JPH02227254A

JPH02227254A - インクジェット記録ヘッド、該ヘッド用基体および該基体の製造方法

Info

Publication number: JPH02227254A
Application number: JP4883889A
Authority: JP
Inventors: Hirokazu Komuro; 博和小室
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1989-03-01
Filing date: 1989-03-01
Publication date: 1990-09-10
Anticipated expiration: 2012-09-30
Also published as: JP2659238B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本発明は、熱エネルギーによってインク中に気泡の発生
を含む状態変化を生起させ、この状態変化に伴って吐出
口からインクを吐出させて記録を行うインクジェット記
録ヘッド、該ヘッド用基体および該基体の製造方法に関
する。

［従来の技術］インクジェット方式による記録は、記録時における騒音
の発生が無視し得る程度に小さいという点、および高速
記録が可能であり、しかも定着という特別な処理を必要
とせず普通紙に記録の行える点において最近関心を集め
ている。

中でも、例えば特開昭５４−５１８３７号公報、ドイツ
公開（ＤＯＬＳ）第２８４３０８４号公報等に記載され
ているインクジェット記録方式は、熱エネルギーをイン
クに作用させて、インク液滴を吐出するための作用力を
得るという点において、他のインクジェット記録方式と
は異なる特徴を有している。

すなわち、上記公報に開示されている記録方式は、熱エ
ネルギーの作用を受けた液体が急激に過熱されて気泡を
発生し、この気泡の膨張、収縮に伴うインク中の圧力波
伝帳によって吐出口よりインク液滴が吐出され、飛翔的
液滴が形成される。

特に、ＤＯ５Ｌ２８４３０８４号公報に開示されている
インクジェット記録方式は、所謂ドロップ・オンデマン
ド方式の記録方式に極めて有効に通用されるばかりでは
なく、記録ヘッド部がフルラインタイプで、高密度マル
チオリフィス化された記録ヘッドが容易に具現化できる
ため、高解像度、高品質の画像を高速で得られるという
特徴を有している。

上記の記録方式に適用される装置の記録ヘッドは、イン
ク液滴を吐出するために設けらな吐出口（以下、オリフ
ィス）と、オリフィスに連通し、インクを吐出するため
の熱エネルギーをインクに作用させる部分としての熱作
用部を構成の一部とするインク液路とを有する液吐出部
と、熱エネルギーを発生する手段としての電気熱変換体
とを具備している。

そして、この電気熱変換体は、一対の電極と、これら電
極に接続し、電極間に、発熱する領域（熱発生部）を構
成する発熱抵抗層とからなる。

これら電気熱変換体および電極は、一般的にインクジェ
ット記録ヘッドの基板部分の上部層中に形成される。こ
のような電気熱変換体の形成された基板構成の一従来例
を第１Ｇ図（＾）および第１０図（Ｂ）に示す、以下、
図面に従って従来例について説明する。

第１θ図（＾）は、インクジェット記録ヘッドを構成す
る基体（以下、基板という）における電気熱変換体付近
の部分平面図であり、第１図（Ｂ）は第１図（Ａ）の−
点鎖線ＸＹで示す部分の部分断面図である。

図において、基板１０１は、基板支持体１０５上に、順
次、下部層１０６１発熱抵抗層１０７．電極１０３．１
０４．第１の上部保護層１０８．第２の上部保護層１０
９．第３の上部保護層１１０を積層して形成される。

発熱抵抗層１０７と電極１０３，１０４はエツチングに
よって所定の形状にバターニングされる。すなわち、電
気熱変換体１０２を構成する以外の部分では、同一形状
にバターニングされており、電気熱変換体１０２を構成
する部分では、発熱抵抗層１０７上に電極は積層されず
、発熱抵抗層１０７が熱発生部１１１を構成している。

第１の上部保護層１０８および第３の上部保護層１１０
は基板１０１の全面にわたって積層されているが、第２
の上部保護層１０９は電気熱変換体１０２上には積層さ
れないようにバターニングされている。

上記のように形成された基板の上層部に使用される材料
は、その上層部が設けられるそれぞれの部位によって要
求される耐熱性、耐液性、熱伝導性、絶縁性等の特性に
応じて選択される。上記従来例における第１の上部保護
層１０８の主な機能は、共通電極１０３と選択電極１０
４間の絶縁性を保つことにあり、第２の上部保護層１０
９の主な機能は、液浸透防止と耐液作用にあり、第３の
上部保護層１１０の主な機能は、耐波性と機械的強度の
補強にある。

［発明が解決しようとする課題］ところで、電気熱変換体（吐出ヒータともいう）１０２
の上層にある第１．第３の保護層１０８゜１１０では、
第３の保護層１１０がインクと接しており、これら層を
形成する膜の欠陥については、絶縁性等の面で特に注意
を払わなければならない。

膜の欠陥としては、ピンホールや、膜中のごみがあげら
れ、ピンホールに関しては例えば特開昭６０−１５７８
７２号公報に示すように、膜部分の下地を陽極酸化する
ことでその発生を防止できるが、膜中のごみの混入に関
しては解決できなかった。

すなわち、熱を作用させるインクジェット方式に由来し
て第１．第３の保護層１０８，１１０は薄くなければな
らず（最大３μ層）、シたがりて、その形成方法が真空
堆積法に限定されていた。真空堆積法は、その方式によ
り膜中のごみがある確率で混入するものであり、これは
、真空容器を真空にする際、または再び真空とする際に
真空容器の壁から剥離した膜の一部が基板に付着し、膜
中のごみとなるからである。

基板に形成される吐出ヒータが２４個程度の基板であれ
ば、ごみ混入によって不良となる確率は低くなるため、
この基板を不良品として扱えば問題はないが、吐出ヒー
タが１０００個以上形成されるような基板の場合、ごみ
混入の数が多くなりヘッドの耐久性が悪くなることがあ
る。すなわち、膜中にごみが存在した場合、そのごみが
、インクを吐出させるための気泡の消滅時の作用力によ
り膜中から離脱し、そこがピンホールとなる。このピン
ホールにインクが浸入し、インクが吐出ヒータと接触し
て反応し、吐出ヒータが断線を生じることもある。

このように、熱発生部の保護層に欠陥、特に膜中にごみ
が浸入することにより、そのヘッドの耐久性が著しく低
下することになる。このような場合、例えば２４個程度
の吐出ヒータが形成される基板であれば、不良となる確
率は低いので、そのような基板を不良とすることは歩留
り上問題ないが、１０００個以上の吐出ヒータが形成さ
れる基板の場合、ごみが混入する数も多くなりこれらを
全て不良とすると歩留り低下の原因となる。

本発明は上述した従来の問題点に鑑みてなされたもので
あり、その目的とするところは、吐出のための熱エネル
ギーを発生する電気熱変換体の保護層中に生じた空孔を
他の保護材によって充填することにより、記録ヘッドの
耐久性を増し、また製造歩留りを向上させることが可能
なインクジェット記録ヘッドの基板を提供することにあ
る。

［課題を解決すらための手段］そのために本発明では、基体支持体上に配設され、イン
クを吐出するために利用される熱エネルギーを発生する
電気熱変換体と、電気熱変換体をインクから保護するた
め電気熱変換体を被覆して積層される保護層と、を有す
るインクジェット記録ヘッド用基体の製造方法において
、保護層中に生じた空孔に保護材を充填する工程を有す
ることを特徴とする。

［作　用］以上の構成によれば、インクと電気熱変換体との絶縁が
確実になされる。

［実施例］以下、図面を参照して本発明の実施例を詳細に説明する
。

第１図（＾）および（Ｂ）は、本発明の一実施例を示す
記録ヘッド基板（基体ともいう）のそれぞれ上面図およ
び側断面図である。第１０図に示したのと同様の要素に
は同一の符号を付してその説明は省略する０図において
、基板支持体１０５、下部層１０６が形成された上層に
、まず、発熱抵抗層１０７、導電層１０３，１０４を真
空薄膜作成技術を用いて成膜する０次に、フォトリソ技
術により発熱抵抗体１０２（電気熱変換体）、電極部１
０３，１０４のパターンを形成する。さらに、５ｉｎ２
よりなる第１の保護層１０８をスパッタにより０，５μ
履の厚さで形成する。

第１保護層１０８を形成した後、光学顕微鏡によって基
板を検査し、発熱抵抗体１０２の保護層１０８に欠陥１
１２が存在する基板を抽出する。次に、この抽出された
基板を強力な超音波槽の中に入れ、欠陥部１１２のごみ
（異物）を除去する。この結果が第２図に示され、図中
１１２Ａは異物が除去された後の空孔を示す。

次に、この空孔を充填するために、基板を真空チャンバ
ーに入れ、シラン（Ｓｉｎ４）とＮＯ□を注入してＩＴ
ｏｒｒの雰囲気にする０次に、この空孔部分１１２Ａに
レーザを照射し、この部分でシラン（ＳｉＨ４）とＮＯ
，を反応させる。この結果、第３図に示すように空孔１
１２＾にはＳｉｎ、　１１３が堆積される。なお、空孔
に５ｉ０２を堆積させる量は、照射時間を調節すること
によりて行う、空孔の充填を終了すると、第４図に示す
ように、上部保護層１０９，１１０を形成し、基板の製
造工程を終了する。

空孔を充填する他の実施例として、以下に示すような方
法がある。

第２図に示したような基板にスパッタにより、第５図に
示すように５１（ｈ　１１Ｂを０．５μ■の厚さで成膜
する０次に、レジスト１１４（ＯＦＰＲ８００）を４μ
ｌの厚さでスピンコードにより塗布する。そしてフォト
リソ技術により、空孔部分に対応して窓１１４Ａをあけ
たパターンを形成する。さらに、レジスト１１５（ＯＦ
ＰＲ８００）を１μ票の厚さでスピンコードにより塗布
する。後から塗布したレジスト１１５の厚みは、先に塗
布したレジスト１１４の厚みより薄いので平坦化されず
、第６図に示すような形態となる。

その後、リアクティブイオンエツチング装置を用いてＣ
Ｆ、とＨ２とを１：ｌの比で注入し、　４００Ｗのパワ
ーでエツチングする。この時レジストのエツチング速度
はＳＯＯ人／＋ｉｎ、　Ｓｉｎ、のそれは５００人／ｌ
１ｉｎなのでレジストと５ｉ０２は等速度でエツチング
される。このエツチングにより、レジストが塗布された
発熱抵抗体の部分は、５１０２１１Ｂの厚み０．５μｌ
に対してレジスト１１５の厚みは１μ■なので、エツチ
ングによる形成面は平坦になり、従って、元の形状のま
までエツチングされる。発熱抵抗体１０２の部分でレジ
ストがエツチングされなくなった時点でエツチングを終
了する。この結果、基板の形態は第７図に示すようにな
る０次に、レジスト１１４．１１５を剥離し、電極１０
３，１０４の保護層として有機ポリイミドよりなる第２
の保護層１０９を形成する。最後に第３の保護層１１０
としてＴａをスパッタにより成膜し、第８図に示す形態
とする。

上述のようにして形成した基板を用いて作成した記録ヘ
ッドの吐出耐久試験の結果を以下に示す。

比較例として、約３μｍ程度の欠陥部を有した基板で構
成される記録ヘッドを用いた。また、印加パルスとして
は、周波数２ｋＨｚ、パルス幅ｌＯμＳの矩形パルスを
用い、さらに、印加電圧は、通常の吐出のための電圧値
の１．２倍とした。

ここで、実施例１とは前述した空孔充填方法における前
者の方法、実施例２は後者の方法によってそれぞれ空孔
の充填がなされた基板の記録ヘッドによるものである。

上記実施例では、記録ヘッドの構成を基板が延在する方
向にインク吐出を行うものとしたが、基板の延在方向と
垂直な方向にインク吐出を行う構成の記録ヘッドにも本
発明が有効であることは明らかである。このような記録
ヘッドの一例を第９図に示す。

［発明の効果］以上の説明から明らかなように、本発明によれば、イン
クと電気熱変換体との絶縁が確実になされる。

この結果、記録ヘッドの使用に伴う電気熱変換体の断線
等が生じ難くなり、記録ヘッドの耐久性が向上する。

また、基板の不良を少なくすることができ、歩留りが向
上する結果、記録ヘッドの製造コストを低下させること
が可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図（＾）および（Ｂ）は、本発明の一実施例にかか
る基板の上面図および該上面図におけるＸ−Ｙ断面図、第２ないし第４図は、本発明の一実施例を示し、空孔の
充填過程を説明するための断面図、第５図ないし第８図
は、本発明の他の実施例を示し、同様に空孔の充填過程
を説明するための断面図、第９図は、本発明の基板が適用可能な他の形態の記録ヘ
ッドを示す斜視図、第１０図（＾）および（幻は、従来の基板構成を示す各
々上面図および断面図である。１０１・・・ヘッドの基板、１０２−・・発熱抵抗体（電気熱変換体）、１０３．１
０４・・・電極、１０５−・・支持体、１０６・・・下部層、１０７・・・発熱抵抗層、ｉｏａ・・・第１の上部保護層、１０９・・・第２の上部保護層、１１０・・・第３の上部保護層、１１２・１欠陥部、１１２＾・・・空孔、１１３・・・充填保護材、１１４．１１５・・・レジスト、１１６・・・５Ｉ０２層。第７図（８）第６図第４図第７図第８図第９図Ｙ第１Ｏ図（Ａ）第１０図ＣＢ＞

Claims

【特許請求の範囲】１）基体支持体上に配設され、インクを吐出するために
利用される熱エネルギーを発生する電気熱変換体と、該
電気熱変換体をインクから保護するため前記電気熱変換
体を被覆して積層される保護層と、を有するインクジェ
ット記録ヘッド用基体の製造方法において、前記保護層中に生じた空孔に保護材を充填する工程を有
することを特徴とするインクジェット記録ヘッド用基体
の製造方法。２）前記充填は、前記保護材を組成するための複数の物
質を、前記空孔において反応させることにより行うこと
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
ド用基体の製造方法。３）前記充填は、前記保護層の前記空孔の上に前記保護
材を成膜することによって行うこ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用基体の製造方法
。４）前記充填を、前記保護層の前記空孔の上に前記保護
材を成膜することによって行い、当該成膜の後、前記充
填に関与する以外の前記保護材を前記空孔のパターンに
応じたエッチングによって除去することを特徴とする請
求項１に記載のインクジェット記録ヘッド用基体の製造
方法。５）請求項１ないし４のいずれかの項に記載の製造方法
によって製造されたインクジェット記録ヘッド用基体。６）請求項５に記載の基体を用いて構成されたインクジ
ェット記録ヘッド。７）基体支持体上に配設され、インクを吐出するために
利用される熱エネルギーを発生する電気熱変換体と、該
電気熱変換体をインクから保護するため前記電気熱変換
体を被覆して積層される保護層と、を有するインクジェ
ット記録ヘッド用基体の製造方法において、前記保護層中に混入した異物を除去する工程と、当該除
去によって生じた空孔に保護材を充填する工程とを有す
ることを特徴とするインクジェット記録ヘッド用基体の
製造方法。