JPH0776080A - 記録ヘッド用基体、記録ヘッド、記録ヘッドカートリッジおよび記録装置と、記録ヘッド用基体の製造方法 - Google Patents

記録ヘッド用基体、記録ヘッド、記録ヘッドカートリッジおよび記録装置と、記録ヘッド用基体の製造方法

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JPH0776080A
JPH0776080A JP5223593A JP22359393A JPH0776080A JP H0776080 A JPH0776080 A JP H0776080A JP 5223593 A JP5223593 A JP 5223593A JP 22359393 A JP22359393 A JP 22359393A JP H0776080 A JPH0776080 A JP H0776080A
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Kimiyuki Hayashizaki
公之 林崎
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 複数の記録素子とその配線部とを形成する成
膜プロセスの配線部金属膜成膜工程を一度ですませるこ
とが可能で、かつプロセスの違いによる下地の機能素子
を含む駆動用集積回路への影響を少なくすることが可能
で、さらに歩留りを改善することが可能となるように構
成された記録素子および共通電極を具備する記録手段を
有する記録装置および該装置を出力手段として有する情
報処理システムを提供することを目的とする。 【構成】 本発明にもとづく記録装置では、複数の記録
素子に通電するための共通電極は、基板に配設される機
能素子を構成する拡散層より引き出される金属膜を形成
する際に基板上に形成されるもので、また好ましくは複
数の記録手段がカスケート接続されて構成される。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、文字、画像等の入力情
報を被記録媒体上に記録するために用いられる記録ヘッ
ド用基体、記録ヘッド、記録ヘッドカートリッジ、およ
び前記基体の製造方法、に関するもので、特に複数の記
録素子を同一基板上に配置し、かつ該記録素子へ選択的
に駆動信号を供給するための電気的回路を持つ記録手段
を具備するインクジェット記録装置および該装置を出力
手段として備えた情報処理システムに関する。
【0002】
【従来の技術】従来から、被記録媒体に対して記録を行
うための複数個の記録素子を一列に配列してなる記録装
置が各種知られている。このような記録装置は、一般に
複数の記録素子と、所定数の記録素子を一ブロックとし
て同時駆動可能な駆動用集積回路とを同一基板上に搭載
した記録手段を有するもので、このような構成によって
画像データを各記録素子に対応させて整列させることに
より、被記録媒体(用紙、布、プラスチックシート等)
上に任意の記録を行うことが可能である。そのような記
録装置のなかで、低騒音なノンインパクト記録としてイ
ンクを記録素子上に配置した吐出口から吐出させて被記
録媒体上に記録を行うインクジェット方式の記録装置
は、高密度かつ高速な記録が可能なことから、例えば複
写機、ファクシミリ、プリンタ、ワードプロセッサ、ワ
ークステーション等の出力端末としてのプリンタ、ある
いはパーソナルコンピュータ、ホストコンピュータ、光
デイスク装置、ビデオ装置等に具備されるハンデイまた
はポータブルプリンタとしてこれらの情報処理システム
に利用され、かつ商品化されている。このような記録装
置は、記録手段(記録ヘッド)と、被記録媒体を搬送す
る搬送手段と、被記録媒体の搬送方向と直交する方向へ
記録ヘッドを往復移動させるための駆動手段と、記録ヘ
ッドからのインク吐出と搬送および駆動手段とを制御す
るための制御手段とを具備する。そして、複数の吐出口
からインク滴を吐出させる記録ヘッドを被記録媒体の搬
送方向と直交する方向(主走査方向)にシリアルスキャ
ンさせ、非記録時に記録材を記録幅に等しい送り量で間
欠的に搬送するものである。この記録方法は、記録信号
に応じてインクを被記録媒体上に吐出させて記録を行う
ものであり、ランニングコストが安く、静かな記録方式
として広く用いられている。また、インクを吐出する多
数のノズルを記録媒体と記録ヘッドとの相対移動方向と
垂直な直線上に形成したヘッドを用いることにより、記
録ヘッドと記録媒体との1回のスキャンでノズル数に対
応した幅を記録することができ、印字の高速化を達成す
ることが可能である。
【0003】さらに、3〜4色の記録ヘッドを搭載し、
フルカラーで画像形成できる装置も実用化されている。
このようなカラー画像形成装置は、原色混合法を利用し
ている。すなわち、すべての色は3原色を種々の割合で
混合することによって得られる。例えば、イエローとマ
ゼンタとを混合した場合、レッドが得られる。さらに、
マゼンタとシアンとを混合した場合はブルーが得られ
る。このような3原色を基本として、いろいろな色を得
ることが可能である。通常、シリアルスキャン方式で多
色画像の形成を行うインクジェット記録装置は記録ヘッ
ドの移動方向(主走査方向)に向けてイエロー,マゼン
タおよびシアンからなる3種類の記録ヘッド(順序は不
定)、あるいは色見を向上させるためにブラックの記録
ヘッドがさらに搭載されている。
【0004】上記記録ヘッドは、インクを吐出するため
のエネルギーを発生するための手段(以下、「記録素
子」とする)を有しており、また複数の記録素子に記録
電流を通電するための共通電極を必要とする。したがっ
て、この電極を複数の記録素子が並列配置されてなる記
録素子群に隣接して同一基板上に設ける必要がある。そ
こで、従来のインクジェット記録装置においては、共通
電極は、以下のように形成されている。例えば、複数の
記録素子群を基板上の縁部近傍(エッジ部)に設ける必
要性から、各々の記録素子と共通電極とを電気的に接続
する個別配線を基板エッジ部付近で折り返し、一方で基
板上の複数の記録素子群よりも基板の内方向かつ記録素
子群端部と平行な位置に記録電流を通電するための共通
電極を配置し、スルーホールを介して上部に構成される
金属膜(第2配線部)に接続する方法や、これらの複数
の記録素子と各々の記録素子とを独立して駆動するため
の機能素子群(例えばトランジスタアレイ)と、画像デ
ータを記録素子に対応して整列させる駆動用集積回路を
同一基板上の内部に構造的に設ける方法等である。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかし、このような構
成をとる場合、駆動素子アレイと駆動用集積回路とを含
む機能素子と、複数の記録素子およびこの記録素子でつ
ながる第2配線部とを異なる工程でもって作成する必要
がある。このような異なる工程を含む製造プロセスで複
数の記録素子に記録電流を通電する共通電極を配置する
場合、複数の記録素子および各種の配線部の成膜時に金
属膜を多層配線にする必要が生ずる。その場合、金属膜
多層化のための追加工程も必要となり、金属層間でのシ
ョート等のトラブルも発生することがある。さらに、駆
動用集積回路を形成する工程とプロセス条件の異なる装
置でもってバイアススパッタを実施した場合に下地の駆
動用集積回路の半導体特性が劣化することもある。こう
した問題点を解決するために、記録素子列より基体の端
部側のエッジ部に比較的配線幅の小さな導電層を設けて
金属膜の多層化を避ける方法もあるが、記録電流が大き
くなると配線幅が小さいため配線抵抗が大きくなるとい
う問題が生じてしまうので望ましい方法ではない。ま
た、多層化を行う際に絶縁膜を厚くすることで上述の問
題点を低滅する方法もあるが、パターニング等のプロセ
ス上の問題があり、いずれの場合も歩溜まりを低下させ
てしまう要因があった。本発明は、このような問題点を
解決して複数の記録素子とその配線部とを形成する成膜
プロセスの配線部金属膜成膜工程を一度ですませること
が可能で、かつプロセスの違いによる下地の駆動素子と
駆動用集積回路を含む機能素子への影響を少なくするこ
とが可能で、さらに歩留まりが改善される構成からなる
記録素子および共通電極を有する記録手段を具備する記
録装置を提供することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明にもとづく記録ヘッドは、複数の記録素子
と、記録素子に電気的に接続された複数の機能素子と、
吐出口からインクを吐出させるために複数の記録素子へ
選択的に駆動信号を供給するための機能素子と、複数の
記録素子に駆動信号を供給するための共通電極とを設け
た基体を有する記録ヘッドにおいて、共通電極は、基体
に配設された機能素子を構成する半導体層に電気的に接
続される配線電極層と同一工程で形成された層であるこ
とを特徴とする。好ましくは、共通電極は、該電極上部
に形成される金属膜と絶縁膜とを介してスルーホールに
より接続されている。また、好ましくは、記録素子を成
膜する工程は、共通電極、機能素子および駆動用集積回
路を基板に作り込む工程と異なる条件で成膜されてい
る。好ましくは、記録手段は各色に対応した記録手段が
集合してなる多色用記録手段であり、また共通電極は各
色ごとにブロック単位に分割されて配置されている。ま
た、好ましくは、記録手段は複数の記録手段がカスケー
ト接続されて構成される。さらに、好ましくは、多色用
記録手段はそれぞれの色に対応した複数の記録手段がカ
スケード接続されて構成される。このような記録ヘッド
において、好ましくは記録手段はインクジェット記録ヘ
ッドであり、また記録素子は熱エネルギーをインク吐出
エネルギーとしてインクに状態変化を生じさせる電気熱
変換素子である。
【0007】本発明にもとづく記録ヘッドカートリッジ
は、電気熱変換素子を有する上記記録ヘッドと、該記録
ヘッドに供給するためのインクを保持しかつ記録ヘッド
に対して着脱自在にして接続可能なインクタンクとを有
することを特徴とする。
【0008】本発明にもとづく記録装置は、電気熱変換
体を有する上記記録ヘッドと、該記録ヘッドに与えるた
めの駆動信号を供給する駆動信号供給手段と、被記録媒
体を搬送するための搬送手段とを有することを特徴とす
る。または、上記記録ヘッドカートリッジと、該記録ヘ
ッドカートリッジの記録ヘッドに与えるための駆動信号
を供給する駆動信号供給手段と、被記録媒体を搬送する
ための搬送手段とを有することを特徴とする。
【0009】本発明にもとづく記録ヘッド用基体は、複
数の記録素子と、記録素子に電気的に接続された複数の
機能素子と、複数の記録素子へ選択的に駆動信号を供給
するための機能素子と、複数の記録素子に電気的に共通
に接続される共通電極とを有する記録ヘッド用基体であ
って、共通電極は、機能素子を構成する半導体層に電気
的に接続される配線電極層と同一工程で形成された層で
あることを特徴とする。
【0010】本発明にもとづく記録ヘッド用基体の製造
方法は、半導体基板に機能素子を作り込む工程、該機能
素子を構成する半導体層に電気的に接続される配線電極
層と複数の記録素子と電気的に共通に接続される共通配
線電極層とを形成する工程、各配線電極層上に絶縁層を
形成する工程、そして該絶縁層上の少なくとも一部に、
熱を発生するための抵抗層を形成する工程、該発熱抵抗
層に接続されるとともに絶縁層に設けたコンタクトホー
ルを介して共通配線電極層に接続される配線電極層を形
成する工程を有することを特徴とする。
【0011】
【作用】共通電極は、基板に配設される機能素子を構成
する拡散層より引き出される金属膜を形成する際に形成
されたもので、好ましくは、この共通電極は、該電極上
部に形成される金属膜と絶縁膜とを介してスルーホール
により接続され、また記録素子を成膜する工程は、共通
電極、機能素子および駆動用集積回路を基板に作り込む
工程と異なる条件で成膜されたもので、したがって従来
に比べて数少ない工程で製造されることから記録素子の
安定駆動化がなされる。複数の記録手段がカスケート接
続されるので高密度かつ高速印字が実行可能である。
【0012】
【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例を詳細
に説明する。
【0013】図1は、本発明にもとづくインクジェット
記録装置に具備される記録手段に設けられた基板の概略
的構成を説明するためのものである。基板1003の長
手方向に複数の記録素子1005が並列して配置されて
おり、また各記録素子1005はスルーホール1018
を介して電源供給用共通電極1014に接続されてい
る。ここで、記録素子は、ピエゾ素子などの電気機械変
換体を用いたもの、レーザーなどのの電磁波を照射して
発熱させ、この発熱による作用で液滴を吐出させるも
の、あるいは発熱抵抗体を有する電気熱変換素子によっ
て液体を加熱させるものなどがある。
【0014】その中でも熱エネルギーを利用して液体を
吐出させる方式の記録ヘッドは、上記液体吐出口を高密
度に配列することができるために高解像度の記録をする
ことが可能である。その中でも電気熱変換素子をエネル
ギー発生手段として用いた記録ヘッドは、コンパクト化
も容易であり、かつ最近の半導体分野における技術の進
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、高密度実装化が容易で、製
造コストも安価なことから有利である。
【0015】図1において、参照符号1039は記録素
子の電源(以下VHとする)供給パッド、そして101
5および1016は記録素子1005の通電を制御する
ための駆動素子アレイへの配線であり、高密度印字を可
能とするように配線がなされているが、ここでは説明を
省略する。参照符号1017は記録素子の記録電流共通
接地(以下、GNDする)電極であり、記録素子に通電
する電流値に依存してその面積が決定されている(参照
符号1038で示した部分はその接地パッドである)。
この実施例では、駆動素子アレイのほかに論理ゲートロ
ジック部1023、ラッチ回路部1024およびシフト
レジスタ部1025等からなる駆動用集積回路等の機能
素子が基板1003の表面に埋設してある(図2参
照)。
【0016】図2は、図1に示した本発明にもとづくイ
ンクジェット記録装置に具備される記録手段に設けられ
た基板の概略的構成をさらに説明するための斜視図であ
る。この図に示すように、この基板1003はシリコン
基板の表面に層構造を形成することによって構成されて
いる。この図において、参照符号1005は記録素子、
1011は記録素子からVHに至るまでの第2層配線、
そして1013は記録素子と機能素子の個別電極とを結
ぶ第2層配線であり。これらの第2層配線は、アルミニ
ウム等の導電材料からなる。また、参照符号1014は
VH配線、1015および1016はそれぞれ第1列お
よび第2列機能素子である。第2層配線1012は、第
1列機能素子1015および第2列機能素子1016に
対して千鳥状に接続されることにより高密度な記録素子
配列がなされている。さらに、参照符号1017はGN
D配線、1018は機能素子のベースまたはゲート配線
を示し、基板内部にポリシリコン等で作り込まれてい
る。参照符号1019,1020,1021および10
22はGND配線と同様に、第1層目に作り込まれたラ
ッチ、シリアルデータ、クロック等の配線であり、第2
層の導電残量と同一のもので構成されている。
【0017】参照符号1023は論理ゲートロジック、
1024および1025はラッチ、そして1026はシ
フトレジスタ回路を示す。参照符号1027は、第1層
目と第2層目を電気的に分離する層間絶縁膜、1028
は蓄熱層、そして1029はシリコン基板である。この
基板上の記録素子および配線部は、下地のプロセスとは
異なるプロセスで作られるものである。
【0018】図3は、本発明を適用した記録手段の回路
構成を示すブロック図である。Mビットドライバ(M
bit Driver)は、記録素子への通電を制御す
る機能素子で、記録素子の数に対応している。Mビット
シフトレジスタ(M bitShift Regist
er)は画像データを記録素子に対応して整列するシフ
トレジスタ回路で、記録素子分のデータを保持するMビ
ットラッチ(M bit Latch)で示すラッチ回
路と直結している。さらに、M/Nビットシフトレジス
タ(M/N bit Shift Register)
と、M/Nビットラッチ(M/N bit Latc
h)は、記録素子の同時駆動数N個に合わせて分散駆動
を行う手段であり、具体的にはタイミングチャートに対
応させて、16ビットのシフトレジスタとラッチ回路と
により構成されている(ここでは、M=64,N=8,
N=2)。この分散駆動を行う手段の出力、ラッチ回路
の出力、および記録素子の通電時間を制御するストロー
ブ端子(STBI)の出力がアクティブになった時に、
AND回路を通して画像データに対応した記録素子を駆
動することになる。
【0019】図5は、本発明を適用した記録手段の回路
における駆動タイミングチャートである。画像データ信
号(S_I)の入力に際し、画像データ転送クロック
(SCLK)によって順に転送し、各記録素子に対応し
て画像データを整列させれば、ラッチパルス信号(LA
T1I)の周期分、画像データに合わせて記録素子への
通電が可能になる。M/Nビットのシフトレジスタに入
力する分散駆動順序指定データ信号端子(E_IN)
は、これを転送するクロック信号端子(ECLK)と合
わせて、ブロック内のどの記録素子を駆動するか制御す
るものである。例えば同時に駆動するビットを1,9,
17,25,…というように選択すれば、ECLK端子
に入力するクロック信号で、1と9番目の立ち上がりポ
イントにデータ信号E_INをセットすればよい。通常
は、1,9,…ビット目から駆動を開始し、2,10,
…ビット目、3,11,…ビット目、…、最後に8,1
6,…ビット目の駆動をして記録素子M個の1回の駆動
を終了するため、本タイミングチャートのような信号入
力となる。この構成を利用すれば、記録素子の総数Mに
依らずE_IN,ECLK,LAT2Iの信号3本のみ
で分散駆動が達成され、端子数の増加を防ぐことができ
る。記録素子の特性を含む記録手段の記録特性に、濃度
ムラ,ヨレ等の偏りを持っている場合、これを補うよう
にE_INの信号を変化させれば記録状態の改善が図ら
れる。記録装置のキャリッジ移動方向に合わせて、E_
INの信号を変化させる方法も可能である。
【0020】一方、図4のように、記録手段に配置した
すべての記録素子数M個に対し、同時駆動数をN個と設
定されている場合、分散駆動を行う手段を、M/Nビッ
トの出力を持つデコーダを用いて構成することができ
る。信号入力は、M/Nの値により異なるが、8以下な
らば3本で対応できる。M/Nの値と端子数Tの関係は
デコーダの構成上、
【0021】
【数1】M/N=2T (Tが4であれば、16ビット分
の分散駆動が可能) となり、イネーブル端子の本数を増やす従来の構成より
少ない信号入力端子数で分散駆動を達成できるものであ
る。
【0022】さらに、画像データ信号S_Iの入力に際
し、複数色の画像データをシリアルに入力することによ
り、上述効果を呈するカラーの記録装置を構成すること
も可能である。その一例を図6に示す。図6は本発明に
もとづくインクジェット記録装置に具備される記録手段
に設けられた基板の他の実施例の構成を説明するための
ものである。
【0023】また、共通電極を第2層配線1013およ
びVH配線1014のように2分割し、各々異なる電圧
を印加すれば、各色の記録素子の特性に合わせて電力を
変えることも可能である。LAT1Iの周期分、画像デ
ータに合わせて記録素子への通電が可能になるので、そ
の区間を各色に対応する記録素子ブロックごとに分割駆
動すれば、ストローブ信号(STBI)の端子数を各色
分用意するだけで各色の特性に合わせたパルス幅による
駆動も可能である。
【0024】図7は、本発明により製造される記録ヘッ
ド用基体の模式的断面図である。
【0025】記録ヘッド用基体としての基体1800
は、発熱抵抗層1817、配線電極1818、保護膜1
819、1820等で構成され、発熱部1822を有す
る。電気熱変換素子と駆動用機能素子であるバイポーラ
型のNPN トランジスタ1821とをP型シリコン基板1
801上に形成したものである。
【0026】図7において、1801はP型シリコン基
板、1802は機能素子を構成するためのN型コレクタ
埋込領域、1803は機能素子分離のためのP型アイソ
レーション埋込領域、1804はN型エピタキシャル領
域、1805は機能素子を構成するためのP型ベース領
域、1806は素子分離のためのP型アイソレーション
埋込領域、1807は機能素子を構成するためのN型コ
レクタ埋込領域、1808は素子を構成するための高濃
度P型ベース領域、1809は素子分離のための高濃度
P型アイソレーション領域、1810は素子を構成する
ためのN型エミッタ領域、1811は素子を構成するた
めの高濃度N型コレクタ領域、1812はコレクタ・ベ
ース共通電極、1813はエミッタ電極、1814はア
イソレーション電極である。ここに、NPNトランジス
タ1821が形成されており、1802,1804,1
807,1811のコレクタ領域がエミッタ領域181
0とベース1805,1808とを完全に包囲するよう
に形成されている。また、素子分離領域おして、P型ア
イソレーション埋込領域、P型アイソレーション領域1
807、高濃度P型アイソレーション領域により各セル
が包囲され電気的に分離されている。
【0027】ここで、NPNトランジスタ1821は、
N型コレクタ埋込領域1802およびN型コレクタ埋込
領域1802を介してP型シリコン基板1801上に形
成された2つの高濃度N型コレクタ領域1811と、N
型コレクタ埋込領域1802およびP型ベース領域18
05を介して高濃度N型コレクタ領域1811の内側に
形成された2つの高濃度P型ベース領域1808と、N
型コレクタ埋込領域1802およびP型ベース領域18
05を介して高濃度P型ベース領域1808に挟まれて
形成された高濃度N型エミッタ領域1810とによりN
PNトランジスタの構造を有するが、高濃度N型コレク
タ領域1811と高濃度P型ベース領域1808とがコ
レクタ・ベース共通電極1812により接続されること
によりダイオードとして動作する。また、NPNトラン
ジスタ1821に隣接して、素子分離領域としてのP型
アイソレーション埋込領域1803、P型アイソレーシ
ョン領域1806および高濃度P型アイソレーション領
域1809が順次形成されている。また、発熱抵抗層1
817が、N型エピタキシャル領域1809、蓄熱層1
815および該蓄熱層1815と一体的に設けられた蓄
熱層を兼ねる層間膜1816を介してP型シリコン基板
1801上に形成されており、発熱抵抗層1817上に
形成された配線電極1818が切断されて接続端面であ
る2個のエッジ部1818をそれぞれ形成することによ
り、発熱部1822が構成されている。
【0028】上記記録ヘッド用の基体1800は全面が
熱酸化膜等で形成される蓄熱層1815で覆われてお
り、機能素子から各電極1812,1813,1814
がAl等で形成されている。
【0029】本実施例の基体1800は、上述した駆動
部(機能素子)を有する記録ヘッド用のP型シリコン基
板1801上に、コレクタ・ベース共通電極1812、
エミッタ電極1813およびアイソレーション電極18
14が形成された蓄熱層1815で覆ったもので、その
上層には常圧CVD法、PCVD法、スパッタリング法
等によるシリコン物SiO,SiO2 ,SiN,SiO
N等からなる層間膜1816が形成されている。各電極
1812,1813,1814を形成するAl等は傾い
た側面を有するため、層間膜1816のステップカバレ
ージ性が非常に優れているので、層間膜1816を従来
に比較して蓄熱効果を失わない範囲で薄く形成すること
ができる。層間膜1816を部分的に開孔して、コレク
タ・ベース共通電極1812、エミッタ電極1813お
よびアイソレーション電極と電気的に接続し、かつ層間
膜1816上で電気的な配線を形成するためのAl等の
配線電極1818が設置される。すなわち、層間膜18
16を部分的に開孔した後に、反応性スパッタリング法
によるTaN等の発熱抵抗層1817と、蒸着法あるい
はスパッタリング法によるAl等の配線電極1818で
構成された電気熱変換素子が設けられている。ここで、
発熱抵抗層1817を構成する材料としては、Ta,
W,Mo等の高融点金属およびその窒化物,炭化物等の
抵抗体となりうる化合物等がある。
【0030】なお、本実施例においては発熱抵抗層とし
て窒化タンタル膜を使用した。
【0031】図8に示す本実施例の主要素子を横断する
よう切断した時の概略断面図および図9に示す製造工程
図をもとに本発明の基体の製造工程について説明する。
【0032】P型導電正のSi基板2401にAs等の
ドーパントをイオンインプランテーション及び拡散法等
の手段により導入し、N型埋込層2402を形成し、上
層にN型エピタキシャル層2403を5〜10μm形成
する。また、エピキシャル層にB等のの不純物を導入
し、P型ウエル領域2404を形成する。その後、フォ
トリソグラフィーと酸化拡散およびイオンプランテーシ
ョン等の不純物導入を繰り返してN型エピタキシアル領
域にPMOS2450、P型ウエル領域にNMOS24
51が構成される。NMOSおよびPMOSは、各々厚
さ数百オングストロームのゲート絶縁膜2415を介し
て厚さ4000〜5000ÅのCDV法で堆積したpo
ly−Siによるゲート配線2415およびNあるいは
P型の不純物導入をしたソース領域2405、ドレイン
領域2406等で構成される。
【0033】また、パワートランジスタとなるNPNト
ランジスタ2452は、やはり不純物導入および拡散等
の工程により、N型エピタキシャル層中にコレクタ領域
2411、ベース領域2412、エミッタ領域2413
等で構成される。
【0034】また、各素子間は5000〜10,000
Åのフィールド酸化により酸化膜分離領域2453を形
成し、素子分離されている。
【0035】このフィールド酸化膜はヒータ発熱部24
55下においては、一層目蓄熱層2414として働く。
【0036】各素子が形成された後、層間絶縁膜241
6が約7000Å、CVD法によるPSG、BPSG等
で堆積され、熱処理による平坦化処理等をされながら、
コンタクトホールを形成する(図9(a))。
【0037】次に各機能素子の配線をこのコンタクトホ
ールを介してAl層を形成することによって設けると同
時に発熱抵抗素子への配線VH2423を形成する(図
9(b))。
【0038】その後、実施例3において前述したと同様
にプラズマCVAによるSiO等の層間絶縁膜2418
を10000〜15,000Å堆積し(図9c)、スリ
ーホールを介して発熱抵抗層2419が約1000Å、
DCスパッタによるTaNで形成される。
【0039】次に、VH配線1423上の絶縁膜141
8の一部にコンタクトホールを形成した後、2層目のA
l配線をスパッタリングにより形成する。保護膜242
1はプラズマCVDによるSiN膜が200℃〜300
℃および350℃〜450℃の2段階成膜にて約100
00Å形成される。
【0040】最上層には、耐キャビテーション膜242
2がTa等で約2000Å堆積され、パット部2454
を開口する。
【0041】最後に、約400℃にてH2 雰囲気中でア
ニールが行われ、記録ヘッド基体が完成する。
【0042】最後のアニール工程により、AlとSi基
板間のコンタクト性の改善や、種々の熱処理およびプラ
ズマ処理工程等で素子の受けるダメージ回復が計られて
いる。
【0043】記録ヘッド基体完成後は、他の実施例と同
様にしてインク吐出のためのノズル等が形成されて記録
ヘッドとなる。
【0044】本例では、パワートランジスタをバイポー
ラトランジスタとして構成したがMOSトランジスタに
より構成しても良い。
【0045】図10は上記構成からなる基板をインクジ
ェット記録手段に適用した一例の概略的構成を説明する
ための斜視図である。参照符号101は、吐出エレメン
トであり、インクを吐出するために利用される熱エネル
ギーを発生する電気熱変換素子(記録素子)を配置した
インク流路、各インク流路前方に開口した吐出口11
0、および各インク流路に供給されるインクを貯留する
ための共通液室を有し、吐出口110よりインクを吐出
して画像形成を行うものである。103は、吐出エレメ
ント101を接着等により固定するためのベースプレー
ト、102は、吐出エレメント101、およびベースプ
レート103の端部に固定された前面プレートであり、
吐出口110を被記録材に直接対向させる開口102a
を有する。さらに、参照符号115,116および11
7は、インク供給系の一部をなす部材であり、115
は、吐出エレメント101内の共通液室にインクを導入
する接続部材、111は、インク供給源としてのインク
タンク等からのインク供給経路途中に配置されたフィル
タユニット、116は、接続部材115とフィルタユニ
ット117を接続する供給管である。
【0046】図11は、インクジェット記録装置のキャ
リッジに脱着自在にして搭載される記録手段の概略的構
造を説明するための斜視図である。参照符号1は、イン
クを画像データに対応して吐出させるインクジェット記
録ヘッド、2はインク供給管、そして4はインクカート
リッジであり、このカートリッジはインク供給口3を図
に示すようにインク供給管2に対応させて配置してあ
る。
【0047】ここで、図中右側は黒色のインクを保持す
るカートリッジ、左側は内部に複数色(シアン,イエロ
ー,マゼンタ)のインクを有するカートリッジである。
【0048】このインクジェット記録ヘッド1は、次の
ような構成になっている。すなわち前端部にシアン,イ
エロー,マゼンタ,ブラック用の吐出口アレイを参照符
号11に示すように一直線上に有している。この吐出口
に対応する記録素子列は、図1に示す基板1003上に
あり、必要な吐出口数に応じて記録素子数Mを増減させ
ることができる。この際、基板1003をm個カスケー
ド接続とすれば、M×mの記録素子数に対応する画像デ
ータに合わせてインクを吐出させることができる。
【0049】シアン,イエロー,マゼンタ,ブラック用
の吐出口アレイ11の各色に対応する各吐出口には、そ
れぞれに連通するインク流路が設けられており、さらに
インク流路が配置される部分の後方には、これら流路に
インクを供給するための共通液室が設けられている。こ
れらの部材は、基板1003上に樹脂,ガラス材からな
る隔壁,天板等を既知の方法でもって積層して構成され
る。
【0050】さらに後方には、駆動用集積回路を駆動す
る信号系列配線を敷設するプリント基板形態の部材が設
けられており、その端子部16がキャリッジ上のコネク
タに接続される。基板1003とプリント基板形態の部
材は、アルミニウム等のベースプレート13上に固定さ
れている。
【0051】インクカートリッジ4は、ベースプレート
13とほぼ平行に挿入され、同じくベースプレート13
と平行に突出するインク供給管2と連結する。インク供
給管2は基板と垂直方向に広がったディストリビュータ
14と呼ばれるプラスチックの部材から突出しており、
さらにその内部のインク流路15と連通しており、該流
路は共通液室に連通している。
【0052】ディストリビュータ14内のインク流路1
5は、シアン,イエロー,マゼンタ,ブラック用の4本
が存在し、それぞれの共通液室とインク供給管2とを連
結している。インクカートリッジ4は、ベースプレート
13に対し左右にカラー用(シアン,イエロー,マゼタ
ン)とブラック用を振り分けて配置するために、インク
供給管2は左側に3本、右側に1本と振り分けられる。
【0053】図12は、本発明により実現可能なインク
ジェット記録手段を各色、もしくは同色に対応させてカ
スケード接続することにより、高速印字を可能にする他
の実施例である。
【0054】各色に対応したインクジェット記録装置3
00C,300Y,300M,300Bの接続端子パッ
ド301C,301Y,301,301Bを接続部材3
03によりカスケード接続する。接続部材303は、電
源端子が共有化され、信号系列配線端子をカスケード接
続するための配線を敷設されたプリント基板等を含むも
のであり、この部材がインクジェット記録装置300
C,300Y,300M,300Bを接続した状態でひ
とつのカラーインクジェット記録装置ユニットと成る。
さらに、インクジェット記録手段301C,301Y,
301M,301Bに対応するインクカートリッジ30
4C,304Y,304M,304Bが接続されること
になって、各色に対応したインク吐出がなされるもので
ある。
【0055】図13は、本発明に適用できるインクジェ
ット記録装置IJRAの外観図で、駆動モータの501
3の正逆回転に連動して駆動力伝達ギア5011,50
09を介して回転するリードスクリュー5005の螺旋
溝5004に対向して係合するキャリッジHCはピン
(図示せず)を有し、矢印a,b方向に往復移動され
る。5002は紙押え板であり、キャリッジ移動方向に
わたって紙をプラテン500に対して押圧する。500
7,5008はフォトカプラでキャリッジのレバー50
06のこの域での存在を確認してモータの5013の回
転方向切換等を行うためのホームポジション検知手段で
ある。5016はインクジェット記録装置の前面をキャ
ップするキャップ部材5022を支持する部材で501
5はこのキャップ内を吸引する吸引手段でキャップ内開
口5023を介してインクジェット記録装置の吸引回復
を行う。5017は、クリーニングブレードで、501
9はこのブレードを前後方向に移動可能にする部材であ
り、本体支持板5018にこれらは支持されている。ブ
レードは、この形態でなく周知のクリーニングブレード
が本実施例に適用できることは言うまでもない。また、
5012は、吸引回復の吸引を開始するためのレバー
で、キャリッジと係合するカム5020の移動に伴って
移動し、駆動モーターからの駆動力がクラッチ切換等の
公知の伝達手段で移動制御される。
【0056】これらのキャッピング,クリーニング,吸
引回復は、キャリッジがホームポジション側領域にきた
ときにリードスクリュー5005の作用によってそれら
の対応位置で所望の処理が行えるように構成されている
が、周知のタイミングで所望の作動を行うようにすれ
ば、本実施例にはいずれも適用できる。
【0057】また、メンテナンスフリーになり得るとい
う点で、1ラインの記録幅に相当する記録素子と機能素
子、および駆動用集積回路を基板上に実装、または同一
基板上表面内部に構造的に設けることにより、信頼性の
高い、高密度、高速印字可能なフルラインインクジェッ
ト記録装置を提供できる。
【0058】図14は、本発明における、数十個の記録
装置に相当する記録素子、機能素子、および駆動用集積
回路を基板上に実装、または同一基板上表面内部に構造
的に設けることによりフルラインインクジェット記録装
置を構成し、これら4本のライン記録装置にそれぞれシ
アン,イエロー,マゼンタ,ブラックを対応させて構成
した、高品位なフルカラー記録装置である。201Aお
よび201Bは、記録媒体Rを副走査方向Vsに挾持搬
送するために設けた搬送手段としてのローラー対であ
る。202B,202Y,202Mおよび202Cは、
それぞれ、記録媒体Rの全幅にわたってノズルを配列し
たブラック,イエロー,マゼンタおよびシアンの記録を
行うフルラインタイプのインクジェット記録装置であり
ブラック,イエロー,マゼンタ,シアンの順に記録媒体
搬送方向上流側より配置されて記録装置集合体を構成し
ている。200は吐出回復手段であり、吐出回復処理に
あたっては記録媒体Rに代わって記録装置集合体に対向
する構成で、キャップ,インク吸収体,ワイピングブレ
ード等を含む。
【0059】(その他)なお、本発明は、特にインクジ
ェット記録方式の中でも、インク吐出を行わせるために
利用されるエネルギとして熱エネルギを発生する手段
(例えば電気熱変換体やレーザ光等)を備え、熱エネル
ギによりインクの状態変化を生起させる方式の記録ヘッ
ド、記録装置において優れた効果をもたらすものであ
る。かかる方式によれば記録の高密度化,高精細化が達
成できるからである。
【0060】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いる基本的な原理を用いて
行うものが好ましい。この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が、特
に、オンデマンド型の場合には、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いて核沸騰を越える急
速な温度上昇を与える少なくとも1つの駆動信号を印加
することによって、電気熱変換体に熱エネルギを発生せ
しめ、記録ヘッドの熱作用面に膜沸騰を生じさせて、結
果的にこの駆動信号に一対一で対応した液体(インク)
内の気泡を形成できるので有効である。この気泡の成
長,収縮により吐出用開口を介して液体(インク)を吐
出させて、少なくとも1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
4345262号明細書に記載されているようなものが
適している。なお、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、さらに優れた記録を行うことが
できる。
【0061】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口,液路,電気熱変換体
の組合せ構成(直線状液流路または直角液流路)の他に
熱作用部が屈曲する領域に配置されている構成を開示す
る米国特許第4558333号明細書,米国特許第44
59600号明細書を用いた構成も本発明に含まれるも
のである。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部とする構成を開示
する特開昭59−123670号公報や熱エネルギの圧
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59−138461号公報に基いた構成として
も本発明の効果は有効である。すなわち、記録ヘッドの
形態がどのようなものであっても、本発明によれば記録
を確実に効率よく行うことができるようになるからであ
る。
【0062】さらに、記録装置が記録できる被記録媒体
の最大幅に対応した長さを有するフルラインタイプの記
録ヘッドに対しても本発明は有効に適用できる。そのよ
うな記録ヘッドとしては、複数記録ヘッドの組合せによ
ってその長さを満たす構成や、一体的に形成された1個
の記録ヘッドとしての構成のいずれでもよい。
【0063】加えて、上例のようなシリアルタイプのも
のでも、装置本体に固定された記録ヘッド、あるいは装
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
体的にインクタンクが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。
【0064】また、本発明の記録装置の構成として、記
録ヘッドの吐出回復手段、予備的な補助手段等を付加す
ることは本発明の効果を一層安定できるので、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を用いて加熱を行う予備加熱手
段、記録とは別の吐出を行なう予備吐出手段を挙げるこ
とができる。
【0065】また、搭載される記録ヘッドの種類ないし
個数についても、例えば単色のインクに対応して1個の
みが設けられたものの他、記録色や濃度を異にする複数
のインクに対応して複数個数設けられるものであっても
よい。すなわち、例えば記録装置の記録モードとしては
黒色等の主流色のみの記録モードだけではなく、記録ヘ
ッドを一体的に構成するか複数個の組み合わせによるか
いずれでもよいが、異なる色の複色カラー、または混色
によるフルカラーの各記録モード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。
【0066】さらに加えて、以上説明した本発明実施例
においては、インクを液体として説明しているが、室温
やそれ以下で固化するインクであって、室温で軟化もし
くは液化するものを用いてもよく、あるいはインクジェ
ット方式ではインク自体を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を用いてもよ
い。加えて、熱エネルギによる昇温を、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として使用せし
めることで積極的に防止するため、またはインクの蒸発
を防止するため、放置状態で固化し加熱によって液化す
るインクを用いてもよい。いずれにしても熱エネルギの
記録信号に応じた付与によってインクが液化し、液状イ
ンクが吐出されるものや、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、熱エネルギの付与
によって初めて液化する性質のインクを使用する場合も
本発明は適用可能である。このような場合のインクは、
特開昭54−56847号公報あるいは特開昭60−7
1260号公報に記載されるような、多孔質シート凹部
また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
よい。本発明においては、上述した各インクに対して最
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。
【0067】さらに加えて、本発明インクジェット記録
装置の形態としては、コンピュータ等の情報処理機器の
画像出力端末として用いられるものの他、リーダ等と組
合せた複写装置、さらには送受信機能を有するファクシ
ミリ装置の形態を採るもの等であってもよい。さらに、
本発明を布や糸等へ記録(プリントを含む)を行う捺染
装置として、また布への前処理、後処理を行う装置と組
み合わせた捺染システムとして用いることも望ましい。
【0068】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の記録装置
は、基板上に配置される駆動用集積回路を構成する拡散
層より引き出される金属膜を形成するプロセスにおいて
同時に形成された記録素子に通電するための共通電極を
有し、またこの記録素子に通電するための共通電極は、
その上部に別プロセスによって形成される別プロセス金
属膜および絶縁層を介してスルーホールにより接続され
るものなので、上記記録装置を製造する際に、複数の記
録素子とその配線部を構成する成膜プロセスの配線部金
属成膜工程を1度ですませることができる。またプロセ
スの違いによる下地の機能素子を含む駆動用集積回路へ
の影響を少なくすることができ、成膜回数が減らされた
分、歩留りの向上が図られるものである。
【0069】また、このような記録装置をカスケード接
続することにより、高密度,高速印字可能な記録装置を
提供することができ、ローコストなカラープリンタ等の
実現が可能である。
【0070】本発明が上記の効果を呈する以上、記録装
置の用途、および解像度等に限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明にもとづく記録装置に具備される記録手
段用基板の概略的構成を説明するための模式図である。
【図2】図1に示した記録手段用基板の内部構成を説明
するための斜視図である。
【図3】本発明にもとづく記録手段の回路構成を説明す
るためのブロック図である。
【図4】本発明にもとづく記録手段の回路構成を説明す
るためのブロック図である。
【図5】本発明にもとづく記録装置の駆動タイミングチ
ャートである。
【図6】本発明の他の実施例にもとづく記録手段の基板
構成を説明するための模式図である。
【図7】本発明の記録ヘッド用基体の概略的構成を説明
するための模式的断面図である。
【図8】本発明の記録ヘッド用基体の製造工程を説明す
るための模式的断面図である。
【図9】本発明の記録ヘッド用基体の製造工程を説明す
るための製造工程図である。
【図10】本発明を適用可能なインクジェット記録装置
のインク吐出口付近の概略的模式を説明するための模式
図である。
【図11】本発明を適用可能なカラーインクジェット記
録装置の概略的構成を説明するための模式図である。
【図12】本発明を適用可能なカラーインクジェット記
録装置の他の例の概略的構成を説明するための模式図で
ある。
【図13】本発明にもとづく記録手段を搭載可能なシリ
アルプリンタの概略的構成を説明するための模式図であ
る。
【図14】本発明にもとづく記録手段を搭載可能なライ
ンプリンタの概略的構成を説明するための模式図であ
る。
【符号の説明】
1 インクジェット記録装置 2,116 インク供給管 3 インク供給口 4 インクカートリッジ 11,110 吐出口 13,103 ベースプレート 14 ディストリビュータ 15 インク流路 16 端子部 101 吐出エレメント 102 前面プレート 102a 前面プレート開口部 115 接続部材 117 フィルタユニット 200 吐出回復手段 201A,201B ローラー対 202C フルラインインクジェット記録装置(シア
ン) 202Y フルラインインクジェット記録装置(イエロ
ー) 202M フルラインインクジェット記録装置(マゼン
タ) 202B フルラインインクジェット記録装置(ブラッ
ク) 300C シリアルインクジェット記録装置(シアン) 300Y シリアルインクジェット記録装置(イエロ
ー) 300M シリアルインクジェット記録装置(マゼン
タ) 300B シリアルインクジェット記録装置(ブラッ
ク) 301C〜301B 接続端子パッド 303 シリアルインクジェット記録装置接続部材 304C〜304B インクカートリッジ(シリアル) 1003 基板(半導体基板) 1004 信号系列配線接続パッド 1005 記録素子 1006 駆動用集積回路 1011 VH−記録素子配線(A12 ) 1012 VH−機能素子配線(A12 ) 1014 VH配線(A11 ) 1015 機能素子(第1列) 1016 機能素子(第2列) 1017 GND配線(A11 ) 1018 機能素子ベース(ゲート)配線(ポリシリコ
ン) 1019 イネーブル配線(A11 ) 1020 ラッチ配線(A11 ) 1021 シリアルデータ配線(A11 ) 1022 クロック配線(A11 ) 1023 論理ゲートロジック 1024 ラッチ回路 1015 シフトレジスタ1 1026 シフトレジスタ2 1027 層間絶縁膜 1028 蓄熱層 1029 シリコン層 1038 GND端子 1039 VH端子 1040 VH端子
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 B41J 2/05 2/16 B41J 3/04 102 Z 103 B 103 H

Claims (12)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 複数の記録素子と、前記記録素子に電気
    的に接続された複数の機能素子と、吐出口からインクを
    吐出させるために前記複数の記録素子へ選択的に駆動信
    号を供給するための機能素子と、前記複数の記録素子に
    駆動信号を供給するための共通電極とを設けた基体を有
    する記録ヘッドにおいて、 前記共通電極は、前記基体に配設された前記機能素子を
    構成する半導体層に電気的に接続される配線電極層と同
    一工程で形成された層であることを特徴とする記録ヘッ
    ド。
  2. 【請求項2】 請求項1記載の記録ヘッドにおいて、前
    記共通電極は、該電極上部に形成される金属膜と絶縁膜
    とを介してスルーホールにより接続されていることを特
    徴とする記録ヘッド。
  3. 【請求項3】 請求項1記載の記録ヘッドにおいて、前
    記記録素子は、前記共通電極、前記機能素子および前記
    駆動用集積回路を前記基板に作り込む工程と異なる条件
    で成膜されたことを特徴とする記録ヘッド。
  4. 【請求項4】 請求項1記載の記録ヘッドにおいて、前
    記記録手段は各色に対応した記録手段が集合してなる多
    色用記録手段であり、また前記共通電極は各色ごとにブ
    ロック単位に分割されて配置されたことを特徴とする記
    録ヘッド。
  5. 【請求項5】 請求項1記載の記録ヘッドにおいて、前
    記記録手段は複数の記録手段がカスケート接続されて構
    成されることを特徴とする記録ヘッド。
  6. 【請求項6】 請求項4記載の記録ヘッドにおいて、前
    記多色用記録手段はそれぞれの色に対応した複数の記録
    手段がカスケード接続されて構成されることを特徴とす
    る記録ヘッド。
  7. 【請求項7】 請求項1ないし6のいずれか一項記載の
    記録ヘッドにおいて、前記記録手段はインクジェット記
    録ヘッドであり、また前記記録素子は熱エネルギーをイ
    ンク吐出エネルギーとして前記インクに状態変化を生じ
    させる電気熱変換素子であることを特徴とする記録ヘッ
    ド。
  8. 【請求項8】 請求項7の記録ヘッドと、該記録ヘッド
    に供給するためのインクを保持しかつ前記記録ヘッドに
    対して着脱自在にして接続可能なインクタンクとを有す
    ることを特徴とする記録ヘッドカートリッジ。
  9. 【請求項9】 請求項7の記録ヘッドと、該記録ヘッド
    に与えるための駆動信号を供給する駆動信号供給手段
    と、被記録媒体を搬送するための搬送手段とを有するこ
    とを特徴とする記録装置。
  10. 【請求項10】 請求項8の記録ヘッドカートリッジ
    と、 該記録ヘッドカートリッジの記録ヘッドに与えるための
    駆動信号を供給する駆動信号供給手段と、 被記録媒体を搬送するための搬送手段とを有することを
    特徴とする記録装置。
  11. 【請求項11】 複数の記録素子と、前記記録素子に電
    気的に接続された複数の機能素子と、前記複数の記録素
    子へ選択的に駆動信号を供給するための機能素子と、前
    記複数の記録素子に電気的に共通に接続される共通電極
    とを有する記録ヘッド用基体であって、 前記共通電極は、前記機能素子を構成する半導体層に電
    気的に接続される配線電極層と同一工程で形成された層
    であることを特徴とする記録ヘッド用基体。
  12. 【請求項12】 半導体基板に機能素子を作り込む工
    程、 該機能素子を構成する半導体層に電気的に接続される配
    線電極層と複数の記録素子と電気的に共通に接続される
    共通配線電極層とを形成する工程、 前記各配線電極層上に絶縁層を形成する工程、そして該
    絶縁層上の少なくとも一部に、熱を発生するための抵抗
    層を形成する工程、 該発熱抵抗層に接続されるとともに前記絶縁層に設けた
    コンタクトホールを介して前記共通配線電極層に接続さ
    れる配線電極層を形成する工程を有することを特徴とす
    る記録ヘッド用基体の製造方法。
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