JPH0664169A

JPH0664169A - インクジェット記録ヘッド

Info

Publication number: JPH0664169A
Application number: JP24123792A
Authority: JP
Inventors: Kazuhiro Hayashi; 和廣林; Yoshiyuki Shiratsuki; 好之白附
Original assignee: Fuji Xerox Co Ltd
Current assignee: Fujifilm Business Innovation Corp
Priority date: 1992-08-18
Filing date: 1992-08-18
Publication date: 1994-03-08

Abstract

(57)【要約】【目的】安価で生産性が高い長尺のインクジェット記
録ヘッドを提供する。【構成】ガラス基板１の上にメタロオーガニック材料
の焼成で作成した発熱素子３と、同じくメタロオーガニ
ック材料の焼成で作成した金膜からなる電極４が発熱素
子３に橋絡するごとく形成されている。これらの層の上
に、厚膜材料の焼成で作成したガラスによる下部保護層
５が形成されている。さらに、この下部保護層５の上層
の保護層として、発熱素子近傍に、メタロオーガニック
材料の焼成で作成した金膜、あるいは、白金膜からなる
上部保護層６が形成されている。この後、上層にインク
流路を設けて、各チップごとに切断する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、インク通路中の発熱素
子によってインクを加熱して気泡を発生させることによ
りインク滴を吐出して記録媒体に記録を行なうインクジ
ェット記録ヘッドに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】インクジェット記録装置は、インク流路
からインク滴を吐出して記録媒体に記録を行なうもので
ある。インク滴を吐出させる方法としては、圧電素子の
歪みによりインク流路内に圧力変化を発生させて、イン
ク滴を吐出させるもの、あるいは、これに加えて、一対
の電極を設け、電界によりインク滴に偏向力を加えて吐
出させるもの、あるいは、インク流路内に配設した発熱
素子を急激に加熱することによって気泡を発生させ、こ
れによってオリフィスからインク滴を吐出させるものな
ど種々の方式のものが知られている。

【０００３】これらの中でも、熱エネルギーを利用して
インク滴を吐出させる方式にかかるインクジェット記録
ヘッドは、インクを吐出させるオリフィスを高密度に配
列することができるために、高解像度の記録を行なうこ
とが可能であり、また、記録ヘッドとして全体的にコン
パクト化を図ることも容易である。その製造に際して
も、最近の半導体分野において技術の進歩と信頼性の向
上が著しいＩＣ技術や、マイクロ加工技術の長所を十二
分に活用でき、長尺化および二次元化が容易である。こ
れらの理由によって、マルチノズル化および高密度実装
化が容易であり、しかも、大量生産時の生産性が良く、
製造費用も廉価にできるものとして、特に注目されてい
る。

【０００４】この熱エネルギーを利用してインク滴を吐
出する方式のインクジェット記録ヘッドを改良したもの
の一例として、特開平１−１４５１５８号公報に記載さ
れているものが知られている。

【０００５】図１４は、このようなインクジェット記録
ヘッドにおけるヒーター基板の発熱素子近傍における断
面図である。図中、２１は基板、２２は蓄熱層、２３は
発熱素子、２５は下部保護層、２６は上部保護層であ
る。基板２１は、Ｓｉウェハが用いられ、基板２１上に
蓄熱層２２が形成され、その上に、ＨｆＢ²をパターニ
ングしてヒータ２３が形成されている。この図では、ヒ
ータを６個だけ図示したが、実際は、図の左右方向に多
数のヒータが形成されている。ヒータへの通電のため、
スパッタ法によってＡｌ電極（図示せず）が配置されて
いる。さらにその上に、下部保護層２５としてＳｉＯ₂
を１μｍ厚にスパッタ法で積層した後、上部保護層２６
としてＴａのアモルファス合金を０．５μｍ厚にスパッ
タ法で積層し、ヒータ基板が構成される。

【０００６】上部保護層２６の材料の特性としては、イ
ンクに対する化学的安定性、耐熱性、機械的強度が要求
され、かつ、適度な粘りを持つこと、また、高い熱伝導
性が求められている。従来から用いられている上部保護
層２６としては、真空装置によって着膜されたＴａ合金
薄膜が普通である。真空装置による着膜工程は、スパッ
タ装置、真空蒸着装置といった成膜装置の設備費用、ま
た、ランニングコストが高く、成膜される薄膜のコスト
が高くなるという問題がある。また、真空装置の大きさ
に制約があるため、大面積のデバイスが得られないとい
う問題があった。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上述した事
情に鑑みてなされたもので、安価で生産性が高い長尺の
インクジェット記録ヘッドを提供することを目的とする
ものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、インク通路を
有し、インクを加熱するための発熱素子を備え、該発熱
素子によって前記インクに熱エネルギーを与えることに
よりインクを吐出するインクジェット記録ヘッドにおい
て、前記発熱素子および前記発熱素子に接続された電極
の、少なくともインクと接する部分が、厚膜法により着
膜された金または白金の一方または双方を含む金属膜に
よって被覆されていることを特徴とするものである。

【０００９】厚膜法による着膜手段として、スクリーン
印刷、スピンコート、ディップコート等、通常ハイブリ
ッドＩＣ製造工程で用いられる厚膜プロセスが使用可能
である。なかでも、スクリーン印刷法によれば、エッチ
ング工程を省くことができるため、より生産性を高める
ことができる。

【００１０】

【作用】本発明によれば、発熱素子および発熱素子に接
続された電極の、少なくともインクと接する部分の保護
膜が、厚膜法によって着膜された金または白金の一方ま
たは双方を含む金属膜であるため、上述したように、設
備費用、ランニングコストが高い真空装置による着膜工
程によって形成される従来の保護膜に比較して、コスト
が低く、また、大面積のデバイスを得ることができる。
したがって、安価で生産性の高い、長尺のインクジェッ
ト記録ヘッドを作成することができる。

【００１１】

【実施例】図１は、本発明の一実施例のインクジェット
記録ヘッドの発熱素子近傍を説明するためのもので、図
１（Ａ）は平面図、図１（Ｂ）は図１（Ａ）のＢ−Ｂ断
面図である。図中、１はガラス基板、３は発熱素子、４
は電極、５は下部保護層、６は上部保護層である。ガラ
ス基板１としては、コーニング社製７０５９ガラス基板
（商品名）や、その他のバリウムホウケイ酸、アルミノ
ケイ酸、ソーダライム等の材料からなる、表面を平滑化
したガラス基板が使用できる。

【００１２】このガラス基板１の上にメタロオーガニッ
ク材料の焼成で作成した発熱素子３と、同じくメタロオ
ーガニック材料の焼成で作成した金膜からなる電極４が
発熱素子３に橋絡するごとく形成されている。

【００１３】これらの層の上に、厚膜材料の焼成で作成
したガラスによる下部保護層５が形成されている。この
下部保護層５の上層の保護層として、発熱素子近傍に、
メタロオーガニック材料の焼成で作成した金膜、あるい
は、白金膜からなる上部保護層６が形成されている。し
たがって、厚膜工程だけでインクジェット記録ヘッドの
ヒーター基板が作製できる。インクジェットヘッドに作
成するにはこの後、上層にインク流路を設けて、各チッ
プごとに切断する。インク流路の形成方法としては、厚
膜材料で隔壁を形成し、その上に天板を接合する方法
や、チャネル溝を形成したチャネル基板を接合する方法
などが採用できる。厚膜材料の隔壁と天板を用いる方法
を採用した場合には、厚膜工程だけでインクジェット記
録ヘッドが作製できる利点がある。

【００１４】上述したように、上部保護層６に要求され
る条件としては、高い熱伝導率を持ち、インクに対して
の化学的抵抗力が高く、高温でも変化がないこと、さら
に適度な硬さを持つことである。キャビテーションによ
る上部保護層６の破壊は、膜の硬度が高すぎる場合に多
くみられ、目安としては、ビッカース硬度で５０以下の
ものが望まれる。これらのことから、金、白金膜が上部
保護層６の材料として最も適しているということができ
る。

【００１５】実際に、金、白金膜以外の金属を厚膜法に
より形成した場合、例えば、イリジウム，ルテニウム，
タングステン膜では、キャビテーション破壊が発生し、
銀膜では、インクにより化学的に膜が犯され、その他の
金属でも同様な原因で寿命の低下が見られた。

【００１６】このように、上部保護層を、厚膜プロセス
を用いて金や白金薄膜を形成することにより、安価で、
生産性が高い、長尺のインクジェット記録ヘッドを得る
ことが可能になる。

【００１７】次に、図１で説明した実施例のインクジェ
ット記録ヘッドの製造方法を、図２乃至図１３により説
明する。各図において、（Ａ）は平面図、（Ｂ）はそれ
ぞれ図１（Ａ）のＢ−Ｂ線に相当する断面図である。な
お、図２以降においては、各図の（Ａ）にＢ−Ｂ線の図
示は省略してある。図中、図１と同様な部分には同じ符
号を付して説明を省略する。７は発熱抵抗層、８は金
膜、８ａは共通電極、８ｂは個別電極、９はレジスト、
９ａはレジストパターン、１０，１０ａはアパーチャ、
１１，１１ａはマスクである。

【００１８】まず、図２に示すように、１．１ｍｍ厚の
コーニング社製７０５９ガラス（商品名）を用いたガラ
ス基板１に、抵抗体形成用金属有機物材料をスクリーン
印刷により塗布する。この抵抗体形成用金属有機物材料
は、例えば、Ｎ．Ｅ．ケムキャット社のメタルレジネー
ト（商品名）の下記の番号の各溶液を混合して使用す
る。

【００１９】Ａ−１１２３（Ｉｒ有機物材料）＃２８−ＦＣ（Ｓｉ有機物材料）＃８３６５（Ｂｉ有機物材料）の３種類を用い、上記各溶液を焼成後の原子数比が、Ｉｒ：Ｓｉ：Ｂｉ＝１：１：１になるような割合で混合し、α−ターピネオール等の溶
剤に置換し、高分子の樹脂等を添加して粘度を、４００
０〜３００００ｃｐｓに調製したものである。

【００２０】この混合物を、２００〜４００メッシュの
ステンレススクリーンを用いて、ガラス基板１に印刷塗
布し、７０℃で３０分間乾燥してから、赤外線ベルト焼
成炉において、５５０℃〜７２０℃のピーク温度で１０
分〜３０分間焼成して発熱抵抗体層７を形成する。

【００２１】次に、図３に示すように、発熱抵抗体層７
が形成されたガラス基板１の表面全体に、電極形成用金
属有機物材料として、ノリタケカンパニーリミテド製の
メタロオーガニック金ペーストＤ２７（商品名）にドデ
カン酸第２銅を０．２重量％〜０．３重量％を添加溶解
させたペーストを、スクリーン印刷して、７０℃で１０
分間乾燥してから、赤外線ベルト焼成炉によって３０分
〜６０分間焼成して金膜８を得る。

【００２２】図４に示すように、金膜８の全面にフォト
レジスト層９を塗布し、所定のアパーチャ１０を持つフ
ォトマスク１１を介して紫外線Ｌにより露光を行なう。
図４（Ａ）において、点線で示した部分が、フォトレジ
スト層９を塗布した基板の境界である。

【００２３】図５に示すように、露光の後、フォトレジ
スト９の露光部分を現像により除去し、レジストパター
ン９ａが金膜８の上に得られる。

【００２４】図６に示すように、レジストパターン９ａ
を介して、ヨウ素−ヨウ化カリウム水溶液をエッチング
液としてエッチングを施し、金膜８の露出部分を溶解除
去する。

【００２５】続いて、図７に示すように、フッ素−硝酸
水溶液をエッチング液としてエッチングを施し、露出し
ている金膜８の一部および発熱抵抗体膜７をエッチング
することにより、発熱抵抗体３を形成する。

【００２６】その後、図８に示すように、レジストパタ
ーン９ａを除去すると、金膜８を露出させることができ
る。

【００２７】次に、図９に示すように、再度フォトレジ
スト層９を形成し、記録媒体に対峙する発熱抵抗体の発
熱領域を決めるために、金膜を除去する部分に対応した
パターン１０ａを有するフォトマスク１１ａを介して紫
外線Ｌにより、露光を行なう。図９（Ａ）において、点
線で示した部分が、フォトレジスト層９を塗布した基板
の境界である。

【００２８】図１０に示すように、露光後、現像を行な
って、除去すべき金膜８の部分を露出させる。

【００２９】図１１に示すように、金膜８の露出部分
に、ヨウ素−ヨウ化カリウム水溶液によるエッチングを
施し、発熱部となる発熱抵抗体３上の金膜をエッチング
して除去して発熱抵抗体３を露出させる。残された金膜
により共通電極８ａと、個別電極８ｂが形成される。こ
れらの共通電極８ａと、個別電極８ｂは発熱抵抗体３の
発熱部を橋絡して接続している。

【００３０】図１２に示すように、共通電極８ａ，個別
電極８ｂ，発熱抵抗体３を覆って、オーバーグレーズ層
形成用のガラスペーストをスクリーン印刷によりベタ印
刷し、これを５５０℃〜７２０℃のピーク温度で焼成し
て、１μｍ〜３μｍの保護膜として、下部保護層５を形
成する。

【００３１】さらに、図１３に示すように、下部保護層
５上の発熱抵抗体３の近傍に、厚膜工程によって金膜、
あるいは白金膜で上部保護層６を形成する。上部保護層
６は、対キャビテーションの目的で積層するものであ
り、したがって、少なくとも、発熱抵抗体３，共通電極
８ａ，個別電極８ｂがインクに接する部分に形成され
る。上部保護層６の材料としては、金膜を形成する場合
には、サーマルヘッド等の導体材料として一般的に知ら
れているメタロオーガニック金ペースト、例えば、ノリ
タケカンパニーリミテド製Ｄ２７（商品名）、Ｎ．Ｅ．
ケムキャット製Ａ４６１５（商品名）、田中貴金属イン
ターナショナル製ＧＢ１００１（商品名）等が使用でき
る。白金膜を形成する材料としては、ハイブリッドＩＣ
等の導体材料として知られるメタロオーガニック白金ペ
ースト、例えば、Ｎ．Ｅ．ケムキャット製７８１３（商
品名）、ヘレウス製ＲＰ１０００１（商品名）等が使用
できる。

【００３２】これらのペーストを２５０メッシュ、エマ
ルジョン厚１０μｍのステンレススクリーンを用いて、
幅５００μｍに印刷する。印刷後、各ペーストに最適な
条件で乾燥、焼成を行なう。この条件は、例えば、金系
のペーストであれば、７０℃で１０分間乾燥した後、赤
外線ベルト焼成炉において、ピーク温度５５０〜７２０
℃で１０から３０分間焼成し金膜を得る。白金系のペー
ストであれば、１２０℃で１０分間乾燥した後、ピーク
温度６５０〜７５０℃で１０〜３０分間焼成し白金膜を
得る。これらの方法により作成された金属膜の厚さは、
０．１μｍ〜０．３μｍである。

【００３３】このような厚膜工程は、ＭＯＤ（Ｍｅｔａ
ｌＯｒｇａｎｉｃＤｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）とよばれ
るものであり、スクリーン印刷によれば、その後のエッ
チング工程を省略することができる。以上の工程により
作製された基板をヘッドに作成するには、基板の上にイ
ンク流路を設けた後、各チップごとに切断する。

【００３４】上述した製造工程によれば、抵抗体層を表
面の凹凸が少ないＭＯＤで形成でき、その上の耐キャビ
テーション層として、金、白金膜を用いることにより、
長寿命のインクジェット記録ヘッドが作製できる。金、
白金膜をＭＯＤにより０．１〜０．３μｍの厚さに形成
した場合には、駆動パルス印加後の温度の立ち下がりが
早くなり、基板全体の蓄熱を抑え、より高速印字に対応
できるインクジェット記録ヘッドを得ることができる。

【００３５】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
のインクジェット記録ヘッドによれば、すべての着膜工
程に厚膜プロセスが使用できるため、成膜装置の設備費
用、ランニングコストが安価であり、さらに、大きさの
制約が緩やかであるため、紙幅に対応できるような長尺
のインクジェット記録ヘッドも容易に作成することがで
きるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例のインクジェット記録ヘッ
ドの発熱素子近傍を説明するためのもので、図１（Ａ）
は平面図、図１（Ｂ）は図１（Ａ）のＢ−Ｂ断面図であ
る。

【図２】〜

【図１３】図１で説明した実施例のインクジェット記
録ヘッドの製造方法の説明するためのもので、それぞれ
（Ａ）は平面図、（Ｂ）は断面図である。

【図１４】従来のインクジェット記録ヘッドにおける
ヒーター基板の発熱素子近傍における断面図である。

【符号の説明】

１ガラス基板、３発熱素子、４電極、５下部保
護層、６上部保護層、７発熱抵抗層、８金膜、８
ａ共通電極、８ｂ個別電極、９レジスト、９ａ
レジストパターン、１０，１０ａアパーチャ、１１，
１１ａマスク。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】インク通路を有し、インクを加熱するた
めの発熱素子を備え、該発熱素子によって前記インクに
熱エネルギーを与えることによりインクを吐出するイン
クジェット記録ヘッドにおいて、前記発熱素子および前
記発熱素子に接続された電極の、少なくともインクと接
する部分が、厚膜法により着膜された金または白金の一
方または双方を含む金属膜によって被覆されていること
を特徴とするインクジェット記録ヘッド。