JPH07132600A

JPH07132600A - インクジェットヘッドおよびインクジェット記録装置

Info

Publication number: JPH07132600A
Application number: JP28095593A
Authority: JP
Inventors: Takumi Suzuki; 工鈴木; Toshio Suzuki; 敏夫鈴木; Manabu Sueoka; 学末岡; Shuji Koyama; 修司小山; Yukio Kawajiri; 幸雄川尻; Hisashi Yamamoto; 寿山本; Makoto Shibata; 誠柴田
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1993-11-10
Filing date: 1993-11-10
Publication date: 1995-05-23

Abstract

(57)【要約】【構成】蓄熱層が低熱伝導性の有機薄膜である電気熱
変換体を有するインクジェットヘッドで、蓄熱層の材料
として、熱膨張係数が保護膜の材料と近い（１／１０な
いし１０倍の範囲）ものを用いる。【効果】短時間での高低温の繰返しに曝されても、保
護膜への応力が少なく、クラックの発生がない、従来の
有機蓄熱層を有するヘッドと比較して信頼性が高く寿命
の長いインクジェットヘッドが得られる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、インク等の記録用液体
を吐出し、その液滴を形成して紙などの被記録材に付着
させて記録を行なうインクジェット記録ヘッドおよびそ
のヘッドを搭載したインクジェット記録装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】米国特許第４７２３１２９号明細書や米
国特許第４７４０７９６号明細書に記載されているイン
クジェット方式（いわゆるバブルジェット方式）は、高
速高密度で高精細高画質の記録が可能で、かつカラー
化、コンパクト化に適しており、近年特に注目を集めて
いる。この方式を用いる装置の代表例においては、イン
ク（記録用液体等）を熱エネルギーを利用して吐出させ
るため、インクに熱を作用させる熱作用部が存在する。
すなわち、インク路に対応して熱作用部を有する発熱抵
抗体を設け、この発熱抵抗体から発生した熱エネルギー
を利用してインクを急激に過熱して発泡させ、この発泡
によってインクを吐出するものである。

【０００３】この熱作用部は、対象物に熱を作用させる
という観点からすると、従来のいわゆるサーマルヘッド
の構成と一見類似している部分もあるが、熱作用部がイ
ンクに直接接する点や、熱作用部がインクの発泡と消泡
の繰り返しによる機械的衝撃（キャビテーションエロー
ジョン）にさらされているという点、また熱作用部が１
０^-1〜１０μｓｅｃというオーダーの極めて短い時間に
１０００℃近い温度の上昇および下降にさらされるとい
う点などで、サーマルヘッドとはその根本技術が大きく
異なる。従って、サーマルヘッド技術をバブルジェット
技術にそのまま適用することができないことは言うまで
もない。すなわち、サーマルヘッド技術とバブルジェッ
ト技術を同列に論じることはできない。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、インクジェ
ットヘッドの熱作用部は、前述したような厳しい環境に
さらされるため、発熱抵抗体上に保護膜として例えばＳ
ｉＯ₂、ＳｉＣ、Ｓｉ₃Ｎ ₄などからなる電気的絶縁性層
と、さらにその上にＴａなどからなる対キャビテーショ
ンエロージョン層とを設ける構造とし、使用環境から熱
作用部を保護するのが一般的である。このような電気的
絶縁性層は、一般に熱膨張係数が１×１０ ^-6／℃のオー
ダーで、硬いが曲げや伸び縮みで割れやすいという特徴
がある。

【０００５】また、従来構造のヘッドでは、蓄熱層にＳ
ｉＯ₂を用い、保護膜にはＳｉＯ₂やＳｉ₃Ｎ₄などを用い
ており、この蓄熱層のＳｉＯ₂は絶縁性無機物では比較
的熱伝導性が悪く、蓄熱層としては好適であるが、印加
したエネルギーのインクへ伝わる割合が低く、蓄熱層や
保護膜を暖めるのに消費されていることから、効率の良
いインクジェットヘッドが望まれている。

【０００６】特開昭５５−１２３４７８に低熱伝導性の
有機材料を蓄熱層に用いる方法が提示されているが、こ
れら有機材料の熱膨張係数は発熱抵抗体上に設けられた
無機保護膜の熱膨張係数とは２桁近い差があり、図３の
インクジェットヘッドの代表的昇温特性グラフに示すよ
うに１〜１０μｓｅｃという短時間の間に５００℃と室
温との間で上昇下降を繰り返すインクジェット記録法で
は、図２に示したように保護膜にクラックが入り、その
クラックからただちにインクが入り込んで発熱抵抗体が
腐食し、不良となるという欠点がある。

【０００７】そこで本発明は、インクジェット記録法の
ように短時間で高温低温を繰り返しても保護膜にクラッ
クが発生しないインクジェットヘッドおよびそのような
ヘッドを搭載したインクジェット記録装置を提供するこ
とを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、（１）基板、
（２）該基板上にあって低熱伝導性の有機薄膜蓄熱層、
（３）少なくとも該蓄熱層を覆い、インク吐出用の熱エ
ネルギーを通電によって発生しインクに直接熱エネルギ
ーを与える発熱抵抗体を有する発熱抵抗層、（４）該発
熱抵抗体以外の該発熱抵抗層上にある配線導体、（５）
該発熱抵抗体および該配線導体上にある保護膜を有する
電気熱変換体を具備するインクジェットヘッドにおい
て、蓄熱層の熱膨張係数が保護膜の熱膨張係数の１／１
０ないし１０倍の範囲にあることを特徴とするインクジ
ェットヘッドならびにそのヘッドを搭載したインクジェ
ット記録装置を提供する。

【０００９】すなわち本発明は、蓄熱層に用いる材料と
して、発熱抵抗体が設けられた基板や発熱抵抗体の上部
に設けられた保護膜と熱膨張係数が近いもの（１／１０
〜１０倍）を用いることで、短時間内に高温低温を繰り
返しても保護膜にクラックの発生しないインクジェット
ヘッドを提供するものである。

【００１０】図１は、本発明の１実施態様を示す断面図
である。図中、１は基板、２は蓄熱層、３は発熱抵抗
体、４は配線導体、５は発熱抵抗体保護膜、６は耐キャ
ビテーション膜である。

【００１１】表１に、保護膜および蓄熱層に用いる無機
材料の熱膨張係数比較を示した。

【００１２】

【表１】表に示したように、通常保護膜に使用されるＳｉＯ₂、
Ａｌ₂Ｏ₃、Ｓｉなどの無機物の熱膨張係数は１０^-6〜１
０^-7のオーダーである。それに対して従来の蓄熱層に用
いられるポリイミド（表ではＰＩ−２５２５（デュポン
社））の場合には１０^-5のオーダーである。

【００１３】一般に、熱膨張係数に長さと温度差を乗じ
たものがその物質の膨張量となる。従って、同じ膜厚の
保護層と蓄熱層との間の膨張量差は、大きいもので１：
１００程度にまでなる。

【００１４】それに対して、表１に示したＰＩＱ−Ｌ１
００およびＰＩ−２６１１（いずれもデュポン社製）な
どのポリイミドは１０^-6のオーダーの熱膨張係数を持
ち、これら低熱膨張係数材料では、保護膜や基板に用い
られている無機物とほぼ同等の熱膨張係数を有してい
る。

【００１５】図８に本発明のインクジェット記録ヘッド
を有するヘッドカートリッジを搭載したインクジェット
記録装置の１例を示す。図中、４０１はワイピング部材
としてのブレードであり、その一端はブレード保持部材
によって保持されて固定端となり、カンチレバーの形態
をなす。ブレード４０１は記録ヘッドによる記録領域に
隣接した位置に配設され、また、本例の場合、記録ヘッ
ドの移動経路中に突出した形態で保持される。３００は
キャップであり、ブレード４０１に隣接するホームポジ
ションに配設され、記録ヘッドの移動方向と垂直な方向
に移動して吐出口面と当接し、キャッピングを行なう構
成を備える。さらに４０３はブレード４０１に隣接して
設けられる吸収体であり、ブレード４０１と同様、記録
ヘッドの移動経路中に突出した形態で保持される。上記
ブレード４０１、キャップ３００、吸収体４０３によっ
て吐出回復部５００が構成され、ブレード４０１および
吸収体４０３によってインク吐出口面に付着した水分、
塵埃などの除去が行なわれる。

【００１６】Ｃは吐出エネルギー発生手段を有し、吐出
口面に対向する記録媒体にインクを吐出して記録を行な
うインクジェットヘッドカートリッジ、１２はカートリ
ッジＣを搭載してその移動を行なうためのキャリッジで
ある。キャリッジ１２はガイド軸１１と摺動可能に係合
し、キャリッジ１２の一部はモータによって駆動される
ベルト５２と接続している。これによりキャリッジ１２
はガイド軸１１に沿った移動が可能となり、カートリッ
ジＣによる記録領域およびその隣接した領域の移動が可
能となる。

【００１７】１５、１６はモータ駆動の送りローラであ
る。これらの構成によって記録ヘッドの吐出口面と対向
する位置へ記録媒体が供給され、記録が進行するにつれ
てローラ１７、１８を配した排紙部へと送られる。

【００１８】上記構成において、カートリッジＣが記録
終了時でホームポジションに戻る際、ヘッド回復部５０
０のキャップ３００はカートリッジＣの移動経路から退
避しているが、ブレード４０１は移動形路中に突出して
いる。この結果、カートリッジＣの吐出面がワイピング
される。なお、キャップ３００がカートリッジＣの吐出
面に当接してキャッピングを行なう場合、キャップ３０
０はカートリッジの移動経路中に突出するように移動す
る。カートリッジＣがホームポジションから記録開始位
置へ移動する場合、キャップ３００およびブレード４０
１は上述したワイピング時と同一の位置にある。この結
果、この移動においてもカートリッジＣの吐出口面はワ
イピングされる。

【００１９】上記の記録ヘッドのホームポジションへの
移動は、記録終了時や吐出回復時ばかりではなく、記録
ヘッドが記録のために記録領域を移動する間に所定の時
間間隔で行なわれ、この移動に伴って上記ワイピングが
行なわれる。

【００２０】

【実施例】

（実施例１）図１に示した本発明のインクジェットヘッ
ドの１例の作成について以下に述べる。

【００２１】基板となるＳｉウェハー（熱酸化膜なしの
ベアウェハー）上にＰＩ−２６１１（デュポン社）をス
ピンコートで２００〜１０００ｎｍの厚みで塗布し、Ｎ
₂中で段階を追って４００℃まで昇温して１時間キュア
した。その後、スパッタにてＨｆＢ₂発熱抵抗体と配線
導体のＡｌを各々１３０ｎｍ、５５０ｎｍの膜厚でスパ
ッタした。装置は徳田製作所製ＣＦＳ−８ＥＰを用いて
ガス圧５×１０^-1Ｐａ、ＲＦ５００Ｗでスパッタした。

【００２２】これをフォトリソ法にてＡｌ、ＨｆＢ₂の
順にエッチングし、その後、発熱抵抗体保護膜Ａｌ
₂Ｏ₃、耐キャビテーション膜Ｔａを上記装置にて同様な
スパッタ条件でスパッタし、膜厚は各々０．８、０．５
μｍとした。

【００２３】次に、前述と同様フォトリソ法にてキャビ
テーション保護層が必要なところにＴａを残すようパタ
ーニングして、外部電極との接続部のＡｌ₂Ｏ₃をエッチ
ングして、インク流路（図示せず）および天板（図示せ
ず）を設け、切断し、外部接続用ＰＣＢ（図示せず）に
Ａｌワイヤーのワイヤーボンディングを行ない、このワ
イヤーを封止してインクタンク（図示せず）を接続して
インクジェットヘッドを作製した。

【００２４】このようにして得られたヘッドを用いて記
録を行なったところ、長時間記録でも保護膜のクラック
は発生せず、発熱抵抗体の腐食を起こさない、従来の有
機蓄熱層を用いたヘッドに比べて吐出安定性の高い、寿
命的には無機蓄熱層を有するヘッドに匹敵するものであ
った。

【００２５】（実施例２）図４に、本発明のヘッドの他
の例の断面図を示す。

【００２６】Ｓｉウェハー上に蓄熱層を塗布後、プレベ
ークを行ない、発熱抵抗体部のみに有機蓄熱層を残し、
他はフォトレジストと同様にしてフォトリソ法にて除去
した。次に段階的にキュアを行ない、全面にＳｉＯ₂を
形成して、他は実施例１と同様にして図４のような部分
構造を有するヘッドを作製した。

【００２７】（実施例３）Ｓｉウェハー上にポリイミド
を塗布、キュアした後、ＳｉＯ₂をさらにスパッタして
蓄熱層とした。他は実施例２と同様にして、図５のよう
な部分構造を有するヘッドを作製した。

【００２８】（実施例４）Ｓｉウェハー上に蓄熱層を塗
布し、プレベーク後にフォトリソ法を用いて発熱抵抗体
下部のみに蓄熱層を残すようにしたもので、他は実施例
３と同様にして、図６のような部分構造を有するヘッド
を作製した。

【００２９】（実施例５）実施例４と同様にして発熱抵
抗体下部のみに蓄熱層を残すように形成した後、スパッ
タにて電気絶縁層を形成し、フォトリソ法にて蓄熱層上
の電気絶縁層を除去して、以後は実施例４と同様にし
て、図７のような部分構造を有するヘッドを作製した。

【００３０】上記の実施例２〜５に記載の方法で作製さ
れたインクジェットヘッドを用いて印字を行なったとこ
ろ、従来の無機蓄熱層を有するヘッドと同等の寿命を達
成できた。

【００３１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明のインクジ
ェットヘッドは、有機蓄熱層が基板あるいは保護膜と同
等の熱膨張係数を持った材料から成ることから、短時間
での高低温の繰返しに曝されても、保護膜への応力が少
なく、クラックの発生がない。従って、従来の有機蓄熱
層を有するヘッドと比較して信頼性が高く寿命の長いヘ
ッドが得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のインクジェットヘッドの１実施態様の
模式的断面図である。

【図２】従来のインクジェットヘッドでのクラックによ
る不良発生を説明する模式的断面図である。

【図３】インクジェットヘッドの代表的な昇温特性を示
すグラフである。

【図４】本発明のインクジェットヘッドの他の実施態様
の模式的断面図である。

【図５】本発明のインクジェットヘッドのさらに別の実
施態様の模式的断面図である。

【図６】本発明のインクジェットヘッドのさらに別の実
施態様の模式的断面図である。

【図７】本発明のインクジェットヘッドのさらに別の実
施態様の模式的断面図である。

【図８】本発明のインクジェットヘッドを搭載したイン
クジェット記録装置の１例の概観斜視図である。

【符号の説明】

１基板２蓄熱層３発熱抵抗膜４配線導体５保護膜６耐キャビテーション膜７クラック８インクによる腐食９電気絶縁性薄膜（ＳｉＯ₂）１１ガイド軸１２キャリッジ１５、１６送りローラ１７、１８ローラ５２ベルト３００キャップ４０１ブレード４０３吸収体５００ヘッド回復部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者小山修司東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤノン株式会社内 (72)発明者川尻幸雄東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤノン株式会社内 (72)発明者山本寿東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤノン株式会社内 (72)発明者柴田誠東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤノン株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】（１）基板、（２）該基板上にあって低
熱伝導性の有機薄膜蓄熱層、（３）少なくとも該蓄熱層
を覆い、インク吐出用の熱エネルギーを通電によって発
生しインクに直接熱エネルギーを与える発熱抵抗体を有
する発熱抵抗層、（４）該発熱抵抗体以外の該発熱抵抗
層上にある配線導体、ならびに（５）該発熱抵抗体およ
び該配線導体上にある保護膜を有する電気熱変換体を具
備するインクジェットヘッドにおいて、蓄熱層の熱膨張
係数が保護膜の熱膨張係数の１／１０ないし１０倍の範
囲にあることを特徴とするインクジェットヘッド。
【請求項２】蓄熱層の熱膨張係数が基板の熱膨張係数
の１／１０ないし１０倍の範囲にある請求項１記載のイ
ンクジェットヘッド。
【請求項３】保護膜の熱膨張係数が１０^-6／℃のオー
ダーであり、蓄熱層の熱膨張係数が１０^-7／℃ないし１
０^-5／℃の範囲のオーダーである請求項１または２記載
のインクジェットヘッド。
【請求項４】蓄熱層が発熱抵抗層下の全領域に形成さ
れている請求項１ないし３のいずれか１項に記載のイン
クジェットヘッド。
【請求項５】蓄熱層と発熱抵抗層との間に電気絶縁性
薄膜がある請求項４記載のインクジェットヘッド。
【請求項６】蓄熱層が発熱抵抗体下の基板上のみにあ
る請求項１ないし３のいずれか１項に記載のインクジェ
ットヘッド。
【請求項７】発熱抵抗層と蓄熱層および基板との間に
電気絶縁性薄膜がある請求項６記載のインクジェットヘ
ッド。
【請求項８】蓄熱層部を除く発熱抵抗層と基板との間
に電気絶縁性薄膜がある請求項６記載のインクジェット
ヘッド。
【請求項９】請求項１ないし８のいずれか１項に記載
のヘッドを搭載したインクジェット記録装置。