぞれ空
孔の充填がなされた基板の記録ヘッドによるものであ
る。
上記実施例では、記録ヘッドの構成を基板が延在する
方向にインク吐出を行うものとしたが、基板の延在方向
と垂直な方向にインク吐出を行う構成の記録ヘッドにも
本発明が有効であることは明らかである。このような記
録ヘッドの一例を第９図に示す。
方向にインク吐出を行うものとしたが、基板の延在方向
と垂直な方向にインク吐出を行う構成の記録ヘッドにも
本発明が有効であることは明らかである。このような記
録ヘッドの一例を第９図に示す。
［発明の効果］ 以上の説明から明らかなように、本発明によれば、イ
ンクと電気熱変換体との絶縁が確実になされる。
ンクと電気熱変換体との絶縁が確実になされる。
この結果、記録ヘッドの使用に伴う電気熱変換体の断
線等が生じ難くなり、記録ヘッドの耐久性が向上する。
線等が生じ難くなり、記録ヘッドの耐久性が向上する。
また、基板の不良を少なくすることができ、歩留りが
向上する結果、記録ヘッドの製造コストを低下させるこ
とが可能となる。
向上する結果、記録ヘッドの製造コストを低下させるこ
とが可能となる。
第１図（Ａ）および（Ｂ）は、本発明の一実施例にかか
る基板の上面図および該上面図におけるＸ−Ｙ断面図、 第２ないし第４図は、本発明の一実施例を示し、空孔の
充填過程を説明するための断面図、 第５図ないし第８図は、本発明の他の実施例を示し、同
様に空孔の充填過程を説明するための断面図、 第９図は、本発明の基板が適用可能な他の形態の記録ヘ
ッドを示す斜視図、 第10図（Ａ）および（Ｂ）は、従来の基板構成を示す各
々上面図および断面図である。 101……ヘッドの基板、 102……発熱抵抗体（電気熱変換体）、 103,104……電極、 105……支持体、 106……下部層、 107……発熱抵抗層、 108……第１の上部保護層、 109……第２の上部保護層、 110……第３の上部保護層、 112……欠陥部、 112A……空孔、 113……充填保護材、 114,115……レジスト、 116……SiO2層。
る基板の上面図および該上面図におけるＸ−Ｙ断面図、 第２ないし第４図は、本発明の一実施例を示し、空孔の
充填過程を説明するための断面図、 第５図ないし第８図は、本発明の他の実施例を示し、同
様に空孔の充填過程を説明するための断面図、 第９図は、本発明の基板が適用可能な他の形態の記録ヘ
ッドを示す斜視図、 第10図（Ａ）および（Ｂ）は、従来の基板構成を示す各
々上面図および断面図である。 101……ヘッドの基板、 102……発熱抵抗体（電気熱変換体）、 103,104……電極、 105……支持体、 106……下部層、 107……発熱抵抗層、 108……第１の上部保護層、 109……第２の上部保護層、 110……第３の上部保護層、 112……欠陥部、 112A……空孔、 113……充填保護材、 114,115……レジスト、 116……SiO2層。
Claims (7)
- 【請求項１】基体支持体上に配設され、インクを吐出す
るために利用される熱エネルギーを発生する電気熱変換
体と、該電気熱変換体をインクから保護するため前記電
気熱変換体を被覆して積層される保護層と、を有するイ
ンクジェット記録ヘッド用基体の製造方法において、 前記保護層中に生じた空孔に保護材を充填する工程を有
することを特徴とするインクジェット記録ヘッド用基体
の製造方法。 - 【請求項２】前記充填は、前記保護材を組成するための
複数の物質を、前記空孔において反応させることにより
行うことを特徴とする請求項１に記載のインクジェット
記録ヘッド用基体の製造方法。 - 【請求項３】前記充填は、前記保護層の前記空孔の上に
前記保護材を成膜することによって行うことを特徴とす
る請求項１に記載のインクジェット記録ヘッド用基体の
製造方法。 - 【請求項４】前記充填を、前記保護層の前記空孔の上に
前記保護材を成膜することによって行い、当該成膜の
後、前記充填に関与する以外の前記保護材を前記空孔の
パターンに応じたエッチングによって除去することを特
徴とする請求項１に記載のインクジェット記録ヘッド用
基体の製造方法。 - 【請求項５】請求項１ないし４のいずれかの項に記載の
製造方法によって製造されたインクジェット記録ヘッド
用基体。 - 【請求項６】請求項５に記載の基体を用いて構成された
インクジェット記録ヘッド。 - 【請求項７】基体支持体上に配設され、インクを吐出す
るために利用される熱エネルギーを発生する電気熱変換
体と、該電気熱変換体をインクから保護するため前記電
気熱変換体を被覆して積層される保護層と、を有するイ
ンクジェット記録ヘッド用基体の製造方法において、 前記保護層中に混入した異物を除去する工程と、当該除
去によって生じた空孔に保護材を充填する工程とを有す
ることを特徴とするインクジェット記録ヘッド用基体の
製造方法。
Priority Applications (9)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4883889A JP2659238B2 (ja) | 1989-03-01 | 1989-03-01 | インクジェット記録ヘッド、該ヘッド用基体および該基体の製造方法 |
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