JP3397476B2 - インクジェット記録ヘッドの形成方法 - Google Patents

インクジェット記録ヘッドの形成方法

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、熱エネルギーを利
用して液体を噴射して記録を行うインクジェット記録ヘ
ドの形成方法に関する。
【0002】
【従来の技術】熱エネルギーを利用して液体を過熱・沸
騰させ、液適を噴射(吐出)して記録を行うインクジェ
ット記録手段は、高解像、高速印字が可能で、記録品位
も高く、低騒音であり、しかも、カラー画像記録が容易
に行え、普通紙等にも記録でき、さらに記録ヘッド装置
全体の小型化が容易であるといった優れた特徴をもって
いる。この方式のインクジェット記録手段においては、
液体を過熱する発熱体の表面状態がプリンタの性能に対
して大きな影響を与えるので、従来から様々な工夫がな
されてきた。特開昭56−10471号においては、発
熱体の表面を粗(JIS粗さ0.05S〜2S)にする
ことによって表面上の凹凸に気泡核を形成し、より低温
で沸騰を起こさせることにより、低エネルギー消費量で
記録を行うことのできる構成が開示されている。特開昭
56−19771号においては、その表面を粗(JIS
粗さ0.05S〜2S)にした発熱体を用いて、良好な
記録を行うためのエネルギーレベルの設定方法が開示さ
れている。特開昭62−201254号においては、発
熱体の表面を粗とするとともにその発熱量を端部より中
央部を大とすることによって、諧調制御可能な構成が開
示されている。
【0003】また、発熱抵抗体の表面状態は、発熱体の
表面状態によって左右されるので、基板に対しても工夫
がなされてきた。特開昭56−10470号において
は、発熱体の表面を粗(JIS粗さ0.1S〜5S)に
することによって、その表面に凹凸を生じさせ、特開昭
56−10471と同様の効果を実現する構成が開示さ
れている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来方
法の発熱体表面に対する凹部の形成方法では、沸騰開始
再現性の高い発泡部を発熱体の基板表面に均一に分布さ
せることができず、したがってその表面状態が発熱体を
形成したそれぞれの基板ごとに異なることとなり、性能
にばらつきが生じるという問題があった。また、その発
熱体表面に沸騰の開始を安定して行える気泡の発泡点を
形成することができないため、沸騰開始状態が不安定と
なって、液滴の吐出を安定して行うことができず印字品
位を劣化させるという問題があった。
【0005】例えば、特開昭56−10471に開示さ
れている4種類の粗面化の方法のうち、サンドプラスト
研磨法、パフ研磨法、スプレー法は、凹凸の場所がラン
ダムになるため、発熱体を構成する基板ごとにばらつき
が生じるという問題を持っている。また、その最後に示
されたエッチング法によれば、凹凸の場所を制御するこ
とができるが、この方法では、凹部の寸法や曲率を小さ
くすることに限界があり、沸騰開始場所として有効に機
能しない場合が生じ、結果として、沸騰開始状態が不安
定になり易い。
【0006】そこで本発明は、発熱体を構成する基板に
よって発熱体による性能のばらつきが生じることが無
く、しかも印字品位の良好なインクジェット記録ヘッ
形成方法の提供を目的とするものである。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するため、次のように構成したインクジェット記録ヘ
ドの形成方法を提供するものである。 (1)インクジェット記録ヘッド用発熱体の表面に薄膜
を形成した後、その一部をエッチングパターンを用いて
エッチングによって抜き、さらに、その上に同一材料か
らなる薄膜を被覆することで、前記発熱体の表面に錐形
凹部からなる複数の気泡発生部を形成することを特徴
とするインクジェット記録ヘッドの形成方法。 (2)前記錐形の凹部が、円錐形の凹部であることを特
徴とする上記(1)に記載のインクジェット記録ヘッド
の形成方法。 (3)前記気泡発泡部を格子状に配することを特徴とす
上記(1)または上記(2)に記載のインクジェット
記録ヘッドの形成方法。 (4)前記格子を正方格子に形成することを特徴とする
上記(3)に記載のインクジェット記録ヘッドの形成方
法。 (5)前記格子を三角格子に形成することを特徴とする
上記(3)に記載のインクジェット記録ヘッドの形成方
法。 (6)前記薄膜が、SiO層で形成されていることを
特徴とする上記(1)〜(5)のいずれかに記載のイン
クジェット記録ヘッドの形成方法。 (7)前記凹部の上にさらにTa保護層が形成されてい
ることを特徴とする上記(1)〜(6)のいずれかに記
載のインクジェット記録ヘッドの形成方法。
【0008】
【作用】インクジェット記録装置による記録は、熱エネ
ルギーを利用して液体を過熱・沸騰させ、液適を噴射
(吐出)して記録を行うものである。本発明によれば、
このようなインクジェット記録装置の発熱体において、
その発熱体表面に形成された発泡部が、発熱体の表面に
均一に分布しているために発熱体による性能のばらつき
が少なくなる。そしてこの発泡部が、例えば図3に示さ
れているように鋭い角の底部を持つ凹部として形成され
ているために、この角部が沸騰の開始点としての発泡点
となって、沸騰開始再現性を向上させることができるか
ら、沸騰状態が安定化して良好な印字を行うことができ
る。
【0009】すなわち、図3には本発明における気泡の
成長状態を説明するための断面図が、また、図4には本
発明における気泡成長から液滴形成過程までを説明する
ための断面図がしめされているが、電極の印加により発
熱体に接した液体が加熱されることによって、発熱体の
表面上の凹凸に形成された気泡は、図3に示されるよう
に凹部から上方に向かって成長するとともに、発熱体の
表面方向にも這うように成長し、やがて隣の凹部から成
長してきた気泡と合体して図4(b)のように発熱体表
面全体を覆うようになる。本発明の凹部は特開昭56−
10471に開示されているような、単に表面をエッチ
ングしたものと比べ、鋭い角を持つ凹部として形成され
ているために、この発泡点が必ず沸騰の開始点となっ
て、安定した沸騰状態となるように機能する。それと共
に、図(b)〜(e)に示されるように規則正しく分布
された発泡点から均一に成長してきた気泡が合体し、図
(b)のように発熱体表面全体を一様に覆うことが可能
となり、図(b)〜(e)に示されるように安定した沸
騰状態による気泡成長を経て良好な液滴の吐出を行うこ
ことができる。
【0010】
【実施例】以下、実施例に基づき本発明を詳細に説明す
る。 [実施例1]第1図において、図1(a)は本発明の実
施例1における発熱体の平面図であり、図1(b)はそ
のA−A´断面における凹部の一部拡大断面図である。
第2図は、実施例1における発熱体表面上の凹部の形成
方法を示す断面図である。すなわち、本実施例は、厚さ
525μmのSi基板4の表面に厚さ2.5μmの酸化
SiO2層5を形成し、その上にスパッタリングとエッ
チングによって、厚さ0.1μmのHfB2抵抗層6、
厚さ0.5μmのAl電極7を形成した後、第2図に示
すように、(a)厚さ1.0μmのSiO2層10をス
パッタリングし、(b)エッチングによって直径2μm
の円柱状凹部を作り、(c)その上に、厚さ0.5μm
のSiO2層11をスパッタリングし、SiO2層10と
あわせて、円錐状の凹部をもつ厚さ1.5μmのSiO
2絶縁層8となし、(d)さらに厚さ0.5μmのTa
保護層9を形成したものである。
【0011】凹部は円錐状で、直径及び深さはともに約
1μmであった。発熱抵抗体の発熱部の大きさは、20
μm×30μmで、凹部は10μm間隔で正方格子状に
24個形成した。第1図のAl電極7間に電圧をかける
と、HfB2抵抗層6のうち電極に挟まれた20μm×
30μmの部分が発熱し、発熱体表面1を通してそれに
接する液体が過熱される。そのとき、凹部2において
は、他の場所より低い温度で気泡が発生・成長する。こ
のようにしてできた気泡は、第3図に示すように、凹部
から上方に向かって成長するとともに、表面方向にも這
うように成長し、やがて隣の凹部から成長してきた気泡
と合体して発熱体表面全体を覆うようになる。本実施例
においては、多数の凹部2からほぼ同時に沸騰が始ま
り、発泡点が規則正しく格子状に形成されているため、
発熱体表面全域でほぼ同時に合体する。従って、沸騰状
態の安定性が高く、発熱体による性能のばらつきが少な
くなる。
【0012】本実施例においては、凹部の形状は円錐状
であったが、他の形状にしてもよい。例えば、第1図
(b)における円柱(エッチングされる部分)の直径を
大きくすることによって、凹部2の形状を円柱に近づけ
ることができる。また、エッチングする部分を上から見
たときの形状を円以外の形にすれば、それに応じた形の
凹部が得られる。種々の凹部形状のうち錐形には、発泡
点が1カ所となり、発泡を制御しやすいという利点があ
り、軸対称形には、気泡成長も軸対称となり、気泡成長
が安定化するという利点がある。これら両方の利点を兼
ね備えた形は、円錐形である。従来の方法では、鋭い頂
点を持つ円錐形の凹部を形成することは困難であった
が、本発明によれば、容易にこれを形成することができ
る。本発明の実施例1においては、SiO2層10をス
パッタリングし、エッチングによって凹部を作り、その
上に、SiO2層11をスパッタリングし、さらにその
上にTa保護層9をスパッタリングしたが、Ta保護層
のスパッタリングを省略しても良い。
【0013】[実施例2]第4図に本発明の第2の実施
例を示す。本実施例は、実施例1と層構成は同じである
が、凹部を5μm間隔の正三角格子に配置した点が異な
る。種々の格子のうち正三角格子には、格子点密度が最
も大きいという特徴がある。従って、正三角格子の場
合、沸騰開始から気泡合体までの時間が最も短いので、
凹部ごとに沸騰開始時間の多少のばらつきがあっても、
気泡成長の再現性が高くなるという利点がある。
【0014】[実施例3]第5図に本発明の第2の実施
例を示す。本実施例においては、厚さ525μmのSi
基板4の表面に厚さ2.5μmの表面酸化SiO2層5
を形成し、その上にスパッタリングとエッチングによっ
て、厚さ0.1μmのHfB2抵抗層6、厚さ0.5μ
mのAl電極7を形成した上に、厚さ、1.5μmのS
iO2層8をスパッタリングし、さらに(a)厚さ0.
2μmのTa層12をスパッタリングし、(b)エッチ
ングによって直径約0.8μmの円柱状凹部を作り、
(c)その上に、厚さ0.4μmのTa層13をスパッ
タリングし、Ta層12とあわせて、円錐状の凹部をも
つ厚さ0.6μmのTa保護層9を形成した。凹部は円
錐状で、直径及び深さはともに約0.2μmであった。
以上の実施例において、表面を構成する膜の材料は、何
であっても良い。
【0015】
【発明の効果】本発明は、以上説明したように発泡部が
発熱体表面に均一に形成されているために発熱体による
性能のばらつきを無くすことができ、また、発熱体に沸
騰開始再現性の高い気泡の発泡部が形成されているため
に、安定した沸騰状態による液滴の吐出によって印字品
位の高い印字を行うことができる。本発明において、気
泡発泡部を凹部として構成することにより、とりわけそ
れを鋭い角の底部を持つ凹部として形成することによ
り、沸騰開始再現性を向上させ安定した沸騰状態を得る
ことができる。
【0016】また、その凹部の形状を円錐形とした場合
には、発泡制御を容易に行うことができ、気泡成長が安
定化して良好な印字を行うことができる。そして、この
ような発泡部を発熱体の表面に格子状に、とりわけそれ
を三角格子状に配することによって、発泡部の密度を大
きくすることができ、気泡成長の再現性を向上させ良好
な印字を行うことができる。
【0017】さらに、本発明においては、発熱体の表面
に薄膜を形成した後、その一部をエッチングによって抜
き、さらに、その上に同一材料からなる薄膜絶縁層を設
けて、凹部を形成することにより、従来の方法では困難
であった沸騰開始再現性の高い鋭い角を持つ凹部を容易
に形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1(a)は本発明の実施例1における発熱体
の平面図であり、図1(b)はそのA−A´断面におけ
る凹部の一部拡大断面図である。
【図2】本発明の実施例1における発熱体表面上の凹部
の形成方法を示す断面図である。
【図3】本発明における気泡の成長状態を説明するため
の断面図である。
【図4】本発明における気泡成長から液滴形成過程まで
を説明するための断面図である。
【図5】本発明の実施例2の平面図である。
【図6】本発明の実施例3における発熱体表面上の凹部
の形成方法を示す断面図である。
【符号の説明】
1 発熱体表面 2 凹部 3 電極上部表面 4 Si基板 5 表面酸化SiO2層 6 HfB2抵抗層 7 Al電極 8 SiO2絶縁層 9 Ta保護層 10 SiO2層 11 SiO2層 12 Ta層 13 Ta層
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) B41J 2/05 B41J 2/16

Claims (7)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】インクジェット記録ヘッド用発熱体の表面
    に薄膜を形成した後、その一部をエッチングパターンを
    用いてエッチングによって抜き、さらに、その上に同一
    材料からなる薄膜を被覆することで、前記発熱体の表面
    に錐形の凹部からなる複数の気泡発生部を形成すること
    を特徴とするインクジェット記録ヘッドの形成方法。
  2. 【請求項2】前記錐形の凹部が、円錐形の凹部である
    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
    ッドの形成方法。
  3. 【請求項3】前記気泡発泡部を格子状に配することを特
    徴とする請求項1または請求項2に記載のインクジェッ
    ト記録ヘッドの形成方法。
  4. 【請求項4】前記格子を正方格子に形成することを特徴
    とする請求項3に記載のインクジェット記録ヘッドの形
    成方法。
  5. 【請求項5】前記格子を三角格子に形成することを特徴
    とする請求項3に記載のインクジェット記録ヘッドの形
    成方法。
  6. 【請求項6】前記薄膜が、SiO層で形成されている
    ことを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載の
    インクジェット記録ヘッドの形成方法。
  7. 【請求項7】前記凹部の上にさらにTa保護層が形成さ
    れていることを特徴とする請求項1〜6のいずれか1項
    に記載のインクジェット記録ヘッドの形成方法。
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