JPH0741720B2 - バブル型インク・ジェット印字装置 - Google Patents
バブル型インク・ジェット印字装置Info
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- JPH0741720B2 JPH0741720B2 JP60040966A JP4096685A JPH0741720B2 JP H0741720 B2 JPH0741720 B2 JP H0741720B2 JP 60040966 A JP60040966 A JP 60040966A JP 4096685 A JP4096685 A JP 4096685A JP H0741720 B2 JPH0741720 B2 JP H0741720B2
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Description
【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、バブル（泡）型インク・ジエツト印字装置、
より詳細にはバブル発生手段を備えたバブル型インク・
ジエツト印字装置に関するのである。
より詳細にはバブル発生手段を備えたバブル型インク・
ジエツト印字装置に関するのである。
従来の技術 一般に、インク・ジエツト印字装置は、２つの形式、す
なわち連続流式とドロツプ・オン・デマンド式に分ける
ことができる。連続流式インク・ジエツト装置では、イ
ンクは圧力の下で少なくとも１個のオリフイス、すなわ
ちノズルを通つて連続流で噴射される。オリフイスから
一定の距離の所で流れがインク滴としてちぎれるよう
に、流れにじよう乱が与えられる。ちぎれ点において、
インク滴は、デジタル・データ信号にしたがつて帯電さ
れ、各インク滴の軌道を調節する電界を通過して、再循
環用の樋装置または記録媒体上の特定の場所へ向けられ
る。ドロツプ・オン・デマンド装置では、インク滴は、
デジタル・データ信号にしたがつてオリフイスから直接
記録媒体上の位置へ噴射される。記録媒体上に滴を置く
のでない限り、インク滴は形成されない、すなわち噴射
されない。
なわち連続流式とドロツプ・オン・デマンド式に分ける
ことができる。連続流式インク・ジエツト装置では、イ
ンクは圧力の下で少なくとも１個のオリフイス、すなわ
ちノズルを通つて連続流で噴射される。オリフイスから
一定の距離の所で流れがインク滴としてちぎれるよう
に、流れにじよう乱が与えられる。ちぎれ点において、
インク滴は、デジタル・データ信号にしたがつて帯電さ
れ、各インク滴の軌道を調節する電界を通過して、再循
環用の樋装置または記録媒体上の特定の場所へ向けられ
る。ドロツプ・オン・デマンド装置では、インク滴は、
デジタル・データ信号にしたがつてオリフイスから直接
記録媒体上の位置へ噴射される。記録媒体上に滴を置く
のでない限り、インク滴は形成されない、すなわち噴射
されない。
ドロツプ・オン・デマンド装置は、インクの回収、帯電
または偏向が必要でないから、連続流式よりもかなり簡
単である。ドロツプ・オン・デマンド式インク・ジエツ
ト装置には、２つの形式がある。第１の形式のドロツプ
・オン・デマンド装置の主要構成要素は、一端にノズル
を有するインクの入つたチヤンネル、すなわち通路と他
端の近くにあつて圧力パルスを発生する圧電変換器であ
る。比較的大形の変換器はノズルを近接配置する妨げに
なり、変換器の物理的な限界のために、インク滴の速度
が遅い。遅い滴速度は、滴の速度変動および方向性の許
容範囲を非常に狭めるので、高品質のコピーを作成する
装置能力に悪影響を与える。圧電変換器を使つてインク
滴を噴射するドロツプ・オン・デマンド装置は、さらに
印字速度が遅いという欠点を有している。
または偏向が必要でないから、連続流式よりもかなり簡
単である。ドロツプ・オン・デマンド式インク・ジエツ
ト装置には、２つの形式がある。第１の形式のドロツプ
・オン・デマンド装置の主要構成要素は、一端にノズル
を有するインクの入つたチヤンネル、すなわち通路と他
端の近くにあつて圧力パルスを発生する圧電変換器であ
る。比較的大形の変換器はノズルを近接配置する妨げに
なり、変換器の物理的な限界のために、インク滴の速度
が遅い。遅い滴速度は、滴の速度変動および方向性の許
容範囲を非常に狭めるので、高品質のコピーを作成する
装置能力に悪影響を与える。圧電変換器を使つてインク
滴を噴射するドロツプ・オン・デマンド装置は、さらに
印字速度が遅いという欠点を有している。
バブル・ジエツトの概念は、第２の形式のドロツプ・オ
ン・デマンド装置であり、高速の滴を発生し、そしてノ
ズルを非常に近接して配置することが可能であるので、
非常にフレキシブルなものである。この第２の形式のド
ロツプ・オン・デマンド装置の主要構成要素は一端にノ
ズルを有するインクの入つたチヤンネルと、ノズルの近
くにある発熱抵抗体である。
ン・デマンド装置であり、高速の滴を発生し、そしてノ
ズルを非常に近接して配置することが可能であるので、
非常にフレキシブルなものである。この第２の形式のド
ロツプ・オン・デマンド装置の主要構成要素は一端にノ
ズルを有するインクの入つたチヤンネルと、ノズルの近
くにある発熱抵抗体である。
名前が示すように、デジタル情報を表わす印字信号は、
オリフイスすなわちノズルに近い各インク通路内の抵抗
層に電流パルスを加えて、その附近のインクをほゞ瞬時
に蒸発させ泡すなわちバブルを発生させる。オリフイス
の所のインクは、バブルが膨張するとき、推進されイン
ク滴として押し出される。インクの流体力学的運動が止
むと、すぐ繰り返してプロセスを開始することができる
状態になる。一般に、“バブル・ジエツト式”装置と呼
ばれる熱発生によるバブルに基づいたインク滴噴射装置
を導入することによつて、ドロツプ・オン・デマンド式
インクジエツト・プリンタは連続流式インクジエツト・
プリンタよりも簡単で低価格の装置になり、その上、同
等の高速印字能力を有している。
オリフイスすなわちノズルに近い各インク通路内の抵抗
層に電流パルスを加えて、その附近のインクをほゞ瞬時
に蒸発させ泡すなわちバブルを発生させる。オリフイス
の所のインクは、バブルが膨張するとき、推進されイン
ク滴として押し出される。インクの流体力学的運動が止
むと、すぐ繰り返してプロセスを開始することができる
状態になる。一般に、“バブル・ジエツト式”装置と呼
ばれる熱発生によるバブルに基づいたインク滴噴射装置
を導入することによつて、ドロツプ・オン・デマンド式
インクジエツト・プリンタは連続流式インクジエツト・
プリンタよりも簡単で低価格の装置になり、その上、同
等の高速印字能力を有している。
バブル・ジエツト式装置の動作順序は、インクの入つた
チヤンネル内のオリフイスすなわちノズルの近くにある
抵抗層を電流パルスが通ることで始まる。抵抗体（層）
からインクへ熱が伝達され、インクは過熱された状態に
なり（その通常の沸点よりかなり高い）、水性インクの
場合は、最終的に、バブルが生成される280℃前後の臨
界温度に達する。いつたん核ができると、バブルすなわ
ち水蒸気が、インクを発熱体から熱的に隔離するので、
それ以上インクに熱は加わわらない。バブルは、インク
に貯えられた通常沸点以上のすべての熱が放散してしま
うまで、すなわち液体を蒸気に変換するときの蒸発熱に
よつて熱が奪われ使い果されるまで、膨張する。バブル
の膨張は、インク滴をノズルの外に噴射する。余剰熱が
失われるとすぐ、バブルは抵抗体上で崩壊する。この時
点で抵抗体は、電流パルスが通過したので、もはや加熱
されておらず、バブルの崩壊と同時に、インク滴は高速
度で記録媒体の方向に向つて推進される。抵抗層は、バ
ブルの崩壊のとき激しいキヤビテーシヨンを受け、この
キヤビテーシヨンは抵抗層を腐食させる作用をする。そ
のあと、インク用のチヤンネルは、毛管作用によつて充
てんされる。バブルの発生と崩壊の全プロセスは、約10
マイクロ秒内に起る。チヤンネルが充てんされる時間を
与え、かつノズルと発熱抵抗体との間でのインクの振動
がある程度減衰する時間を与えるために、100〜500マイ
クロ秒の最小休止時間をおいて、チヤンネルを再び作動
させることができる。
チヤンネル内のオリフイスすなわちノズルの近くにある
抵抗層を電流パルスが通ることで始まる。抵抗体（層）
からインクへ熱が伝達され、インクは過熱された状態に
なり（その通常の沸点よりかなり高い）、水性インクの
場合は、最終的に、バブルが生成される280℃前後の臨
界温度に達する。いつたん核ができると、バブルすなわ
ち水蒸気が、インクを発熱体から熱的に隔離するので、
それ以上インクに熱は加わわらない。バブルは、インク
に貯えられた通常沸点以上のすべての熱が放散してしま
うまで、すなわち液体を蒸気に変換するときの蒸発熱に
よつて熱が奪われ使い果されるまで、膨張する。バブル
の膨張は、インク滴をノズルの外に噴射する。余剰熱が
失われるとすぐ、バブルは抵抗体上で崩壊する。この時
点で抵抗体は、電流パルスが通過したので、もはや加熱
されておらず、バブルの崩壊と同時に、インク滴は高速
度で記録媒体の方向に向つて推進される。抵抗層は、バ
ブルの崩壊のとき激しいキヤビテーシヨンを受け、この
キヤビテーシヨンは抵抗層を腐食させる作用をする。そ
のあと、インク用のチヤンネルは、毛管作用によつて充
てんされる。バブルの発生と崩壊の全プロセスは、約10
マイクロ秒内に起る。チヤンネルが充てんされる時間を
与え、かつノズルと発熱抵抗体との間でのインクの振動
がある程度減衰する時間を与えるために、100〜500マイ
クロ秒の最小休止時間をおいて、チヤンネルを再び作動
させることができる。
発明が解決しようとする問題点 研究および経験から、従来のバブル・ジエツトの概念
は、インクに対する熱伝達の効率が悪く、抵抗層内をよ
り高い温度にする必要があるほか、バブル崩壊のときの
キヤビテーシヨンのために抵抗層の寿命に重大な問題点
があることが明らかになつた。抵抗層の寿命がバブル型
インクジエツト印字装置の有効寿命を決めることは言う
までもない。本発明は、あとで詳細に検討するように、
より熱効率のよい電力消費の少ないバブル発生手段を提
供することによつて、この抵抗層の消耗および短かい使
用寿命を克服している。
は、インクに対する熱伝達の効率が悪く、抵抗層内をよ
り高い温度にする必要があるほか、バブル崩壊のときの
キヤビテーシヨンのために抵抗層の寿命に重大な問題点
があることが明らかになつた。抵抗層の寿命がバブル型
インクジエツト印字装置の有効寿命を決めることは言う
までもない。本発明は、あとで詳細に検討するように、
より熱効率のよい電力消費の少ないバブル発生手段を提
供することによつて、この抵抗層の消耗および短かい使
用寿命を克服している。
第１図に示したもののような典型的なバブル型インク・
ジエツト印字装置のためのバブル発生手段50について、
最も広く使われている従来構造の１つを第５図に示す。
それは層状の抵抗薄膜素子であり、その支持構造51は高
い熱伝導率を有していなければならない。支持構造51は
一般にシリコンまたはセラミツク材料たとえば酸化アル
ミニウム（Al2O3）である。厚さ２〜５ミクロンの支持
構造の上には、スパツターされた二酸化シリコン（Si
O2）のアンダーグレーズ層52が置かれている。抵抗体53
を形成するために、アンダーグレーズ上に抵抗材料たと
えばホウ化ジルコニウム（ZrB2）がスパツターされる。
熱伝導性基板と抵抗体との間に、ある程度の熱絶縁を可
能にするためには、厚いSiO2アンダーグレーズ層が必要
である。アンダーグレーズ層は基板に比べ熱伝導率が落
ちる。アンダーグレーズ層の都合の悪い点は、抵抗体と
電気リードとの接点が同様に熱絶縁されるため高温にな
ることである。抵抗体はアルミニウム・リード54によつ
て外部電子回路（図示せず）に接続されている。抵抗体
53とアルミニウム・リード54、点線で示したチヤンネル
板57のチヤンネル56に入つている導電性インクから電気
的に絶縁するために、0.5ミクロンのスパツターされたS
iO2膜55が使われている。抵抗体の上には１ミクロンの
タンタル（Ta）層58がスパツターされている。Ta層58の
目的は、SiO2膜がバブル崩壊によつて消耗するのを防止
することである。SiO2膜は、崩壊するバブルによつて生
じたキヤビテーシヨンと熱とによつて、きわめて容易に
侵食されるからである。
ジエツト印字装置のためのバブル発生手段50について、
最も広く使われている従来構造の１つを第５図に示す。
それは層状の抵抗薄膜素子であり、その支持構造51は高
い熱伝導率を有していなければならない。支持構造51は
一般にシリコンまたはセラミツク材料たとえば酸化アル
ミニウム（Al2O3）である。厚さ２〜５ミクロンの支持
構造の上には、スパツターされた二酸化シリコン（Si
O2）のアンダーグレーズ層52が置かれている。抵抗体53
を形成するために、アンダーグレーズ上に抵抗材料たと
えばホウ化ジルコニウム（ZrB2）がスパツターされる。
熱伝導性基板と抵抗体との間に、ある程度の熱絶縁を可
能にするためには、厚いSiO2アンダーグレーズ層が必要
である。アンダーグレーズ層は基板に比べ熱伝導率が落
ちる。アンダーグレーズ層の都合の悪い点は、抵抗体と
電気リードとの接点が同様に熱絶縁されるため高温にな
ることである。抵抗体はアルミニウム・リード54によつ
て外部電子回路（図示せず）に接続されている。抵抗体
53とアルミニウム・リード54、点線で示したチヤンネル
板57のチヤンネル56に入つている導電性インクから電気
的に絶縁するために、0.5ミクロンのスパツターされたS
iO2膜55が使われている。抵抗体の上には１ミクロンの
タンタル（Ta）層58がスパツターされている。Ta層58の
目的は、SiO2膜がバブル崩壊によつて消耗するのを防止
することである。SiO2膜は、崩壊するバブルによつて生
じたキヤビテーシヨンと熱とによつて、きわめて容易に
侵食されるからである。
バブル発生手段50の構造は、適当であると考えられる
が、製造コストが非常に高く、動作効率が悪い。SiO2膜
55は、厚すぎて、抵抗体53からTa層58への熱伝達は効率
がよくない。
が、製造コストが非常に高く、動作効率が悪い。SiO2膜
55は、厚すぎて、抵抗体53からTa層58への熱伝達は効率
がよくない。
SiO2膜の厚さは、絶縁分離を良くする必要から強制され
たものである。良好な完全性を有する5000オングストロ
ーム（Å）以下の厚さのスパツターされた薄いSiO2膜を
高い歩留りで製造することは、特にSiO2膜は抵抗体の縁
で段を被覆しなければならないので、容易にはできない
ことは、この分野では周知である。歩留りを採算のとれ
る割合まで高めるには、厚さを増さなければならない。
従来構造のもう１つの重大な欠点は、多くの追加処理ス
テツプなしに支持基板51の上に能動駆動素子を容易に集
積することは不可能であり、多くの処理ステツプのため
バブル・ジエツト列が入つている印字ヘツドの大きさを
拡大する必要があることである。処理ステツプの増加
は、製造コストを上昇させ、一方では、特にキヤリツジ
式プリンタの場合は、コンパクトな印字ヘツドが強く要
望されている。
たものである。良好な完全性を有する5000オングストロ
ーム（Å）以下の厚さのスパツターされた薄いSiO2膜を
高い歩留りで製造することは、特にSiO2膜は抵抗体の縁
で段を被覆しなければならないので、容易にはできない
ことは、この分野では周知である。歩留りを採算のとれ
る割合まで高めるには、厚さを増さなければならない。
従来構造のもう１つの重大な欠点は、多くの追加処理ス
テツプなしに支持基板51の上に能動駆動素子を容易に集
積することは不可能であり、多くの処理ステツプのため
バブル・ジエツト列が入つている印字ヘツドの大きさを
拡大する必要があることである。処理ステツプの増加
は、製造コストを上昇させ、一方では、特にキヤリツジ
式プリンタの場合は、コンパクトな印字ヘツドが強く要
望されている。
米国特許第4,251,824号は、気泡ジエツト式ドロツプオ
ンデマンド装置を開示している。その第7A図と第7B図に
は、各ノズルにつき１個の抵抗層が示されている。抵抗
層からインクに加えられた熱エネルギーによつてインク
の状態が変化して気泡が発生し、ノズルから滴が噴射さ
れて記録が行われる。
ンデマンド装置を開示している。その第7A図と第7B図に
は、各ノズルにつき１個の抵抗層が示されている。抵抗
層からインクに加えられた熱エネルギーによつてインク
の状態が変化して気泡が発生し、ノズルから滴が噴射さ
れて記録が行われる。
米国特許第4,410,899号は、最大バブル体積が通路内の
インク流を阻止しないような仕方で、インク通路内にバ
ブルを発生、消滅させることにより、滴を推進する方法
を開示している。
インク流を阻止しないような仕方で、インク通路内にバ
ブルを発生、消滅させることにより、滴を推進する方法
を開示している。
米国特許第4,412,224号は、“フオト・フオーミング”
法によつて回路と抵抗層を有する基板の上に直接バブル
型インク・ジエツト印字ヘツドのインク・チヤンネルを
形成する方法を開示している。
法によつて回路と抵抗層を有する基板の上に直接バブル
型インク・ジエツト印字ヘツドのインク・チヤンネルを
形成する方法を開示している。
従来のバブル・ジエツト装置は、インク・チヤンネルを
密集配置でき、かつ高速のインク滴を発生できるので、
高速かつ高解像度の印刷が可能であるが、従来の装置の
欠点は、費用のかかる製造技術が必要であることと、熱
エネルギーの使用効率が悪いことである。もしバブル・
ジエツトをもつと熱効率よく作ることが可能であれば、
より高価なバイポーラ回路の代りに安価なMOS型回路
（Ｎ−MOS）を使つてヘツドを駆動することができる。
できれば追加処理ステツプなしに、じかにかつ簡潔に集
積されたMOS駆動電子回路と同じウエーハである抵抗体
構造が得られれば、好ましいし、またコスト効率の高い
ことは、言うまでもない。以下明らかになろうが、これ
らの改良点が本発明の基本になつている。
密集配置でき、かつ高速のインク滴を発生できるので、
高速かつ高解像度の印刷が可能であるが、従来の装置の
欠点は、費用のかかる製造技術が必要であることと、熱
エネルギーの使用効率が悪いことである。もしバブル・
ジエツトをもつと熱効率よく作ることが可能であれば、
より高価なバイポーラ回路の代りに安価なMOS型回路
（Ｎ−MOS）を使つてヘツドを駆動することができる。
できれば追加処理ステツプなしに、じかにかつ簡潔に集
積されたMOS駆動電子回路と同じウエーハである抵抗体
構造が得られれば、好ましいし、またコスト効率の高い
ことは、言うまでもない。以下明らかになろうが、これ
らの改良点が本発明の基本になつている。
従って、本発明の目的は、簡単に製造でき、熱の伝達効
率の良い、消費電力の少ない、使用寿命の長い、バブル
型インク・ジェット印字装置を提供することにある。
率の良い、消費電力の少ない、使用寿命の長い、バブル
型インク・ジェット印字装置を提供することにある。
問題点を解決するための手段 上記目的を達成するため、本発明によれば、インク供給
源と；直線配列の平行チャンネルを形成する複数の凹部
と、前記インク供給源からインクを受け入れて該インク
を各チャンネルの一端に送るマニホルドとを備え、各チ
ャンネルの他端がノズルとして形成されているチャンネ
ル板と；前記チャンネル板に固定して取り付けられ、各
チャンネルがノズルを通じてのみ開いた、インク閉じ込
めのための閉構造をもつ印字ヘッドを形成しており、チ
ャンネル内でインク滴を発生させてこのインク滴をノズ
ルから噴射するバブル発生手段を各チャンネルに対応す
る位置に有する基板と：前記インク供給源から前記マニ
ホルドを通して前記印字ヘッドへインクを追加、補充す
る手段と；インク滴をノズルから噴射しそのインク滴を
記録媒体に向けて飛ばすように、データ信号に応答して
選択されたバブル発生手段に電流パルスを加える手段
と；からなるバブル型インク・ジェット印字装置であっ
て、バブル発生手段の各々は、前記基板上に設けられ、
該基板からチャンネルの中央に向けて隆起し且つチャン
ネルの縁部に至る手前に縁部があるように形成されたガ
ラスで成るメサと、該メサ上及びメサ縁部を越えた前記
基板上に形成され、ドーピングされた多結晶シリコンの
層で成る抵抗体と、該抵抗体上にあり、該抵抗体の熱酸
化成長により500Å〜2000Åの厚さに形成されたSiO2絶
縁層と、このSiO2絶縁層上に設けられ、インクのバブル
崩壊によるキャビテーションから保護する保護層とを備
え、前記SiO2絶縁層の縁部の少なくとも一方が前記抵抗
体の対応する縁部を露出するように形成されており、前
記抵抗体の露出縁部には電極のためのリードが設けら
れ、前記電流パルスを加える手段が該リードに接続され
ており、前記リードには電気的絶縁のための被覆層が設
けられていることを特徴とするバブル型インク・ジェッ
ト印字装置が提供される。
源と；直線配列の平行チャンネルを形成する複数の凹部
と、前記インク供給源からインクを受け入れて該インク
を各チャンネルの一端に送るマニホルドとを備え、各チ
ャンネルの他端がノズルとして形成されているチャンネ
ル板と；前記チャンネル板に固定して取り付けられ、各
チャンネルがノズルを通じてのみ開いた、インク閉じ込
めのための閉構造をもつ印字ヘッドを形成しており、チ
ャンネル内でインク滴を発生させてこのインク滴をノズ
ルから噴射するバブル発生手段を各チャンネルに対応す
る位置に有する基板と：前記インク供給源から前記マニ
ホルドを通して前記印字ヘッドへインクを追加、補充す
る手段と；インク滴をノズルから噴射しそのインク滴を
記録媒体に向けて飛ばすように、データ信号に応答して
選択されたバブル発生手段に電流パルスを加える手段
と；からなるバブル型インク・ジェット印字装置であっ
て、バブル発生手段の各々は、前記基板上に設けられ、
該基板からチャンネルの中央に向けて隆起し且つチャン
ネルの縁部に至る手前に縁部があるように形成されたガ
ラスで成るメサと、該メサ上及びメサ縁部を越えた前記
基板上に形成され、ドーピングされた多結晶シリコンの
層で成る抵抗体と、該抵抗体上にあり、該抵抗体の熱酸
化成長により500Å〜2000Åの厚さに形成されたSiO2絶
縁層と、このSiO2絶縁層上に設けられ、インクのバブル
崩壊によるキャビテーションから保護する保護層とを備
え、前記SiO2絶縁層の縁部の少なくとも一方が前記抵抗
体の対応する縁部を露出するように形成されており、前
記抵抗体の露出縁部には電極のためのリードが設けら
れ、前記電流パルスを加える手段が該リードに接続され
ており、前記リードには電気的絶縁のための被覆層が設
けられていることを特徴とするバブル型インク・ジェッ
ト印字装置が提供される。
実施例 本発明のバブル発生構造40を第４図に示す。基板41はシ
リコンである。シリコンは電気的に絶縁体であるが、熱
を除去する熱伝導率が良い。しかし、基板41は以下の方
法で処理することができる、すなわち、軽く、たとえば
５Ω・cmの比抵抗までドーピングする；電流帰路を与え
るため、0.01〜0.001Ω.cmの比抵抗まで縮退状態にドー
ピングする。あるいは能動形の電界効果トランジスタま
たはバイポーラ・トランジスタが作れるよう、厚さ２〜
25ミクロンの軽くドーピングされたエピタキシヤル表面
層について縮退状態にドーピングする。好ましい実施例
の場合は、約7000Åの厚さをもつ基板41の上にSiO2など
の熱酸化物のアンダーグレーズ層42が置かれているが、
アンダーグレーズ層42は5000Å〜１ミクロンの範囲で変
えることができる。アンダーグレーズ層の上には、約１
〜２ミクロンの厚さの、５〜８％の燐を含有する化学蒸
着（CVD）によるガラス・メサ43が置かれ、その次に抵
抗体44が置かれている。
リコンである。シリコンは電気的に絶縁体であるが、熱
を除去する熱伝導率が良い。しかし、基板41は以下の方
法で処理することができる、すなわち、軽く、たとえば
５Ω・cmの比抵抗までドーピングする；電流帰路を与え
るため、0.01〜0.001Ω.cmの比抵抗まで縮退状態にドー
ピングする。あるいは能動形の電界効果トランジスタま
たはバイポーラ・トランジスタが作れるよう、厚さ２〜
25ミクロンの軽くドーピングされたエピタキシヤル表面
層について縮退状態にドーピングする。好ましい実施例
の場合は、約7000Åの厚さをもつ基板41の上にSiO2など
の熱酸化物のアンダーグレーズ層42が置かれているが、
アンダーグレーズ層42は5000Å〜１ミクロンの範囲で変
えることができる。アンダーグレーズ層の上には、約１
〜２ミクロンの厚さの、５〜８％の燐を含有する化学蒸
着（CVD）によるガラス・メサ43が置かれ、その次に抵
抗体44が置かれている。
抵抗体44を形成する抵抗材料は、縮退状態にドーピング
された多結晶シリコンであつて、化学蒸着（CVD）によ
つて付着することが好ましい。ドーピングはｎ型でもＰ
型でも可能であるが、好ましい実施例では、ｎ型であ
る。ドーピングは、付着のとき、またはすぐあとに、た
とえばイオン注入や拡散などの手段によつて行なわれ
る。抵抗材料の厚さは1000〜6000Åの範囲にすることが
できるが、好ましい実施例では5000〜6000Åの厚さであ
る。同時にポリシリコンを使つて、電界効果トランジス
タのゲートなど、関連する能動回路の素子を形成するこ
とができる。
された多結晶シリコンであつて、化学蒸着（CVD）によ
つて付着することが好ましい。ドーピングはｎ型でもＰ
型でも可能であるが、好ましい実施例では、ｎ型であ
る。ドーピングは、付着のとき、またはすぐあとに、た
とえばイオン注入や拡散などの手段によつて行なわれ
る。抵抗材料の厚さは1000〜6000Åの範囲にすることが
できるが、好ましい実施例では5000〜6000Åの厚さであ
る。同時にポリシリコンを使つて、電界効果トランジス
タのゲートなど、関連する能動回路の素子を形成するこ
とができる。
続いて、ポリシリコン抵抗体44は、蒸気または酸素の中
で、約1000℃の比較的高い温度で50〜80分間酸化され、
ポリシリコンの小部分がSiO2に変えられる。好ましい実
施例の場合は、約1000ÅのSiO2絶縁層45を得るために、
抵抗体を約50分熱酸化した。付着するのでなく抵抗体か
らオバーグレーズが成長するので、層45は、かなり薄
く、たとえば500Å〜2000Åにすることができ、しかも
すぐれた一体性を有している。好ましい厚さの範囲は、
1000〜2000Åである。
で、約1000℃の比較的高い温度で50〜80分間酸化され、
ポリシリコンの小部分がSiO2に変えられる。好ましい実
施例の場合は、約1000ÅのSiO2絶縁層45を得るために、
抵抗体を約50分熱酸化した。付着するのでなく抵抗体か
らオバーグレーズが成長するので、層45は、かなり薄
く、たとえば500Å〜2000Åにすることができ、しかも
すぐれた一体性を有している。好ましい厚さの範囲は、
1000〜2000Åである。
抵抗体44上の酸化シリコン、すなわち絶縁層45の上に
は、絶縁層45を保護するための約１ミクロンの厚さのタ
ンタル（Ta）の保護層46が付着される。保護層を付着す
る前は、絶縁層45の外面が確実に清浄さが保たれるよう
に注意が払われる。保護層46は、ガラス・メサ43の上に
ある抵抗体44の部分の上を除いて、CF4／O2プラズマ・
エツチングを使つて除去される。酸化物のアンダーグレ
ーズ42は、電気リードを取付けるために、ポリシリコン
抵抗体44の向い合つた縁がエツチングで除去される。ア
ンダーグレーズ層42の上および酸化物が除去されたポリ
シリコン抵抗体44の縁の上方にアルミニウム・リード47
が堆積される。リード47は他の回路網に接続することが
できるようにパターンが形成され、0.5〜3.0ミクロンの
厚さに堆積される。好ましい厚さは1.5ミクロンであ
る。
は、絶縁層45を保護するための約１ミクロンの厚さのタ
ンタル（Ta）の保護層46が付着される。保護層を付着す
る前は、絶縁層45の外面が確実に清浄さが保たれるよう
に注意が払われる。保護層46は、ガラス・メサ43の上に
ある抵抗体44の部分の上を除いて、CF4／O2プラズマ・
エツチングを使つて除去される。酸化物のアンダーグレ
ーズ42は、電気リードを取付けるために、ポリシリコン
抵抗体44の向い合つた縁がエツチングで除去される。ア
ンダーグレーズ層42の上および酸化物が除去されたポリ
シリコン抵抗体44の縁の上方にアルミニウム・リード47
が堆積される。リード47は他の回路網に接続することが
できるようにパターンが形成され、0.5〜3.0ミクロンの
厚さに堆積される。好ましい厚さは1.5ミクロンであ
る。
リードを不活性化するために、燐がドーピングされた２
ミクロンの厚さのCVDによるSiO2膜48が付着され、その
あと、他の回路およびバブル発生区域を形成するTa層46
に接続するため、リード接点がエツチングで除去され
る。このエツチングは、湿式または乾式いずれのエツチ
ング方法でもよい。リードの不活性化は、代りに、プラ
ズマで付着させたSi3N4によつて行なうことができる。
ミクロンの厚さのCVDによるSiO2膜48が付着され、その
あと、他の回路およびバブル発生区域を形成するTa層46
に接続するため、リード接点がエツチングで除去され
る。このエツチングは、湿式または乾式いずれのエツチ
ング方法でもよい。リードの不活性化は、代りに、プラ
ズマで付着させたSi3N4によつて行なうことができる。
上述の構造の利点は３つあつて、最初に、上述の構造
は、集積回路と同じ処理ラインで製造することができる
ので、装置コストが少くてすみ、また歩留りが高いこと
である。第２に、ガラス・メサ43はシリコン基板41との
間に適当な厚さの熱絶縁を提供し、抵抗体44とリード47
との連結領域を、比較的低い温度に保つことが可能なア
ンダーグレーズ層42の上に置くことができることであ
る。アンダーグレーズ層の厚さは、十分に薄く、たとえ
その熱伝導率が低くても、抵抗体とリードとの境界面は
約200℃を越えることはない。さらに、リードの温度が
上昇するような割合で抵抗体44からリードへ熱が伝導す
ることがないように、薄いアンダーグレーズ層42の上に
リード47が置かれている。第３は、抵抗体44とTa層46間
のSiO2絶縁層45は、比較的薄く、しかもその一体性はす
ぐれている。この絶縁層45は、抵抗体44からTa層46へ高
い効率で熱伝達を許す。たとえば、抵抗体44とTa層との
間に、従来の装置で一般に使われる厚さである600nmの
厚さのSiO2薄膜を置いて、２マイクロ秒の電圧パルスを
加えた場合、抵抗体（600℃）とTa層（250℃）との温度
差は350℃である。本発明では可能であるが、もしSiO2
膜を100nmまで減らすことができれば、抵抗体は425℃ま
で熱くなるが、Ta層が350℃の温度に達するので、その
差は75℃に過ぎない。同一サイズの抵抗体を使うことに
より、電力は16ワツトから10ワツトに減少する。本発明
の抵抗体44は、このようにより低い温度にとどまり、外
部加熱で生じる応力も小さい。この重要な利点は、熱酸
化で成長したSiO2がより密度が高く、段部においてもそ
の部分で薄くなることなく一様に形成され、バブル・ジ
エツト印字装置の従来のバブル発生機構で使われている
ようなスパツタされた、またはCVDによるSiO2より付着
性が良好なために得られるものである。
は、集積回路と同じ処理ラインで製造することができる
ので、装置コストが少くてすみ、また歩留りが高いこと
である。第２に、ガラス・メサ43はシリコン基板41との
間に適当な厚さの熱絶縁を提供し、抵抗体44とリード47
との連結領域を、比較的低い温度に保つことが可能なア
ンダーグレーズ層42の上に置くことができることであ
る。アンダーグレーズ層の厚さは、十分に薄く、たとえ
その熱伝導率が低くても、抵抗体とリードとの境界面は
約200℃を越えることはない。さらに、リードの温度が
上昇するような割合で抵抗体44からリードへ熱が伝導す
ることがないように、薄いアンダーグレーズ層42の上に
リード47が置かれている。第３は、抵抗体44とTa層46間
のSiO2絶縁層45は、比較的薄く、しかもその一体性はす
ぐれている。この絶縁層45は、抵抗体44からTa層46へ高
い効率で熱伝達を許す。たとえば、抵抗体44とTa層との
間に、従来の装置で一般に使われる厚さである600nmの
厚さのSiO2薄膜を置いて、２マイクロ秒の電圧パルスを
加えた場合、抵抗体（600℃）とTa層（250℃）との温度
差は350℃である。本発明では可能であるが、もしSiO2
膜を100nmまで減らすことができれば、抵抗体は425℃ま
で熱くなるが、Ta層が350℃の温度に達するので、その
差は75℃に過ぎない。同一サイズの抵抗体を使うことに
より、電力は16ワツトから10ワツトに減少する。本発明
の抵抗体44は、このようにより低い温度にとどまり、外
部加熱で生じる応力も小さい。この重要な利点は、熱酸
化で成長したSiO2がより密度が高く、段部においてもそ
の部分で薄くなることなく一様に形成され、バブル・ジ
エツト印字装置の従来のバブル発生機構で使われている
ようなスパツタされた、またはCVDによるSiO2より付着
性が良好なために得られるものである。
バブル・ジエツト印字装置のための前述の改良型発熱構
造は、以下の作業例に従つて準備することができる。
造は、以下の作業例に従つて準備することができる。
清浄なシリコンの上に、熱酸化物、たとえばSiO2を1000
Åの厚さまで形成させる。その上に、２ミクロンの厚さ
で５〜８％の燐を含むリフローされたCVDによるガラス
が置かれ、抵抗体となる抵抗材料が最後に形成される場
所にメサを形成する。次に、CVDにより、メサの上に600
0Åの厚さでポリシリコン材料を堆積する。ポリシリコ
ン材料を、90KeV×1016cm-2P+のイオン注入によつて濃
くドーピングし、ｎ型ドーピングを行なう。プラズマ・
エツチングにより、ポリシリコン材料を抵抗体アイラン
ドの直列配列にする。抵抗体アイランドを清浄にし、10
50℃で60分間熱酸化して厚さ1000ÅのSiO2層を生じさせ
る。高周波（HF）ウエツト・エツチを用いて熱酸化物に
溝を開き、他の回路網に接続するためのウエーハ上の位
置からポリシリコン抵抗体まで電気リードの通路を形成
する。１％のシリコンを含むアルミニウムの厚さ１ミク
ロンの層を堆積させ、次にH3PO4内で50℃の温度でウエ
ツト・エツチを用いてアルミニウム・リードのパターン
を形成する。最後に、抵抗体の配列とアルミニウム・リ
ードを有するウエーハを窒素雰囲気の中で450℃で30分
間焼鈍する。
Åの厚さまで形成させる。その上に、２ミクロンの厚さ
で５〜８％の燐を含むリフローされたCVDによるガラス
が置かれ、抵抗体となる抵抗材料が最後に形成される場
所にメサを形成する。次に、CVDにより、メサの上に600
0Åの厚さでポリシリコン材料を堆積する。ポリシリコ
ン材料を、90KeV×1016cm-2P+のイオン注入によつて濃
くドーピングし、ｎ型ドーピングを行なう。プラズマ・
エツチングにより、ポリシリコン材料を抵抗体アイラン
ドの直列配列にする。抵抗体アイランドを清浄にし、10
50℃で60分間熱酸化して厚さ1000ÅのSiO2層を生じさせ
る。高周波（HF）ウエツト・エツチを用いて熱酸化物に
溝を開き、他の回路網に接続するためのウエーハ上の位
置からポリシリコン抵抗体まで電気リードの通路を形成
する。１％のシリコンを含むアルミニウムの厚さ１ミク
ロンの層を堆積させ、次にH3PO4内で50℃の温度でウエ
ツト・エツチを用いてアルミニウム・リードのパターン
を形成する。最後に、抵抗体の配列とアルミニウム・リ
ードを有するウエーハを窒素雰囲気の中で450℃で30分
間焼鈍する。
上述の例について、150個の抵抗体を作つて試験した。
抵抗体は、比抵抗体が47.2±1.2Ωであり、不良品は見
つからなかつた。駆動電圧および電流に適合させるた
め、ボロンまたは燐のイオン注入によつて1000〜10Ω/1
00平方フイートまでの各種のシート抵抗を得ることがで
きる。さらに、抵抗特性に変化を与えずに、抵抗体の上
面にアルミニウムを溶融させることができた。アルミニ
ウムは、約660℃に達するまで溶けないから、N+ポリシ
リコン抵抗体はバブルジエツト配列の発熱素子として非
常に適している。
抵抗体は、比抵抗体が47.2±1.2Ωであり、不良品は見
つからなかつた。駆動電圧および電流に適合させるた
め、ボロンまたは燐のイオン注入によつて1000〜10Ω/1
00平方フイートまでの各種のシート抵抗を得ることがで
きる。さらに、抵抗特性に変化を与えずに、抵抗体の上
面にアルミニウムを溶融させることができた。アルミニ
ウムは、約660℃に達するまで溶けないから、N+ポリシ
リコン抵抗体はバブルジエツト配列の発熱素子として非
常に適している。
もう１つの例では、同様なウエーハ上でケイ化物のリー
ド、たとえばTiSi2を用いてシリコン抵抗体と他の回路
網とを接続した。このケイ化物は非常に比抵抗が小さく
（約10マイクロΩ・cm）、それ自身も約800℃まで熱的
に安定であり、また、CF4内でプラズマ・エツチングが
可能である。電気リード材料としてケイ化物を使用すれ
ば、ケイ化物は次に熱処理することが可能であるので、
ガラスを全体構造にわたるパシベーシヨン層として使用
することができる。
ド、たとえばTiSi2を用いてシリコン抵抗体と他の回路
網とを接続した。このケイ化物は非常に比抵抗が小さく
（約10マイクロΩ・cm）、それ自身も約800℃まで熱的
に安定であり、また、CF4内でプラズマ・エツチングが
可能である。電気リード材料としてケイ化物を使用すれ
ば、ケイ化物は次に熱処理することが可能であるので、
ガラスを全体構造にわたるパシベーシヨン層として使用
することができる。
縮退状態にドーピングされた（燐またはボロン）多結晶
シリコンを抵抗器の材料として使うことによつて、従来
技術において使われたZrB2にまさる多くの利点が得られ
る。たとえば、付着が容易であり、また集積回路（IC）
の処理ラインとの適合性があるため、非常に製造コスト
効率が高い。抵抗体材料と電気リードは、熱成長させ
た、またはCVDにより付着させたSiO2またはSi3N4で容易
に不活性化することができる。比抵抗は、拡散、または
イオン注入によつて1000Ω/100平方フイートから10Ω/1
00平方フイートまで制御することができ、抵抗体の厚さ
は1500〜6000Åの間で調整することができる。シリコン
内の燐の拡散が低いので、構造は高温（最高800℃）に
おいて非常に安定である。最後にこの構造は、フオトレ
ジスト・マスクを用いてCF4内でプラズマ・エツチング
することによつてパターン形成が容易であるので、きわ
めて容易に製作することができる。
シリコンを抵抗器の材料として使うことによつて、従来
技術において使われたZrB2にまさる多くの利点が得られ
る。たとえば、付着が容易であり、また集積回路（IC）
の処理ラインとの適合性があるため、非常に製造コスト
効率が高い。抵抗体材料と電気リードは、熱成長させ
た、またはCVDにより付着させたSiO2またはSi3N4で容易
に不活性化することができる。比抵抗は、拡散、または
イオン注入によつて1000Ω/100平方フイートから10Ω/1
00平方フイートまで制御することができ、抵抗体の厚さ
は1500〜6000Åの間で調整することができる。シリコン
内の燐の拡散が低いので、構造は高温（最高800℃）に
おいて非常に安定である。最後にこの構造は、フオトレ
ジスト・マスクを用いてCF4内でプラズマ・エツチング
することによつてパターン形成が容易であるので、きわ
めて容易に製作することができる。
第１図に、代表的なキヤリツジ式バブル型インク・ジエ
ツト印字装置10を示す。往復するキヤリツジ組立体29の
印字ヘツド11の中に、直線配列されたインク滴発生用バ
ブル・ジエツト・チヤンネルが入つている。インク滴12
は記録媒体13に向けて推進され、記録媒体13は印字ヘツ
ドが矢印15の方向に記録媒体を横切つて一方向に横に動
くたびに矢印14の方向に、ステツプモータ16によつてス
テツプ送りされる。記録媒体、たとえば紙は供給ロール
17に巻かれており、この分野では周知の方法で、ステツ
プモータ16によつてロール18へステツプ状に送られる。
ツト印字装置10を示す。往復するキヤリツジ組立体29の
印字ヘツド11の中に、直線配列されたインク滴発生用バ
ブル・ジエツト・チヤンネルが入つている。インク滴12
は記録媒体13に向けて推進され、記録媒体13は印字ヘツ
ドが矢印15の方向に記録媒体を横切つて一方向に横に動
くたびに矢印14の方向に、ステツプモータ16によつてス
テツプ送りされる。記録媒体、たとえば紙は供給ロール
17に巻かれており、この分野では周知の方法で、ステツ
プモータ16によつてロール18へステツプ状に送られる。
印字ヘツド11は、どれか周知の手段、例えば２本の平行
案内レール20によつて往復運動ができるようになつてい
る支持台19の上に固定して取り付けられている。印字ヘ
ツドと支持台は、往復するキヤリツジ組立体29を構成し
ており、キヤリツジ組立体29は、記録媒体に平行な方向
に、記録媒体がステツプ送りされる方向に直角に記録媒
体を横切つて左右に動かされる。ヘツドの往復運動は、
ケーブル21と１対の回転可能なプーリー22によつて行な
われ、プーリーの１つは可逆モーター23によつて駆動さ
れる。
案内レール20によつて往復運動ができるようになつてい
る支持台19の上に固定して取り付けられている。印字ヘ
ツドと支持台は、往復するキヤリツジ組立体29を構成し
ており、キヤリツジ組立体29は、記録媒体に平行な方向
に、記録媒体がステツプ送りされる方向に直角に記録媒
体を横切つて左右に動かされる。ヘツドの往復運動は、
ケーブル21と１対の回転可能なプーリー22によつて行な
われ、プーリーの１つは可逆モーター23によつて駆動さ
れる。
印字ヘツド11内で配列を形成している各インクチヤンネ
ル内の個々のバブル発生用抵抗体に対し、制御装置25か
ら導線24を通して電流パルスが加えられる。インク滴を
生じさせる電流パルスは、電極26を通して制御装置が受
信したデジタルデータ信号に応答して作られる。インク
・チヤンネルは、動作中インク供給源28からホース27を
会して満された状態に維持される。
ル内の個々のバブル発生用抵抗体に対し、制御装置25か
ら導線24を通して電流パルスが加えられる。インク滴を
生じさせる電流パルスは、電極26を通して制御装置が受
信したデジタルデータ信号に応答して作られる。インク
・チヤンネルは、動作中インク供給源28からホース27を
会して満された状態に維持される。
第２図は、第１図に示したキヤリツジ組立体29の拡大し
た部分断面斜視図である。印字ヘツド11は、３つの部分
で図示してある。第１部分は、第２図に図示されていな
いバブル発生用抵抗体44と電気リード47を含む基板41で
ある（抵抗体の詳しい構造は第４図Ａ図、第4B図を参照
されたい）。次の２つの部分はインク・チヤンネル49a
とマニホルド49bを有するチヤンネル板49を構成してい
る。チヤンネル板49は２個の独立した部分31,32で図示
してあるが、一体構造にすることもできよう。インク・
チヤンネル49aとインク・マニホルド49bは、チヤンネル
板部分31に形成されている。チヤンネル板部分31はマニ
ホルド49bに通じる端とは反対側の各インク・チヤンネ
ルの端にノズル33を有する。インク供給ホース27は、点
線で示したチヤンネル板部分31内の通路34を通じてマニ
ホルドに接続されている。チヤンネル板部分32は、チヤ
ンネル板部分31の蓋をする平らな部材であつて、両者が
シリコン基板41の上に正しく合わされ、固定して取り付
けられると、インク・チヤンネル49aとインク・マニホ
ルド49bが形成される。
た部分断面斜視図である。印字ヘツド11は、３つの部分
で図示してある。第１部分は、第２図に図示されていな
いバブル発生用抵抗体44と電気リード47を含む基板41で
ある（抵抗体の詳しい構造は第４図Ａ図、第4B図を参照
されたい）。次の２つの部分はインク・チヤンネル49a
とマニホルド49bを有するチヤンネル板49を構成してい
る。チヤンネル板49は２個の独立した部分31,32で図示
してあるが、一体構造にすることもできよう。インク・
チヤンネル49aとインク・マニホルド49bは、チヤンネル
板部分31に形成されている。チヤンネル板部分31はマニ
ホルド49bに通じる端とは反対側の各インク・チヤンネ
ルの端にノズル33を有する。インク供給ホース27は、点
線で示したチヤンネル板部分31内の通路34を通じてマニ
ホルドに接続されている。チヤンネル板部分32は、チヤ
ンネル板部分31の蓋をする平らな部材であつて、両者が
シリコン基板41の上に正しく合わされ、固定して取り付
けられると、インク・チヤンネル49aとインク・マニホ
ルド49bが形成される。
第３図は基板41の略平面図であり、バブル発生構造とし
て使うのに適した１つの形態での抵抗体44とアルミニウ
ム・リード47を示す。明確にするためチヤンネル板49は
除いてある。第4A図は、第３図の断面指示線４−４で示
した１個の抵抗体44の断面図である。
て使うのに適した１つの形態での抵抗体44とアルミニウ
ム・リード47を示す。明確にするためチヤンネル板49は
除いてある。第4A図は、第３図の断面指示線４−４で示
した１個の抵抗体44の断面図である。
従来は、たとえば米国特許第4,251,824号の第7A図に示
すように、抵抗体配列の前部に沿つて共通のアルミニウ
ム・リードが使われることが多い。その共通リードの幅
のために、抵抗体とそれらの関連ノズルとの間に間隔が
あく。もしその距離が遠すぎると、出ていくインク滴の
速度が影響を受け、滴速度が低くなる。特に、インク滴
速度がかなり低くなると、記録媒体をノズル配列により
近づけなければならないことを意味し、したがつてプリ
ンタの寸法上の設計許容度に影響する。抵抗体の数が多
い場合は、リードの抵抗が相当なものになるので、共通
リードが問題になる。これは、一般には、より広幅の共
通帰路を意味し、抵抗体とノズルとの間にいつそう長い
間隔があくからである。
すように、抵抗体配列の前部に沿つて共通のアルミニウ
ム・リードが使われることが多い。その共通リードの幅
のために、抵抗体とそれらの関連ノズルとの間に間隔が
あく。もしその距離が遠すぎると、出ていくインク滴の
速度が影響を受け、滴速度が低くなる。特に、インク滴
速度がかなり低くなると、記録媒体をノズル配列により
近づけなければならないことを意味し、したがつてプリ
ンタの寸法上の設計許容度に影響する。抵抗体の数が多
い場合は、リードの抵抗が相当なものになるので、共通
リードが問題になる。これは、一般には、より広幅の共
通帰路を意味し、抵抗体とノズルとの間にいつそう長い
間隔があくからである。
第4B図に、本発明のもう１つの実施例を示す。濃くドー
ピングされた導電性基板61、たとえば比抵抗が0.01Ω・
cmのアンチモンがドーピングされたシリコン、または比
抵抗が0.001Ω・cmのボロンがドーピングされたシリコ
ンが使われている。基板61の上面には、0.1〜10Ω・cm
に軽くドーピングされた厚さ5000〜8000Åの薄いＰ型エ
ピタキシヤル表層62を使うことができる。基板61はn+で
ある。燐の拡散により、エピタキシヤル層62を通して基
板61まで埋め込まれた接点72が作られており、Ｐ型エピ
タキシヤル層内にＮ−MOS回路を製作することができ
る。抵抗の小さい帰路を提供するために、基板61の裏側
は、0.5〜３ミクロンのアルミニウム層73で金属化され
ている。
ピングされた導電性基板61、たとえば比抵抗が0.01Ω・
cmのアンチモンがドーピングされたシリコン、または比
抵抗が0.001Ω・cmのボロンがドーピングされたシリコ
ンが使われている。基板61の上面には、0.1〜10Ω・cm
に軽くドーピングされた厚さ5000〜8000Åの薄いＰ型エ
ピタキシヤル表層62を使うことができる。基板61はn+で
ある。燐の拡散により、エピタキシヤル層62を通して基
板61まで埋め込まれた接点72が作られており、Ｐ型エピ
タキシヤル層内にＮ−MOS回路を製作することができ
る。抵抗の小さい帰路を提供するために、基板61の裏側
は、0.5〜３ミクロンのアルミニウム層73で金属化され
ている。
５〜８％の燐を含有するCVDによるガラス・メサ63が、
次に抵抗体64が置かれる場所に置かれる。抵抗体64を形
成する抵抗材料は、CVDにより付着された、縮退状態に
ドーピングされた多結晶シリコンである。抵抗材料はＮ
型にドーピングされるが、もし他の層のドーピングを矛
盾のないように変更しさえすれば、抵抗体のドーピング
をＰ型にすることができよう。第4A図の実施例で述べた
ように、ドーピングは付着のときまたはそのあと、たと
えばイオン注入や拡散などの方法で行なわれる。抵抗材
料の厚さは1000〜6000Åにすることができるが、5000〜
6000Åが好ましい。
次に抵抗体64が置かれる場所に置かれる。抵抗体64を形
成する抵抗材料は、CVDにより付着された、縮退状態に
ドーピングされた多結晶シリコンである。抵抗材料はＮ
型にドーピングされるが、もし他の層のドーピングを矛
盾のないように変更しさえすれば、抵抗体のドーピング
をＰ型にすることができよう。第4A図の実施例で述べた
ように、ドーピングは付着のときまたはそのあと、たと
えばイオン注入や拡散などの方法で行なわれる。抵抗材
料の厚さは1000〜6000Åにすることができるが、5000〜
6000Åが好ましい。
ポリシリコン抵抗体64は、続いて蒸気または酸素の中で
約1000℃で５〜80分間酸化されて、ポリシリコンのわず
かな部分が約1000Åの厚さのSiO2絶縁層65に変る。この
絶縁層65の上に、約１ミクロンの厚さまでTa層66が堆積
される。Ta層66は、CF4／O2プラズマ・エツチングを使
用して、ガラス・メサ63の上にある抵抗体64の部分の上
を除いて、エツチングで除去される。SiO2絶縁層65は、
単一電気リード67を取り付けるため、ポリシリコン抵抗
体64の一方の縁部分がエツチングで除去される。エピタ
キシヤル層62の上、および酸化物が除去されたポリシリ
コン抵抗体64の縁の上に、単一アルミニウム・リード67
が付着される。リードは他の回路との接続ができるよう
に、1.5ミクロンの好ましい厚さでパターンが形成され
るが、厚さは0.5〜3.0ミクロンの間で変更することがで
きる。リードは、燐がドーピングされた２ミクロンの厚
さのCVDによるSiO2膜68で不活性化される。点線で示し
たチヤンネル板69は、リード67が不活性化されたあと、
処理された基板に固定して取り付けられ、そしてシール
される。チヤンネル板69は、その壁70が抵抗体64をまた
ぐチヤンネルを形成するように合わされる。
約1000℃で５〜80分間酸化されて、ポリシリコンのわず
かな部分が約1000Åの厚さのSiO2絶縁層65に変る。この
絶縁層65の上に、約１ミクロンの厚さまでTa層66が堆積
される。Ta層66は、CF4／O2プラズマ・エツチングを使
用して、ガラス・メサ63の上にある抵抗体64の部分の上
を除いて、エツチングで除去される。SiO2絶縁層65は、
単一電気リード67を取り付けるため、ポリシリコン抵抗
体64の一方の縁部分がエツチングで除去される。エピタ
キシヤル層62の上、および酸化物が除去されたポリシリ
コン抵抗体64の縁の上に、単一アルミニウム・リード67
が付着される。リードは他の回路との接続ができるよう
に、1.5ミクロンの好ましい厚さでパターンが形成され
るが、厚さは0.5〜3.0ミクロンの間で変更することがで
きる。リードは、燐がドーピングされた２ミクロンの厚
さのCVDによるSiO2膜68で不活性化される。点線で示し
たチヤンネル板69は、リード67が不活性化されたあと、
処理された基板に固定して取り付けられ、そしてシール
される。チヤンネル板69は、その壁70が抵抗体64をまた
ぐチヤンネルを形成するように合わされる。
ノズルに対しバブル発生用抵抗体を最適に配置するのを
妨げている従来のバブルジエツト式のインク・ジエツト
・プリンタの共通帰路の問題の解決に加えて、基板によ
る電流帰路は、隣り合う抵抗器間のクロストークなし
に、多数の隣り合うチヤンネルをパルス駆動させる、す
なわち噴射させることを可能にしている。
妨げている従来のバブルジエツト式のインク・ジエツト
・プリンタの共通帰路の問題の解決に加えて、基板によ
る電流帰路は、隣り合う抵抗器間のクロストークなし
に、多数の隣り合うチヤンネルをパルス駆動させる、す
なわち噴射させることを可能にしている。
第4A図および第4B図のバブル発生用抵抗体を有する前述
のキヤリツジ式バブル・ジエツト・インク印字装置は、
前に述べたように、この分野で周知の仕方で動作する
が、よりコスト効率の高い構造を有しており、より熱効
率が良く従来のものよりも電力消費の少ない抵抗体を有
し、しかも、少なくとも同等な長い使用寿命を有してい
る。さらに、第4B図の改良型抵抗体構造を有するバブル
ジエツト・インク印字装置は、抵抗体間のクロストーク
を劇的に減少させるという付加利点を有している。
のキヤリツジ式バブル・ジエツト・インク印字装置は、
前に述べたように、この分野で周知の仕方で動作する
が、よりコスト効率の高い構造を有しており、より熱効
率が良く従来のものよりも電力消費の少ない抵抗体を有
し、しかも、少なくとも同等な長い使用寿命を有してい
る。さらに、第4B図の改良型抵抗体構造を有するバブル
ジエツト・インク印字装置は、抵抗体間のクロストーク
を劇的に減少させるという付加利点を有している。
発明の効果 本発明によれば、バブル発生手段において、SiO2絶縁層
及び保護層が電極のためのリードを覆う必要がなくなる
ので、それだけでもSiO2絶縁層を薄く形成でき、更に、
多結晶シリコンの層で成る抵抗体の表面の熱酸化成長に
よってSiO2絶縁層が形成されるので、500Å〜2000Åと
極めて薄く形成でき、しかもこのSiO2絶縁層は抵抗体の
熱酸化成長によって得られるので抵抗体との一体性がよ
く、これらのことによって、抵抗体からSiO2絶縁層へそ
して保護層への熱の伝達が極めてよくなり、より効率よ
くバブルが発生し、従来必要とした高い抵抗体発熱温度
を（例えば、200℃程度）低く下げてもバブルが支障な
く発生し、これにより、抵抗体の発熱温度を低くするこ
とができ、そのため、抵抗体やSiO2絶縁層だけでなく保
護層の温度も低くでき、抵抗体やSiO2絶縁層や保護層の
使用寿命が長くなり、ひいては、使用寿命の長い印字ヘ
ッドが得られる。また、基板と抵抗体との間のメサは抵
抗体の熱を基板に伝えないようにしてメサの下面の基板
部分の加熱を阻止しているので、メサの形成されていな
い抵抗体の縁部において接続された抵抗体への電極用リ
ードは、比較的低温である基板によって低温に維持さ
れ、電気的接続を良好に長い期間に渡って維持され、こ
の点においても、バブル発生手段の寿命を長くし、更
に、バブル発生手段は、基板の上に抵抗体を形成し、こ
の抵抗体を熱成長させて電気的絶縁層（SiO2絶縁層）を
形成し、その上にバブル崩壊時のキャビテーションに対
する保護層を形成して、リードと被覆層を設けることに
よって簡単に製造でき、高い歩留りが得られる。従っ
て、本発明によれば、熱の伝達効率の良い、消費電力の
少ない、使用寿命の長い、簡単に製造できる印字ヘッド
が提供される。
及び保護層が電極のためのリードを覆う必要がなくなる
ので、それだけでもSiO2絶縁層を薄く形成でき、更に、
多結晶シリコンの層で成る抵抗体の表面の熱酸化成長に
よってSiO2絶縁層が形成されるので、500Å〜2000Åと
極めて薄く形成でき、しかもこのSiO2絶縁層は抵抗体の
熱酸化成長によって得られるので抵抗体との一体性がよ
く、これらのことによって、抵抗体からSiO2絶縁層へそ
して保護層への熱の伝達が極めてよくなり、より効率よ
くバブルが発生し、従来必要とした高い抵抗体発熱温度
を（例えば、200℃程度）低く下げてもバブルが支障な
く発生し、これにより、抵抗体の発熱温度を低くするこ
とができ、そのため、抵抗体やSiO2絶縁層だけでなく保
護層の温度も低くでき、抵抗体やSiO2絶縁層や保護層の
使用寿命が長くなり、ひいては、使用寿命の長い印字ヘ
ッドが得られる。また、基板と抵抗体との間のメサは抵
抗体の熱を基板に伝えないようにしてメサの下面の基板
部分の加熱を阻止しているので、メサの形成されていな
い抵抗体の縁部において接続された抵抗体への電極用リ
ードは、比較的低温である基板によって低温に維持さ
れ、電気的接続を良好に長い期間に渡って維持され、こ
の点においても、バブル発生手段の寿命を長くし、更
に、バブル発生手段は、基板の上に抵抗体を形成し、こ
の抵抗体を熱成長させて電気的絶縁層（SiO2絶縁層）を
形成し、その上にバブル崩壊時のキャビテーションに対
する保護層を形成して、リードと被覆層を設けることに
よって簡単に製造でき、高い歩留りが得られる。従っ
て、本発明によれば、熱の伝達効率の良い、消費電力の
少ない、使用寿命の長い、簡単に製造できる印字ヘッド
が提供される。
以上の発明の説明から、多くの修正および変更が明白で
あるが、そのような修正および変更はすべて本発明の範
囲に含まれるべきものと考える。
あるが、そのような修正および変更はすべて本発明の範
囲に含まれるべきものと考える。
第１図は、本発明を組み入れたキヤリツジ式バブル・イ
ンク・ジエツト印字装置の斜視図、 第２図は、第１図のバブル・インク・ジエツト印字ヘツ
ドの拡大斜視図、 第３図は、第２図の印字ヘツドのためのバブル発生回路
の平面図、 第4A図は、本発明を詳細に示す第３図の回路のバブル発
生領域の拡大断面図、 第4B図は、第4A図のバブル発生領域のもう１つの実施例
の拡大断面図、および 第５図は、従来のバブル発生領域の拡大断面図である。 10……キヤリツジ式バブル型インク・ジエツト印字装
置、11……印字ヘツド、12……インク滴、13……記録媒
体、14,15……移動方向、16……ステツプ・モーター、1
7……供給ロール、18……ロール、19……支持台、20…
…案内レール、21……ケーブル、22……プーリー、23…
…可逆モーター、24……導線、25……制御装置、26……
電極、27……ホース、28……インク供給源、29……キヤ
リツジ組立体、31,32……チヤンネル板部分、33……ノ
ズル、34……通路、40……バブル発生構造、41……シリ
コン基板、42……アンダーグレーズ層、43……ガラス・
メサ、44……抵抗体、45……SiO2絶縁層、46……保護
層、47……アルミニウム・リード、48……燐がドーピン
グされたCVDによるSiO2膜、49……チヤンネル板、49a…
…インク・チヤンネル、49b……マニホルド、50……バ
ブル発生手段、51……支持構造、52……アンダーグレー
ズ層、53……抵抗体、54……アルミニウム・リード、55
……SiO2膜、56……チヤンネル、57……チヤンネル板、
58……Ta層、61……濃くドーピングされた導電性基板、
62……軽くドーピングされたＰ型エピタキシヤル層、63
……ガラス・メサ、64……抵抗体、65……SiO2絶縁層、
66……保護層、67……電気リード、68……燐がドーピン
グされたCVDによるSiO2膜、69……チヤンネル板、70…
…壁、72……接点、73……金属化層。
ンク・ジエツト印字装置の斜視図、 第２図は、第１図のバブル・インク・ジエツト印字ヘツ
ドの拡大斜視図、 第３図は、第２図の印字ヘツドのためのバブル発生回路
の平面図、 第4A図は、本発明を詳細に示す第３図の回路のバブル発
生領域の拡大断面図、 第4B図は、第4A図のバブル発生領域のもう１つの実施例
の拡大断面図、および 第５図は、従来のバブル発生領域の拡大断面図である。 10……キヤリツジ式バブル型インク・ジエツト印字装
置、11……印字ヘツド、12……インク滴、13……記録媒
体、14,15……移動方向、16……ステツプ・モーター、1
7……供給ロール、18……ロール、19……支持台、20…
…案内レール、21……ケーブル、22……プーリー、23…
…可逆モーター、24……導線、25……制御装置、26……
電極、27……ホース、28……インク供給源、29……キヤ
リツジ組立体、31,32……チヤンネル板部分、33……ノ
ズル、34……通路、40……バブル発生構造、41……シリ
コン基板、42……アンダーグレーズ層、43……ガラス・
メサ、44……抵抗体、45……SiO2絶縁層、46……保護
層、47……アルミニウム・リード、48……燐がドーピン
グされたCVDによるSiO2膜、49……チヤンネル板、49a…
…インク・チヤンネル、49b……マニホルド、50……バ
ブル発生手段、51……支持構造、52……アンダーグレー
ズ層、53……抵抗体、54……アルミニウム・リード、55
……SiO2膜、56……チヤンネル、57……チヤンネル板、
58……Ta層、61……濃くドーピングされた導電性基板、
62……軽くドーピングされたＰ型エピタキシヤル層、63
……ガラス・メサ、64……抵抗体、65……SiO2絶縁層、
66……保護層、67……電気リード、68……燐がドーピン
グされたCVDによるSiO2膜、69……チヤンネル板、70…
…壁、72……接点、73……金属化層。
フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭55−132252（ＪＰ，Ａ) 特開 昭56−56886（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−1269（ＪＰ，Ａ)
Claims (8)
- 【請求項１】インク供給源と；直線配列の平行チャンネ
ルを形成する複数の凹部と、前記インク供給源からイン
クを受け入れて該インクを各チャンネルの一端に送るマ
ニホルドとを備え、各チャンネルの他端がノズルとして
形成されているチャンネル板と；前記チャンネル板に固
定して取り付けられ、各チャンネルがノズルを通じての
み開いた、インク閉じ込めのための閉構造をもつ印字ヘ
ッドを形成しており、チャンネル内でインク滴を発生さ
せてこのインク滴をノズルから噴射するバブル発生手段
を各チャンネルに対応する位置に有する基板と：前記イ
ンク供給源から前記マニホルドを通して前記印字ヘッド
へインクを追加、補充する手段と；インク滴をノズルか
ら噴射しのそのインク滴を記録媒体に向けて飛ばすよう
に、データ信号に応答して選択されたバブル発生手段に
電流パルスを加える手段と；からなるバブル型インク・
ジェット印字装置において、 前記バブル発生手段の各々は、前記基板上に設けられ、
該基板からチャンネルの中央に向けて隆起し且つチャン
ネルの縁部に至る手前に縁部があるように形成されたガ
ラスで成るメサと、該メサ上及びメサ縁部を越えた前記
基板上に形成され、ドーピングされた多結晶シリコンの
層で成る抵抗体と、該抵抗体上にあり、該抵抗体の熱酸
化成長により500Å〜2000Åの厚さに形成されたSiO2絶
縁層と、該SiO2絶縁層上に設けられ、インクのバブル崩
壊によるキャビテーションから保護する保護層とを備
え、前記SiO2絶縁層の縁部の少なくとも一方が前記抵抗
体の対応する縁部を露出するように形成されており、前
記抵抗体の露出縁部には電極のためのリードが設けら
れ、前記電流パルスを加える手段が該リードに接続され
ており、前記リードには電気的絶縁のための被覆層が設
けられていることを特徴とするバブル型インク・ジェッ
ト印字装置。 - 【請求項２】前記SiO2絶縁層の縁部の両方が前記抵抗体
の両縁部を露出するように形成されており、該抵抗体の
両露出縁部に電極のためのリードが設けられていること
を特徴とする特許請求の範囲第１項記載のインク・ジェ
ット印字装置。 - 【請求項３】前記SiO2絶縁層の縁部の一方だけが前記抵
抗体の一方の縁部を露出するように形成されて、該抵抗
体の露出縁部に電極のためのリードが設けられており、
前記基板の、抵抗体とは反対側の面は導電性に形成され
ており、前記抵抗体の他方の縁部が前記基板の前記導電
性面に電気的に接続されていることを特徴とする特許請
求の範囲第１項記載のインク・ジェット印字装置。 - 【請求項４】前記基板の材料はシリコンであり、前記抵
抗体は縮退状態にドーピングされており、前記メサの材
料は燐でドーピングされたガラスであり、前記被覆層の
材料は化学蒸着されたガラスであり、前記保護層はタン
タルであることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載
のインク・ジェット印字装置。 - 【請求項５】前記基板上にはアンダーグレーズ層が形成
され、該アンダーグレーズ層上に前記メサが形成されて
いることを特徴とする特許請求の範囲第４項に記載のイ
ンク・ジェット印字装置。 - 【請求項６】前記抵抗体と前記リードの接続点は、前記
アンダーグレーズ層上の前記メサのない部分に配置され
ていることを特徴とする特許請求の範囲第５項記載のイ
ンク・ジェット印字装置。 - 【請求項７】前記アンダーグレーズ層は5000Å〜１ミク
ロンの厚さであり、前記メサは５〜８％の燐を含有して
その厚さは１〜２ミクロンの範囲にあり、前記抵抗体の
ドーピングは、1000〜6000Åの厚さのｎ型のものである
ことを特徴とする特許請求の範囲第６項記載のインク・
ジェット印字装置。 - 【請求項８】前記保護層の厚さは、約１ミクロンであ
り、前記リード用被覆層の厚さは約２ミクロンであるこ
とを特徴とする特許請求の範囲第７項に記載のインク・
ジェット印字装置。
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