JP2815146B2 - インクジェット記録ヘッド用基体及びインクジェット記録ヘッド並びに該記録ヘッドを具備するインクジェット記録装置 - Google Patents

インクジェット記録ヘッド用基体及びインクジェット記録ヘッド並びに該記録ヘッドを具備するインクジェット記録装置

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JP2815146B2 JP63069680A JP6968088A JP2815146B2 JP 2815146 B2 JP2815146 B2 JP 2815146B2 JP 63069680 A JP63069680 A JP 63069680A JP 6968088 A JP6968088 A JP 6968088A JP 2815146 B2 JP2815146 B2 JP 2815146B2
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Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明はインクジェット記録ヘッド用基体及びインク
ジェット記録ヘッド並びに該記録ヘッドを具備するイン
クジェット記録装置に関する。
[従来の技術] インクジェット記録ヘッドの支持体として、従来か
ら、Si支持体、ガラス支持体、アルミナなどのセラミッ
ク支持体が用いられてきた。
[発明が解決しようとする課題] Si支持体は性能的には問題がないものの、例えばA3や
A4サイズの記録紙の一辺の長さに対応した記録ヘッドの
長尺化、大型化に対応したSiウエハが現状技術では製造
することが困難であり、また価格的に高価であるという
問題があった。ガラス支持体は熱伝導性が悪いために、
駆動周波数を高くすると蓄熱し、記録液から溶存泡が析
出し、その結果記録液を吐出するのが不可能になるとい
う問題が生ずる場合があった。セラミック支持体は、製
造プロセス上、表面欠陥(すなわち、目視検査や顕微鏡
検査では非常に発見しにくく成膜した後に欠陥上の膜が
脱落して初めて発見できるような数〜数十μmのピンホ
ール、突起などの表面欠陥)が発生しやすいため、発熱
抵抗層や電極、保護層の成膜時、不良が多くなってしま
うという問題点を有していた。特に保護層の場合にはピ
ンホール部分からインクが進入すると電気熱変換体の電
触を引き起こしてしまうことがある。そこでセラミック
支持体では表面粗度数十Å以下の鏡面を得るため、通常
その片主面上全体にグレーズ層を設けて使用されてい
る。しかしながら、グレーズ層は製造上40〜50μmの厚
さ以下には薄くすることができないため、ガラス支持体
と同じように蓄熱の問題を生ずる場合があった。
本発明は前述の問題点を解決するためになされたもの
であり、その目的は、良好な記録を実施するのに必要な
放熱性(記録に用いられなかった熱エネルギーによっ
て、液体が不要に加熱されて前記問題点を生じないよう
にするために行なう放熱)が確保されると共に、表面欠
陥の発生を極力少なくして成膜時の不良品の発生を抑制
でき、加えて、ヘッドの長尺化、大型化に対応できるイ
ンクジェット記録ヘッド用基体及びインクジェット記録
ヘッド並びに該記録ヘッドを具備するインクジェット記
録装置を提供することにある。
[課題を解決するための手段] 上記の目的は、 セラミック材料を用いて形成されている支持体と、該
支持体上に設けられ、発熱抵抗層と該発熱抵抗層に電気
的に接続された一対の電極とを有する電気熱変換体と、
該電気熱変換体上に設けられている保護層と、前記一対
の電極の間に形成される熱発生部を除いて、前記支持体
と前記電気熱変換体との間に設けられている溶融された
ガラス層と、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、及び このインクジェット記録ヘッド用基体と、凹部が設け
られている部材と、が接合されており、前記凹部により
インクを吐出する吐出口に連通するインク通路が形成さ
れていることを特徴とするインクジェット記録ヘッド、
並びに このインクジェット記録ヘッドを具備するインクジェ
ット記録装置により達成できる。
以下、図面を参照して本発明の実施態様例を詳細に説
明する。
第1図は本発明のインクジェット記録ヘッド用基体の
好ましい実施態様例の一つの特徴部分を示す模式的平面
図であり、第2図は第1図のA−A′での模式的断面図
である。このインクジェット記録ヘッド用基体では、支
持体1に、窓状に穴隙をもつグレーズ層2が積層されて
おり、蓄熱層3及び発熱抵抗層4は支持体1のグレーズ
層2のない部分(アングレーズ部)上に少なくとも配さ
れるように、積層されている。そして、発熱抵抗層4に
は電流を供給できるように一対の電極5が接続されてい
る。すなわち、このインクジェット記録ヘッド用基体で
は、アングレーズ部上の発熱抵抗層4が、インクを吐出
させるために利用される熱エネルギーを発生する部分で
ある熱発生部を形成している。
このようなインクジェット記録ヘッド用基体では、前
記熱発生部が形成されている部分Xの厚さ方向の熱伝導
については、例えば、材料(例えば、SiO2などの無機酸
化物)や厚さの選定によって所望の熱特性を選定できる
蓄熱層3によって適宜決定できる。このため、本実施態
様例によれば、該部分Xで良好な放熱性を確保でき、前
述したような蓄熱の問題が起こらない。しかも、グレー
ズ層2が支持体1の大部分を覆いその表面欠陥を埋め込
んでいるため、鏡面を得ることができる。このため、成
膜された膜にはほとんど欠陥が生ぜず、成膜時の不良が
極めて減少する。即ち、支持体1上に形成され、発熱抵
抗層と該発熱抵抗層に接続された一対の電極とを有する
電気熱変換体の熱発生部は、支持体全体の面積(或いは
少なくとも電気熱変換体が支持体上に設けられている部
分の面積)から見れば大きな領域を占めないので、支持
体の有する欠陥部位のために生ずる歩留りの低下は結果
的に激減させることができる。
第3図に本発明の他の実施態様例を示す。このインク
ジェット記録ヘッド用基体では、隣り合う発熱部間の電
極5をも含めて帯状にアングレース部Yが設けられてい
る。すなわち、電極5の一部の下方にもグレーズ層2が
積層されてないところがある。この場合、記録ヘッドの
製造のしやすさは向上する。これらの実施態様例は、上
記放熱性や平滑性に関する作用効果の要求程度と記録ヘ
ッドの製造のしやすさやコストとのかね合い等で、選定
されるべきものである。
本発明では、少なくとも発熱部が形成されている部分
Xにグレーズ層2が実質的に存在しなければ良いので、
発熱抵抗層4の大きさ、電極5と発熱抵抗層4との接続
状態、各部の材料等は特別に制限はなく従来より知られ
ているものを使用することで全くさしつかえない。例え
ば、発熱抵抗層4を発熱部が形成されている部分Xにほ
ぼ等しい大きさとすることもできる。ただし、従来技術
で挙げた問題点に鑑み、支持体の材料に好適なものとし
てAl2O3、SiC、AlN等のセラミック材料を挙げることが
できる。
また、本発明では、上述したように蓄熱層3があるこ
とが好ましいが、支持体の材質の特性等によっては、蓄
熱層3を省略することもできる。更に、本発明では、発
熱部が形成されているXの上面等には保護層が設けられ
ている。
本発明のインクジェット記録ヘッド用基体の製造に際
して、支持体1上に部分的にグレーズ層2を形成するに
は、スクリーン印刷による選択被覆法や、グレーズ層2
の被覆後に選択的エッチングを実施する方法などが利用
できる。蓄熱層3や発熱抵抗層4は公知法により成膜す
ればよい。蓄熱層3に関しては、支持体1上にグレーズ
層2を形成する前に該支持体1上に形成してもよい。即
ち、蓄熱層3は支持体1とグレーズ層2との間に設けら
れていてもよい。
本発明においてグレーズ層を形成するためには、従来
グレーズ層、すなわち溶融されたガラス層として広く用
いられてきた材料を用いることができる。その様なグレ
ーズ層の一般的な組成としては、例えば、次に記す通り
である。
SiO2 50〜68重量% BaO 5〜18重量% Al2O3 5〜13重量% その他 残 グレーズ層を形成するためのものとしてより一層具体
的には、次の記すものを挙げることができる。
GS−2,GS−3,GS−5(以下商品名、京セラ社製) GS−8,G−21,XG−903(以下商品名、日本特殊陶業社
製) HKG−1052(以下商品名、日立化成社製) なお、本発明のインクジェット記録ヘッドの一つの主
要部は、例えば第4図に示すような構造をしている。第
4図に示す記録ヘッドは、液体を吐出して液滴として飛
翔させるために設けられた吐出口6と、吐出口6に連通
する液路7と、液路7に設けられ,液体を吐出して液滴
として飛翔させるために利用されるエネルギーを発生す
る部分である熱発生部4aと、液路7に連通する液室8
と、該液室8に液体を供給するための供給口9と、を具
備している。
第4図に示したインクジェット記録ヘッドでは、吐出
口からイクが吐出する方向と液室から液路にインクが供
給される方向とがほぼ平行であるが、本発明に於いては
これに限定されるものではない。例えば、前記した二つ
の方向がほぼ直角であるタイプのインクジェット記録ヘ
ッドであっても構わない。
第5図は、前記本発明に係るインクジェット記録ヘッ
ドを搭載したインクジェット記録装置の模式的斜視図で
ある。第5図において、符号1000は装置本体、1100は電
源スイッチ、1200は操作パネルである。
[実施例] 実施例 第1図及び第2図に特徴部分が模式的に示され、第4
図に主要部が示される本発明の実施例に係るインクジェ
ット記録ヘッドを次のように作製した。
Al2O3支持体(京セラ社製アルミナスムース支持体A
−491(商品名)、35×37×厚さ0.635)上にスクリーン
印刷法で窓状に複数の穴があいたガラスペースト層(京
セラ社製GS−5(商品名))を形成し、乾燥後、1200℃
で焼成してグレーズ層2(厚さ:45μm)を形成した。
その上に、RFスパッタ法を利用して、SiO2の蓄熱層3
(厚さ:2.75μm)とHfB2の発熱抵抗層4(厚さ:1500
Å)を成膜した。次いで、電子ビーム蒸着法により、Al
の電極材料の層(厚さ:6000Å)を成膜した(第1工
程)。
フォトリソグラフィ技術で所定のパターンの電極5を
形成後、SiO2からなるインク保護膜(不図示)をRFスパ
ッタ法で成膜し、本実施例に係るインクジェット記録ヘ
ッド用基体10を作製した。
次いで、フォトレジストを用いて壁部材11を前記基体
上に設け、その上にフォトレジストを用いて、覆い部材
12を設けることにより、液路7及び液室8を有するイン
ク通路を作製した。最後に、基体10、壁部材11、及び覆
い部材12を含む平面に沿ってそれらの端部を切断して切
断面における液路7の開口部であるインクの吐出口6を
形成して第4図のようなインクジェット記録ヘッドを完
成させた(第2工程)。
比較例 支持体をガラス支持体、グレーズ層が片主面上全体に
形成されたアルミナ支持体、あるいはアルミナ支持体に
した以外は実施例と同様にしてインクジェット記録ヘッ
ドを作製した。
(評価) 実施例及び各比較例のインクジェット記録ヘッドの作
製途中(第1工程まで作製後)のインクジェット記録ヘ
ッド用基体をヘッドとは別に作製し、それらを各駆動周
波数で駆動して蓄熱と放熱とが平衡した際の駆動パルス
が印加されてないときの発熱部の表面の温度を測定し、
完成品たるインクジェット記録ヘッドの実質的な放熱性
を調べた。結果を第6図に示す。なお、駆動条件は次の
通りであった。
発熱部サイズ:20×100μm、駆動電圧:1.2Vth パルス
巾:10Et 第6図に示すように、本実施例に係るインクジェット
記録ヘッド用基体(1)では、ガラス支持体やグレーズ
層が片主面全体に形成されたアルミナ支持体を用いた比
較例のインクジェット記録ヘッド用基体(2)に比べ
て、放熱性は大幅に改善され、一般に最も良く使用され
る周波数領域0〜7,8KHz程度で、必要充分な放熱性を確
保できた。
表面欠陥の多少については、発熱抵抗層及び電極の成
膜後の不良品の発生割合を調べることにより、評価し
た。具体的には、発熱部を87有する基体を実施例、比較
例それぞれ100個用意し、断線または接続不良が一ケ所
でもある基体については不良品と判断した。
アルミナ支持体を用いた比較例のインクジェット記録
ヘッド用基体は、約80%の不良品が発生したが、本実施
例に係るインクジェット記録ヘッド用基体では約0.4%
に大幅に減少した。
[発明の効果] 以上詳細に説明したように、本発明によれば、印字品
質を保つために必要充分な放熱性を確保しつつ記録ヘッ
ドの長尺化、大型化にも対応できるインクジェット記録
ヘッド用基体及びインクジェット記録ヘッド並びに該記
録ヘッドを具備するインクジェット記録装置を提供する
ことができる。しかも、本発明によれば、電極や発熱抵
抗層等の成膜時の不良発生を押えることができ、支持体
にセラミック等を用いることができる上、保護層のピン
ホールを減少させ電気熱変換体の電蝕を抑えることもで
きるため歩留まりを極めて高くすることができるインク
ジェット記録ヘッド用基体及びインクジェット記録ヘッ
ド並びに該記録ヘッドを具備するインクジェット記録装
置を提供することができる。更に本発明によれば、グレ
ーズ層により鏡面が形成されているためにパータニング
時に位置合わせ用のマークを認識しやすく、位置合わせ
の精度も良くなるインクジェット記録ヘッド用基体及び
インクジェット記録ヘッド並びに該記録ヘッドを具備す
るインクジェット記録装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
第1図及び第3図は各々本発明のインクジェット記録ヘ
ッド用基体の実施態様例の一つを示す模式的平面図、第
2図は、第1図のインクジェット記録ヘッド用基体のA
−A′での模式的断面図、第4図は本発明のインクジェ
ット記録ヘッドの主要部の一例を示す模式的斜視図であ
る。第5図は、本発明に係るインクジェット記録ヘッド
を具備するインクジェット記録装置の模式的斜視図であ
る。第6図は、本発明の実施例のインクジェット記録ヘ
ッド用基体と比較例のインクジェット記録ヘッド用基体
とを用いて放熱性に関して実験を行った結果を示すグラ
フである。 1:支持体、2:グレーズ層 3:蓄熱層、4:発熱抵抗層 5:電極
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) B41J 2/05 B41J 2/16

Claims (29)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】セラミック材料を用いて形成されている支
    持体と、該支持体上に設けられ、発熱抵抗層と該発熱抵
    抗層に電気的に接続された一対の電極とを有する電気熱
    変換体と、該電気熱変換体上に設けられている保護層
    と、前記一対の電極の間に形成される熱発生部を除い
    て、前記支持体と前記電気熱変換体との間に設けられて
    いる溶融されたガラス層と、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。
  2. 【請求項2】前記セラミック材料がAl2O3、SiC、及びAl
    Nから選択される少なくとも一つである請求項1記載の
    基体。
  3. 【請求項3】前記溶融されたガラス層と前記電気熱変換
    体との間に蓄熱層が設けられている請求項1記載の基
    体。
  4. 【請求項4】前記蓄熱層が無機酸化物を用いて形成され
    ている請求項3記載の基体。
  5. 【請求項5】前記無機酸化物がSiO2である請求項4記載
    の基体。
  6. 【請求項6】前記溶融されたガラス層と前記支持体との
    間に蓄熱層が設けられている請求項1記載の基体。
  7. 【請求項7】前記蓄熱層が無機酸化物を用いて形成され
    ている請求項6記載の基体。
  8. 【請求項8】前記無機酸化物がSiO2である請求項7記載
    の基体。
  9. 【請求項9】前記保護層がSiO2を用いて形成されている
    請求項1記載の基体。
  10. 【請求項10】前記熱発生部が複数設けられており、該
    複数の熱発生部とそれらの間の部分とから形成される帯
    状の成分を除いて前記溶融されたガラス層が設けられて
    いる請求項1記載の基体。
  11. 【請求項11】セラミック材料を用いて形成されている
    支持体と、該支持体上に設けられ、発熱抵抗層と該発熱
    抵抗層に電気的に接続された一対の電極とを有する電気
    熱変換体と、該電気熱変換体上に設けられている保護層
    と、前記一対の電極の間に形成される熱発生部を除い
    て、前記支持体と前記電気熱変換体との間に設けられて
    いる溶融されたガラス層と、を有するインクジェット記
    録ヘッド用基体と、凹部が設けられている部材と、が接
    合されており、前記凹部によりインクを吐出する吐出口
    に連通するインク通路が形成されていることを特徴とす
    るインクジェット記録ヘッド。
  12. 【請求項12】前記セラミック材料がAl2O3、SiC、及び
    AlNから選択される少なくとも一つである請求項11記載
    のインクジェット記録ヘッド。
  13. 【請求項13】前記溶融されたガラス層と前記電気熱変
    換体との間に蓄熱層が設けられている請求項11記載のイ
    ンクジェット記録ヘッド。
  14. 【請求項14】前記蓄熱層が無機酸化物を用いて形成さ
    れている請求項13記載のインクジェット記録ヘッド。
  15. 【請求項15】前記無機酸化物がSiO2である請求項14記
    載のインクジェット記録ヘッド。
  16. 【請求項16】前記溶融されたガラス層と前記支持体と
    の間に蓄熱層が設けられている請求項11記載のインクジ
    ェット記録ヘッド。
  17. 【請求項17】前記蓄熱層が無機酸化物を用いて形成さ
    れている請求項16記載のインクジェット記録ヘッド。
  18. 【請求項18】前記無機酸化物がSiO2である請求項17記
    載のインクジェット記録ヘッド。
  19. 【請求項19】前記保護層がSiO2を用いて形成されてい
    る請求項11記載のインクジェット記録ヘッド。
  20. 【請求項20】前記熱発生部が複数設けられており、該
    複数の熱発生部とそれらの間の部分とから形成される帯
    状の成分を除いて前記溶融されたガラス層が設けられて
    いる請求項11記載のインクジェット記録ヘッド。
  21. 【請求項21】前記インク通路が液路を有する請求項11
    記載のインクジェット記録ヘッド。
  22. 【請求項22】前記インク通路が液室を有する請求項11
    記載のインクジェット記録ヘッド。
  23. 【請求項23】前記インク通路が複数の液路とそれらに
    連通する液室とを有する請求項11記載のインクジェット
    記録ヘッド。
  24. 【請求項24】前記吐出口が複数設けられている請求項
    11記載のインクジェット記録ヘッド。
  25. 【請求項25】前記凹部を有する部材が一部材として形
    成されている請求項11記載のインクジェット記録ヘッ
    ド。
  26. 【請求項26】前記凹部を有する部材が前記インク通路
    の壁を形成する壁部材と該壁部材を覆う覆い部材とを有
    している請求項11記載のインクジェット記録ヘッド。
  27. 【請求項27】前記凹部を有する部材が感光性材料を用
    いて形成されている請求項11記載のインクジェット記録
    ヘッド。
  28. 【請求項28】前記感光性材料が感光性樹脂である請求
    項27記載のインクジェット記録ヘッド。
  29. 【請求項29】請求項11に記載のインクジェット記録ヘ
    ッドを具備するインクジェット記録装置。
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