JPH05338166A - 熱記録ヘッド用基体 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は、熱記録ヘッド用のシリコン基体に
おける表面粗度を向上させることにより、加熱時に従来
の欠陥であった反りの生じない、したがって加熱された
場合に形成される蓄熱層における蓄熱および放熱を均一
に行なわせることができる、良質の製品を提供すること
を目的とする。 【構成】 ラッピングされたシリコン基体の上下両面が
ポリッシュされ、表面精度の極めて高い基体が得られ
る。この基体が加熱された場合、蓄熱および放熱が均一
に行なわれる蓄熱層を形成するので、この基体を用いる
ことにより良質の熱記録ヘッドが得られる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、熱エネルギーを用いて
噴出させる液体により記録を行なう熱記録ヘッドに用い
られる基体および、この基体を用いて製造された熱記録
ヘッドに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の技術については、図４（Ａ），
（Ｂ）および図５（Ａ），（Ｂ）について説明する。

【０００３】従来、インク等の記録用液体（以後、単に
液体と称する）の噴出に熱エネルギーを利用する液体噴
射記録ヘッド（熱記録ヘッドと総称する）は、例えば図
４（Ａ）の断面および図４（Ｂ）の斜視図に示すよう
に、液体に作用させるエネルギーを発生するための熱エ
ネルギー発生体としての発熱抵抗体２２ａを基体２１上
に配置して構成された基板２３上の発熱抵抗体２２ａに
対応する位置に、液体を噴出させるオリフィス２４と連
通した液流路２４ａおよび必要に応じて該液流路に液体
を供給するための共通液体室２６を形成した構成を有す
る。

【０００４】また、基板２３は、図５（Ａ）の平面図お
よび図５（Ｂ）の断面図に示すように、基体２１上に少
なくとも電極層２２ｂおよび発熱抵抗層２２を積層し、
これらを所定の形状にパターニングして所定間隔をおい
た一対の電極（２２ｃ，２２ｄ）に電気的に接続された
発熱抵抗体２２ａを形成することにより得ることができ
る。

【０００５】なお、基板２３の有する電極（２２ｃ，２
２ｄ）または発熱抵抗体２２ａの少なくともいずれか上
には、保護層２２ｅ等の各種の上部層が必要に応じて設
けられている。

【０００６】従来、このような構成の熱記録ヘッドに用
いられる基体２３の形成に利用する基体２１としては、
シリコン、ガラス、セラミックス等からなる板が用いら
れてきた。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】まず、ガラス基体を用
いた基板を組み込んだ記録ヘッドにおいては、ガラス基
体が熱伝導性に劣るために、発熱抵抗体の駆動周波数を
高くした場合に基板部で過度の蓄熱が生じ、その結果、
熱記録ヘッド内にある液体が加温されて気泡を包含し、
液体の吐出不良等の欠陥が生じ易い。

【０００８】一方、セラミックス基体には、アルミナ基
体が比較的大きなサイズの基板を製作でき、かつ熱伝導
性もガラスに比べると良好であるので、よく用いられて
いる。しかし、アルミナの原料パウダーを焼成するとい
う製造技術上、数μｍ〜数十μｍ程度のサイズのピンホ
ールや突起等の表面欠陥が発生しやすく、またその表面
粗度はＲａ０．１５程度である場合が多く、したがっ
て、アルミナ基体を用いた基板を組み込んだ記録ヘッド
の耐久寿命は短い場合が多い。また、高硬度材の表面を
ポリッシュして面粗度を改善するのは非常に難しい。ア
ルミナの表面にガラスの溶融したものを塗ったいわゆる
アルミナグレーズ基体は、表面粗度についての欠陥は改
善されるが、グレーズ層の厚さを４０〜５０μｍ程度以
下にするのには限界があり、結局ガラス基体の場合と同
様に基板への過度の蓄熱が問題となる。

【０００９】そこで、上述のガラスやセラミックス等の
基体が有するような欠点がないシリコン基体が従来広く
用いられてきた。このシリコン基体の場合、蓄熱性と放
熱性の良好なバランスを確保するため蓄熱層を基体表面
に設けるのが一般的である。

【００１０】真空成膜技術を用いてシリカ等の低熱伝導
性の膜を形成する、いわゆるスパッタリング等の場合、
成膜速度が遅く、しかも成膜中にごみ等が混入する場合
もあり、成膜条件によっては基体と蓄熱層の密着性が充
分でないため、製造工程中の吐出口切断時にチッピング
が多数発生して、印字品質上問題になったり、製品の吐
出耐久テストにおいてキャビテーションの早期破壊した
りして問題となった。

【００１１】以上の問題を解決するため、熱酸化による
シリカ層を蓄熱層とする方法が用いられるようになっ
た。この方法により、従来の問題が大幅に減少したが、
完全に解消するに至らず、ヘッド品質の安定性という点
で問題があった。

【００１２】その場合の製造方法と問題について述べ
る。シリコンのインゴットからある大きさの基体を切り
出し、基体の両面ラップを行ない（場合により片面ラッ
プのときもある。）、ラッピング剤を取除くため表面を
フッ酸のエッチング液で軽くエッチングし、表の面とし
て用いる方のみ片面ポリッシュを行ない、その後熱酸化
により蓄熱層たるシリカを形成させていた。

【００１３】その際、表の面はポリッシュを行なってい
るので、面の粗さが１５０オングストローム程度で鏡の
ようになっている。それに対して裏の面はラップの面で
あって面の粗さが５〜１０μｍ程度であり、したがっ
て、表の面と裏の面とではかなりの表面積の差異があっ
て、反りが発生するという問題がある。

【００１４】一般に半導体での蓄熱層の厚さは、０．５
〜０．８μｍであるのに対し、熱記録ヘッド用の基体で
は３μｍほど必要となり、さらに反りやすい条件がある
ので、一般の半導体等では無かった問題が生ずるのであ
る。

【００１５】本発明は、以上のような問題点を解消した
熱記録ヘッド用基体および、該基体を用いた熱記録用ヘ
ッドを提供することを目的とする。

【００１６】

【課題を解決するための手段】本発明の、シリコンから
なる熱記録ヘッド用基体は、該基体の上下両面がポリッ
シュされ、かつ熱酸化されて形成されたシリカ蓄熱層を
有することを特徴としている。

【００１７】

【作用】シリコンからなる基体の上下両面をラッピング
し、さらに、該両面をポリッシュして表面粗度の改善さ
れた基体とし、これを加熱してできるシリカ蓄熱層は、
均一に蓄熱することができるので、反りの無い基板が得
られる。

【００１８】

【実施例】以下、本発明を実施例を図面を用いて説明す
る。

【００１９】図１は本発明の熱記録ヘッド用基体１の一
実施例の断面図である。図２は、図１の基体１からなる
基板３を用いた熱記録ヘッド１１の模式的斜視図であ
る。図３は、図２のヘッド１１を用いた基体噴射記録装
置１０の模式的斜視図である。

【００２０】図１の基体１はシリコン基体１であり、上
下両表面のシリカ蓄熱層２は、シリコン基体１をラッピ
ングしさらにポリッシュした上で熱酸化して形成された
ものである。

【００２１】図２には、基板３上に、従来技術により電
気熱変換体が作り込まれているが、同図には省略した。
基板３上には液体を吐出するオリフィス４、そのための
液流路４ａ，それを形成する液流路壁５、共通液体室
６、共通液体室付きの天板７およびインク供給口８が示
されているが、特に従来例と異なる要素はない。

【００２２】しかし、本発明の基体１を含む基板３を用
いた熱記録ヘッドと動作に関しては、本製品の性能がよ
いので、従来品とは異なる。すなわち後述の実験例にて
詳述するように、基体および基板の反りがないので、オ
リフィス４からの液体の噴射が所定どおりの量、方向と
も均一に行なわれるので、トラブルが生じない。

【００２３】次に、本発明の両面ポリッシュされた基体
の製法およびその反り量のテストの実施例について述べ
る。

【００２４】この製法として、まず、シリコンのインゴ
ットからワイヤーソーにより直径８インチの大きさに切
り出し、次にラップおよび砥粒として鋳鉄と炭化ケイ素
（ＳｉＣ）を使用し、両面ラッピングを行なった。次に
ラッピング剤を取除くためフッ酸系のエッチング液でエ
ッチングし、その後ポリシャーとしてピッチを用い、次
に砥粒として酸化アルミ（Ａｌ₂ Ｏ₃ ）を使用してポリ
ッシュを行ない、両面ポリッシュ基体を作成した。なお
比較テストのため、片面ポリッシュ基体も作成した。そ
の後、酸化雰囲気中で約１１５０℃に加熱し、両面熱酸
化させ蓄熱層２としてのＳｉＯ₂ を約３μｍ作成した。

【００２５】この基体１での反り量を測定すると、両面
ポリッシュ基体１と片面ポリッシュ基体それぞれにおい
て２５μｍと６０μｍであった。

【００２６】次に図２の熱記録ヘッド１１のように、上
記それぞれの基体１を用いて、電気熱変換体や電極を装
着し、４００ＤＰＩの密度で１６０ｍｍ幅の２４００ノ
ズルのものを作成した。

【００２７】再度、反りを測定したところ、両面ポリッ
シュ品は３５μｍ、片面ポリッシュ品は７０μｍとなっ
ていた。このように両面ポリッシュを行なった基体を用
いた熱記録ヘッドの方が反りが顕著に少なかった。これ
は両面をポリッシュすると、熱酸化によりＳｉＯ₂ に変
化する表面積が表と裏でほぼ同じにすることができるの
で、反りの発生が少なかったと考えられる。

【００２８】従来技術においては、熱記録ヘッドをプリ
ンタ等に組み込むとき、反っているものをベースブレー
ド等に押え付け接着するという手段により反りをなくす
るようにしているため、反り量の大きい場合、押え付け
る力を多く必要とし、その結果、製品の長期的な信頼性
に不安があった。

【００２９】かつ、これらの反り量は、基板の大きさに
応じて大きくなるのは当然であり、基板の大型化に伴
い、この両面ポリッシュによる改善効果は大きくなる。

【００３０】

【発明の効果】以上説明したように本発明は、シリコン
基体の上下両面をポリッシュすることにより、これを熱
酸化して形成した蓄熱層の表面粗度が改善され、蓄熱層
において均一な蓄熱がなされ、したがって基体に反りが
生ぜず、欠陥のない基板が得られるので、これを用いて
製造される熱記録用ヘッドの品質向上に貢献する効果が
大である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の熱記録ヘッド用基体１の一実施例の断
面図である。

【図２】図１の基体からなる基板３を用いた熱記録ヘッ
ド１１の模式的斜視図である。

【図３】図２のヘッド１１を用いた液体噴射記録装置１
０の模式的斜視図である。

【図４】（Ａ）は、従来例の基体２１を用いた記録ヘッ
ドの一部分の断面図である。（Ｂ）は、従来例の基体２
１を用いた記録ヘッドの模式斜視図である。

【図５】（Ａ）は、従来例の基板２３の平面図である。
（Ｂ）は、（Ａ）の線ＢＢ線矢示断面図である。

【符号の説明】

１ シリコン基体 ２ シリカ蓄熱層 ３，２３ 基板 ４，２４ オリフィス ４ａ，２４ａ 液流路 ５，２５ 液流路壁 ６，２６ 共通液体室 ７，２７ 天板 ８，２８ 供給口 １０ 液体噴射記録装置 １１ 熱記録ヘッド １２ 記録紙 １３ 紙送りローラ １４ プラテン １５ キャリッジ １６ ガイド軸 １７ ベルト伝導機 １８ インク回復系 ２１ 基体 ２２ 発熱抵抗層 ２２ａ 発熱抵抗体 ２２ｂ 電極層 ２２ｃ，２２ｄ 電極 ２２ｅ 保護層

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 熱エネルギーを用いて噴出させる液体に
   より記録を行なう熱記録ヘッドに使用される、シリコン
   からなる熱記録ヘッド用基体において、 上下両面がポリッシュされ、かつ熱酸化されて形成され
   たシリカ蓄熱層を有することを特徴とする熱記録ヘッド
   用基体。
2. 【請求項２】 請求項１記載の熱記録ヘッド用基体が使
   用された熱記録ヘッド。