JP3554159B2

JP3554159B2 - インクジェットヘッド及びインクジェットヘッドの製造方法

Info

Publication number: JP3554159B2
Application number: JP30849097A
Authority: JP
Inventors: 工鈴木
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1996-11-12
Filing date: 1997-11-11
Publication date: 2004-08-18
Anticipated expiration: 2017-11-11
Also published as: JPH10193616A; US5992982A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、インクジェットヘッドの構造に関わり、特に電気熱変換体を用いたタイプのインクジェットヘッドの構造に関し、安価で信頼性の高いヘッドを提供するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、電気熱変換体を用いてインクを吐出するタイプのインクジェットヘッドでは基板として金属基板を用いることが検討されている。すなわち、このような対応のインクジェットヘッドの基板としては従来シリコン基板が用いられているが、インクジェットヘッドの印字幅を大きく採ろうとした場合、シリコン基板では通常ウエハの状態で提供されるため基板の大型化に限界があるため、加工性の優れた基板材料が求められているためである。加工性の優れた基板材料としては従来サーマルヘッド等で用いられてきたセラミック基板もあるが、通常、このセラミック基板は基板表面の平滑性が悪いため部分的または全面にガラスを塗布焼成した層（グレーズ層）を設ける構成となっている。しかしながら、電気熱変換体を用いるタイプのインクジェットヘッドの場合には電気熱変換体のヒーター部分がごく短時間で１０００度近い温度に達するような駆動がなされるため、前記グレーズ層の耐久性や放熱特性の点から電気熱変換体を用いるタイプのインクジェットヘッドに適用することは困難である。
【０００３】
一方、インクジェットへッドの基板として金属基板を用いる場合においても、基板上の表面粗度が基板上に設けられる発熱抵抗体の耐久性に影響を及ぼすため、表面粗度を容易に小さくすることができる金属が用いられることになるが、このような金属としては切削性の良いＮｉ、ＳＵＳ、Ａｌ等が用いられてきた。
【０００４】
しかしながら、ＮｉやＳＵＳを用いる場合、基板としての熱特性（熱伝導率）が悪いため前述のようにインクジェットヘッドの印字幅を大きく採ろうとすると放熱が十分に行われず高速印字に対応することができない。
【０００５】
そこで、従来より金属基板の材料としてはＡｌが用いられてきた。例えば、特開平９ −１８０６号公開公報では、金属基板と蓄熱層との密着性を向上させるためにＡｌ金属基板上にＣｒを介して蓄熱層を設ける構成が開示されている。しかしながら、Ａｌは化学安定性が悪く、ヘッド製造中の薬品やインク中の成分により腐食することがあり、上記公報に記載される構成も、基板表面からは腐食が進まないものの、吐出口が設けられる基板端面においてはＡｌがＣｒにより保護されていないため、吐出口部分から基板端面に回り込んだインクによって腐食が進みＣｒ層や蓄熱層が部分的に剥離してしまうことがある。また、腐食によってインク中に不純物が入ってしまうと、この不純物によって発熱部上での焦げを生じさせてしまう。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記問題に鑑み、金属基板上に設ける発熱抵抗体（ヒーター）の耐久性を損なわず熱的特性が十分で、また、安価で高い信頼性を有するインクジェットヘッドを提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
前記目的は以下の手段によって達成される。
【０００８】
すなわち、インクを吐出する吐出口と、該インクを吐出するために用いられる熱エネルギーを発生するための電気熱変換体と、該電気熱変換体を蓄熱層を介して支持する基板と、を備え、該電気熱変換体に電圧を印加し熱エネルギーをインクに付与することによりインクを発泡させ、発泡に伴う圧力によりインクを吐出するインクジェットヘッドにおいて、前記基板が、Alを主成分とする主基板上に切削可能でAlに対して耐食性が高い金属板をクラッド接合したものであることを特徴とするものである。
【０００９】
また、インクを吐出する吐出口と、該インクを吐出するために用いられる熱エネルギーを発生するための電気熱変換体と、該電気熱変換体を蓄熱層を介して支持する基板と、を備え、該電気熱変換体に電圧を印加し熱エネルギーをインクに付与することによりインクを発泡させ、発泡に伴う圧力によりインクを吐出するインクジェットヘッドの製造方法において、Alを主成分とする主基板を用意する工程と、該主基板上に切削可能でAlに対して耐食性が高い金属板をクラッド接合する工程と、該主基板とこれにクラッド接合された該金属板とを有する基板上に前記蓄熱層を介して電気熱変換体を設ける工程と、前記電気熱変換体を有する基板を切削して吐出口が形成される吐出口形成面を形成する工程と、を有することを特徴とするものである。
【００１０】
本発明によれば、主基板であるＡｌは十分な厚みを有する切削可能でＡｌに対して耐食性が高い金属板によって被覆されているため、基板表面での腐食を防止できる。また、基板端面にインクが回り込んだとしても前記金属板が十分な厚みを有するため、主基板の露出部分は吐出口から十分離れたところに設けられることになり、従来よりもインクに触れにくくなっているのに加え、不純物が混じったインクも吐出口内に戻りにくくなっている。したがって、基板端面における上述の問題も解決できるものである。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図面を参照して更に詳細に説明する。
【００１２】
図１は本発明のインクジェットヘッドの基板部を示す断面図である。
【００１３】
図において、１は主基板であり、加工性の優れたＡｌを主成分とする金属基板で形成されている。本発明では、主基板１としてＡｌを用いる場合の基板表面の腐食を抑えるためにＡｌ上に耐腐食性の高い金属板３をクラッド（清浄面同士を接触させて金属間結合させる）により設ける。
ここで、クラッドに用いる耐腐食性の高い金属板３の材料としてはＮｉ、Ｍｇ、Ｆｅ、Ｃｕ、Ｚｎあるいは前記金属を主成分とする合金または前記金属同士の合金があげられる。また、クラッド接合される金属板上には蓄熱層が設けられるわけであるが、上記金属材料の中では蓄熱層に対しての密着性が十分でないものもある。その場合にはクラッド接合される金属板上にＴｉ，Ｃｒといった密着性の高い高融点金属を成膜することによって密着性を向上させることができる。
【００１４】
このような基板上にＳｉＯ_２もしくはポリイミドからなる蓄熱層５を設け、更にこの蓄熱層５上に電気熱変換体としての発熱抵抗層６と配線電極８が設けられる。
そして、発熱抵抗層が露出した部分が発熱部７となっている。この電気熱変換体上には、インクから電気熱変換体を保護するための保護膜が設けられていても構わない。
【００１５】
本発明において、主基板としては金属基板の切削加工性を向上させるためにMg、Si、Cu等を0.1 から10重量% 混合したAl合金板が好適に用いられる。
【００１６】
また、クラッド接合される金属板の厚さは0.1 〜0.3mm あればよく、この程度の厚みを有する金属層を従来のようなスパッタのような成膜法によって形成する場合には、非常に時間がかかるだけでなく、膜自体の応力が大きくなってしまい基板の反りや剥離といった現象を生じさせるため好ましくない。本発明におけるクラッド接合はこのように厚い金属板を容易に且つ応力をそれほど生じさせずに主基板上に設けることができるものである。
【００１７】
本発明のインクジェットヘッドにおいては吐出口（形成）面にさらに腐蝕防止のためのコーティングを施すことは更に好ましい。
【００１８】
【実施例】
以下に本発明の実施例について説明する。
【００１９】
まず、純Alに加工性をよくするためにMgを4%混合したAl合金板の表面を研磨で0.1Ra 程度に仕上げた基板に、0.1mm のNi板をクラッド接合し、Niをつけた面とは反対面のAl表面をダイヤモンドバイト研削、電解研磨を行って表面粗度を良くする。ここでクラッドとは、表面を平滑にした金属同士を高圧で押し当てることにより、金属間結合による接着を行うもので、上記Niのほか、Mg、Fe、Cu、Zn等を接合することができるものである。このようなNi、Mg、Fe、Cu、Zn等の金属はAlに比べ、インク、プロセス中の薬品には侵食されにくいものの表面に酸化層形成される密着性が低下してしまう。そこで、本実施例では蓄熱層となるSiO₂もしくはポリイミドを基板上に設ける前に、Ti、Cr等の密着性の高い金属膜をクラッド接合されたNi、Mg、Fe、Cu、Zn等の金属表面に形成することにより、金属表面の密着性を改善している。ここで、Ti、Cr等の金属は密着性が高く、また、膜厚もそれほど厚くする必要がない（5 〜10nm）ため、スパッタ法等の通常の成膜方法で形成することが可能である。このような基板上に、前述の蓄熱層としてのSiO₂をスパッタ法により形成し、次いで蓄熱層上に発熱抵抗層としてのTaAl及び配線電極としてのAlをスパッタし、それぞれを所定のパターンにフォトリソによりパターニングして、発熱抵抗体及び配線電極を形成する。
更に、配線電極と発熱部を陽極酸化することでインクに対する耐久性を向上させたのち、配線の保護に有機樹脂層を塗布コートし、外部接続部の樹脂を除去後スルーホールを形成し、端子として銅を1 μm スパッタした後、Ni、Auの電気メッキを行い不要な銅をエッチングで落とす。インクジェットヘッドの吐出口を形成するためにレジストでネガパターンを形成して、その上にインク流路を形成するためのエポキシ樹脂を流し込み硬化する。この時段差を合わせるために従来のように天板を用いても良い。その後切断をして吐出口部分の面を出してから不要となったレジストを除去して、インク供給、インクフィルター等を形成して、本実施例のヘッドは完成する。
【００２０】
このようにして完成した本発明のインクジェットヘッドによって吐出試験を行ったところ、インクのよれ等もなく安定した印字を行うことができた。また、従来のヘッドに比べ発熱部上の焦げも格段に減少していた
【００２１】
【発明の効果】
本発明によると、比較的安価な基板で表面粗度が、インクジェットヘッドの要求に合わなかった基板材料でも、表面に切削可能な金属を接着することで、表面性は接着した切削可能な材料で、改善するために安価な基板が形成可能になる。そして、表面性は、確保しやすいが、耐食性の低いＡｌを基板材料に用いても、クラッド接合により耐食性に優れた材料を被着させることができ、信頼性の高い基板を提供することが可能となり、安価で、信頼性の高いインクジェットヘッドを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のインクジェットヘッドの基板部を示す断面図である。
【符号の説明】
１主基板
３金属板
５蓄熱層
６発熱抵抗層
７発熱部
８配線電極

Claims

インクを吐出する吐出口と、該インクを吐出するために用いられる熱エネルギーを発生するための電気熱変換体と、該電気熱変換体を蓄熱層を介して支持する基板と、を備え、該電気熱変換体に電圧を印加し熱エネルギーをインクに付与することによりインクを発泡させ、発泡に伴う圧力によりインクを吐出するインクジェットヘッドにおいて、
前記基板が、Alを主成分とする主基板上に切削可能でAlに対して耐食性が高い金属板をクラッド接合したものであることを特徴とするインクジェットヘッド。
前記主基板上にクラッド接合した金属板の材料が、Mg、Fe、Ni、Cu、Znあるいは前記金属を主成分とする合金または前記金属同士の合金である請求項１に記載のインクジェットヘッド。
前記インクジェットヘッドが更に、蓄熱層と前記基板との間に高融点金属膜が設けられている請求項１に記載のインクジェットヘッド。
前記高融点金属が、TiもしくはCrである請求項３に記載のインクジェットヘッド。
前記主基板が、AlにMgを混合したAl合金である請求項１に記載のインクジェットヘッド。
前記金属板の厚みが、０．１〜０．３ｍｍである請求項１に記載のインクジェットヘッド。
インクを吐出する吐出口と、該インクを吐出するために用いられる熱エネルギーを発生するための電気熱変換体と、該電気熱変換体を蓄熱層を介して支持する基板と、を備え、該電気熱変換体に電圧を印加し熱エネルギーをインクに付与することによりインクを発泡させ、発泡に伴う圧力によりインクを吐出するインクジェットヘッドの製造方法において、
Alを主成分とする主基板を用意する工程と、
該主基板上に切削可能でAlに対して耐食性が高い金属板をクラッド接合する工程と、
該主基板とこれにクラッド接合された該金属板とを有する基板上に前記蓄熱層を介して電気熱変換体を設ける工程と、
前記電気熱変換体を有する基板を切削して吐出口が形成される吐出口形成面を形成する工程と、
を有することを特徴とするインクジェットヘッドの製造方法。
前記主基板上にクラッド接合する金属板の材料が、Mg、Fe、Ni、Cu、Znあるいは前記金属を主成分とする合金または前記金属同士の合金である請求項７に記載のインクジェットヘッドの製造方法。
前記インクジェットヘッドが更に、蓄熱層と前記基板との間に高融点金属膜が設けられている請求項７に記載のインクジェットヘッドの製造方法。
前記高融点金属が、TiもしくはCrである請求項９に記載のインクジェットヘッドの製造方法。
前記主基板が、AlにMgを混合したAl合金である請求項７に記載のインクジェットヘッドの製造方法。