JPH04219246A - プリントヘッド - Google Patents

プリントヘッド

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JPH04219246A
JPH04219246A JP3068847A JP6884791A JPH04219246A JP H04219246 A JPH04219246 A JP H04219246A JP 3068847 A JP3068847 A JP 3068847A JP 6884791 A JP6884791 A JP 6884791A JP H04219246 A JPH04219246 A JP H04219246A
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Eric G Hanson
エリック・ジー・ハンソン
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クリストファー・エイ・シヤント
Winthrop D Childers
ウインスロップ・デー・チルダース
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    • H05K1/053Insulated conductive substrates, e.g. insulated metal substrate the metal substrate being covered by an inorganic insulating layer

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】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、プリンタに関し、特に
熱式インクジェット・プリンタのプリントヘッドの基板
構造に関するものである。
【0002】
【従来技術とその問題点】熱式インクジェット・プリン
トヘッドは、小量のインクを急速加熱して、蒸発、膨張
を生じさせ、インクをオリフィスから噴射して、紙に付
着させる働きをする。複数個のオリフィスを適正に配置
することによって、ドットマトリックスパターンが形成
される。各オリフィスを順次、適切に動作させることに
よって、プリントヘッドが紙を通過する際、文字または
像のパターンが、紙にプリントされることになる。熱式
インクジェット・プリンタはインクが紙にぶつかるだけ
であるため、高速且つ静かであり、そして高品質のプリ
ントが得られ、コンパクトで、しかもポータブルである
。ある形式においては、プリントヘッドは、蒸発させる
ポイントまでインクを送るインク貯蔵部及びチャネルと
、個々のオリフィスが必要なパターンに形成されている
オリフィスプレートと、各オリフィスの下に1つずつ配
置された一連の薄膜ヒータと、インクチャネルの背壁を
形成し、またヒータを支持している基板とを含んでいる
。各ヒータには、薄膜抵抗器と、それに適合する電流リ
ード線が含まれている。1滴のインクをプリントするた
め、外部電源からの電流が選択したヒータがに通される
。ヒータが抵抗加熱され、これにより、隣接するインク
が加熱されて、インクの小滴が隣接したオリフィスから
紙へ噴射させる。基板は、複数個の抵抗器とそれらへの
導電リード線を支持しており、従って、横方向に隣接し
た抵抗器とリード線組間の絶縁体として働くという意味
で、非導電性でなければならない。基板は、抵抗器の熱
パルスの一部が基板中に伝導するのを制限するのに十分
な低さの熱伝導率を備える必要がある。さもなければ、
過剰な駆動エネルギーを必要とすることになる可能性が
ある。さらに、基板は、イク噴射サイクル時に生じる流
体力学的力に耐えるのに十分な機械的強度を備える必要
がある。基板は、従来、二酸化ケイ素のような絶縁層で
カバーされたシリコンまたはガラスから製作されてきた
。これらの構造は、十分に機能し、許容できるものであ
る。それにもかかわらず、基板及びプリントヘッドの製
作コストを低下させ、性能を向上させることが可能な基
板材料及び設計の改良を継続する必要がある。本発明は
、この必要を満たし、さらに、関連した利点を提供する
ものである。
【0003】
【発明の目的】本発明の目的は前述した要件を満足し、
従来の基板に比べ動作面でも、コスト面でもすぐれた基
板材料及び構造を得ることである。
【0004】
【発明の概要】従来の基板構造に比較すると、本発明の
基板構造は、二次製作によってより簡単に形成される。 ヒータ回路に対する電気的接続も簡単である。該基板構
造は、安価な材料の利用によって、また、バッチ処理手
順ではなく、半連続処理手順を用いることによって、製
作コストが安くなる。こうしたコストに対する配慮は、
プリントヘッドが使い捨てのため、とりわけ重要である
。本発明によれば、熱式インクジェット・プリンタの基
板構造は、プラスチックのベースと、該プラスチックの
ベースに重なる約50〜約1000オングストロームの
厚さのメタライゼーション(金属化)層と、該メタライ
ゼーション層に重なる絶縁構造と、該絶縁構造に重なっ
てインク液を滴下、放出する手段とから構成される。 前記絶縁構造は、前記メタライゼーション層に重なり、
約700オングストローム以上の厚さを持つバッファ層
と該バッファ層に重なる誘電体層とを含む。ベースはポ
リイミドプラスチックが望ましく、メタライゼーション
層は該プラスチック上に堆積させたクロムが望ましい。 絶縁構造は単層の誘電体材料またはそのうちの1つが誘
電体材料である多層であることが可能である。絶縁構造
は、メタライゼーション層に重なるチタンのような薄い
金属バッファ層と、この接着層に重なる二酸化ケイ素の
ような誘電体材料の層を含むことが望ましい。
【0005】本発明の基板構造では、先行技術による基
板に用いられているガラスまたはシリコンの代わりに、
プラスチックが用いられている。本発明の利点は、この
プラスチック基板の選択によるものである。プラスチッ
クの利用は、ガラスの約1/5、シリコンの約1/40
0というその低熱伝導率のため、および誘電体層がプラ
スチックに接着するのが困難のために、以前は不可能で
あった。プラスチックのベースと絶縁構造の間に熱的に
伝導性のメタライゼーション層とバッファ層とを付加す
ることによって、薄膜ヒータの動作により生じた熱を散
逸させるある程度の熱伝導度が得られ、また誘電体層の
プラスチック基板への付着を効果的にする(高める)。 メタライゼーション層は絶縁構造によって薄膜ヒータか
ら電気的に隔離されるため、互いに別個に動作するヒー
タに対し、基板は十分に非導電性である。メタライゼー
ション層及び絶縁構造の最高実用温度は、抵抗器のピー
ク温度よりも高い。プラスチックベースと抵抗器の間に
、適切な厚さのメタライゼーション層と適切な厚さの絶
縁構造を追加することによって、抵抗器のピーク温度よ
りも低い最高実用温度のプラスチックを用いることが可
能になる。ベースにこうしたプラスチックを用いること
は、従来は不可能であった。
【0006】本発明は、熱式インクジェット・プリンタ
の技術に重要な進歩をもたらすものである。熱伝導性の
機能と電気的絶縁機能とを分離し、また別の構成により
これらの機能が得られるようにすることによって、性能
の向上、製作しやすさの向上、及び、コストの低下が実
現した。1頁大にも広がって全行を同時にプリントでき
る大形アレイのプリントヘッドのような、他の基板材料
では実際には不可能であったプリントヘッドを作り上げ
ることが可能になる。他の特徴及び長所については、本
発明を示した以下の実施例に関するさらに詳細な説明よ
り明らかになる。
【0007】
【実施例】基板と他の主要コンポーネントとの関係を示
す図1には、熱式インクジェット・プリンタヘッドの一
部が示されている。第1図を参照すると、熱式インクジ
ェット・プリンタヘッド10には、インクチャネル14
を備えたオリフィスプレート12が含まれている。オリ
フィスプレート12には、図示オリフィス16を含む、
いくつかのオリフィスが設けられている。インクは、毛
細管作用によって貯蔵部(不図示)からインクチャネル
14を介してオリフィス16の領域へ引張られる。オリ
フィス16の開口部の向かい側に、ヒータ18が配置さ
れている。ヒータ18は、タンタルーアルミニウム平面
抵抗素子20と、この抵抗素子20につながったアルミ
ニウムまたは金のリード線22から成る薄膜抵抗器であ
る。リード線22の両端間における抵抗素子20に電流
を通すと、抵抗素子は急速に加熱させる。これによって
、ヒータ18に隣接した少量のインクが急速に加熱され
、蒸発して、チャネル14内の少量のインクがオリフィ
ス16を介して噴射される。パッシベーション層24が
ヒータ18に重なり、インクによるヒータの腐食を防ぐ
ようになっている。パッシベーション層24は、任意選
択によるものであり、必ずしも用いなくてもよい。
【0008】本発明の実施例において、熱インクジェッ
ト・プリントヘッドはプラスチック・ベース、このベー
ス上に重なるクロム層、このクロム層上に重なる誘電体
構造およびこの誘電体構造を覆ってインク液滴を放出す
る手段を含む。そして前記クロム層は約50〜約1,0
00オングストロームの厚さである。前記誘電体構造は
前記クロム層を覆い、その厚さが約700〜約3,00
0オングストロームのチタン層と、そのチタン層を覆う
誘電物質層を含む。この誘電物質層は約0.1〜約10
マイクロメータの厚さを持ち、酸化アルミニウムや二酸
化シリコン等から選択される。ヒータ18は、基板26
上に支持されているが、この基板については、図2に、
重なったヒータ18と共に、さらに詳細に示されている
。但し、図2の各素子の寸法を詳細に示しているもので
はない。基板(基板構造)26には、例えばDuPon
t  Kaptonのようなポリイミドプラスチックで
形成されたプラスチックベース28が含まれる。ベース
28は、必要とされる任意の厚さを備えることができる
が、約25〜約3000マイクロメートルの厚さが望ま
しく、約50〜約300マイクロメートルの厚さが最も
望ましい。この厚さのプラスチックシートは、ロールに
して市販されており、これを形成加工することができる
。ベース28には、好適にはクロムから成るメタライゼ
ーション層30が重なっている。銅またはニッケルが望
ましい。本明細書で用いる”重なる”という用語は、あ
る層がもう1つの層または構造の上にあって、それと密
接触していることを表わすものである。この場合、メタ
ライゼーション層30がベース28に重なっている。 メタライゼーション層30は、約50〜約1000オン
グストロームの厚さが望ましく、約400オングストロ
ームの厚さが最も望ましい。メタライゼーション層30
は、重なる構造体をベース28に結合し、またヒートシ
ンクとしても働く。
【0009】メタライゼーション層30には、絶縁構造
32が重なっている。絶縁構造32には、導電率の低い
材料からなる誘電体層34が含まれている。誘電体層に
望ましい材料は、従来、抵抗素子からその下に位置する
構造への熱損失率に制御を加えるため、また不純物の浸
出を防止するための質量拡散バリヤとして、基板構造に
従来用いられてきた酸化アルミニウムまたは二酸化ケイ
素である。ここでの用途において、誘電体層は、また各
種抵抗素子20とリード線22を電気的に絶縁する。誘
電体層34の厚さは約0.1〜約10マイクロメートル
が望ましいが、好適には約0.6マイクロメータである
。しかし、これ以上のものでもよい。誘電体層34とメ
タライゼーション層30の間には、バッファ層36が設
けられる。バッファ層36は約700〜約3,000オ
ングストロームの厚さであり、好適には約1,500オ
ングストロームである。そしてメタライゼーション層3
0の高い引張り応力を緩衝する。バッファ層36がない
場合には、この高い引張り応力のために誘電体層34が
裂ける可能性がある。メタライゼーション層が真空蒸着
されない場合や、層34、36と同じポンプダウン(p
umpdown)の中で真空蒸着されない場合には、バ
ッファ層36は付加的な重要付着機能を果し、誘電体層
34とメタライゼーション層30との間のはく離を防止
する。
【0010】プラスチック製ベース材料は、ロールの形
で入手でき、半連続処理によって完成した基板にするこ
とが可能であるため、本発明の基板構造は、プリンタヘ
ッドの大量生産に向いている。基板構造を形成するため
、ロールから解かれたプラスチックシートを連続的に一
連の堆積ステップにかける。メタライゼーション層30
、バッファ36、及び、誘電体層34は、連続的に、例
えば、スパッタリングや蒸着、または、金属層に対する
電気メッキや無電解メッキによって、順次堆積させる。 この処理手法は、先行技術による基板ウエーハのバッチ
処理に取って代わるものであり、プリンタヘッドの大量
生産を考慮すると、生産能力を大幅に改良するものであ
る。次に、この準備された基板材料に抵抗素子の層が形
成され、さらに、マスキングと堆積が施されて、リード
線を形成する。所望の場合には、背面での電気接続が行
なえるように基板を介してバイアスを形成するようにす
ることも可能である。
【0011】次に、基板は、オリフィスプレート、イン
ク貯蔵部及び、他のコンポーネントとアセンブルされ、
プリントヘッドを形成する。図1、図2により構成した
プリントヘッドは次のように具体的に構成され、動作し
た。プリントヘッドは、0.004インチ厚のUpil
ex−Sポリイミド・プラスチックのベース28、クロ
ムより成る400オングストローム厚のメタライゼーシ
ョン層30、チタニウムより成る1500オングストロ
ーム厚のバッファ層36、二酸化シリコンより成る6,
000オングストローム厚の誘電体層、およびこれらの
層上のヒータ素子で構成される。水性インクを使用した
場合、10kHzの高滴下周波数において、80ピコリ
ットル体積の安定した滴下放出が行なわれた。この周波
数において、71百万回のインク滴下が、何らの注目す
べき問題なく、1個のノイズから放出された。この構造
において、メタライゼーション層とバッファ層とは、基
板と誘電体層間に適合する結合状態と応力とを提供し、
同時に主熱放散通路は抵抗器と直接接触するインクを介
して得られる。
【0012】
【発明の効果】以上の説明のように、本発明のプリント
ヘッドは熱伝導性の問題と、電気的絶縁性の問題とを考
慮して構成される。また絶縁構造と基板との接着性も改
良される。明らかに、本発明のプリントヘッドは、従来
の手法に比べて性能及び製作しやすさの点で重要な利点
をもたらすものである。例示のため、本発明の特定の実
施例について詳細な説明を行なってきたが、本発明の精
神及び範囲を逸脱することなく、各種変形を行なうこと
が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図1】インクジェット・プリントヘッドの断面図であ
る。
【図2】本発明の一実施例によるプリントヘッドの基板
構造を示した断面図である。
【符号の説明】
26:基板 22:リード 10:プリントヘッド 12:オリフィス板 16:オリフィス 18:ヒータ20:抵抗素子 28:ポリイミド基板 32:絶縁構造 30:メタライゼーション層 36:バッファ層 34:誘電体層

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】プラスチック基板と、前記プラスチック基
    板上に形成され、約50〜約1000オングストローム
    の厚さを持つメタライゼーション層と、前記メタライゼ
    ーション層上に形成された絶縁構造と、前記絶縁構造上
    に形成された抵抗器と、前記抵抗器および前記絶縁構造
    上に形成されたオリフィス板およびインクチャネルとよ
    り成り、前記絶縁構造は前記メタライゼーション層上に
    形成され、約700オングストローム以上の厚さを有す
    るバッファ層と該バッファ層上に形成された誘電体層を
    含むプリントヘッド。
  2. 【請求項2】プラスチック基板と、前記プラスチック基
    板上に形成され、約50〜約1,000オングストロー
    ムの厚さを持つクロム層と、前記クロム層上に形成され
    た絶縁構造と、前記絶縁構造上に形成されたインク液放
    出手段とを含み、前記絶縁構造は前記クロム層上に形成
    され約700〜約3,000オングストロームの厚さを
    有するチタン層と、前記チタン層上に形成され約0.1
    から約10マイクロメータの厚さを有し、酸化アルミニ
    ウムまたは二酸化シリコンで形成される誘電体層とを含
    むプリントヘッド。
  3. 【請求項3】プラスチック基板と、前記プラスチック基
    板上に形成され、約50〜約1,000オングストロー
    ムの厚さを持つメタライゼーション層と、前記メタライ
    ゼーション層上に形成された絶縁構造と、前記絶縁構造
    上に形成されたインク液放出手段とを含み、前記絶縁構
    造は前記メタライゼーション層上に形成され約700オ
    ングストローム以上の厚さを有するバッファ層と、前記
    バッファ層上に形成された誘電体層とを含むプリントヘ
    ッド。
JP3068847A 1990-03-09 1991-03-08 プリントヘッド Pending JPH04219246A (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US491141 1990-03-09
US07/491,141 US5008689A (en) 1988-03-16 1990-03-09 Plastic substrate for thermal ink jet printer

Publications (1)

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JPH04219246A true JPH04219246A (ja) 1992-08-10

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ID=23950963

Family Applications (1)

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JP3068847A Pending JPH04219246A (ja) 1990-03-09 1991-03-08 プリントヘッド

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US (1) US5008689A (ja)
EP (1) EP0445688B1 (ja)
JP (1) JPH04219246A (ja)
DE (1) DE69109896T2 (ja)
HK (1) HK158696A (ja)

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