JP3878841B2

JP3878841B2 - Inkjet head

Info

Publication number: JP3878841B2
Application number: JP2001362388A
Authority: JP
Inventors: 洋一元; 保浅井; 順小森
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2001-11-28
Filing date: 2001-11-28
Publication date: 2007-02-07
Anticipated expiration: 2021-11-28
Also published as: JP2003159803A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、記録紙にインク滴を所定パターンに付着させて画像を記録するインクジェットヘッドに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、記録紙に画像を記録するための記録デバイスとしてインクジェットヘッドが用いられている。
【０００３】
インクジェットヘッドの記録方式には、インク滴を記録紙に向けて吐出させるのに発熱抵抗体の発する熱エネルギーを利用するものや圧電素子の変形を利用するもの、更には電磁波の照射に伴って発生する熱を利用するもの等があり、これらの中でも発熱抵抗体の熱エネルギーを利用するサーマルジェットタイプのものは、発熱抵抗体のパターニングが容易である上に、小さな面積の発熱抵抗体であっても比較的大きな熱エネルギーを発生させることができることから、高密度記録への対応に適したものとして注目されている。
【０００４】
かかるサーマルジェットタイプのインクジェットヘッドとしては、図５に示す如く、アルミナセラミックスから成るベースプレート２２の上面に、多数の発熱抵抗体２３を直線状に配列するとともに、これら発熱抵抗体２３の両端に一対の給電配線２４を被着させたヘッド基板２１と、前記発熱抵抗体２３と１対１に対応したインク吐出孔２６を有する天板２５とを、間に所定の間隙を形成するように配設するとともに該間隙にインク２７を充填した構造を有したものが知られており、記録紙Ｍを天板２５の外表面に沿ってインク吐出孔上に搬送しながら発熱抵抗体２３を選択的に発熱させ、該発熱した熱エネルギーによってインク中に気泡Ａを発生させるとともに、この気泡発生時の圧力でもってインク吐出孔２６よりインク滴ｉを外部に吐出させ、これを記録紙Ｍに付着させることにより所定の画像が記録される。
【０００５】
尚、前記多数の発熱抵抗体２３及び一対の給電配線２４は、従来周知の薄膜形成技術、具体的には、スパッタリング、フォトリソグラフィー技術及びエッチング技術を採用することにより所定パターンに形成される。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述したインクジェットヘッドにおいては、発熱抵抗体２３を従来周知の薄膜形成技術によって形成する際、フォトリソやエッチングにおける精度等の問題により、発熱抵抗体２３の大きさにバラツキを有していることが多く、かかるバラツキに応じて発熱抵抗体２３の電気抵抗値が個々に異なっている。それ故、全ての発熱抵抗体２３に略等しい電力を印加すると、発熱抵抗体２３の発する熱エネルギーが不均一となり、記録紙Ｍに不鮮明な画像が形成される欠点を有していた。
【０００７】
そこで、上記欠点を解消するため、各発熱抵抗体２３に関する補正データを予め準備し、かかる補正データに基づき発熱抵抗体２３に印加電力を調整することにより、発熱抵抗体２３の発する熱エネルギーを均一化することが提案されている。
【０００８】
しかしながら、上述した印加電力の調整を行う場合、補正データ格納用のメモリや複雑な補正回路、専用の電源回路等が別途、必要となり、インクジェットヘッドやそれが組み込まれるプリンタ本体の構成が大幅に複雑化する上、発熱抵抗体２３に印加電力の大きさを１ライン分の印画毎に調整する必要があるため、記録動作に長時間を要してしまい、印画速度の低下を招く欠点を有していた。
【０００９】
本発明は、上記欠点に鑑み案出されたものであり、その目的は、良好な画像を記録することができ、且つ高速記録に対応可能な高性能のインクジェットヘッドを提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明のインクジェットヘッドは、熱エネルギーによりインクを吐出すように構成されるインクジェットヘッドであって、ベースプレート、該ベースプレートの上面に主走査方向に配列される多数の発熱抵抗体、および、該多数の発熱抵抗体に対して電気的に接続され、パルストリミング用パッドが形成されている給電配線を含んでなるヘッド基板と、前記主走査方向に対して交差する副走査方向で前記ベースプレートより幅が狭い天板と、前記ヘッド基板と前記天板との間に介在し、インクを充填するための間隙を形成するためのスペーサとを備え、前記パルストリミング用パッドは、前記天板の配設領域外で且つ前記間隙外に位置しており、前記発熱抵抗体は、ＴａＳｉＯ系抵抗材料により形成され、そのＴａ含有率が５０原子％〜６０原子％に設定されていることを特徴とするものである。
【００１２】
また、本発明のインクジェットヘッドは、シリコンおよび酸素を含む無機質材料からなり、前記発熱抵抗体を保護するための保護膜を更に具備し、前記保護膜に含まれる酸素の含有量は２．０重量％〜１０．０重量％に設定されているのが好ましい。
【００１３】
本発明のインクジェットヘッドによれば、発熱抵抗体に接続される給電配線の一端をヘッド基板上に配設される天板の配設領域外まで導出するとともに、該導出部にパルストリミング用のパッドを設けたことから、発熱抵抗体の大きさにバラツキが生じ、電気抵抗値が個々に異なる場合であっても、上記パッドを介して発熱抵抗体にトリミングパルスを印加し、発熱抵抗体の電気抵抗値を調整することにより、発熱抵抗体の発する熱エネルギーを略均一に揃えることができ、記録紙に良好な画像を記録することが可能となる。しかもこの場合、発熱抵抗体の電気抵抗値そのものを調整することで発熱抵抗体の発する熱エネルギーを略均一に揃えることができるため、補正データを用いて発熱抵抗体への印加電力を調整する場合に比し、補正データ格納用のメモリや複雑な補正回路、専用の電源回路等が不要となり、インクジェットヘッドやプリンタ本体の構成を簡素に維持することができる上、記録動作中の補正処理なども一切不要であることから、高速記録に供することもできる。
【００１４】
また、本発明のインクジェットヘッドによれば、パルストリミング用パッドは天板の配設領域外で、且つ、スペーサにより構成される間隙外に位置していることから、インクジェットヘッドを組み立てた後であっても、パルストリミングに用いるプロービング装置の探針をパッドに対し確実に接触させてトリミングを簡単に行うことができ、トリミングの作業性を良好となすことができる利点もある。
【００１５】
さらに、本インクジェットヘッドは発熱抵抗体がＴａＳｉＯ系抵抗材料により形成され、そのＴａ含有率が５０原子％〜６０原子％に設定されているため、パルストリミング法にて調整する際、所定のパルスを印加したときの抵抗値変動量が適度な大きさになり、パルストリミング法によってより細かな抵抗値調整がしやすくなるという利点がある。
【００１６】
本発明のインクジェットヘッドが、シリコンおよび酸素を含む無機質材料からなり、発熱抵抗体を保護するための保護膜を更に具備し、その保護膜に含まれる酸素の含有量が２．０重量％〜１０．０重量％に設定されている場合、所定のトリミングパルスを発熱抵抗体に印加することにより、保護膜中の酸素と発熱抵抗体を構成する抵抗材料とが反応して発熱抵抗体の表面に薄い酸化膜が形成され、発熱抵抗体の電気抵抗値を上昇させることができる。従って、発熱抵抗体の電気抵抗値を上下いずれにも可変させることができるようになり、抵抗値の調整幅が広がるという利点がある。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を添付図面に基づいて詳細に説明する。
図１は本発明の一形態におけるインクジェットヘッドの分解斜視図、図２は図１のインクジェットヘッドに用いられるヘッド基板の平面図、図３は図１のインクジェットヘッドの断面図であり、同図に示すインクジェットヘッドは、大略的にヘッド基板１と天板５とで構成され、両部材間にはインク７が充填されている。
【００１８】
前記ヘッド基板１は、ベースプレート２の上面に多数の発熱抵抗体３、一対の給電配線４等を取着した構造を有している。
【００１９】
前記ベースプレート２は、アルミナセラミックスや単結晶シリコン等の種々の材料により矩形状に形成されており、その上面で多数の発熱抵抗体３や一対の給電配線４等を支持する支持母材として機能する。
【００２０】
このようなベースプレート２は、単結晶シリコンからなる場合、従来周知のチョコラルスキー法（引き上げ法）等によって形成した単結晶シリコンのインゴット（塊）を、所定厚みにスライスすることにより製作される。尚、この場合、ベースプレート２の表面には従来周知の熱酸化法によって酸化シリコン（ＳｉＯ₂）等の電気絶縁性材料からなる絶縁膜が１μｍ〜３μｍの厚みに形成され、このような絶縁膜によってベースプレート２を形成する単結晶シリコンと発熱抵抗体３等とが電気的に絶縁される。
【００２１】
また、前記ベースプレート２の上面に設けられている多数の発熱抵抗体３は、ベースプレート２の一方の長辺に沿って６００ｄｐｉ(dot per inch)の密度で主走査方向に直線状に配列されており、各々がＴａＮやＴａＳｉＯ，ＴａＳｉＮＯ，ＴｉＳｉＯ，ＴｉＳｉＣＯ，ＮｂＳｉＯ等の電気抵抗材料から成る抵抗薄膜により形成されている。
【００２２】
前記発熱抵抗体３は、それ自体が電気抵抗材料から成っているため、一対の給電配線４を介して所定の電力が印加されるとジュール発熱を起こし、インク７中に気泡Ａを発生させるのに必要な所定の温度（２００℃〜４００℃）となる。
【００２３】
更に、前記各発熱抵抗体３には、主走査方向の両端に、発熱抵抗体３に所定の電力を印加するための一対の給電配線４が接続されており、その一端を後述する天板５の配設領域の外側まで導出し、該導出部の端部でドライバーＩＣ１０の端子に接続されている。
【００２４】
また、前記給電配線４は、上述した導出部の途中に、給電配線４よりも幅広の四角形状を成すパルストリミング用のパッド４ａが設けられており、これらのパッド４ａは、各給電配線４の途中に１個ずつ設けられ、全体として給電配線４の配列方向（主走査方向）に千鳥状に配列されている。
【００２５】
前記パッド４ａは、インクジェットヘッドを組み立てた後であってもトリミング作業を簡単に行なうことができるように、天板７のエッジよりも外側に位置させてあり、発熱抵抗体３の電気抵抗値を後述のパルストリミング法にて調整する際に、トリミングパルスを印加するプロービング装置の探針（プローブ）が接触されるようになっている。
【００２６】
従って、発熱抵抗体３の形成時にその大きさにバラツキが生じ、発熱抵抗体３の電気抵抗値が個々に異なる場合であっても、給電配線４の導出部の途中に設けられたトリミング用のパッド４ａを介して発熱抵抗体３にトリミングパルスを印加して電気抵抗値を調整することにより、発熱抵抗体３の発する熱エネルギーを略均一に揃えることができる。
【００２７】
またこの場合、上記パッド４ａを一対の給電配線４の配列方向に千鳥状に配列したことから、隣接するパッド間のスペースに余裕ができ、一対の給電配線４を従来周知の薄膜形成技術によって高密度に配列する場合であっても、隣合う給電配線４、パッド間の電気的な短絡を有効に防止することができる利点もある。
【００２８】
尚、前記発熱抵抗体３や一対の給電配線４は、従来周知の薄膜形成技術、例えば、スパッタリング、フォトリソグラフィー技術及びエッチング技術等を採用することによって形成される。具体的には、ＴａＳｉＯ等の電気抵抗材料やアルミニウム等の金属材料を従来周知のスパッタリングによりベースプレート２の上面に順次被着させることによって抵抗薄膜及び金属薄膜から成る積層体を形成し、これを従来周知のフォトリソグラフィー技術及びエッチング技術にて微細加工することにより発熱抵抗体３及び給電配線４が所定形状にパターニングされ、また前記トリミング用のパッド４ａは、従来周知の無電解メッキ法を採用することにより前記給電配線４の所定箇所に、Ｎｉ（ニッケル）層を２．０μｍ〜３．５μｍの厚みに、Ａｕ（金）層を０．０５μｍ〜０．１μｍの厚みに順次積層することにより形成される。
【００２９】
そして、前記給電配線４の導出部の端部には、発熱抵抗体３の発熱を制御するためのドライバーＩＣ１０の端子が接続されている。
【００３０】
前記ドライバーＩＣ１０は、シリコンウエハの下面にスイッチングトランジスタ等の電子回路や多数の出力端子、入力端子等を高密度に集積した構造を有しており、外部からの画像データに基づいてスイッチングトランジスタのオン・オフを切り換えることにより、各発熱抵抗体３への電力供給を制御する作用を為す。
【００３１】
尚、前記ドライバーＩＣ１０は、従来周知の半導体製造技術を採用することによって製作され、得られたドライバーＩＣ１０を従来周知のフェイスダウンボンディングによって出力端子が半田を介して給電配線４の導出部の端部に位置するようにベースプレート２の所定位置に載置させ、しかる後、前記半田を加熱・溶融させることによりベースプレート２上に取着・実装される。
【００３２】
一方、前記天板５は、前記ヘッド基板１上に、間に所定の間隙（例えば２０μｍ〜３００μｍ）を形成するように配設される。
【００３３】
前記天板５は、ベースプレート２よりも副走査方向に幅狭に成形された矩形状の板体に発熱抵抗体３と１対１に対応する略円形状のインク吐出孔６を多数有した構造を有しており、これらのインク吐出孔６が前記発熱抵抗体３の真上に位置するようにしてスペーサを介してヘッド基板１上に固定される。
【００３４】
また、前記多数のインク吐出孔６は、各々が直径１０μｍ〜１００μｍの大きさに設定されており、インクジェットヘッドの記録動作時、発熱抵抗体３の発熱に伴いインク７中に気泡Ａが発生すると、この気泡発生時の圧力でもってインク滴ｉをインク吐出孔６より記録紙Ｍに向けて吐出するようになっている。
【００３５】
尚、前記天板５は、モリブデン等の金属やアルミナセラミックス等の電気絶縁性材料あるいは感光性樹脂から成り、例えばモリブデンから成る場合、モリブデンのインゴット（塊）を従来周知の金属加工法によって所定厚みの板体と成し、得られた板体に従来周知のレーザー加工によってインク吐出孔６を厚み方向に穿設することにより製作され、得られた天板５をヘッド基板１上にスペーサを介して載置することで固定される。
【００３６】
そして、ヘッド基板１−天板５間に形成される間隙にはインク７が充填される。
【００３７】
前記インク７としては、例えば顔料タイプの水性インクや水性染料インク等が使用され、該インク７は図示しないインクタンクからヘッド基板１−天板５間に供給され、前述した発熱抵抗体３の発熱に伴う熱エネルギーによってインク７中に気泡Ａが発生すると、該気泡Ａによる圧力でもってインク７の一部がインク滴ｉとなってインク吐出孔６より外部に吐出され、これを天板５の外表面に沿って搬送される記録紙Ｍに付着させることによって所定の画像が記録される。
【００３８】
次に、発熱抵抗体３の電気抵抗値を調整する方法について説明する。
【００３９】
前記発熱抵抗体３の電気抵抗値は、上述した如く、従来周知のパルストリミング法を採用することにより調整される。具体的には、全ての発熱抵抗体３の抵抗値を測定した後、該測定した抵抗値の中で最も小さい抵抗値を基準値とし、かかる基準値と測定した抵抗値とを比較して両者の差を求め、しかる後、かかる差に対応するトリミングパルスを前記トリミング用のパッド４ａを介して発熱抵抗体３に印加して発熱抵抗体３の電気抵抗値を下降させることにより、発熱抵抗体３の抵抗値が基準値に調整される。尚、上記トリミングパルスは、プロービング装置の探針をパッド４ａの表面に接触させることにより発熱抵抗体３に印加される。
【００４０】
このとき、上記パッド４ａは天板５の配設領域外に設けられていることから、インクジェットヘッドを組み立てた後であっても、プロービング装置の探針をトリミング用のパッド４ａに対し確実に接触させてトリミングを簡単に行なうことができ、トリミングの作業性を良好となる。
【００４１】
しかもこの場合、発熱抵抗体３の電気抵抗値そのものを調整することで発熱抵抗体３の発する熱エネルギーを略均一に揃えることができるため、補正データを用いて印加電力を調整する場合に比し、補正データ格納用のメモリや複雑な補正回路、専用の電源回路等が不要となり、インクジェットヘッドやプリンタ本体の構成を簡素に維持できる上、記録動作中の補正処理なども一切不要であることから、高速記録に供することもできる。
【００４２】
またこのとき、発熱抵抗体３をＴａＳｉＯ系抵抗材料により形成し、且つＴａ含有率を５０原子％〜６０原子％に設定しておけば、発熱抵抗体３を形成する抵抗材料の電気抵抗値を従来周知のパルストリミング法にて調整する際、所定のパルスを印加したときの抵抗値変動量が適度な大きさになり、パルストリミング法によってより細かな抵抗値調整がしやすくなるという利点がある。
【００４３】
ここで、発熱抵抗体３内のＴａ含有率が６０原子％よりも大きいと、トリミングパルスを印加したときの発熱抵抗体３の抵抗値変動が大きくなって細かな抵抗値調整が困難になる傾向があり、一方、発熱抵抗体３内のＴａ含有率が５０原子％よりも小さいと、トリミングパルスを印加したときの発熱抵抗体３の抵抗値変動が小さいため、発熱抵抗体３の電気抵抗値を大きく変化させる場合に、抵抗値調整に長時間を要してしまう。従って、発熱抵抗体３内のＴａ含有率を５０原子％〜６０原子％に設定しておくことが好ましい。
【００４４】
尚、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更、改良等が可能である。
【００４５】
例えば、上述の実施形態においては、インク吐出孔６を天板５に設け、インク吐出孔６を発熱抵抗体３の真上に配置させるようにしたが、これに代えて、インク吐出孔６を発熱抵抗体３に対してずらして配置させるようにしても良いし、或いは、図４に示すような、インク滴ｉをヘッド基板１のエッジより吐出させるエッジシュータータイプのインクジェットヘッドに本発明を適用するにあたり、インク吐出孔６’を天板５には設けず、ヘッド基板１の一端側で天板５’と直交する方向に配設されるノズル部材８に穿設するようにしても構わない。
【００４６】
また、上述の実施形態において、前記発熱抵抗体３をシリコンと酸素とを含む無機質材料からなる保護膜で被覆し、かかる保護膜中の酸素の含有量を２．０重量％〜１０．０重量％に設定するようにしておけば、所定のトリミングパルスを発熱抵抗体３に印加することにより、保護膜中の酸素と発熱抵抗体３を構成する抵抗材料とが反応して発熱抵抗体３の表面に薄い酸化膜が形成され、発熱抵抗体３の電気抵抗値を上昇させることができる。従って、発熱抵抗体３の電気抵抗値を上下いずれにも可変させることができるようになり、抵抗値の調整幅が広がるというメリットがある。
【００４７】
【発明の効果】
本発明のインクジェットヘッドによれば、発熱抵抗体に接続される給電配線の一端をヘッド基板上に配設される天板の配設領域外まで導出するとともに、該導出部の途中にパルストリミング用のパッドを設けたことから、発熱抵抗体の大きさにバラツキが生じ、電気抵抗値が個々に異なる場合であっても、上記パッドを介して発熱抵抗体にトリミングパルスを印加し、発熱抵抗体の電気抵抗値を調整することにより、発熱抵抗体の発する熱エネルギーを略均一に揃えることができ、記録紙に良好な画像を記録することが可能となる。
【００４８】
しかもこの場合、発熱抵抗体の電気抵抗値そのものを調整することで発熱抵抗体の発する熱エネルギーを略均一に揃えることができるため、補正データを用いて発熱抵抗体への印加電力を調整する場合に比し、補正データ格納用のメモリや複雑な補正回路、専用の電源回路等が不要となり、インクジェットヘッドやプリンタ本体の構成を簡素に維持することができる上、記録動作中の補正処理なども一切不要であることから、高速記録に供することもできる。
【００４９】
また、本発明のインクジェットヘッドによれば、上記パッドは天板の配設領域外に設けられていることから、インクジェットヘッドを組み立てた後であっても、パルストリミングに用いるプロービング装置の探針をパッドに対し確実に接触させてトリミングを簡単に行なうことができ、トリミングの作業性を良好となすことができる利点もある。
【００５０】
更に、本発明のインクジェットヘッドによれば、上記パッドを給電配線の配列方向に千鳥状に配列することにより、隣接するパッド間のスペースに余裕ができ、給電配線を従来周知の薄膜形成技術によって高密度に形成する場合であっても、隣り合う給電配線、パッド間の電気的な短絡を有効に防止することができる利点もある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一形態に係るインクジェットヘッドの分解斜視図である。
【図２】図１のインクジェットヘッドに用いられるヘッド基板の平面図である。
【図３】図１のインクジェットヘッドの断面図である。
【図４】本発明の他の形態に係るインクジェットヘッドの断面図である。
【図５】従来のインクジェットヘッドの断面図である。
【符号の説明】
１・・・ヘッド基板、２・・・ベースプレート、３・・・発熱抵抗体、４・・・給電配線、４ａ・・・トリミング用のパッド、５，５’・・・天板、６，６’・・・インク吐出孔、７・・・インク、８・・・ノズル部材、１０・・・ドライバーＩＣ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an inkjet head that records an image by attaching ink droplets to a predetermined pattern on a recording sheet.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, an ink jet head has been used as a recording device for recording an image on recording paper.
[0003]
Ink-jet head recording methods use thermal energy generated by heating resistors to eject ink droplets toward recording paper, those that use deformation of piezoelectric elements, and also occur when electromagnetic waves are irradiated. Among them, the thermal jet type using the heat energy of the heating resistor is easy to pattern the heating resistor and is a heating resistor with a small area. However, since it can generate relatively large heat energy, it is attracting attention as being suitable for high-density recording.
[0004]
As shown in FIG. 5, such a thermal jet type inkjet head has a large number of heating resistors 23 arranged in a straight line on the upper surface of a base plate 22 made of alumina ceramics, and a pair of heating resistors 23 at both ends. The head substrate 21 to which the power supply wiring 24 is attached and the top plate 25 having the ink discharge holes 26 corresponding to the heating resistors 23 are arranged so as to form a predetermined gap therebetween. In addition, there is known a structure in which the gap 27 is filled with ink 27, and the heating resistor 23 is selectively heated while conveying the recording paper M along the outer surface of the top plate 25 onto the ink discharge holes. The generated heat energy causes the bubble A to be generated in the ink, and the ink droplet i is moved outside from the ink discharge hole 26 by the pressure at the time of the bubble generation. Was issued, a predetermined image is recorded by attaching the recording paper M it.
[0005]
The numerous heating resistors 23 and the pair of power supply wirings 24 are formed in a predetermined pattern by employing a conventionally well-known thin film forming technique, specifically, sputtering, photolithography technique, and etching technique.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the ink jet head described above, when the heating resistor 23 is formed by a conventionally known thin film forming technique, the size of the heating resistor 23 varies due to problems such as accuracy in photolithography and etching. In many cases, the electric resistance values of the heating resistors 23 are different depending on the variation. Therefore, when substantially equal electric power is applied to all the heating resistors 23, the heat energy generated by the heating resistors 23 becomes non-uniform, and the recording paper M is formed with a flawed image.
[0007]
Therefore, in order to eliminate the above-described drawbacks, correction data relating to each heating resistor 23 is prepared in advance, and by adjusting the power applied to the heating resistor 23 based on the correction data, the heat energy generated by the heating resistor 23 is made uniform. It has been proposed to
[0008]
However, when adjusting the applied power described above, a memory for storing correction data, a complicated correction circuit, a dedicated power supply circuit, and the like are separately required, and the configuration of the inkjet head and the printer main body in which the ink jet head is incorporated is greatly complicated. In addition, since it is necessary to adjust the magnitude of the power applied to the heating resistor 23 for each printing for one line, it takes a long time for the recording operation and has the disadvantage of reducing the printing speed. It was.
[0009]
The present invention has been devised in view of the above-described drawbacks, and an object of the present invention is to provide a high-performance inkjet head that can record a good image and can cope with high-speed recording.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
The inkjet head of the present invention is an inkjet head configured to eject ink by thermal energy, and includes a base plate, a plurality of heating resistors arranged in the main scanning direction on the upper surface of the base plate, and the plurality of the heating resistors. A head substrate that is electrically connected to the heating resistor and includes a power supply wiring on which a pulse trimming pad is formed, and a width smaller than the base plate in the sub-scanning direction intersecting the main scanning direction A top plate and a spacer interposed between the head substrate and the top plate to form a gap for filling ink, and the pulse trimming pad is located outside the top plate placement region. in which and located outside the gap, the heating resistor is formed by TaSiO-based resistance material, the Ta content of 50 atomic% to 60 And it is characterized in that it is set to the child%.
[0012]
The ink jet head of the present invention comprises a mineral material containing silicon and oxygen, the heat generating resistor further comprises a protective film for protecting the content of oxygen contained in the protective layer is 2.0 wt % To 10.0% by weight is preferable.
[0013]
According to the ink jet head of the present invention, one end of the power supply wiring connected to the heating resistor is led out to the outside of the top plate arranged on the head substrate, and the pad for pulse trimming is provided in the derived portion. Therefore, even if the electrical resistance values vary, the trimming pulse is applied to the heating resistor via the pad, and the electrical resistance of the heating resistor is changed. By adjusting the resistance value, the heat energy generated by the heating resistor can be made substantially uniform, and a good image can be recorded on the recording paper. In addition, in this case, by adjusting the electrical resistance value itself of the heating resistor, the heat energy generated by the heating resistor can be made substantially uniform, so the correction data is used to adjust the power applied to the heating resistor. Compared to the above, the memory for storing correction data, complicated correction circuits, dedicated power supply circuits, etc. are no longer required, and the configuration of the inkjet head and printer body can be kept simple, and correction processing during recording operations, etc. Since it is unnecessary, it can be used for high-speed recording.
[0014]
Further, according to the ink jet head of the present invention, the pulse trimming pad is located outside the top plate placement area and outside the gap formed by the spacers. However, there is also an advantage that trimming can be easily performed by making the probe of the probing device used for pulse trimming reliably contact the pad and performing trimming easily.
[0015]
Further, the inkjet head heating resistors are formed by TaSiO-based resistive material, since the content of Ta is set to 50 atomic% to 60 atomic%, when adjusting by the pulse trimming method, a predetermined pulse There is an advantage that the resistance value fluctuation amount when applied becomes an appropriate magnitude, and finer adjustment of the resistance value is facilitated by the pulse trimming method.
[0016]
The inkjet head of the present invention is made of an inorganic material containing silicon and oxygen, and further includes a protective film for protecting the heating resistor, and the oxygen content in the protective film is 2.0 wt% to 10 wt%. When set to 0.0% by weight, by applying a predetermined trimming pulse to the heating resistor, oxygen in the protective film reacts with the resistance material constituting the heating resistor to cause the surface of the heating resistor to react. A thin oxide film is formed, and the electrical resistance value of the heating resistor can be increased. Therefore, the electric resistance value of the heating resistor can be varied both up and down, and there is an advantage that the adjustment range of the resistance value is widened.
[0017]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
1 is an exploded perspective view of an ink jet head according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a plan view of a head substrate used in the ink jet head of FIG. 1, and FIG. 3 is a cross-sectional view of the ink jet head of FIG. The ink jet head shown is generally composed of a head substrate 1 and a top plate 5, and ink 7 is filled between both members.
[0018]
The head substrate 1 has a structure in which a large number of heating resistors 3 and a pair of power supply wirings 4 are attached to the upper surface of a base plate 2.
[0019]
The base plate 2 is formed in a rectangular shape from various materials such as alumina ceramics and single crystal silicon, and functions as a supporting base material that supports a large number of heating resistors 3 and a pair of power supply wirings 4 on its upper surface. .
[0020]
When such a base plate 2 is made of single crystal silicon, it is manufactured by slicing a single crystal silicon ingot formed by a conventionally known chocolate ski method (pull-up method) or the like to a predetermined thickness. In this case, an insulating film made of an electrically insulating material such as silicon oxide (SiO ₂ ) is formed on the surface of the base plate 2 by a known thermal oxidation method to a thickness of 1 μm to 3 μm. The single crystal silicon forming the base plate 2 is electrically insulated from the heating resistor 3 and the like.
[0021]
A number of heating resistors 3 provided on the upper surface of the base plate 2 are linearly arranged in the main scanning direction at a density of 600 dpi (dot per inch) along one long side of the base plate 2. , Each of which is formed of a resistive thin film made of an electrical resistance material such as TaN, TaSiO, TaSiNO, TiSiO, TiSiCO, or NbSiO.
[0022]
Since the heat generating resistor 3 itself is made of an electric resistance material, Joule heat is generated when a predetermined power is applied through the pair of power supply wires 4, and bubbles A are generated in the ink 7. It becomes a predetermined temperature (200 ° C. to 400 ° C.) necessary for the operation.
[0023]
Further, a pair of power supply wirings 4 for applying a predetermined power to the heating resistor 3 is connected to each heating resistor 3 at both ends in the main scanning direction. Is led out to the outside of the arrangement area of the driver IC 10 and connected to the terminal of the driver IC 10 at the end of the lead-out portion.
[0024]
Further, the power supply wiring 4 is provided with pulse trimming pads 4a having a rectangular shape wider than the power supply wiring 4 in the middle of the lead-out portion described above. One is provided in the middle, and is arranged in a staggered manner in the arrangement direction (main scanning direction) of the power supply wirings 4 as a whole.
[0025]
The pad 4a is positioned outside the edge of the top plate 7 so that the trimming operation can be easily performed even after the ink jet head is assembled, and the electric resistance value of the heating resistor 3 is set. When adjustment is performed by a pulse trimming method described later, a probe (probe) of a probing device that applies a trimming pulse is brought into contact.
[0026]
Therefore, when the heating resistor 3 is formed, the size thereof varies, and even if the electrical resistance values of the heating resistors 3 are different from each other, trimming provided in the middle of the lead-out portion of the power supply wiring 4 is performed. By adjusting the electric resistance value by applying a trimming pulse to the heating resistor 3 through the pad 4a, the heat energy generated by the heating resistor 3 can be made substantially uniform.
[0027]
Further, in this case, since the pads 4a are arranged in a staggered manner in the arrangement direction of the pair of power supply wirings 4, a space can be provided between adjacent pads, and the pair of power supply wirings 4 can be increased by a well-known thin film formation technique. Even when arranged in the density, there is an advantage that an electrical short circuit between the adjacent power supply wiring 4 and pads can be effectively prevented.
[0028]
The heating resistor 3 and the pair of power supply wirings 4 are formed by employing a conventionally well-known thin film forming technique such as sputtering, photolithography technique, etching technique, and the like. Specifically, a laminate composed of a resistance thin film and a metal thin film is formed by sequentially depositing an electric resistance material such as TaSiO or a metal material such as aluminum on the upper surface of the base plate 2 by known sputtering. The heating resistor 3 and the power supply wiring 4 are patterned into a predetermined shape by microfabrication using a known photolithography technique and etching technique, and the well-known electroless plating method is adopted for the trimming pad 4a. Thus, the Ni (nickel) layer is formed in a predetermined position of the power supply wiring 4 by sequentially laminating a thickness of 2.0 μm to 3.5 μm and an Au (gold) layer to a thickness of 0.05 μm to 0.1 μm. The
[0029]
A terminal of the driver IC 10 for controlling the heat generation of the heating resistor 3 is connected to the end of the lead-out portion of the power supply wiring 4.
[0030]
The driver IC 10 has a structure in which an electronic circuit such as a switching transistor, a large number of output terminals, input terminals, and the like are integrated on a lower surface of a silicon wafer at a high density, and the switching transistor is turned on based on image data from the outside. -By switching off, the power supply to each heating resistor 3 is controlled.
[0031]
The driver IC 10 is manufactured by adopting a conventionally well-known semiconductor manufacturing technique, and the output terminal of the obtained driver IC 10 is connected to the end of the lead-out portion of the power supply wiring 4 via solder by a well-known face-down bonding. It is mounted on the base plate 2 by being placed at a predetermined position on the base plate 2 so as to be positioned, and then heating and melting the solder.
[0032]
On the other hand, the top plate 5 is disposed on the head substrate 1 so as to form a predetermined gap (for example, 20 μm to 300 μm) therebetween.
[0033]
The top plate 5 has a structure in which a large number of substantially circular ink discharge holes 6 corresponding to the heating resistors 3 on a one-to-one basis are formed on a rectangular plate formed narrower in the sub-scanning direction than the base plate 2. The ink discharge holes 6 are fixed on the head substrate 1 via spacers so that the ink discharge holes 6 are positioned directly above the heating resistor 3.
[0034]
Each of the plurality of ink ejection holes 6 is set to have a diameter of 10 μm to 100 μm, and when bubbles A are generated in the ink 7 due to heat generation of the heating resistor 3 during the recording operation of the ink jet head. The ink droplet i is ejected from the ink ejection hole 6 toward the recording paper M by the pressure when the bubbles are generated.
[0035]
The top plate 5 is made of a metal such as molybdenum, an electrically insulating material such as alumina ceramics, or a photosensitive resin. When the top plate 5 is made of, for example, molybdenum, a molybdenum ingot is formed to a predetermined thickness by a conventionally known metal processing method. This plate is manufactured by punching ink discharge holes 6 in the thickness direction by laser processing known in the art, and the obtained top plate 5 is formed on the head substrate 1 via a spacer. It is fixed by mounting.
[0036]
The gap formed between the head substrate 1 and the top plate 5 is filled with ink 7.
[0037]
As the ink 7, for example, pigment type water-based ink or water-based dye ink is used, and the ink 7 is supplied from an ink tank (not shown) between the head substrate 1 and the top plate 5, and generates heat from the heating resistor 3 described above. When the bubble A is generated in the ink 7 due to the thermal energy accompanying the ink 7, a part of the ink 7 becomes an ink droplet i by the pressure of the bubble A and is discharged to the outside from the ink discharge hole 6. A predetermined image is recorded by adhering to the recording paper M conveyed along the outer surface.
[0038]
Next, a method for adjusting the electric resistance value of the heating resistor 3 will be described.
[0039]
As described above, the electrical resistance value of the heating resistor 3 is adjusted by employing a conventionally known pulse trimming method. Specifically, after measuring the resistance values of all the heating resistors 3, the smallest resistance value among the measured resistance values is used as a reference value, and the reference value is compared with the measured resistance value. And then applying a trimming pulse corresponding to the difference to the heating resistor 3 via the trimming pad 4a to lower the electrical resistance value of the heating resistor 3, thereby generating the heating resistor. The resistance value of 3 is adjusted to the reference value. The trimming pulse is applied to the heating resistor 3 by bringing the probe of the probing device into contact with the surface of the pad 4a.
[0040]
At this time, since the pad 4a is provided outside the area where the top plate 5 is disposed, the probe of the probing device reliably contacts the trimming pad 4a even after the ink jet head is assembled. Therefore, trimming can be easily performed, and trimming workability is improved.
[0041]
In addition, in this case, since the heat energy generated by the heating resistor 3 can be made substantially uniform by adjusting the electric resistance value itself of the heating resistor 3, compared with the case where the applied power is adjusted using correction data. This eliminates the need for correction data storage memory, complicated correction circuits, dedicated power supply circuits, etc., and makes it possible to maintain the configuration of the inkjet head and the printer body in a simple manner, as well as no correction processing during recording operations. It can also be used for high-speed recording.
[0042]
At this time, if the heating resistor 3 is formed of a TaSiO-based resistor material and the Ta content is set to 50 atom% to 60 atom%, the electric resistance value of the resistor material forming the heating resistor 3 is When adjusting by a conventionally known pulse trimming method, there is an advantage that the resistance value fluctuation amount when a predetermined pulse is applied becomes an appropriate magnitude, and finer resistance value adjustment is facilitated by the pulse trimming method. .
[0043]
Here, if the Ta content in the heating resistor 3 is larger than 60 atomic%, the resistance value fluctuation of the heating resistor 3 becomes large when a trimming pulse is applied, and fine resistance adjustment tends to be difficult. On the other hand, if the Ta content in the heating resistor 3 is less than 50 atomic%, the resistance value fluctuation of the heating resistor 3 when the trimming pulse is applied is small. When a large change is made, it takes a long time to adjust the resistance value. Therefore, it is preferable to set the Ta content in the heating resistor 3 to 50 atomic% to 60 atomic%.
[0044]
In addition, this invention is not limited to the above-mentioned embodiment, A various change, improvement, etc. are possible in the range which does not deviate from the summary of this invention.
[0045]
For example, in the above-described embodiment, the ink discharge hole 6 is provided in the top plate 5 and the ink discharge hole 6 is disposed right above the heating resistor 3. The present invention may be applied to an edge shooter type inkjet head that ejects ink droplets i from the edge of the head substrate 1 as shown in FIG. In doing so, the ink ejection holes 6 ′ may not be provided in the top plate 5, but may be perforated in the nozzle member 8 disposed in the direction perpendicular to the top plate 5 ′ on one end side of the head substrate 1. .
[0046]
In the above-described embodiment, the heating resistor 3 is covered with a protective film made of an inorganic material containing silicon and oxygen, and the oxygen content in the protective film is 2.0 wt% to 10.0 wt%. If the predetermined trimming pulse is applied to the heating resistor 3, oxygen in the protective film reacts with the resistance material constituting the heating resistor 3 to cause the heating resistor 3 to react. A thin oxide film is formed on the surface, and the electrical resistance value of the heating resistor 3 can be increased. Therefore, the electric resistance value of the heating resistor 3 can be varied both up and down, and there is an advantage that the adjustment range of the resistance value is widened.
[0047]
【The invention's effect】
According to the ink jet head of the present invention, one end of the power supply wiring connected to the heating resistor is led out to the outside of the top plate arranged on the head substrate, and is used for pulse trimming in the middle of the lead-out portion. Since the size of the heating resistor varies and the electric resistance values are different from each other, a trimming pulse is applied to the heating resistor via the pad, and the heating resistor is provided. By adjusting the electrical resistance value, the heat energy generated by the heating resistor can be made substantially uniform, and a good image can be recorded on the recording paper.
[0048]
In addition, in this case, by adjusting the electrical resistance value itself of the heating resistor, the heat energy generated by the heating resistor can be made substantially uniform, so the correction data is used to adjust the power applied to the heating resistor. Compared to the above, a memory for storing correction data, a complicated correction circuit, a dedicated power supply circuit, etc. are not required, and the configuration of the ink jet head and the printer main body can be kept simple, and correction processing during a recording operation, etc. Since it is unnecessary, it can be used for high-speed recording.
[0049]
Further, according to the ink jet head of the present invention, since the pad is provided outside the area where the top plate is disposed, the probe of the probing device used for pulse trimming can be used even after the ink jet head is assembled. Trimming can be easily performed by reliably contacting the pad, and there is an advantage that trimming workability can be improved.
[0050]
Furthermore, according to the ink jet head of the present invention, by arranging the pads in a staggered manner in the direction of arrangement of the power supply wiring, a space can be provided between adjacent pads. Even when it is formed in a density, there is an advantage that an electrical short circuit between adjacent power supply wirings and pads can be effectively prevented.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an exploded perspective view of an ink jet head according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a plan view of a head substrate used in the ink jet head of FIG.
3 is a cross-sectional view of the inkjet head of FIG.
FIG. 4 is a cross-sectional view of an inkjet head according to another embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a cross-sectional view of a conventional inkjet head.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Head substrate, 2 ... Base plate, 3 ... Heating resistor, 4 ... Feeding wiring, 4a ... Trimming pad, 5, 5 '... Top plate, 6, 6 '... Ink ejection hole, 7 ... Ink, 8 ... Nozzle member, 10 ... Driver IC

Claims

An inkjet head configured to eject ink by thermal energy,
A base plate, a plurality of heating resistors arranged in the main scanning direction on the upper surface of the base plate, and a power supply wiring electrically connected to the plurality of heating resistors and having a pulse trimming pad formed thereon A head substrate comprising:
A top plate that is narrower than the base plate in the sub-scanning direction intersecting the main scanning direction;
A spacer for interposing between the head substrate and the top plate and forming a gap for filling ink;
The pulse trimming pad is located outside the top plate placement area and outside the gap ,
The heat generating resistor is formed of a TaSiO-based resistor material, and the Ta content is set to 50 atom% to 60 atom% .

The protective film is made of an inorganic material containing silicon and oxygen, and further includes a protective film for protecting the heating resistor, and the content of oxygen contained in the protective film is set to 2.0 wt% to 10.0 wt%. The inkjet head according to claim 1 , wherein the inkjet head is provided.