JP3366344B2 - インクジェットプリントヘッド - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、一般にサーマルインク
ジェットシステムに関し、特に、プリント用抵抗器やプ
リントヘッドの他の構成部品との通信を行う駆動回路
（ドライバ）を備えたインクジェットプリントヘッドに
関する。

【０００２】

【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】プリン
トシステムに対しては高効率及び高解像度が要求され
る。この要求を満たすため、迅速かつ効率的な手法でプ
リントを行うサーマルインクジェットカートリッジが開
発されてきている。これらのカートリッジは、多数の抵
抗を備えた基板と流体的に連絡するインクリザーバを備
えている。該抵抗の選択的な起動により、インクの熱励
振及びカートリッジからのインクの吐出が生じる。代表
的なサーマルインクジェットシステムについては、米国
特許第4,500,895号、第4,513,298号、第4,794,409号、
ヒューレット・パッカード・ジャーナル第36巻、NO.5
（1985年5月）、及び同第39巻、NO.4（1988年8月）に述
べられている。

【０００３】近年、サーマルインクジェットプリントシ
ステムのプリント解像度及び品質を高めるための調査研
究が行われてきている。プリント解像度は、カートリッ
ジ基板上に形成されるプリント抵抗の数に必然的に依存
する。現在の回路製造技術により、単一プリントヘッド
基板上に相当量の抵抗を設置することが可能である。し
かしながら、基板に設置される抵抗の数は、プリンタユ
ニット内の外部パルスドライバへカートリッジを電気的
に接続するために使用される導電性構成要素によって制
限される。詳細には、抵抗の数が多くなればなる程、そ
れに対応して、相互結合パッド、導線及びその類の数も
増やさなければならない。このため、製造／生産コスト
が増大し、また、製造プロセス中に不良品が発生する可
能性が高くなる。

【０００４】この問題を解決するために、抵抗を有する
プリントヘッド基板上にパルスドライバ（例えば、ＭＯ
Ｓ電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ））を直接形成
するサーマルインクジェットプリントヘツドが開発され
た。これについては米国特許第4,719,477号に記述され
ている。この手法でのプリントヘッド基板上へのドライ
バの形成は、カートリッジをプリンタユニットへ電気的
に接続するために必要な相互接続用構成要素の数を削減
するものとなる。その結果として、生産効率及び操作効
率が改善される。

【０００５】共通の基板上へのドライバ及びプリント抵
抗の一体化はまた、ドライブトランジスタが抵抗及びプ
リントシステムの他の部分と通信することができるよう
特殊な多層接続回路を必要とする。典型的には、該接続
回路は、従来の回路製造技術を用いて形成される複数の
別個の導電層を伴うものとなる。しかしながら、この手
順は、結果的に生産コストを増大させ、また製造効率を
低下させるものとなる。本発明は、ドライブトランジス
タとプリント抵抗及び他の必要な構成部品とを電気的に
接続するための独特な導電システムを包含する。本発明
は、最低数の導電層を使用する。それらの導電層は生産
工程数を減らすために特別な方法で配列される。その結
果出来上がった製品は高効率で動作し、従来の生産手法
に比べて経済的に製造される。

【０００６】

【発明の目的】本発明の目的は、改良された設計による
サーマルインクジェットプリントヘッドを提供すること
である。

【０００７】本発明の別の目的は、最小数の処理工程を
用いて容易に生産されるサーマルインクジェットプリン
トヘッドを提供することである。

【０００８】本発明の別の目的は、最小数の動作構成部
品を使用するサーマルインクジェットプリントヘッドを
提供することである。

【０００９】本発明の別の目的は、インクカートリッジ
をプリンタへ接続するために使用される相互接続用の構
成部品の量及び複雑さが低減されたサーマルインクジェ
ットプリントヘッドを提供することである。

【００１０】本発明のさらに別の目的は、ドライバ及び
加熱抵抗が上部に一体的に形成された基板を用いるサー
マルインクジェットプリントヘッドを提供することであ
る。

【００１１】本発明のさらに別の目的は、プリントヘッ
ドのドライバ及び加熱抵抗（両者とも共通の基板上に形
成されている）を電気的に接続するための特殊な導電シ
ステムを使用するサーマルインクジェットプリントヘッ
ドを提供することである。

【００１２】

【発明の概要】本発明は、最小数の処理工程を用いて容
易に製造され、そして効率的に動作するインクジェット
プリントヘッドを含む。特に、プリントヘッドは、加熱
抵抗及びパルスドライバ（例えば、ＭＯＳＦＥＴトラン
ジスタ）が上部に一体的に形成された基板を含むものと
なる。各抵抗は、基板上へ抵抗材料の層を付与すること
により作り出される。該抵抗材料の層は、多結晶質シリ
コン、タンタルとアルミニウムとの同時スパッタ混合、
及びタンタル窒化物から成るグループから選択された組
成物から構成することが望ましい。該抵抗材料の層は、
ドライブトランジスタの電気的接触領域（例えば、ＭＯ
ＳＦＥＴのソース、ゲート、及びドレイン）と直接物理
的に接触するよう付与される。また、導電材料の層（例
えば、アルミニウム、金、または銅）は、抵抗材料の覆
われた部分と該抵抗材料のむき出しの部分とを形成する
ために該抵抗材料の層の選択された部分上に配置され
る。むき出しの部分は最終的にはプリントヘッドの加熱
抵抗として機能する。また、覆われた部分は、トランジ
スタの電気的接触領域とプリントシステム内の他の構成
要素（例えば加熱抵抗）との間の連続する導電結合を形
成するために使用される。従って、抵抗材料の層は、二
つの機能を有し、即ち、(1)システム内の加熱抵抗、及
び(2)ドライブトランジスタへの直接的な導電経路とし
て働くものとなる。これは大きな進歩であり、これらの
機能を実施するために多数の層を使用する必要性を実質
的になくすものとなる。

【００１３】次いで、保護材料の選択された部分が、抵
抗材料の覆われている部分及びむき出しの部分へ与えら
れる。その後、複数の開口部を有するオリフィスプレー
トが前記保護材料上に配置される。前記開口部の下方に
おいて、該保護材料の一部が除去されてインク受け入れ
キャビティが形成される。該キャビティの各々の下方に
は、上述のようにして形成された加熱抵抗が１つずつ位
置する。各抵抗をそれに関連するドライブトランジスタ
により起動することにより、該抵抗がその上方のキャビ
ティを加熱し、これにより、該キャビティからインクが
放出される。

【００１４】

【実施例】本発明は、駆動（ドライバ）回路及び加熱抵
抗を備えた特殊なサーマルインクジェットプリントヘッ
ドを含む。かかる構成部品は、本明細書に記述されるよ
うな独特な方法で互いに電気的に接続される。図１及び
図２には、本発明のプリントヘツドを使用するのに好適
なサーマルインクジェットカートリッジが示されてい
る。しかしながら、本発明は、他の型式のサーマルイン
クジェットプリントシステムにも適用可能なものであ
り、図１及び図２のカートリッジへの使用に制限される
べきではない。

【００１５】図１において、カートリッジ10は、浅い凹
部14を有する外表面13を有する受け板12を備えている。
基板16は、その凹部14内に固定される。図１に概略的に
図示され、米国特許第4,719,477号に示されるように、
基板16は、パルスドライバ17及び加熱抵抗19の両方を包
含するよう構成される。該基板16上にオリフィスプレー
ト20が配置され、該オリフィスプレート20を通ってイン
クが最終的に吐出される。カートリッジ10は、可撓性ブ
ラダー（bladder：袋、嚢）ユニット22という形のイン
ク貯蔵手段を備えており、該可撓性ブラダーユニット22
は前記受け板12の内側面23に固定される。該ブラダーユ
ニット22は、保護カバー部材24内に配置され、該保護カ
バー部材24は、受け板12へしっかり取付けられる。従っ
て、該受け板12及びカバー部材24が互いに組み合わされ
て、ブラダーユニット22を内部に保持するよう設計され
たハウジング25が形成される。流出口26は、受け板12に
形成され、ブラダーユニット22の内部と連絡している。
動作時には、インクは、ブラダーユニット22から流出口
26を通って流れる。その後、インクはチャンネル28を通
って流れ、次いで基板16を介して開口部32内へと通過す
る。カートリッジ10に関するさらに詳しい構造及び動作
の詳細については、米国特許第4,500,895号及び米国特
許第4,719,477号に述べられている。カートリッジ10
は、ヒューレット・パッカード社によりTHINKJETという
商標で現在製造され販売されている。

【００１６】図２は、本発明を使用することが可能な別
のカートリッジ36を示している。カートリッジ36は、図
示されるように、底部に開口部40を有するリザーバ38を
備えている。また、多孔性のスポンジ状部材44という形
のインク保持手段を受容するよう大きさに形成された下
方部分42も備えている。前記リザーバ38及び下方部分42
が互いに結合されて、前記スポンジ状部材44が内部に配
置されるハウジング49が形成される。リザーバ38からの
インクは、開口部40を通って多孔性のスポンジ状部材44
内へと流れる。その後、プリンタの動作中に、インクが
スポンジ状部材44から下方部分42の流出口50を通って流
れる。次いで、インクは、米国特許第4,719,477号に示
されるようにドライバ及び加熱抵抗（示されていない）
を備えることが可能な基板59の開口部58を通過する。カ
ートリッジ36は更に、プリンタの動作中にインクが通過
するオリフィスプレート60を備えている。カートリッジ
36に関する詳細及び動作特性については、米国特許第4,
794,409号に記述されている。カートリッジ36は、ヒュ
ーレットパッカード社によりDESKJETという商標で現在
製造され販売されている。更に、サーマルインクジェッ
トシステムに関する全体的な構造及び動作については、
ヒューレットパッカードジャーナル第36巻、No．5（198
5年5月）、及び第39巻、No．4（1988年8月）に記述され
ている。

【００１７】前述のように、プリント解像度の改善は、
サーマルインクジェットプリントシステム設計における
重要な目的となる。通常、該目的は、使用する抵抗の数
を増やすことにより達成される。現在の回路製造技術に
より、相当な量の抵抗をプリンタ基板上に作製すること
が可能である。しかしながら、上述のように、該抵抗を
プリンタユニットのパルスドライバへ接続するために使
用される導電性接続回路に関して物理的限界が存在す
る。この問題を解決するため、米国特許第4,719,477号
に記述されているように、基板上にパルスドライバの構
成要素（例えば、ＭＯＳＦＥＴトランジスタ）を直接備
えたサーマルインクジェットプリントヘッドが開発され
た。この開発により、カートリッジ動作のために必要な
接続用の構成部品の数が大幅に削減された。しかしなが
ら、共通の基板上に加熱抵抗及びＭＯＳＦＥＴドライブ
トランジスタの両方を作製するために、基板上に更なる
導電層を設けてトランジスタを抵抗その他の構成要素に
電気的に接続することができるようにする必要性が生じ
た。かかる追加の導電層に起因して、生産コスト及び材
料コストが増大することとなった。本発明は、かかる問
題を解決するために、抵抗、トランジスタ、及びその他
のシステムの構成部品を接続するための特別な回路構成
を含んでいる。そして極めて効率的な方法でこれらの問
題を回避する。

【００１８】図３ないし図１１は、本発明によるプリン
トヘッドの製造工程を示す図であり、パルスドライブト
ランジスタの電気的接触領域を加熱抵抗その他のプリン
タ構成要素に電気的に接続するために必要な処理ステッ
プを示している。本明細書内で使用される「電気的接触
領域」という用語は、ＭＯＳＦＥＴトランジスタのソー
ス、ゲート、及びドレイン、またはバイポーラトランジ
スタのベース、コレクタ、及びエミッタを表すものであ
る。

【００１９】図３において、基板70は、Ｐ形の単結晶質
シリコンで作製された下方部分71を有している。該下方
部分71は、約0.48〜0.53mm（19〜21ミル）（約0.50mm(2
0ミル)が最適値）の厚さを有していることが好ましい。

【００２０】基板70はさらに、熱酸化により形成された
二酸化シリコンの上部層72を備えている。代替的には、
該上部層72は、米国特許第4,513,298号に示されるよう
に、所望の厚さのシリコン二酸化物が形成されるまで下
方層71を温度約300〜400℃でシラン、酸素、及びアルゴ
ンの雰囲気中で加熱することにより、形成することが可
能である。熱酸化過程や他の基本的な層形成技術、即ち
化学的蒸着（ＣＶＤ）、プラズマ化学的蒸着（ＰＥＣＶ
Ｄ）、低圧化学的蒸着（ＬＰＣＤＶ）、及び層の画定の
ために使用されるマスキング／イメージングプロセスに
ついては、Elliott,D.J.著の「Integration Circuit Fa
brication Technology」（1982年、ニューヨークのMcGr
aw−Hill Book社より発行）と題される書物中で記述さ
れている（ISBN No.0-07-019238-3）。

【００２１】上方層72は、約10,000〜24,000オングスト
ローム（17,000オングストロームが最適値）の厚さを有
することが望ましい。本用途のためには、基板70は、下
方部分71及び上方層72の両方を備えるよう構成される。
好適実施例では、上方層72はまた、薄い誘電体層（図示
せず）を備えることも可能である。この目的のための模
範的な材料には、厚さが約3500〜4500オングストローム
（4000オングストロームが最適値）のＣＶＤにより蒸着
されたシリコン二酸化物が含まれる。代替的な実施例で
は、厚さ約800〜1200オングストロームの窒化ケイ素を
使用することが可能である。この場合も、基板70は、上
述の誘電層を含むよう構成することが可能である。

【００２２】基板70上には、複数のドライブトランジス
タ（例えばＭＯＳＦＥＴタイプのもの）が一体的に形成
される。そのうちの１つを図３に符号74で概略的に示
す。基本的に、トランジスタ74は、ＭＯＳＦＥＴシリコ
ンゲートの変種（variety）であり、ソース拡散76、ゲ
ート78、及びドレイン拡散79を有しており、これらの全
てが電気的接触領域を定め、該電気的接触領域に対して
様々な構成要素（例えば抵抗）及び電気回路が以下で詳
述するように本発明を用いて接続される。ＭＯＳＦＥＴ
トランジスタを含む形成技術は、当業界で周知のもので
あり、1960年初期に遡る。ＭＯＳＦＥＴトランジスタの
形成については、Appels,J.A.等による「Local Oxidati
on of Silicon;New Technological Aspects」(Philips
Resarch Reports第26巻、No.3、157-165ページ（1971年6
月)）、Kooi,E.等による「Locos Devices」(Philips Re
sarch Reports第26巻、No.3、166-180ページ(1971年6
月）、及び米国特許第4,510,670号に記述されている。

【００２３】次に、図４に示すように、電気的抵抗材料
の層80が、基板70の上方層72の上部に直接作製される。
該層80は、第一端84及び第二端86を有する第一部分82を
備えている。該第一部分82は、連続したものであり、端
84から端86までとぎれることはない。更に、図示のよう
に、第一端84は、トランジスタ74のドレイン拡散79に物
理的に直接接触する。その間には如何なる材料層も介在
していない。この直接的な接続は重要であり、従来のシ
ステムとは大幅に異なるものである。

【００２４】層80はまた、トランジスタ74のゲート78と
直接に電気的／物理的に接触する状態で配置された第二
部分90を備えており、該層80の前記第一部分82とは電気
的に分離されている。更に、図４に示す層80は、トラン
ジスタ74のソース拡散76と電気的に連絡する第三部分92
を備えている。前記第一部分82、第二部分90、及び第三
部分92の最終的な機能について以下で説明する。

【００２５】一実施例では、層80の形成に使用される抵
抗材料は、アルミニウム及びタンタルの混合物で製造さ
れる。同様に、タンタル窒化物を使用することが可能で
あるが、タンタル及びアルミニウムの混合物を使用する
ことが好ましい。該混合物は、抵抗材料として当業界で
知られるものであり、両方の材料の同時スパッタリング
（異なるプロセスを伴う複数材料の合金化とは対照的な
もの）により形成される。特に、最終的な混合物は、基
本的に約60〜40原子(at.)％タンタル(50 at.％が最適
値）、及び約40〜60 at.％アルミニウム(50 at.％が最
適値）から成る。これは、トランジスタ74内のシリコン
組成物に対してオーミック及び冶金学的に互換性のある
接点材料として特に効果的なものとなる。

【００２６】代替的な実施例では、層80は、燐酸がドー
プされた多結晶質シリコンから構成することが可能であ
る。該材料については米国特許第4,513,298号に記述さ
れている。更に、該材料の形成は、当業界で周知の酸化
マスキング及び拡散技術を用いて達成される。更に、効
果的な抵抗材料としての機能に加えて、多結晶質シリコ
ンは、粗いが均一な表面を有している。（製造プロセス
中に容易に反復することが可能な）この種の表面は、そ
の上でのインク泡核形成（バブル形成）の促進のために
理想的なものである。更に、多結晶質シリコンは、高温
で高度に安定しており、他の抵抗材料に特有な酸化問題
を回避するものとなる。該多結晶質シリコンは、米国特
許第4,513,298号で議論されているように、アルゴンに
より希釈された選択されたシリコン組成物（例えばシラ
ン）の分解の結果として生じるシリコンのLPCVD蒸着に
よって好適に与えられる。この分解を実施するための典
型的な温度範囲は約摂氏600〜650度であり、また典型的
な蒸着速度は約１ミクロン／分である。また、ドーピン
グは、半導体ドーピングに関連する当業界で周知の酸化
マスキング及び拡散技術を用いて実施される。これらに
ついては、米国特許第4,513,298号に示されている。

【００２７】一般に、層80は、該層80がタンタルとアル
ミニウムから製造される場合には、約770〜890オングス
トロームの均一の厚さ(830オングストロームが最適値）
で付与される。また、多結晶質シリコンを使用する場合
には、層80は、約3000〜5000オングストロームの厚さ(4
000オンングストロームが最適値）で付与される。

【００２８】ここで図５を参照する。次いで導電層100
が、抵抗材料層80の選択された部分に直接付与される。
好適実施例では、該導電層は、アルミニウム、銅、また
は金から構成することが可能であるが、アルミニウムか
ら構成することが好ましい。更に、該導電層100を形成
するために使用される金属は、随意選択的にドープする
こと、又は、銅及び／又は珪素を含む他の材料と組み合
わせることが可能である。アルミニウムが使用される場
合には、電子移動に関する問題を調整するために銅を利
用し、一方、アルミニウムと他のシリコン含有層との間
の副反応を防ぐために珪素が利用される。該導電層100
を作製するために使用される模範的かつ好ましい材料
は、重量比約95.5％のアルミニウム、重量比約3.0％の
銅、及び重量比約1.5％の珪素から成る。但し、本発明
は該特定の割合に制限されるものではない。一般に、導
電層100は、約4000〜6000オングストローム（5000オン
グストロームが最適値）の均一の厚さを有するものとな
り、従来のスパッタリングまたは蒸着技術を用いて付与
される。

【００２９】図５に示すように、導電層100は、抵抗材
料の層80の全ての部分を完全に覆ってはいない。詳細に
は、第一部分82の一部のみが覆われている。第二部分90
及び第三部分92は、後述するように全体的に覆われてい
る。層80は、基本的には、むき出しの（露出）部分102
と覆われた部分104,106,107,108とに分割される。むき
出しの部分102は、カートリッジ動作中にインク泡核形
成を最終的に引き起こす加熱抵抗として機能する。ま
た、覆われた部分104は、抵抗109とトランジスタ74のド
レイン拡散79との間の直接導電ブリッジとして働き、そ
れらの構成部品が互いに電気的に連絡することを可能に
する。更に、この特定の層構成によって、生産効率及び
経済性の独特かつ大幅な向上が提供される。

【００３０】技術的見地からすれば、抵抗材料層80上に
おける導電層100の存在は、（該導電層により被覆され
ている）抵抗材料が大量の熱を生成する能力を低下させ
るものとなる。特に、最も抵抗の小さい経路を介して流
れる電流が導電層100に拘束され、その結果として最小
熱エネルギが生成されることになる。従って、層80は、
むき出し部分102においてのみ抵抗として機能する。覆
われた部分106,107,108の機能については以下で説明す
ることとする。

【００３１】次に、図９に示すように、保護材料の部分
120は、以下で詳述するように、下方に位置する導電材
料層の上部に配置される。保護材料の部分120は、本実
施例では、４つの主な層を備えている。詳細には、図６
に示すように、第一のパシベーション層122が提供さ
れ、これは、珪素窒化物から構成されることが好ましい
ものである。該パシベーション層122は、圧力約２ト
ル、及び温度摂氏約300〜400度でアンモニアと混合され
たシランの分解から結果的に生じる珪素窒化物のＰＥＣ
ＶＤによって付与される。図示のように、パシベーショ
ン層122は、抵抗109及びトランジストタ74を覆う。該パ
シベーション層122の主な機能は、カートリッジ内で使
用されるインクによる腐食作用から抵抗109（及び上述
の他の構成要素）を保護することである。これは抵抗10
9に関して特に重要なことである。なぜなら、抵抗109に
対するあらゆる物理的損傷は、該抵抗109の基本的な動
作能力を著しく低下させるものとなるからである。パシ
ベーション層122は、厚さ約4000〜6000オングストロー
ム（5000オングストロームが最適値）であることが好ま
しい。

【００３２】図７において、保護材料の部分120はま
た、炭化ケイ素で製造されることが好ましい第二のパシ
ベーション層123も含む。好適実施例では、該層123は、
温度約摂氏300−450度でシラン及びメタンを用いたＰＥ
ＣＶＤにより形成される。該層123は、第一のパシベー
ション層122を図示のように覆い、抵抗109及び上述の他
の構成部分を腐食による損傷から保護するよう設計され
る。

【００３３】ここで図８を参照する。保護材料の部分12
0は更に、導電性キャビテーション層124を含む。該層12
4は、図示のように回路の種々の領域に選択的に付与さ
れる。しかしながら、キャビテーション層124の主たる
使用は、抵抗109を覆う第二パシベーション層123上に対
するものである。該キャビテーション層124の目的は、
抵抗109及び誘電パシベーション薄膜に対する機械的損
傷をなくしまたは最小限にすることにある。好適実施例
では、キャビテーション層124は、タンタルから構成さ
れるが、タングステン又はモリブデンを使用することも
可能である。キャビテーション層124は、従来のスパッ
タリング技術により付与されることが好ましく、通常は
約5500〜6500オングストローム（6000オングストローム
が最適値）の厚さを有するものとなる。

【００３４】最後に、図９に示すように、保護材料の部
分120は、インクバリア層130を含み、該インクバリア層
130は、抵抗109の両側において、キャビテーション層12
4及び第二のパシベーション層123上に選択的に付与され
る。

【００３５】該インクバリヤ層130は、インクの腐食作
用に対して十分に不活性である有機重合体プラスチック
から作製されることが好ましい。この目的に適した模範
的なプラスチック重合体として、デュポン社により、VA
CREL及びRISTONという名称で販売されている製品が挙げ
られる。これらの製品は、実際にポリメチルメタクリレ
ートから構成され、従来の積層技術によりキャビテーシ
ョン層124に対して付与される。好適実施例では、イン
クバリヤ層130は、約200,000〜300,000オングストロー
ム（254,000オングストロームが最適値）の厚さを有す
るものとなる。これは、バブル核形成(bubble nucleati
on)中にインクバブルの両充填及び崩壊を制御するよう
設計され、またシステム内の隣接する抵抗間のクロスト
ークを最小限にする。更に、上記で挙げた材料は、摂氏
300度もの高温に耐えることができ、また以下で説明す
るように所定位置にプリントヘッドのオリフィスプレー
トを保持するための良好な粘着特性を有するものであ
る。

【００３６】最後に、図１０に示すように、当業界で既
知のオリフィスプレート140がバリヤ層130の表面に付与
される。該オリフィスプレート140は、インク滴の体積
及び方向の両方を制御するものとなり、ニッケルで製造
されることが好ましい。該オリフィスプレート140はま
た複数の開口部を有しており、その各開口部は、システ
ム内の少なくとも１つの抵抗に対応している。図１０に
概略的に示すオリフィスプレート140は、抵抗109の真上
に位置すると共に該抵抗109と位置合わせされた開口部1
42を有している。更に、該抵抗109の真上に位置するバ
リヤ層130の一部が、製造プロセス中に従来の態様で除
去され又は選択的に形成されて、カートリッジ内のイン
ク源（例えば上述のブラダーユニットまたはスポンジ状
の部材）からのインクを受容するよう設計された開口部
またはキャビティが形成される。従って、抵抗109の起
動により、層122,123,124を通るキャビティ150内のイン
クに熱が与えられ、その結果としてバブル核形成が生じ
ることになる。

【００３７】抵抗109はまた、プリンタユニット（図示
せず）内に外部的に配置された図１１に概略的に示すド
レイン電圧源160と電気的に連絡している。導電性キャ
ビテーション層124と物理的に直接接触している層80の
覆われた部分106を介して連絡が行われる。キャビテー
ション層124は、約4000〜6000オングストローム（5000
オングストロームが最適値）の厚さでスパッタリングに
より付与された導電性金属（例えば金）の外部接触層16
2と連絡している。外部接地164へのトランジスタ74のソ
ース拡張76の接続についても同一の構成が存在する。接
続は、層80の覆われた部分108を介して実施される。覆
われた部分108は、キャビテーション層124及び層162に
関連して上述したものと同一のタイプの外部接触層169
を介して、接地164と電気的に連絡する。最後に、外部
導線170は、図示のように、パシベーション層122,123を
通ってトランジスタ74のゲート78へ直接接続される。該
導線170は、層80の覆われた部分107に特に接続される。

【００３８】

【発明の効果】上述のように、本発明は、サーマルイン
クジェットプリントヘッドの設計及び製造上の改良を表
わしている。抵抗の構造とトランジスタの相互接続との
両方の目的のために抵抗材料層を使用することにより、
多層構造は不要となり、従来のより複雑なシステムと比
較して、多くの大きな利点が提供される。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は本発明によるプリントヘッドを使用でき
るインクジェットカートリッジの一部分解斜視図であ
る。

【図２】図２は本発明によるプリントヘッドを使用でき
る他のインクジェットカートリッジの一部分解斜視図で
ある。

【図３】図３は本発明によるプリントヘッドの製造方法
の工程を示した図である。

【図４】図４は本発明によるプリントヘッドの製造方法
の工程を示した図である。

【図５】図５は本発明によるプリントヘッドの製造方法
の工程を示した図である。

【図６】図６は本発明によるプリントヘッドの製造方法
の工程を示した図である。

【図７】図７は本発明によるプリントヘッドの製造方法
の工程を示した図である。

【図８】図８は本発明によるプリントヘッドの製造方法
の工程を示した図である。

【図９】図９は本発明によるプリントヘッドの製造方法
の工程を示した図である。

【図１０】図１０は本発明によるプリントヘッドの製造
方法の工程を示した図である。

【図１１】図１１は本発明によるプリントヘッドの断面
図である。

【符号の説明】

10 カートリッジ 12 受け板 14 凹部 16 基板 17 パルスドライバ回路 20,60 オリフィス板 22,38 インク貯蔵部 25 ハウジング 32，40 開口部 44 スポンジ 70 基板 71 下部層 72 上部層 74 ドライブトランジスタ 76 ソース 78 ゲート 79 ドレイン 80 抵抗物質層 100 導電層 122，123 パシベーション層 124 キャビテーション層 130 インク障壁層 140 オリフィス板 150 キャビティ 160 電源 164 接地

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 デュアン・エイ・ファセン アメリカ合衆国コロラド州 ラブランド グレンドベイ・ドライブ 2820 (56)参考文献 特開 昭61−29551（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−236758（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−198881（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B41J 2/16

Claims (10)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】基板と、 前記基板上に形成され、複数の電気的接触領域を有す
   る、少なくとも１つのドライブトランジスタと、 前記基板上に形成され、前記ドライブトランジスタの前
   記複数の電気的接触領域と物理的に直接接触しており、
   多結晶シリコンからなる、抵抗材料層と、 該抵抗材料層の一部に直接形成された導電材料層であっ
   て、前記抵抗材料層が少なくとも１つの非被覆部分を有
   しており、該非被覆部分には前記導電材料層が存在せ
   ず、該非被覆部分が加熱抵抗として機能し、前記抵抗材
   料層が前記ドライブトランジスタの前記複数の電気的接
   触領域において前記導電材料層で被覆されており、該導
   電材料層が少なくとも１つの金属からなる、導電材料層
   と、 前記加熱抵抗上に配置された保護材料部分と、 少なくとも１つの貫通する開口を有するプレート部材で
   あって、前記保護材料部分に固定され、該保護材料部分
   が、その下方にインク受容キャビティを形成するために
   前記プレート部材を通る前記開口の真下で除去された部
   分を有しており、前記加熱抵抗が前記インク受容キャビ
   ティに熱を与えるために該インク受容キャビティと位置
   合わせされて該インク受容キャビティの下方に配置され
   ている、プレート部材とを備えている、サーマルインク
   ジェットプリントヘッド構造体。
2. 【請求項２】前記導電材料層が、アルミニウム、銅、及
   び金からなるグループから選択された金属からなる、請
   求項１に記載のサーマルインクジェットプリントヘッド
   構造体。
3. 【請求項３】前記保護材料部分が、 前記抵抗上に配置され、窒化ケイ素からなる、第１のパ
   シベーション層と、 該第１のパシベーション層上に配置され、炭化ケイ素か
   らなる、第２のパシベーション層と、 該第２のパシベーション層上に配置され、タンタル、タ
   ングステン、及びモリブデンからなるグループから選択
   された金属からなる、キャビテーション層と、 該キャビテーション層上に配置され、プラスチック材料
   からなり、前記プレート部材が固定される、インクバリ
   ア層とから構成される、請求項１に記載のサーマルイン
   クジェットプリントヘッド構造体。
4. 【請求項４】前記プレート部材が、前記インクバリア層
   に固定され、該インクバリア層が、その下方にインク受
   容キャビティを形成するために前記プレート部材を通る
   前記開口の真下で除去された部分を有している、請求項
   ３に記載のサーマルインクジェットプリントヘッド構造
   体。
5. 【請求項５】少なくとも１つの流出口を有するハウジン
   グと、 液体インク供給源を保持するための前記ハウジング内の
   格納手段とを更に備え、 前記流出口を介して前記格納手段と流体的に連絡する、
   請求項１に記載のサーマルインクジェットプリントヘッ
   ド構造体。
6. 【請求項６】サーマルインクジェットプリントヘッド構
   造体の製造方法であって、 複数の電気的接触領域を有する少なくとも１つのドライ
   ブトランジスタが上部に配設された基板を設け、 該基板上及び前記ドライブトランジスタの前記複数の電
   気的接触領域上に多結晶シリコンからなる抵抗材料層を
   形成し、 該抵抗材料層上に導電材料層を直接形成し、前記抵抗材
   料層が少なくとも１つの非被覆部分を有しており、該非
   被覆部分には前記導電材料層が存在せず、該導電材料層
   が前記ドライブトランジスタの前記複数の電気的接触領
   域上で前記抵抗材料層を被覆し、前記非被覆部分が加熱
   抵抗として機能し、前記導電材料層が少なくとも１つの
   金属からなり、 前記加熱抵抗上に保護材料部分を形成し、 少なくとも１つの貫通する開口を有するプレート部材を
   前記保護材料部分の補助部分に固定し、該保護材料部分
   が、その下方にインク受容キャビティを形成するために
   前記プレート部材を通る前記開口の真下で除去された部
   分を有しており、前記加熱抵抗が、前記インク受容キャ
   ビティに熱を与えるために該インク受容キャビティと位
   置合わせされて該インク受容キャビティの下方に配置さ
   れる、 という各ステップを有する、サーマルインクジェットプ
   リントヘッド構造体の製造方法。
7. 【請求項７】前記導電材料層が、アルミニウム、銅、及
   び金からなるグループから選択された金属からなる、請
   求項６に記載のサーマルインクジェットプリントヘッド
   構造体の製造方法。
8. 【請求項８】前記保護材料部分を形成するステップが、 窒化ケイ素からなる第１のパシベーション層を前記抵抗
   上に形成し、 炭化ケイ素からなる第２のパシベーション層を前記第１
   のパシベーション層上に形成し、 タンタル、タングステン、及びモリブデンからなるグル
   ープから選択された金属からなるキャビテーション層を
   前記第２のパシベーション層上に形成し、 プラスチック材料からなるインクバリア層を前記キャビ
   テーション層上に形成し、前記プレート部材が該インク
   バリア層に固定される、 という各ステップからなる、請求項６に記載のサーマル
   インクジェットプリントヘッド構造体の製造方法。
9. 【請求項９】前記プレート部材を前記インクバリア層に
   固定し、該インクバリア層が、その下方にインク受容キ
   ャビティを形成するために前記プレート部材を通る前記
   開口の真下で除去された部分を有している、請求項８に
   記載のサーマルインクジェットプリントヘッド構造体の
   製造方法。
10. 【請求項１０】液体インク供給源を保持するための格納
    手段を内部に備えると共に少なくとも１つの流出口を有
    するハウジングを設け、 前記インク受容キャビティが前記流出口を介して前記格
    納手段と流体的に連絡した状態になるよう前記基板を前
    記ハウジングに対して所定位置で固定する、 という各ステップを更に有する、請求項６に記載のサー
    マルインクジェットプリントヘッド構造体の製造方法。