JPH08174848A - インクジェットプリンタヘッド及びその製造方法 - Google Patents

インクジェットプリンタヘッド及びその製造方法

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JPH08174848A
JPH08174848A JP32247194A JP32247194A JPH08174848A JP H08174848 A JPH08174848 A JP H08174848A JP 32247194 A JP32247194 A JP 32247194A JP 32247194 A JP32247194 A JP 32247194A JP H08174848 A JPH08174848 A JP H08174848A
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JP
Japan
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ink
electrode
oxide film
electrodes
printer head
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Application number
JP32247194A
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English (en)
Inventor
Kenji Tomita
健二 冨田
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Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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  • Particle Formation And Scattering Control In Inkjet Printers (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 導電性インクの吐出の長期安定化を図ること
を目的とする。 【構成】 電極3a,3bに電圧を印加してインク室2
内の導電性インク1を発熱沸騰させ、気泡を発生させる
ことにより導電性インク1をノズル6より吐出させるイ
ンクジェットプリンタヘッドにおいて、電極3a,3b
及び電極3a,3bのリード部の上部に電極部陽極酸化
膜13,電極リード陽極酸化膜12を設けた。 【効果】 電極3a,3bのリード部表面に電極リード
陽極酸化膜12を設けたことにより、絶縁膜5との密着
性が向上し、更に電極3a,3bの表面に電極部陽極酸
化膜13を設けたことにより、通電初期から1億回通電
迄導電性インク1の沸騰時間が安定し、長期に渡って、
導電性インク1の吐出を安定させることができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、導電性のインクへ通電
を行い、発熱沸騰させ、インクを吐出させる通電加熱方
式のインクジェットプリンタヘッド及びその製造方法に
関するものである。
【0002】
【従来の技術】近年、コンピュータの高性能化、小型
化、低価格化に伴い、プリンタもドットプリンタからレ
ーザプリンタ、更に印字の際の静粛性よりオフィス用コ
ンピュータの出力用としてインクジェットプリンタが広
く利用されるようになってきた。
【0003】インクジェットプリンタのインク吐出原理
は、大別するとピエゾ圧電素子の変形を利用してインク
を押し出すタイプ、直流通電方式による熱抵抗加熱でイ
ンクを沸騰させインクを吐出させるタイプ、交互通電に
よる高周波加熱方式(交互通電加熱方式)でインクを沸
騰させるタイプ等がある。
【0004】以下に従来の交互通電加熱方式によるイン
クジェットプリンタの記録ヘッドについて図面を参照し
て説明する。図4は従来のインクジェットプリンタヘッ
ドのインク沸騰部及びインク吐出部の断面図、図5は従
来のインクジェットプリンタヘッドのインク吐出部及び
電極リード部の平面図、図6は図5に示す従来のインク
ジェットプリンタヘッドの電極リード部の線A−A′断
面図である。図4において1は導電性インク、2は導電
性インク1で満たされたインク室、3a,3bはインク
室2の底面に配設された一対の電極、4は電極3a,3
bが配置されている非導電性基板、5は電極3a,3b
及び非導電性基板4上に配設された絶縁膜、6は導電性
インク1を吐出するノズル、7は電圧印加手段である。
【0005】図5,図6において8は電圧印加手段7よ
り多線配線をするための記録ヘッド側のAuで形成され
た接続端子であり、TABやワイヤボンディング(W
B)により接続される。9は電極3a,3bの材料と同
じ材料で形成された電極リード部である。
【0006】以上のように構成されたインクジェットプ
リンタヘッドについて、以下にその動作を説明する。一
対の電極3a,3bに電圧印加手段7により電圧を印加
すると導電性インク1に電流が流れ、そのジュール熱で
電極3a,3bの先端間で局部的な発熱が発生し、導電
性インク1の一部が気化する。更に、気化された導電性
インク1の蒸気は、ノズル6から被印刷表面11にイン
ク滴10を吐出させるのに充分な圧力を発生するまで膨
張し、インク滴10を吐出させて被印刷表面11に所望
の文字を形成する。電圧印加の方法は、交互電圧通電方
式であり、電圧印加周期を1Hzから5kHzの間隔と
し、電圧変化周期を1MHzから5MHzの間隔として
印加する。電圧印加周期は、導電性インク1が沸騰する
のに必要な最大時間より長く設定され、電圧変化周期
は、印字品質である分解能に応じたインク滴10の飛翔
頻度に一致するように決定されている。導電性インク1
の沸騰及びインク滴10の吐出の繰り返し寿命として
は、一般に記録ヘッドとインク容器が一体型のカートリ
ッジタイプでは数千万回、記録ヘッドをプリンタ本体に
備え付けのパーマネントタイプでは数億回を保証してい
る。
【0007】次に、インクジェットプリンタヘッドの製
造方法について説明する。まず、ガラスあるいはシリコ
ン、セラミック等からなる非導電性基板4上に電極3
a,3bおよび電極リード部9の材料となるAl,T
i,Zr,Nb,La,Hf,Ta,W等のバルブ金属
薄膜を蒸着法、スパッタ法などの物理成膜法あるいはメ
ッキ法などにより形成する。このバルブ金属薄膜を積層
した非導電性基板4にフォトリソグラフィ法により電極
3a,3bおよび電極リード部9のパターンを形成し、
電極3a,3bおよび電極リード部9以外の部分をイオ
ンミリング法またはケミカルエッチング処理によって除
去する。電極3a,3bのインク室2に露出しない部分
と非導電性基板4上に有機高分子あるいはセラミック等
の絶縁膜5を塗布法または蒸着法、スパッタ法などの物
理成膜法により形成する。記録ヘッドの接続端子8はA
u電極を用い、蒸着法,スパッタ法,メッキ法等で成膜
し、電極リードを形成する。更に、その上部にエキシマ
レーザ加工機により形成されたノズル6を電極3a,3
bの中心に位置するよう接着する。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記従来
の構成では、バルブ金属からなる電極3a,3bが導電
性インク1に直接接触した状態で通電を行うため、電極
3a,3bや電極リード部9の抵抗による熱及び導電性
インク1の気化による熱の影響によって電極3a,3b
に熱が蓄積され、電極3a,3bと絶縁膜5の熱膨張の
違いによって電極リード部9上の絶縁膜5が浮き、浮い
た部分に導電性インク1が浸入して通電が不安定とな
り、正常な導電性インク1の吐出を妨げるという問題点
を有していた。
【0009】更に、電極3a,3bは、電圧印加によっ
て初期の電極3a,3bの表面状態を維持できず、酸化
を繰り返し、表面の酸化進行が遅くなるにつれて安定と
なる。したがって、初期の電極3a,3bの表面状態で
通電した場合と、通電を繰り返し行った場合とでは、駆
動条件を変えなければ導電性インク1の沸騰までの時間
が制御できず、結果として記録ヘッドの使用開始から寿
命まで正常な導電性インク1の吐出が行えないという問
題点を有していた。
【0010】本発明は、上記従来の問題点を解決するも
ので使用開始より安定した導電性インクの吐出を実現
し、更に長期に渡って通電を行った際に発生する電極リ
ード部と絶縁膜との剥離を防止し、耐久性の極めて高い
インクジェットプリンタヘッド及びその製造方法を提供
することを目的とする。
【0011】
【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に本発明のインクジェットプリンタヘッドは、電極のリ
ード部に電極のバルブ金属と同一金属を用い、リード部
に酸化膜を設け、絶縁膜で覆ったもので、好ましくはバ
ルブ金属がTiまたはTi合金でリード部表面に陽極酸
化膜を電圧100Vから220Vの印加電圧で形成する
ものである。また、更に電極の表面に陽極酸化膜を5V
から15Vの印加電圧で形成するものである。
【0012】
【作用】この構成によって使用開始より長期に渡って電
極へ通電を行った場合でもリード部と絶縁膜の間の剥離
が発生せず、更に、電極及びリード部に連続したウエハ
ープロセスで酸化膜形成が行え、また、導電性インクの
沸騰時間を安定させることができる。
【0013】
【実施例】以下、本発明の一実施例について図面を参照
しながら説明する。図1は本発明の一実施例におけるイ
ンクジェットプリンタヘッドのインク沸騰部及びインク
吐出部の断面図、図2は本発明の一実施例におけるイン
クジェットプリンタヘッドの電極リード部の断面図であ
る。
【0014】図1において1は導電性インク、2は導電
性インク1で満たされたインク室、3a,3bはインク
室2の底面に配設された一対の電極、4は電極3a,3
bが配置されている非導電性基板、5は電極3a,3b
及び非導電性基板4上に配設された絶縁膜、6は導電性
インク1を吐出するノズル、7は電圧印加手段で、これ
らは、従来例と同等であり説明を省略する。12は電極
リード陽極酸化膜、13は電極部陽極酸化膜である。
【0015】また、図2において9は電極3a,3bの
材料と同じ材料で形成された電極リード部である。
【0016】以下、陽極酸化処理方法について説明す
る。図3に本発明の一実施例におけるインクジェットプ
リンタヘッドの電極リード部4の陽極酸化処理を行う際
の電極パターン平面図を示す。14は電極リード陽極酸
化膜12の処理パターンのためのレジストで、本実施例
では、このレジスト14を5から10μm塗布し、15
0℃の温度でポストベークをした後、共通電極としてA
uを蒸着して行った。電極3a,3bは、Tiまたは、
Ti合金材料を用い、DCマグネトロンスパッタリング
法にてアルゴン圧50mTorr、基板温度300℃、
電力密度11.1W/cm2で成膜した。また、インク
室2内の電極3a,3b上のTiは、陽極酸化処理を実
施しないため、レジスト14でカバーした。陽極酸化処
理については、燐酸(1vol%)溶液を用い、100
から225Vの電圧をステップ印加した。ステップ印加
は、30V毎に2minキープし、その間のライジング
レートは、3V/secとした。これは、急激な電圧印
加によるブレークダウンを防止するためである。また、
この時の陰極材料としてアモルファスカーボン基板を用
いた。又、陽極酸化処理の前処理としては、陽極酸化膜
の密着性向上のため、HF溶液を用いて+1から4Vの
電圧で弱電解をかけることが望ましい。Ti陽極酸化膜
は、その膜厚によって色調が変化し、同時に膜の平面性
も変化する。通常、膜厚は、陽極酸化処理時の電圧によ
って変化し、印加電圧が高くなるに従って酸化膜は厚く
なり、Ti表面の平坦性も向上する。更にこの陽極酸化
膜の後処理として大気中にて300℃,30minの熱
処理を施した。
【0017】次に、電極リード陽極酸化膜12を形成し
た電極リード部9と絶縁膜5との関係と、従来の電極リ
ード部9と絶縁膜5との関係の比較をインク沸騰試験の
データにより説明する。陽極酸化処理を行い電極リード
陽極酸化膜12を形成した電極リード部9にポリイミド
の絶縁膜5を塗布した後、パターニングを行い、その後
ノズル6を貼り付けて、連続通電試験を行った。通電試
験における駆動条件は、一対の電極3a,3bに対する
印加電圧を25Vとし、電圧の印加周期を3MHz、ま
た、印字周期を5kHzとして交互通電を行った。電圧
の印加時間は50μsとし、1億回の通電試験を実施
し、電極リード部9と絶縁膜5との浮き及び剥離状態の
観察を実施した。その結果を(表1)に示す。
【0018】
【表1】
【0019】この(表1)から明らかなように通電回数
1億回において、処理電圧150から200Vで陽極酸
化処理した電極リード部9は、電極リード部9と絶縁膜
5との剥離もなく、安定した特性が得られた。又、電圧
を200V以上に上げると電圧印加時に火花放電が生
じ、電極3a,3bの膜が破壊を起こすため、好ましく
は、150から200Vの電圧で処理することが望まし
い。
【0020】次に、電極3a,3bの表面の電極部陽極
酸化膜13について、陽極酸化処理した電極リード部9
の陽極酸化膜パターンにおいて、電極リード部9の陽極
酸化処理後、共通電極をつけた状態でレジスト14を除
去し、電極3a,3bの陽極酸化処理を実施する。電極
3a,3bの陽極酸化処理も電極リード部9の陽極酸化
処理と同様に燐酸(1vol%)溶液を用い、電圧は5
から15Vの範囲で実施した。更に、この処理を行った
後、大気中にて300℃,30minの熱処理を行っ
た。
【0021】ここで、電極部陽極酸化膜13を形成した
電極3a,3bにおける沸騰時間の変化と従来の電極3
a,3bにおける沸騰時間の変化の比較をインク沸騰試
験のデータにより説明する。陽極酸化処理を行い電極部
陽極酸化膜13と電極リード陽極酸化膜12を形成した
電極3a,3bと電極リード部9とにポリイミドの絶縁
膜5を塗布した後、パターニングを行い、その後ノズル
6を貼り付けて、連続通電試験を行った。通電試験にお
ける駆動条件は、一対の電極3a,3bに対する印加電
圧を25Vとし、電圧の印加周期を3MHz、また、印
字周期を5kHzとして交互通電を行った。電圧の印加
時間は50μsとし、1億回の通電試験を実施し、通電
初期(使用開始時)に導電性インク1の沸騰までにかか
る時間と1億回時の沸騰までにかかる時間について比較
した。その結果を(表2)に示す。
【0022】
【表2】
【0023】この(表2)から明らかなように電極3
a,3bの陽極酸化処理電圧が5から15Vの範囲で初
期の導電性インク1の沸騰時間(T1)が処理無し品と
比較して1億回まで安定する事が確認され、特に10か
ら15Vの間でT1が平坦となる。
【0024】
【発明の効果】以上のように本発明は、導電性インクへ
通電を行う電極のリード部表面に酸化膜を設けたことに
より、その上部の絶縁膜との密着性が向上し、長期に渡
り正常な導電性インクの吐出が行え、更に電極表面に酸
化膜を設けたことにより、通電初期から長期に渡り導電
性インクの沸騰時間が安定し、長期に渡って導電性イン
クの吐出を安定させることができる。また、連続したプ
ロセスで酸化膜が形成できるため高い歩留りで製造で
き、低い原価で生産性良く製造できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例におけるインクジェットプリ
ンタヘッドのインク沸騰部及びインク吐出部の断面図
【図2】本発明の一実施例におけるインクジェットプリ
ンタヘッドの電極リード部の断面図
【図3】本発明の一実施例におけるインクジェットプリ
ンタヘッドの電極リード部の陽極酸化処理を行う際の電
極パターン平面図
【図4】従来のインクジェットプリンタヘッドのインク
沸騰部及びインク吐出部の断面図
【図5】従来のインクジェットプリンタヘッドのインク
吐出部及び電極リード部の平面図
【図6】図5に示す従来のインクジェットプリンタヘッ
ドの電極リード部の線A−A′断面図
【符号の説明】
1 導電性インク 2 インク室 3a,3b 電極 4 非導電性基板 5 絶縁膜 6 ノズル 7 電圧印加手段 8 接続端子 9 電極リード部 10 インク滴 11 被印刷表面 12 電極リード陽極酸化膜 13 電極部陽極酸化膜 14 レジスト

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】一対の電極間に通電して導電性インクを発
    熱沸騰させて導電性インクを吐出させるインクジェット
    プリンタヘッドであって、前記電極及び前記電極のリー
    ド部に同一材料のバルブ金属を用い、前記リード部表面
    に該リード部の材料の酸化膜を設け、さらに前記リード
    部を絶縁膜で覆ったことを特徴とするインクジェットプ
    リンタヘッド。
  2. 【請求項2】一対の電極間に通電して導電性インクを発
    熱沸騰させて導電性インクを吐出させるインクジェット
    プリンタヘッドであって、前記電極にバルブ金属を用
    い、前記電極表面に電極の材料の酸化膜を設けたことを
    特徴とするインクジェットプリンタヘッド。
  3. 【請求項3】前記バルブ金属がTi、または、Ti合金
    で、前記酸化膜が陽極酸化膜であることを特徴とする請
    求項1記載のインクジェットプリンタヘッド。
  4. 【請求項4】前記リード部の前記陽極酸化膜形成時の印
    加電圧が150Vから200Vであることを特徴とする
    請求項3記載のインクジェットプリンタヘッドの製造方
    法。
  5. 【請求項5】前記バルブ金属がTiまたは、Ti合金
    で、前記酸化膜が陽極酸化膜であることを特徴とする請
    求項2記載のインクジェットプリンタヘッド。
  6. 【請求項6】前記電極の前記陽極酸化膜形成時の印加電
    圧が5Vから15Vであることを特徴とする請求項5記
    載のインクジェットプリンタヘッドの製造方法。
JP32247194A 1994-12-26 1994-12-26 インクジェットプリンタヘッド及びその製造方法 Pending JPH08174848A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1998029252A1 (en) * 1996-12-31 1998-07-09 Idanit Technologies Ltd. Ink-jet print head

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1998029252A1 (en) * 1996-12-31 1998-07-09 Idanit Technologies Ltd. Ink-jet print head

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