JPH06183004A

JPH06183004A - インクジェット記録ヘッド、その製造方法およびそのヘッドを用いた記録装置

Info

Publication number: JPH06183004A
Application number: JP34197592A
Authority: JP
Inventors: Hirokazu Komuro; 博和小室
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1992-12-22
Filing date: 1992-12-22
Publication date: 1994-07-05

Abstract

(57)【要約】【構成】熱エネルギーを発生する電気熱変換体上の上
部保護層にＯＭＣＴＳを原料としたＣＶＤ法による膜を
用いる。【効果】インク吐出耐久性が向上する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、液体をオリフィスから
噴射して液滴を形成するインクジェット記録ヘッドに関
する。

【０００２】

【従来の技術】この種のインクジェット記録ヘッドに関
し、例えば特開昭５４−５１８３７に記載されているイ
ンクジェット記録法は、熱エネルギーを液体に作用させ
て、液滴吐出の原動力を得るという点において、他のイ
ンクジェット記録方法とは異なる特徴を有している。即
ち、上述の公報に開示されている記録法は、熱エネルギ
ーの作用を受けた液体が過熱されて気泡を発生し、この
気泡発生に基づく作用力によって、記録ヘッド部先端の
オリフィスから液滴が形成され、この液滴が被記録部材
に付着して情報の記録が行われるということを特徴とし
ている。

【０００３】この記録法に適用される記録ヘッドは、一
般に液体を吐出するために設けられたオリフィスと、こ
のオリフィスに連通して液滴を吐出するための熱エネル
ギーが液体に作用する部分である熱作用部を構成の一部
とする液流路とを有する液吐出部及び熱エネルギーを発
生する手段である熱変換体としての発熱抵抗体とそれを
インクから保護する上部保護層を具備している。

【０００４】熱エネルギー発生手段は、発生する熱エネ
ルギーを効率良く記録液に作用させること、記録液への
熱作用の応答速度を高めることなどのために、記録液に
直接接触するように設けられるのが望ましいとされてい
る。

【０００５】しかしながら、前記の熱エネルギー発生手
段は通電されることによって発熱する発熱抵抗層と発熱
抵抗層に通電するための一対の電極とで基本的には構成
されているために、発熱抵抗層が直に記録液に接する状
態であると、記録液の電気抵抗値によっては液を通じて
電気が流れたり、記録液を通じての電気の流れによって
記録液自身が電気分解したり、あるいは発熱抵抗層への
通電の際に発熱抵抗層と記録液が反応して、発熱抵抗層
の破壊や抵抗変化が起こったりする場合があった。

【０００６】そのために、従来においては、ＺｒＢ₂ 、
ＨｆＢ₂ 等の金属硼化物などの発熱抵抗材料としての特
性に優れた無機材料で発熱抵抗層を形成すると共に、発
熱抵抗層上にＳｉＯ₂ などの耐酸化性に優れた材料で構
成された保護層を設けることで発熱抵抗層が記録液に直
に接触するのを防止して、前記の諸問題を解決し信頼性
と繰り返し使用耐久性の向上を図ろうとすることが提案
されている。

【０００７】ところで、このような液体噴射記録ヘッド
の熱エネルギー発生手段を形成するに関しては、上記発
熱抵抗層を順次積層していくのが一般的であり、このよ
うな熱エネルギー発生手段の保護層には、上記のような
発熱抵抗層の破壊防止あるいは電極間の短絡防止などの
保護層として各種機能を十分に果たすべく、これら発熱
抵抗層や電極の主要部をピンホールなどの膜欠陥を有す
ることなく一様に覆うことが要求される。

【０００８】また、このような液体噴射ヘッドでは、前
述したように、一般には電極が発熱抵抗層上に形成され
るため、電極及び発熱抵抗層に段差（ステップ）が生じ
るが、このような段差部には、層厚の不均一などが発生
しやすいため、露出部分を生じることのないように段差
を十分覆う（ステップカバレージ）ように層形成が実施
されなければならない。すなわち、ステップカバレージ
が不十分な状態では、発熱抵抗層の露出部分と記録液が
直に接触して、記録液が電気分解されたり、記録液と発
熱抵抗層が反応して発熱抵抗層が破壊されてしまうこと
があった。また、このような段差部には、膜質の不均一
なども生じやすく、このような膜質の不均一は、熱発生
の繰り返しによって保護層に生じる熱ストレスの部分集
中を招き、保護層に亀裂（クラック）を生じる原因とも
なり、このクラックから記録液が侵入して発熱抵抗層が
破壊されることもあった。

【０００９】従来、このような問題の解決に当たって
は、保護層の膜厚を厚くし、ステップカバレージの向上
やピンホールの減少をはかることが一般に行われてい
る。しかしながら発砲面と発熱抵抗層の間の熱的抵抗が
大きいことにより発熱抵抗層に大電力を投入することに
なり熱応答性、耐久性に不利になる。したがって、保護
層の膜厚をステップカバレージを悪くすることなく薄く
する提案がなされてきた。特開昭６０−２３４８５０で
は保護膜の成膜方法としてステップカバレージが良いバ
イアススパッタが提案されており、特開昭６２−４５２
８３、４５２３７では保護膜を成膜後エッチバック、ス
パッタエッチなどでステップの形状を変えてステップカ
バレージをよくすることが提案されており、特開昭６２
−４５２８６では保護膜をリフローすることによってス
テップカバレージを良くすることが提案されている。ま
た、電極の形状をデーパにして保護膜のステップカバレ
ージを良くすることがＨＰジャーナル１９８５．５月号
に提案されている。

【００１０】しかしながら、バイアススパッタは、膜厚
安定性が悪く、ターゲット周りからのゴミの発生等の欠
点があった。また、エッチバック、スパッタエッチ、リ
フローなどの方法は、工程数の増加を招きコストアップ
の原因となった。また、電極の形状をテーパにする方法
は、形状の場所による均一性、再現性などが悪く、特に
大型基板等で作成する場合不利であった。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記従来技
術の実状に鑑み、従来と変わらない製造工程で吐出耐久
性の良好なヘッドを提供することを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】かかる目的は次の手段に
より達成できる。即ち、本発明は、液体吐出用のオリフ
ィスに連通して前記液体中に熱エネルギーを与えて該液
体中に気泡を形成させる熱作用部と、前記熱エネルギー
を発生する電気熱変換体と上部保護層を有するインクジ
ェット記録ヘッドにおいて、上部保護層がＯＭＣＴＳ
（オクタメチルシクロテトラシリケート）を原材料とし
たＣＶＤ法で成膜した膜であることを特徴とするインク
ジェット記録ヘッドである。

【００１３】すなわち、上部保護層の成膜方法をＣＶＤ
（化学気相堆積）法を用いて原料ガスとしてＯＭＣＴＳ
を使うことによって、工程数が増加せず、再現性均一性
の良く、ゴミの少ない膜がえられる。したがって、作成
コストが変わらず歩留りが良く耐久性の高いヘッドを得
ることができ、また、保護層の膜厚を薄くすることがで
き熱応答性など性能も向上する。

【００１４】また、ＣＶＤ法はプラズマＣＶＤ、常圧Ｃ
ＶＤどちらでも良い膜が得られる。ただし、基板温度が
異なるため電極材料によってプラズマＣＶＤ、常圧ＣＶ
Ｄのどちらかを選べば良い。ＯＭＣＴＳの分子式を化１
に示す。

【００１５】

【化１】ＯＭＣＴＳを原料とした熱ＣＶＤ法によって得られるＳ
ｉＯ₂ 膜は、電気的性質、平均性に優れ、半導体集積回
路用絶縁膜として期待されているものであり、近年、１
６ＭＤＲＡＭ高保護層への適用が検討されている。但
し、ＯＭＣＴＳはＴＥＯＳ（テトラエチルオルソシリケ
ート）に比べ表面反応性が高く、ＯＭＣＴＳの反応によ
る膜形成機構は未だ未明な点が多く、膜制御に課題があ
り、例えば膜の成長が下地の影響、パターン形状、成膜
温度等に大きく依存し、均一な膜形成がかならずしも達
成されていない。一方、半導体集積回路以外の分野では
ＯＭＣＴＳを用いたＣＶＤ技術はほとんど開発されてお
らず、知られていない。又、成膜特性は下地等により大
きく影響されることから、半導体用の下地と、それ以外
の下地を用いる場合を同一視することはできない。更
に、適用技術分野によりＯＭＣＴＳにする固有の作用効
果が期待できる。

【００１６】本発明の特徴はＯＭＣＴＳを使ったＣＶＤ
技術を、インクジェット記録ヘッドにおける熱作用部に
適用することによりインク吐出耐久性を大幅に改善した
ことである。ＯＭＣＴＳによる優れた被覆特性が、イン
クジェット記録ヘッドの熱エネルギーを発生する電気熱
変換体上の上部保護層として極めて有効に作用するとい
う従来全く知られていなかった知見に基づき、本発明は
完成された。

【００１７】本発明は、特にインクジェット記録方式の
中でも、熱エネルギーを利用して飛翔液滴を形成し、記
録を行うインクジェット記録方式の記録ヘッド、記録装
置に於いて、優れた効果をもたらすものである。

【００１８】本発明におけるインクジェット記録ヘッド
の基本的構造は公知のものと同様でよく、従って、製造
プロセスは基本的に変えることなく製造できるものであ
る。即ち、基板としてはシリコン、アルミナ等、蓄熱層
（０．５〜５．０μｍ）としてはＳｉＯ₂、Ｓｉ₃Ｎ
₄等、電気熱変換体（発熱抵抗層）（０．０１〜０．５
μｍ）としてはＨｆＢ₂、Ｔａ₂Ｎ等、電極（０．１〜２
μｍ）としてはＴｉ、Ａｌ等、上部保護層（第一保護
層）（０．５〜２μｍ）としてはＳｉＯ₂、Ｓｉ₃Ｎ
₄等、第二保護層（０．１〜１．０μｍ）としてはＴ
ａ、Ｔｉ等、第三保護層としては感光性ポリイミド、感
光性アクリル等を用いることができる。

【００１９】その代表的な構成や原理については、例え
ば、米国特許第４７２３１２９号明細書、同第４７４０
７９６号明細書に開示されており、本発明はこれらの基
本的な原理を用いて行うものが好ましい。この記録方式
は所謂オンデマンド型、コンティニュアス型のいずれに
も適用可能である。

【００２０】この記録方式を簡単に説明すると、液体
（インク）が保持されているシートや液路に対応して配
置されている電気熱変換体に、記録情報に対応して液体
（インク）に核沸騰現象を越え、膜沸騰現象を生じる様
な急速な温度上昇を与えるための少なくとも一つの駆動
信号を印加することによって、熱エネルギーを発生せし
め、記録ヘッドの熱作用面に膜沸騰を生じさせる。この
様に液体（インク）から電気熱変換体に付与する駆動信
号に一対一対応した気泡を形成できるため、特にオンデ
マンド型の記録法には有効である。この気泡の成長、収
縮により吐出孔を介して液体（インク）を吐出させて、
少なくとも一つの滴を形成する。この駆動信号をパルス
形状とすると、即時適切に気泡の成長収縮が行なわれる
ので、特に応答性に優れた液体（インク）の吐出が達成
でき、より好ましい。このパルス形状の駆動信号として
は、米国特許第４４６３３５９号明細書、同第４３４５
２６２号明細書に記載されているようなものが適してい
る。尚、上記熱作用面の温度上昇率に関する発明の米国
特許第４３１３１２４号明細書に記載されている条件を
採用すると、更に優れた記録を行なうことができる。

【００２１】記録ヘッドの構成としては、上述の各明細
書に開示されているような吐出孔、液流路、電気熱変換
体を組み合わせた構成（直線状液流路又は直角液流路）
の他に、米国特許第４５５８３３３号明細書、米国特許
第４４５９６００号明細書に開示されている様に、熱作
用部が屈曲する領域に配置された構成を持つものも本発
明に含まれる。

【００２２】加えて、複数の電気熱変換体に対して、共
通するスリットを電気熱変換体の吐出孔とする構成を開
示する特開昭５９年第１２３６７０号公報や熱エネルギ
ーの圧力波を吸収する開孔を吐出部に対応させる構成を
開示する特開昭５９年第１３８４６１号公報に基づいた
構成においても本発明は有効である。

【００２３】さらに、本発明が有効に利用される記録ヘ
ッドとしては、記録装置が記録できる記録媒体の最大幅
に対応した長さのフルラインタイプの記録ヘッドがあ
る。このフルラインヘッドは、上述した明細書に開示さ
れているような記録ヘッドを複数組み合わせることによ
ってフルライン構成にしたものや、一体的に形成された
一個のフルライン記録ヘッドであっても良い。

【００２４】加えて、装置本体に装着されることで、装
置本体との電気的な接続や装置本体からのインクの供給
が可能になる交換自在のチップタイプの記録ヘッド、あ
るいは記録ヘッド自体に一体的に設けられたカートリッ
ジタイプの記録ヘッドを用いた場合にも本発明は有効で
ある。

【００２５】又、本発明の記録装置に、記録ヘッドに対
する回復手段や、予備的な補助手段等を付加すること
は、本発明の記録装置を一層安定にすることができるの
で好ましいものである。これらを具体的に挙げれば、記
録ヘッドに対しての、キャッピング手段、クリーニング
手段、加圧或は吸引手段、電気熱変換体或はこれとは別
の加熱素子、或はこれらの組み合わせによる予備加熱手
段、記録とは別の吐出を行なう予備吐出モードを行なう
手段を付加することも安定した記録を行なうために有効
である。

【００２６】更に、記録装置の記録モードとしては黒色
等の主流色のみを記録するモードだけではなく、記録ヘ
ッドを一体的に構成したものか、複数個の組み合わせて
構成したものかのいずれでも良いが、異なる色の複色カ
ラー又は、混色によるフルカラーの少なくとも一つを備
えた装置にも本発明は極めて有効である。

【００２７】以上説明した本発明実施例においては、液
体インクを用いて説明しているが、本発明では室温で固
体状であるインクであっても、室温で軟化状態となるイ
ンクであっても用いることができる。上述のインクジェ
ット装置ではインク自体を３０℃以上７０℃以下の範囲
内で温度調整を行ってインクの粘性を安定吐出範囲にあ
るように温度制御するものが一般的であるから、使用記
録信号付与時にインクが液状をなすものであれば良い。

【００２８】加えて、熱エネルギーによるヘッドやイン
クの過剰な昇温をインクの固形状態から液体状態への状
態変化のエネルギーとして使用せしめることで積極的に
防止するか又は、インクの蒸発防止を目的として放置状
態で固化するインクを用いることも出来る。いずれにし
ても熱エネルギーの記録信号に応じた付与によってイン
クが液化してインク液状として吐出するものや記録媒体
に到達する時点ではすでに固化し始めるもの等のよう
な、熱エネルギーの付与によって初めて液化する性質を
持つインクの使用も本発明には適用可能である。

【００２９】このようなインクは、特開昭５４−５６８
４７号公報あるいは特開昭６０−７１２６０号公報に記
載されるような、多孔質シートの凹部又は貫通孔に液状
又は固形物として保持された状態で、電気熱変換体に対
して対向するような形態としても良い。

【００３０】本発明において、上述した各インクにたい
して最も有効なものは、上述した膜沸騰方式を実行する
ものである。

【００３１】図３は本発明により得られた記録ヘッド
をインクジェットヘッドカートリッジ（ＩＪＣ）として
装着したインクジェット記録装置（ＩＪＲＡ）の一例を
示す外観斜視図である。

【００３２】図において、２０はプラテン２４上に送紙
されてきた記録紙の記録面に対向してインク吐出を行な
うノズル群を具えたインクジェットヘッドカートリッジ
（ＩＪＣ）である。１６はＩＪＣ２０を保持するキャリ
ッジＨＣであり、駆動モータ１７の駆動力を伝達する駆
動ベルト１８の一部と連結し、互いに平行に配設された
２本のガイドシャフト１９Ａおよび１９Ｂと摺動可能と
することにより、ＩＪＣ２０の記録紙の全幅にわたる往
復移動が可能となる。

【００３３】２６はヘッド回復装置であり、ＩＪＣ２０
の移動経路の一端、例えばホームポジションと対向する
位置に配設される。伝動機構２３を介したモータ２２の
駆動力によって、ヘッド回復装置２６を動作せしめ、Ｉ
ＪＣ２０のキャッピングを行なう。このヘッド回復装置
２６のキャップ部２６ＡによるＩＪＣ２０へのキャッピ
ングに関連させて、ヘッド回復装置２６内に設けた適宜
の吸引手段によるインク吸引もしくはＩＪＣ２０へのイ
ンク供給経路に設けた適宜の加圧手段によるインク圧送
を行い、インクを吐出口より強制的に排出させることに
よりノズル内の増粘インクを除去する等の吐出回復処理
を行なう。また、記録終了時等にキャッピングを施すこ
とによりＩＪＣが保護される。

【００３４】３０はヘッド回復装置２６の側面に配設さ
れ、シリコンゴムで形成されるワイピング部材としての
ブレードである。ブレード３１はブレード保持部材３１
Ａにカンチレバー形態で保持され、ヘッド回復装置２６
と同様、モータ２２および伝動機構２３によって動作
し、ＩＪＣ２０の吐出面との係合が可能となる。これに
より、ＩＪＣ２０の記録動作における適切なタイミング
で、あるいはヘッド回復装置２６を用いた吐出回復処理
後に、ブレード３１をＩＪＣ２０の移動経路中に突出さ
せ、ＩＪＣ２０の移動動作に伴なってＩＪＣ２０の吐出
面における結露、濡れあるいは塵埃等をふきとるもので
ある。

【００３５】

【実施例】以下、実施例により本発明を具体的に説明す
る。

【００３６】図１は、本発明の用い得るヒータボードの
一例を示す詳細図、図２は、図１のＸ−Ｙ断面図であ
る。

【００３７】まず、基板１０１としてシリコン上に、蓄
熱層１０２として熱酸化によってＳｉＯ₂ を２．０μm
形成する。次に、発熱抵抗層１０３としてスパッタによ
ってＨｆＢ₂ を０．１μm 成膜する。次に電極層１０４
としてＴｉを０．００５μm、更に実施例１はＡｌを
０．６μm 、実施例２ではＡｌ−Ｃｕを０．６μm 蒸着
で成膜する。そして、フォトリン技術により図１に示す
ような回路パターンを形成し、３０μm ×１５０μm の
発熱部分２０１を形成する。次に第１の保護層１０５と
してＳｉＯ₂ を表１に示すような原料ガス、条件で成膜
する。表１に示すように実施例１、比較例はプラズマＣ
ＶＤ法で、実施例２は常圧ＣＶＤ法で成膜した。次に、
第２の保護層１０６としてＴａをスパッタで０．５μm
成膜し、フォトリン技術によって図１に示すようなバー
状パターンにする。最後に、第３の保護層１０７として
感光性ポリイミドを塗布し、図１に示すようなパターン
にする。このようにして、ヒータボードが完成する。

【００３８】ここで表１に示した条件は一具体例である
が、一般的にはプラズマＣＶＤ法ではガス種としてＨ₂
Ｏ−ＯＭＣＴＳを用い流量比（Ｈ₂Ｏ／ＯＭＣＴＳ）は
０．０１〜１、ガス圧は０．１〜１０Torr、基板温度は
１００〜３５０℃、放電電力は０．５〜２kw程度であ
る。一方、常圧ＣＶＤ法ではガス種としてＯ₃−ＴＥＯ
Ｓを用い、流量比（Ｏ3／ＴＥＯＳ）は０．０１〜１、
ガス圧は７６０Torr、基板温度は３５０〜６００℃程度
である。成膜速度はいずれのＣＶＤ法によっても０．０
１〜０．１μ／min程度でよい。以上の範囲を外れれば
いずれの場合も、被覆物性が劣り、膜質が悪くなる。

【００３９】このようにしてできたヘッドのヒータ付近
の電極の上の保護膜のステップカバレージを評価した。
ステップ部の膜質を見るためソフトエッチして観察し
た。実施例１、２はステップの膜のエッチングはほどん
どなく、ステップの膜質は良好であった。それに比較し
て比較例はステップがエッチングされてなくなってお
り、ステップ部の膜質が悪いことがわかった。

【００４０】次に、できたヘッドの吐出耐久試験をおこ
なった。

【００４１】試験条件は、駆動周波数３kHz パルス幅１
０usec、駆動電圧は発砲電圧の１．２倍とした。そし
て、１×１０⁹ パルスまで各ヘッドとも５００ビットの
試験をおこなった。結果を表２に示す。表２に示すよう
に実施例１、２とも断線は１ビットもなく良好な結果を
示した。比較例は３×１０⁷ パルスから断線が始まり１
×１０⁹ パルスでは５０％も断線した。従って、上部保
護層がＯＭＣＴＳ（オクタメチルシクロテトラシリケー
ト）を原材料としたＣＶＤ法で成膜することで、吐出耐
久性の良いインクジェット記録ヘッドを得ることができ
た。

【００４２】

【表１】

【００４３】

【表２】

【００４４】

【発明の効果】以上説明したように、上部保護層がＯＭ
ＣＴＳ（オクタメチルシクロテトラシリケート）を原材
料としたＣＶＤ法で成膜することによってステップ部の
膜質が向上し吐出耐久性が向上する。従って、工数が従
来と変わりなく吐出耐久性の良好なヘッドを得ることが
できる。すなわちコストが低く信頼性の高いヘッドを得
ることができるようになる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は本発明のヒータボードの一例を示す平面
模式図である。

【図２】図１にＸ−Ｙ断面図を示す。

【図３】本発明に係る液体噴射記録ヘッドを備えた記録
装置の一例を示す斜視図である。

【符号の説明】

１６キャリッジ１７駆動モータ１８駆動ベルト１９Ａ，１９Ｂガイドシャフト２０インクジェットヘッドカートリッジ２２クリーニング用モータ２３伝動機構２４プラテン２６ヘッド回復装置２６Ａキャップ部３０ブレード３０Ａブレード保持部材１０１基板１０２蓄熱層１０３発熱抵抗体１０４電極１０５第１保護層１０６第２保護層１０７第３保護層２１０発熱部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】液体吐出用のオリフィスに連通して前記
液体中に熱エネルギーを与えて該液体中に気泡を形成さ
せる熱作用部と、前記熱エネルギーを発生する電気熱変
換体と上部保護層を有するインクジェット記録ヘッドに
おいて、上部保護層がＯＭＣＴＳ（オクタメチルシクロ
テトラシリケート）を原材料としたＣＶＤ法で成膜した
膜であることを特徴とするインクジェット記録ヘッド。
【請求項２】記録媒体の記録領域の全幅にわたって吐
出口が複数設けられているフルラインタイプものである
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。
【請求項３】記録媒体の被記録面に対向してインクを
吐出する吐出口が設けられている請求項１に記載のイン
クジェット記録ヘッドと、該ヘッドを載置するための部
材とを少なくとも具備することを特徴とするインクジェ
ット記録装置。
【請求項４】請求項１に記載のインクジェット記録ヘ
ッドの製造方法であって、フォトリソ技術により回路パ
ターンを形成し熱作用部を設けた後、上部保護層を、Ｏ
ＭＣＴＳを含有する原料ガスを用いてプラズマＣＶＤ法
又は常圧ＣＶＤ法により成膜することを特徴とするイン
クジェット記録ヘッドの製造方法。