JP4061162B2

JP4061162B2 - Inkjet head and inkjet printer using the same

Info

Publication number: JP4061162B2
Application number: JP2002284633A
Authority: JP
Inventors: 洋一元
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2002-09-30
Filing date: 2002-09-30
Publication date: 2008-03-12
Anticipated expiration: 2022-09-30
Also published as: JP2004114637A

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、並びにインクジェットプリンタ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】
かかる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素子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素子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、発熱素子のパターニングが容易である上に、小さな面積の発熱素子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及び図６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、直線状に配列された複数個の発熱素子２３と、該各発熱素子２３に接続される給電配線２４とを被着させ、これらをＳｉ₃Ｎ₄から成る保護膜２６で被覆してなるヘッド基板２１と、前記発熱素子２３と１対１に対応したインク吐出孔２８を有する天板２７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２９を充填した構造のものが知られており、記録紙を天板２７の外表面に沿ってインク吐出孔上に搬送しながら発熱素子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発熱素子上のインク２９をインク吐出孔側へ押し上げ、インク２９の一部をインク吐出孔２８より記録紙に向かって吐出させることにより所定の画像が記録される（特許文献１参照）。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００２−１１８８１号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述した従来のインクジェットヘッドにおいては、個々の発熱素子２３は、発熱時、その外周域よりも中央域で発熱温度が高くなるような温度分布となっている。このような発熱素子２３を発熱させると、インク中に発生する気泡の形状が外周域よりも中央域で外側に大きく突出した形状となってしまうため、気泡の圧力によって記録紙に向かって吐出されるインクは、その吐出量が各インク吐出孔の中央域で過剰気味に、外周域で不足気味となり、それ故、記録紙に形成される各ドットの輪郭が不明確となり、画像が不鮮明となる欠点を有していた。
【０００７】
しかも、インク中に発生する気泡の形状が外周域よりも中央域で外側に大きく突出した形状となることから、気泡消滅時に発生する衝撃が気泡の中央域で極めて大きくなり、それ故、上記衝撃によって発熱素子上の保護膜が比較的短時間で削れてしまい、保護膜を長期にわたって良好に機能させることが困難であるという欠点を有していた。
【０００８】
本発明は上記欠点に鑑み案出されたものであり、その目的は記録紙に鮮明な画像を記録することができ、しかも保護膜を長期にわたり良好に機能させることが可能な高性能のインクジェットヘッド並びにインクジェットプリンタを提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明に係るインクジェットヘッドは、ベースプレートと、該ベースプレート上に配列形成される多数の発熱素子と、該発熱素子に対して電気的に接続される給電配線と、少なくとも前記多数の発熱素子を略均一な厚みで被覆し且つ酸素を含んでなる保護膜とを有するヘッド基板と、前記ヘッド基板との間に間隙を形成するようにして配設され、該間隙に充填されるインクを吐出するためのインク吐出孔を有する天板と、を備え、前記発熱素子は、その表面の中央域に酸化膜が形成されており、かつ、その厚みが略均一であり、前記酸化膜の厚みは、前記発熱素子の厚みの２％〜５０％であることを特徴とするものである。また、本インクジェットヘッドにおいて前記酸化膜の厚みは、前記発熱素子の中心から外周に向かって漸次薄くなるのが好ましい。
【００１０】
本インクジェットヘッドにおいて前記酸化膜の形成面積が、対応する発熱素子の表面積の２％〜２０％であるのが好ましい。本インクジェットヘッドにおいて前記酸化膜の平面視形状は、対応する発熱素子の平面視形状と相似であるのが好ましい。
【００１１】
本インクジェットヘッドにおいて前記保護膜の酸素含有量は２．０質量％〜１０．０質量％であるのが好ましい。
【００１２】
本インクジェットヘッドにおいて前記発熱素子はＴａＳｉＯ系抵抗材料により形成され、そのＴａ含有量は５０原子％〜６０原子％であるのが好ましい。
【００１３】
本インクジェットヘッドにおいて前記酸化膜は、前記発熱素子の形成材料と前記保護膜に含まれる酸素とを結合してなるのが好ましい。
【００１４】
本発明に係るインクジェットプリンタは、上述のインクジェットヘッドと、該インクジェットヘッドにおけるインク吐出孔上に記録紙を搬送する搬送手段と、を備えることを特徴とするものである。
【００１５】
本発明によれば、各発熱素子の中央域に、その表面より所定の深さ領域まで発熱素子を酸化してなる酸化膜を形成したことから、各発熱素子の電気抵抗値が中央域で上昇し、発熱素子の温度分布を各発熱素子の表面全域で略均一に成すことができる。従って、インク中に発生する気泡の形状が気泡の全域で略同じように外側に突出した形状となり、記録紙に向かって吐出されるインクの吐出量をインク吐出孔内で略均一に揃えることができ、記録紙に形成される各ドットの輪郭が明確な鮮明な画像を記録することが可能となる。
【００１６】
しかもこの場合、各発熱素子の電気抵抗値を中央域で上昇させることができるため、気泡消滅時に発生する衝撃を気泡の中央域で小さく抑えることができ、保護膜の一部が短時間で削れてしまうといった不具合を有効に防止し、保護膜を長期にわたって良好に機能させることが可能となる。
【００１７】
また本発明によれば、保護膜中の酸素含有量を２．０質量％〜１０．０質量％に設定することにより、抵抗値の上昇度合いが適度な大きさになり、より細かな抵抗値調整が可能になるという利点もある。
【００１８】
【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は本発明の一実施形態に係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の断面図、図３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であり、図１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７とで構成され、両部材間にインク９を充填した構造となっている。
【００１９】
前記ヘッド基板１は、矩形状をなすように形成されたベースプレート２の上面に、直線状に配列した多数の発熱素子３と、該発熱素子３に電気的に接続される給電配線４とを被着・形成し、これらを保護膜６で被覆した構造を有している。
【００２０】
前記ベースプレート２は、単結晶シリコン等の半導体材料、或いは、グレーズドアルミナセラミックス等の電気絶縁性材料によって形成されており、その上面で発熱素子３や給電配線４，保護膜６等を支持するための支持母材として機能する。
【００２１】
このようなベースプレート２は、例えば単結晶シリコンから成る場合、従来周知のチョコラルスキー法（引き上げ法）等を採用することによって単結晶シリコンのインゴット（塊）を形成し、これを所定厚みにスライスした上、外形加工することによって製作される。尚、この場合、ベースプレート２の表面には酸化シリコン（ＳｉＯ₂）等の電気絶縁性材料から成る絶縁膜（図示せず）が例えば１μｍ〜３μｍの厚みに設けられ、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を発熱素子３等から電気的に絶縁している。
【００２２】
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素子３は、例えば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、その各々が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０．０１μｍ〜０．２μｍの厚みに形成されている。
【００２３】
前記発熱素子３は、それ自体が電気抵抗材料から成っているため、給電配線４等を介して電源電力が供給されると、ジュール発熱を起こし、インク９中で気泡Ａを発生させるのに必要な所定の熱エネルギーを発生する。
【００２４】
そして各発熱素子３には、その表面の中央域に、該表面より所定の深さ領域（発熱素子３の厚みの２％〜５０％の深さ）まで発熱素子３を酸化してなる酸化膜３ａが形成されている。
【００２５】
前記酸化膜３ａは、例えば発熱素子３がＴａＳｉＯにより形成されている場合、Ｔａ₂Ｏ₅を主成分とし、その内部に微量のＳｉを含んだ組成となっており、その形状は円形状や楕円形状、多角形状等、種々の形状に形成され、かかる酸化膜３ａの面積が対応する発熱素子３の表面積の２％〜２０％に設定されている。例えば、発熱素子３が２５μｍ×２５μｍの正方形状を成す場合、酸化膜３ａは５μｍ×５μｍの正方形状に形成される。
【００２６】
このような酸化膜３ａは、その電気抵抗値が発熱素子を構成する電気抵抗材料よりも大きいことから、発熱素子３の中央域の電気抵抗値が上昇し、発熱素子３の発熱時の温度分布を各発熱素子３の表面全域で略均一となる。
【００２７】
このため、発熱素子３を発熱させた際に、ヘッド基板１−天板７間のインク９中に発生した気泡Ａの形状は、気泡Ａの全域で略同じように外側に突出した形状となり、記録紙に向かって吐出されるインク９の吐出量を天板７に穿設されるインク吐出孔８内で略均一に揃えることができ、記録紙に形成される各ドットの輪郭が明確な鮮明な画像を記録することが可能となる。
【００２８】
しかもこの場合、各発熱素子３の電気抵抗値を中央域で上昇させるようにしたことから、気泡消滅時に発生する衝撃を気泡Ａの中央域で小さく抑えることができ、保護膜６の一部が短時間で削れてしまうといった不具合を有効に防止し、保護膜６を長期にわたって良好に機能させることが可能となる。更に前記発熱素子３には、給電配線４が電気的に接続されている。
【００２９】
前記給電配線４は、先に述べた発熱素子３に電源電力を印加するためのものであり、その一端は後述するインク９の充填領域外まで導出され、該導出部で図示しないドライバーＩＣ等の端子に接続される。
【００３０】
そして前記発熱素子３や給電配線４等を被覆する保護膜６は、インク９中に含まれているアルカリイオンや水分等が発熱素子３や給電配線４に接触してこれらを腐食したり、或いは、インク９中に含まれている染料の固まり等が発熱素子３の表面に付着するのを有効に防止するためのものであり、シリコン及び酸素を含む無機質材料、例えばＳｉＯ₂やＳｉ-Ｏ-Ｎ，ガラス等によって０．２μｍ〜２．０μｍの厚みに形成される。
【００３１】
かかる保護膜６中の酸素は、酸化反応にて発熱素子３の抵抗値を上昇させる際に、発熱素子３を形成する抵抗材料と結合して発熱素子３の表面に薄い酸化膜を形成する作用を為すものであり、その含有量は２．０質量％〜１０．０質量％に設定されている。
【００３２】
尚、前記発熱素子３や給電配線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、エッチング技術等によって形成される。具体的には、まずＴａＳｉＯ等の抵抗材料と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及びエッチング技術にて微細加工することにより発熱素子３や給電配線４が所定形状にパターニングされ、また、前記パッド５は、従来周知の無電解メッキ法を採用することによりＮｉ及びＡｕを給電配線４の所定箇所に順次積層することによって形成される。
【００３３】
また、前記保護膜６は、従来周知のスパッタリングや真空蒸着法，プラズマＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）等を採用し、発熱素子３や給電配線４等の表面に前述の無機質材料を所定厚みに被着させることによって形成される。
【００３４】
そして、前記酸化膜３ａは、保護膜６の形成後、従来周知のレーザ照射法、具体的には、ＹＡＧレーザを用いて発熱素子３の所定領域に２６６ｎｍ〜１１００ｎｍの波長を有したレーザを所定時間照射させることにより、該照射した部分の発熱素子３を高温に成し、これによって発熱素子３の一部を保護膜６中の酸素と反応させることにより円形状、楕円形状、多角形状等の種々の形状に形成される。このとき、保護膜中の酸素含有量が２．０質量％〜１０．０質量％に設定されていることから、抵抗値の上昇度合いが適度な大きさになり、より細かな抵抗値調整が可能になるという利点がある。
【００３５】
ここで、保護膜中の酸素含有量が２．０質量％よりも小さいと、保護膜中の酸素が不足気味になって抵抗値の上昇度合いが小さくなる傾向にあり、一方保護膜中の酸素含有量が１０．０質量％よりも大きいと、酸素が過剰気味になって抵抗値の上昇度合いが大きくなる傾向にある。従って、保護膜中の酸素含有量を２．０質量％〜１０．０質量％に設定しておくことが好ましい。なお、酸化膜３ａの厚みはレーザの照射時間によって調整され、酸化膜３ａの厚みを厚くする場合にはレーザの照射時間をそれに応じて長くすれば良い。
【００３６】
また一方、上述したヘッド基板１上には、間に所定の間隙（例えば、２０μｍ〜３００μｍ）を形成するようにして天板７が配設される。
【００３７】
前記天板７は、発熱素子３と１対１に対応する多数のインク吐出孔８を有し、その外形は副走査方向の寸法がヘッド基板１よりも小型となるように、具体的には、天板７の一端がパッド５の位置よりも発熱素子３側に位置するように配置されている。
【００３８】
かかる天板７は、インク吐出孔８が対応する発熱素子３の真上に位置するように配置されており、インクジェットヘッドの記録動作時、インク吐出孔８よりインク滴ｉを記録紙に向けて吐出するようになっている。
【００３９】
尚、前記天板７は、モリブデン等から成る金属製の板体、アルミナセラミックス等から成るセラミック製の板体、エポキシ樹脂やポリイミド樹脂等の樹脂製の板体、或いは、上記の材料を組み合わせることによって形成され、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り板状に成形するとともに、該板体の所定箇所に従来周知のエッチング技術等を採用して孔あけを行い、直径１０μｍ〜１００μｍ程度のインク吐出孔８を多数、穿設することによって製作され、得られた天板７を図示しないスペーサを介してヘッド基板１上に載置・接着させることにより天板７がヘッド基板１上の所定位置に固定される。
【００４０】
そして前記ヘッド基板１と天板７との間隙に充填されるインク９としては、例えば水性染料インク等が好適に使用され、その粘度は、例えば０．３ｍＰａ・ｓ〜３．０ｍＰａ・ｓ（２５℃）に調整される。
【００４１】
このようなインク９は、図示しないインクタンクからヘッド基板１−天板７間の間隙に供給されるようになっており、前述した発熱素子３からの熱エネルギーによってインク９中に気泡Ａが発生すると、該気泡発生時の圧力によってインク９の一部がインク吐出孔８よりインク滴ｉとなって外部に吐出され、これらのインク滴ｉを天板７の外表面に沿って搬送される記録紙の表面に付着させることにより所定の画像が形成される。
【００４２】
そして、上述のようなインクジェットヘッドが組み込まれるインクジェットプリンタは、図４に示す如く、筐体内に、上述したインクジェットヘッドＩＪと、記録紙をインクジェットヘッドＩＪのインク吐出孔８上に搬送する搬送手段としての複数の搬送ローラ等が配設される。
【００４３】
前記複数の搬送ローラは、その外周部が金属やゴム等によって形成されており、インクジェットヘッドＩＪに対し感熱記録媒体の搬送方向上流側と下流側に分かれて配設され、これらの搬送ローラとで記録紙の走行を支持している。
【００４４】
そして、これと同時に多数の発熱素子３を選択的に発熱させるとともに、該発熱した熱によってインク９中に気泡を発生させ、気泡発生時の圧力でもって前記インク９の一部をインク吐出孔８より記録紙に向かって吐出させ、これを記録紙に付着させることにより、記録紙に対して所定の画像を記録する。
【００４５】
尚、本発明は上述した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。
【００４６】
例えば、上述の実施形態において、前記酸化膜３ａの厚みを発熱素子３の中心より外周に向かって漸次薄くなるように設定しておけば、発熱素子３の電気抵抗値が中央域より外周域に向かって滑らかに変動するようになり、発熱素子３の温度分布を極めて均一な状態となすことができ、上述の実施形態よりも更にドットが明確な画像を記録することが可能となる。
【００４７】
このような酸化膜３ａを形成するには、上述のレーザを複数箇所で照射時間を異ならせるように照射すればよく、具体的には、レーザの照射時間が発熱素子３の中心付近で長く、中心より離間するにつれて短くなるように照射すればよい。
【００４８】
また、上述の実施形態においては、インク吐出孔８を天板７に設け、インク吐出孔８を発熱素子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８を発熱素子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、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しても構わない。
【００４９】
更に、上述の実施形態において、前記発熱素子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、発熱素子３の電気抵抗値を従来周知のレーザ照射法にて調整する際、レーザを照射したときに発熱素子３の表面に適度な速度で酸化膜３ａを形成することができ、酸化膜３ａの厚み調整がしやすくなるという利点がある。
【００５０】
ここで、発熱素子３内のＴａ含有率が６０原子％よりも大きいと、レーザを照射したとき、酸化膜３ａの形成速度が大きくなって酸化膜３ａの厚み調整が困難になる傾向があり、一方、発熱素子３内のＴａ含有率が５０原子％よりも小さいと、レーザを照射したときの酸化膜３ａの形成速度が小さいため、酸化膜３ａの形成に長時間を要し、インクジェットヘッドの生産性を低下させるおそれがある。従って、発熱素子３を形成する抵抗材料中の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。
【００５１】
【発明の効果】
本発明によれば、各発熱素子の中央域に、その表面より所定の深さ領域まで発熱素子を酸化してなる酸化膜を形成したことから、各発熱素子の電気抵抗値が中央域で上昇し、発熱素子の温度分布を各発熱素子の表面全域で略均一に成すことができる。従って、インク中に発生する気泡の形状が気泡の全域で略同じように外側に突出した形状となり、記録紙に向かって吐出されるインクの吐出量をインク吐出孔内で略均一に揃えることができ、記録紙に形成される各ドットの輪郭が明確な鮮明な画像を記録することが可能となる。
【００５２】
しかもこの場合、各発熱素子の電気抵抗値を中央域で上昇させることができるため、気泡消滅時に発生する衝撃を気泡の中央域で小さく抑えることができ、保護膜の一部が短時間で削れてしまうといった不具合を有効に防止し、保護膜を長期にわたって良好に機能させることが可能となる。
【００５３】
また本発明によれば、保護膜中の酸素含有量を２．０質量％〜１０．０質量％に設定することにより、抵抗値の上昇度合いが適度な大きさになり、より細かな抵抗値調整が可能になるという利点もある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施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の断面図である。
【図３】図１のインクジェットヘッドを構成するヘッド基板の要部拡大平面図である。
【図４】図１のインクジェットヘッドを用いて構成したインクジェットプリンタの概略図である。
【図５】従来のインクジェットヘッドの断面図である。
【図６】図５のインクジェットヘッドを構成するヘッド基板の要部拡大平面図である。
【符号の説明】
１・・・ヘッド基板
２・・・ベースプレート
３・・・発熱素子
３ａ・・・酸化膜
４・・・給電配線
５・・・パッド
６・・・保護膜
７・・・天板
８・・・インク吐出孔
９・・・インク
Ａ・・・気泡
ｉ・・・インク滴[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, and an inkjet printer.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, an ink jet head has been used as a recording device for recording an image on recording paper.
[0003]
Such ink jet head recording methods use heat energy generated by heating elements to eject ink droplets toward recording paper, use of 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 element is easy to pattern the heating element, and even a heating element with a small area is relatively Since it can generate large thermal energy, it is attracting attention as being suitable for high-density recording.
[0004]
As shown in FIGS. 5 and 6, the thermal jet type inkjet head includes a plurality of heating elements 23 arranged linearly on the upper surface of a base plate 22 made of alumina ceramics, and is connected to each heating element 23. The power supply wiring 24 is attached to the head substrate 21 which is covered with a protective film 26 made of Si ₃ N ₄ , and the head having the ink discharge holes 28 corresponding to the heating elements 23 one to one. There is known a structure in which a predetermined gap is formed between the plate 27 and the gap 29 is filled with ink 29, and the recording paper is ejected along the outer surface of the top plate 27. The heat generating element 23 is selectively heated while being transported over the holes, and bubbles A are generated in the ink by the generated heat energy, and are generated by the pressure when the bubbles are generated. Push the ink 29 on the element to the ink discharge hole side, predetermined image is recorded by ejecting a part of the ink 29 toward the recording paper from the ink discharge hole 28 (see Patent Document 1).
[0005]
[Patent Document 1]
Japanese Patent Laid-Open No. 2002-11881
[Problems to be solved by the invention]
By the way, in the above-described conventional ink jet head, each heat generating element 23 has a temperature distribution such that the heat generation temperature is higher in the central region than in the outer peripheral region during heat generation. When the heat generating element 23 generates heat, the shape of the bubbles generated in the ink becomes a shape that protrudes outward in the central region rather than the outer peripheral region, and is thus discharged toward the recording paper by the pressure of the bubbles. The amount of ink discharged becomes excessive in the central area of each ink discharge hole and insufficient in the outer peripheral area. Therefore, the outline of each dot formed on the recording paper becomes unclear and the image becomes unclear. Had drawbacks.
[0007]
In addition, since the shape of the bubbles generated in the ink protrudes more outward in the central region than in the outer peripheral region, the impact generated when the bubbles disappear is extremely large in the central region of the bubbles. As a result, the protective film on the heating element is scraped in a relatively short time, and it is difficult to make the protective film function well over a long period of time.
[0008]
The present invention has been devised in view of the above-mentioned drawbacks, and the purpose thereof is a high-performance ink jet head capable of recording a clear image on a recording paper and allowing a protective film to function well over a long period of time. An ink jet printer is provided.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
An inkjet head according to the present invention includes a base plate, a large number of heating elements arranged on the base plate, a power supply wiring electrically connected to the heating elements, and at least the large number of heating elements in a substantially uniform manner. A head substrate having a protective film containing oxygen and covering with a sufficient thickness and the head substrate are disposed so as to form a gap between the head substrate and discharging ink filled in the gap. A top plate having ink ejection holes, and the heating element has an oxide film formed in a central region of the surface thereof, and the thickness thereof is substantially uniform. It is 2% to 50% of the thickness of the element. In the ink jet head, it is preferable that the thickness of the oxide film gradually decreases from the center of the heating element toward the outer periphery.
[0010]
In the present ink jet head, it is preferable that the formation area of the oxide film is 2% to 20% of the surface area of the corresponding heating element. In the ink jet head, the planar shape of the oxide film is preferably similar to the planar shape of the corresponding heating element.
[0011]
The oxygen content of the protective layer in the inkjet head is preferably Ru 2.0 wt% to 10.0% by mass.
[0012]
In the ink jet head , the heating element is formed of a TaSiO-based resistance material, and the Ta content is preferably 50 atomic% to 60 atomic%.
[0013]
In the ink jet head , the oxide film is preferably formed by combining a material for forming the heating element and oxygen contained in the protective film.
[0014]
Inkjet printer according to the present invention is to an ink jet head described above, a conveying means for conveying the recording sheet on the ink discharge holes in said ink jet head, characterized in that Ru comprising a.
[0015]
According to the present invention, since the oxide film formed by oxidizing the heating element from the surface thereof to a predetermined depth region is formed in the central area of each heating element, the electrical resistance value of each heating element increases in the central area. In addition, the temperature distribution of the heating elements can be made substantially uniform over the entire surface of each heating element. Accordingly, the shape of the bubbles generated in the ink is substantially the same as the shape protruding outward in the entire area of the bubbles, and the amount of ink discharged toward the recording paper can be made uniform in the ink discharge holes. This makes it possible to record a clear image with a clear outline of each dot formed on the recording paper.
[0016]
In addition, in this case, since the electric resistance value of each heating element can be increased in the central region, the impact generated when the bubble disappears can be kept small in the central region of the bubble, and a part of the protective film is scraped in a short time. It is possible to effectively prevent such troubles as to cause the protective film to function well over a long period of time.
[0017]
Further, according to the present invention, by setting the oxygen content in the protective film to 2.0 mass% to 10.0 mass%, the degree of increase in the resistance value becomes an appropriate magnitude, and the finer resistance value. There is also an advantage that adjustment is possible.
[0018]
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 cross-sectional view of the ink jet head of FIG. 1, and FIG. 3 is a plan view of a head substrate used in the ink jet head of FIG. The ink jet head shown in FIG. 1 is generally composed of a head substrate 1 and a top plate 7 and has a structure in which ink 9 is filled between both members.
[0019]
The head substrate 1 is covered with a large number of linearly arranged heating elements 3 and power supply wirings 4 electrically connected to the heating elements 3 on the upper surface of a base plate 2 formed in a rectangular shape. It has a structure in which these are deposited and formed and covered with a protective film 6.
[0020]
The base plate 2 is made of a semiconductor material such as single crystal silicon, or an electrically insulating material such as glazed alumina ceramics, and supports the heating element 3, the power supply wiring 4, the protective film 6 and the like on its upper surface. Functions as a support base material.
[0021]
When such a base plate 2 is made of, for example, single crystal silicon, a conventionally known chocolate ski method (pull-up method) or the like is employed to form a single crystal silicon ingot, which is sliced into a predetermined thickness. It is manufactured by processing the top. In this case, an insulating film (not shown) made of an electrically insulating material such as silicon oxide (SiO ₂ ) is provided on the surface of the base plate 2 in a thickness of, for example, 1 μm to 3 μm. 2 is electrically insulated from the heating element 3 and the like.
[0022]
A number of heating elements 3 provided on the upper surface of the base plate 2 are linearly arranged in the main scanning direction at a density of, for example, 600 dpi (dot per inch), each of which is TaN, TaSiO, TaSiNO, TiSiO. , TiSiCO, NbSiO, and the like, and a resistance thin film made of an electric resistance material such as 0.01 μm to 0.2 μm.
[0023]
Since the heat generating element 3 itself is made of an electric resistance material, it is necessary for generating Joule heat and generating bubbles A in the ink 9 when power is supplied through the power supply wiring 4 or the like. A predetermined heat energy is generated.
[0024]
Each heat generating element 3 has an oxide film formed by oxidizing the heat generating element 3 in a central region of the surface to a predetermined depth region (depth of 2% to 50% of the thickness of the heat generating element 3) from the surface. 3a is formed.
[0025]
For example, when the heating element 3 is made of TaSiO, the oxide film 3a has a composition containing Ta ₂ O ₅ as a main component and a small amount of Si inside, and has a circular or elliptical shape. The oxide film 3a is formed in various shapes such as a shape and a polygonal shape, and the area of the oxide film 3a is set to 2% to 20% of the surface area of the corresponding heating element 3. For example, when the heating element 3 has a square shape of 25 μm × 25 μm, the oxide film 3a is formed in a square shape of 5 μm × 5 μm.
[0026]
Such an oxide film 3a has an electric resistance value larger than that of the electric resistance material constituting the heat generating element, so that the electric resistance value in the central region of the heat generating element 3 is increased, and the temperature distribution during heat generation of the heat generating element 3 is increased. Is substantially uniform over the entire surface of each heating element 3.
[0027]
For this reason, when the heating element 3 is heated, the shape of the bubble A generated in the ink 9 between the head substrate 1 and the top plate 7 is substantially the same as the shape protruding outward in the entire area of the bubble A, The discharge amount of the ink 9 discharged toward the recording paper can be made substantially uniform in the ink discharge holes 8 formed in the top plate 7, and the outline of each dot formed on the recording paper is clear and clear. It is possible to record a simple image.
[0028]
In addition, in this case, since the electric resistance value of each heating element 3 is increased in the central region, the impact generated when the bubble disappears can be suppressed small in the central region of the bubble A, and a part of the protective film 6 is formed. It is possible to effectively prevent problems such as scraping in a short time, and to make the protective film 6 function well over a long period of time . Furthermore, a power supply wiring 4 is electrically connected to the heating element 3.
[0029]
The power supply wiring 4 is used to apply power to the heating element 3 described above, and one end of the power supply wiring 4 is led out to a region filled with ink 9 to be described later. Connected to the terminal.
[0030]
The protective film 6 covering the heat generating element 3 and the power supply wiring 4 etc. is corroded by alkali ions or moisture contained in the ink 9 coming into contact with the heat generating element 3 or the power supply wiring 4, or In order to effectively prevent the lump of the dye contained in the ink 9 from adhering to the surface of the heating element 3, it is an inorganic material containing silicon and oxygen, such as SiO ₂ or Si—O—. N, glass or the like is formed to a thickness of 0.2 μm to 2.0 μm.
[0031]
The oxygen in the protective film 6 acts to form a thin oxide film on the surface of the heating element 3 by combining with the resistance material forming the heating element 3 when the resistance value of the heating element 3 is increased by an oxidation reaction. The content is set to 2.0 mass%-10.0 mass%.
[0032]
The heating element 3 and the power supply wiring 4 are formed by a conventionally well-known thin film forming technique, such as sputtering, photolithography, etching technique or the like. Specifically, first, a resistive material such as TaSiO and a metal material such as aluminum are sequentially deposited on the upper surface of the base plate 2 by conventional well-known sputtering to form a laminate composed of a resistance thin film and a metal thin film. The heat generating element 3 and the power supply wiring 4 are patterned into a predetermined shape by microfabrication by a known photolithography and etching technique, and the pad 5 is formed of Ni and Au by adopting a conventionally known electroless plating method. Are sequentially laminated at predetermined locations of the power supply wiring 4.
[0033]
The protective film 6 employs conventionally known sputtering, vacuum vapor deposition, plasma CVD (Chemical Vapor Deposition), etc., and deposits the above-mentioned inorganic material on the surface of the heating element 3 and the power supply wiring 4 to a predetermined thickness. It is formed by letting.
[0034]
The oxide film 3a is formed by applying a laser having a wavelength of 266 nm to 1100 nm in a predetermined region of the heating element 3 using a conventionally known laser irradiation method, specifically, a YAG laser after the protective film 6 is formed. By irradiating for a period of time, the heating element 3 in the irradiated portion is heated to a high temperature, and by reacting a part of the heating element 3 with oxygen in the protective film 6, a circular shape, an elliptical shape, a polygonal shape, etc. It is formed in various shapes. At this time, since the oxygen content in the protective film is set to 2.0 mass% to 10.0 mass%, the degree of increase in the resistance value becomes an appropriate magnitude, and the resistance value can be adjusted more finely. There is an advantage that it becomes possible.
[0035]
Here, when the oxygen content in the protective film is less than 2.0% by mass, the oxygen in the protective film tends to be insufficient, and the increase in resistance value tends to be small, while the oxygen in the protective film tends to be small. When the content is greater than 10.0% by mass, oxygen tends to be excessive and the degree of increase in resistance value tends to increase. Therefore, it is preferable to set the oxygen content in the protective film to 2.0 mass% to 10.0 mass%. Note that the thickness of the oxide film 3a is adjusted by the laser irradiation time. When the thickness of the oxide film 3a is increased, the laser irradiation time may be increased accordingly.
[0036]
On the other hand, the top plate 7 is disposed on the above-described head substrate 1 so as to form a predetermined gap (for example, 20 μm to 300 μm) therebetween.
[0037]
The top plate 7 has a large number of ink ejection holes 8 corresponding to the heating elements 3 on a one-to-one basis. Specifically, the outer shape of the top plate 7 is smaller than that of the head substrate 1 in the sub-scanning direction. The top plate 7 is disposed so that one end of the top plate 7 is located closer to the heating element 3 than the position of the pad 5.
[0038]
The top plate 7 is arranged so that the ink discharge holes 8 are positioned directly above the corresponding heat generating elements 3, and the ink droplets i are directed toward the recording paper from the ink discharge holes 8 during the recording operation of the inkjet head. It is designed to discharge.
[0039]
The top plate 7 is made of a metal plate made of molybdenum or the like, a ceramic plate made of alumina ceramics, a resin plate such as epoxy resin or polyimide resin, or a combination of the above materials. For example, when it is made of molybdenum, an ingot of molybdenum is formed into a plate shape by a conventionally known metal processing method, and a well-known etching technique or the like is employed at a predetermined position of the plate body. And a large number of ink ejection holes 8 having a diameter of about 10 μm to 100 μm are formed, and the top plate 7 thus obtained is placed on and bonded to the head substrate 1 via a spacer (not shown). The plate 7 is fixed at a predetermined position on the head substrate 1.
[0040]
As the ink 9 filled in the gap between the head substrate 1 and the top plate 7, for example, an aqueous dye ink is preferably used, and the viscosity thereof is, for example, 0.3 mPa · s to 3.0 mPa · s (25 ° C).
[0041]
Such ink 9 is supplied from an ink tank (not shown) to the gap between the head substrate 1 and the top plate 7, and bubbles A are generated in the ink 9 by the heat energy from the heating element 3 described above. Then, a part of the ink 9 is ejected to the outside as ink droplets i from the ink ejection holes 8 due to the pressure when the bubbles are generated, and the ink droplets i are conveyed along the outer surface of the top plate 7. A predetermined image is formed by adhering to the surface of the paper.
[0042]
As shown in FIG. 4, the ink jet printer in which the ink jet head as described above is incorporated as a transport means for transporting the above-described ink jet head IJ and the recording paper onto the ink ejection holes 8 of the ink jet head IJ in the housing. A plurality of transport rollers are arranged.
[0043]
The outer peripheral portions of the plurality of transport rollers are formed of metal, rubber, or the like, and are arranged separately on the upstream side and the downstream side in the transport direction of the thermal recording medium with respect to the inkjet head IJ. Supports running of recording paper.
[0044]
At the same time, a large number of heat generating elements 3 are selectively heated, and bubbles are generated in the ink 9 by the generated heat, and a part of the ink 9 is removed from the ink discharge holes 8 by the pressure at the time of bubble generation. A predetermined image is recorded on the recording paper by ejecting it toward the recording paper and attaching it to the recording paper.
[0045]
The present invention is not limited to the above-described embodiments, and various changes and improvements can be made without departing from the scope of the present invention.
[0046]
For example, in the above-described embodiment, if the thickness of the oxide film 3a is set so as to gradually become thinner from the center of the heat generating element 3 toward the outer periphery, the electric resistance value of the heat generating element 3 becomes more outer than the central region. Thus, the temperature distribution of the heat generating element 3 can be made extremely uniform, and an image with clearer dots can be recorded than in the above-described embodiment.
[0047]
In order to form such an oxide film 3a, it is only necessary to irradiate the laser with different irradiation times at a plurality of locations. Specifically, the laser irradiation time is long near the center of the heating element 3, What is necessary is just to irradiate so that it may become short as it leaves | separates from the center.
[0048]
In the above-described embodiment, the ink discharge hole 8 is provided in the top plate 7 and the ink discharge hole 8 is disposed right above the heat generating element 3. Instead, the ink discharge hole 8 generates heat. Alternatively, 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.
[0049]
Furthermore, in the above-described embodiment, if the heating element 3 is formed of a TaSiO-based resistance material and the Ta content is set to 50 atomic% to 60 atomic%, the electrical resistance value of the heating element 3 is conventionally known. When the laser irradiation method is adjusted, the oxide film 3a can be formed on the surface of the heating element 3 at an appropriate speed when the laser is irradiated, and the thickness of the oxide film 3a can be easily adjusted. .
[0050]
Here, if the Ta content in the heat generating element 3 is larger than 60 atomic%, when laser irradiation is performed, the formation rate of the oxide film 3a tends to increase and the thickness adjustment of the oxide film 3a tends to be difficult. On the other hand, if the Ta content in the heating element 3 is less than 50 atomic%, the formation speed of the oxide film 3a when irradiated with a laser is low, so that it takes a long time to form the oxide film 3a. Productivity may be reduced. Therefore, it is preferable to set the Ta content in the resistance material forming the heating element 3 to 50 atomic% to 60 atomic%.
[0051]
【The invention's effect】
According to the present invention, since the oxide film formed by oxidizing the heating element from the surface thereof to a predetermined depth region is formed in the central area of each heating element, the electrical resistance value of each heating element increases in the central area. In addition, the temperature distribution of the heating elements can be made substantially uniform over the entire surface of each heating element. Accordingly, the shape of the bubbles generated in the ink is substantially the same as the shape protruding outward in the entire area of the bubbles, and the amount of ink discharged toward the recording paper can be made uniform in the ink discharge holes. This makes it possible to record a clear image with a clear outline of each dot formed on the recording paper.
[0052]
In addition, in this case, since the electric resistance value of each heating element can be increased in the central region, the impact generated when the bubble disappears can be kept small in the central region of the bubble, and a part of the protective film is scraped in a short time. It is possible to effectively prevent such troubles as to cause the protective film to function well over a long period of time.
[0053]
Further, according to the present invention, by setting the oxygen content in the protective film to 2.0 mass% to 10.0 mass%, the degree of increase in the resistance value becomes an appropriate magnitude, and the finer resistance value. There is also an advantage that adjustment is possible.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an exploded perspective view of an inkjet head according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a cross-sectional view of the ink jet head of FIG.
FIG. 3 is an enlarged plan view of a main part of a head substrate constituting the ink jet head of FIG. 1;
FIG. 4 is a schematic view of an ink jet printer configured using the ink jet head of FIG. 1;
FIG. 5 is a cross-sectional view of a conventional inkjet head.
6 is an enlarged plan view of a main part of a head substrate constituting the ink jet head of FIG. 5. FIG.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Head substrate 2 ... Base plate 3 ... Heat generating element 3a ... Oxide film 4 ... Feeding wiring 5 ... Pad 6 ... Protective film 7 ... Top plate 8 ... Ink discharge hole 9 ... ink A ... bubble i ... ink droplet

Claims

A base plate, a plurality of heat generating elements arranged on the base plate, a power supply wiring electrically connected to the heat generating elements, and at least the plurality of heat generating elements with a substantially uniform thickness and oxygen A head substrate having a protective film comprising:
A top plate that is disposed so as to form a gap with the head substrate and has ink ejection holes for ejecting ink filled in the gap,
The heating element has an oxide film formed in the central region of the surface, and the thickness thereof is substantially uniform.
The inkjet head according to claim 1, wherein a thickness of the oxide film is 2% to 50% of a thickness of the heating element.

The inkjet head according to claim 1, wherein the thickness of the oxide film is gradually reduced from the center of the heat generating element toward the outer periphery.

3. The inkjet head according to claim 1, wherein a formation area of the oxide film is 2% to 20% of a surface area of a corresponding heat generating element.

4. The inkjet head according to claim 1, wherein a planar view shape of the oxide film is similar to a planar view shape of a corresponding heating element. 5.

The inkjet head according to claim 1, wherein the protective film has an oxygen content of 2.0 mass% to 10.0 mass%.

6. The ink jet head according to claim 1, wherein the heat generating element is made of a TaSiO-based resistance material, and the Ta content is 50 atomic% to 60 atomic%.

The inkjet head according to claim 1, wherein the oxide film is formed by combining a material for forming the heating element and oxygen contained in the protective film.

An ink jet printer comprising: the ink jet head according to claim 1; and a transport unit that transports a recording sheet onto the ink discharge hole in the ink jet head.