JPH08238771A - インク噴射記録ヘッド及び記録装置 - Google Patents
インク噴射記録ヘッド及び記録装置Info
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- JPH08238771A JPH08238771A JP7043968A JP4396895A JPH08238771A JP H08238771 A JPH08238771 A JP H08238771A JP 7043968 A JP7043968 A JP 7043968A JP 4396895 A JP4396895 A JP 4396895A JP H08238771 A JPH08238771 A JP H08238771A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 本発明は、サーマルインクジェットプリント
ヘッドに利用される信頼性の高い高熱効率のヒータに関
するものである。 【解決手段】 Ｓｉ基板上に形成された表面が高温熱酸
化処理されている薄膜抵抗体と金属薄膜導体からなる複
数個の発熱抵抗体と、該複数個の発熱抵抗体に順次パル
ス通電することによって該発熱抵抗体と垂直又はほぼ垂
直方向にインク滴を吐出する複数個の吐出ノズルと、該
複数個の吐出ノズルのそれぞれに対応して該Ｓｉ基板上
に設けられた複数個の個別インク通路と、該個別インク
通路の全てが連通するべく前記Ｓｉ基板上に設けられた
共通インク通路からなり、前記個別インク通路の高さが
３０μｍよりも低く、前記インク吐出ノズル底の前記発
熱抵抗体面への垂直投影像が該薄膜抵抗体と±５μｍ以
内で重なるかそれより小さい構造とする。
ヘッドに利用される信頼性の高い高熱効率のヒータに関
するものである。 【解決手段】 Ｓｉ基板上に形成された表面が高温熱酸
化処理されている薄膜抵抗体と金属薄膜導体からなる複
数個の発熱抵抗体と、該複数個の発熱抵抗体に順次パル
ス通電することによって該発熱抵抗体と垂直又はほぼ垂
直方向にインク滴を吐出する複数個の吐出ノズルと、該
複数個の吐出ノズルのそれぞれに対応して該Ｓｉ基板上
に設けられた複数個の個別インク通路と、該個別インク
通路の全てが連通するべく前記Ｓｉ基板上に設けられた
共通インク通路からなり、前記個別インク通路の高さが
３０μｍよりも低く、前記インク吐出ノズル底の前記発
熱抵抗体面への垂直投影像が該薄膜抵抗体と±５μｍ以
内で重なるかそれより小さい構造とする。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、熱エネルギを利用して
インク液滴を記録媒体に向けて飛翔させる形式の記録装
置に関するものである。
インク液滴を記録媒体に向けて飛翔させる形式の記録装
置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】パルス加熱によってインクの一部を急速
に気化させ、その膨張力によってインク液滴をオリフィ
スから吐出させる方式のインクジェット記録装置は特開
昭４８−９６２２号公報、特開昭５４−５１８３７号公
報等によって開示されている。
に気化させ、その膨張力によってインク液滴をオリフィ
スから吐出させる方式のインクジェット記録装置は特開
昭４８−９６２２号公報、特開昭５４−５１８３７号公
報等によって開示されている。
【０００３】このパルス加熱の最も簡便な方法は発熱抵
抗体にパルス通電することであり、その具体的な方法が
日経メカニカル１９９２年１２月２８日号５８ページ、
及びHewlett-Packard-Journal,Aug.1988で発表されてい
る。これら従来の発熱抵抗体の共通する基本的構成は、
薄膜抵抗体と薄膜導体を酸化防止層で被覆し、この上に
該酸化防止層のキャビテーション破壊を防ぐ目的で、耐
キャビテーション層を１〜２層被覆するというものであ
った。
抗体にパルス通電することであり、その具体的な方法が
日経メカニカル１９９２年１２月２８日号５８ページ、
及びHewlett-Packard-Journal,Aug.1988で発表されてい
る。これら従来の発熱抵抗体の共通する基本的構成は、
薄膜抵抗体と薄膜導体を酸化防止層で被覆し、この上に
該酸化防止層のキャビテーション破壊を防ぐ目的で、耐
キャビテーション層を１〜２層被覆するというものであ
った。
【０００４】この複雑な多層構造を抜本的に簡略化する
ものとして、本出願人が先に出願した特開平０６−７１
８８８号公報に記載のように、前記酸化防止層と耐キャ
ビテーション層を不要とする発熱抵抗体を用いて印字す
る方法がある。この場合は、薄膜抵抗体がインクと直接
接触しているため、パルス加熱によるインクの急激な核
沸騰とそれによるインクの吐出特性が大幅に改善され、
熱効率の大幅な改善と吐出周波数の向上を図ることがで
きた。このような画期的な性能を実現できた最大の理由
は、耐パルス性、耐酸化性、耐電食性に優れたＣｒ−Ｓ
ｉ−ＳｉＯ又はＴａ−Ｓｉ−ＳｉＯ合金薄膜抵抗体とＮ
ｉ薄膜導体のみから構成される発熱抵抗体を用いたこと
にあり、如何なる保護層も必要としないことによる。
ものとして、本出願人が先に出願した特開平０６−７１
８８８号公報に記載のように、前記酸化防止層と耐キャ
ビテーション層を不要とする発熱抵抗体を用いて印字す
る方法がある。この場合は、薄膜抵抗体がインクと直接
接触しているため、パルス加熱によるインクの急激な核
沸騰とそれによるインクの吐出特性が大幅に改善され、
熱効率の大幅な改善と吐出周波数の向上を図ることがで
きた。このような画期的な性能を実現できた最大の理由
は、耐パルス性、耐酸化性、耐電食性に優れたＣｒ−Ｓ
ｉ−ＳｉＯ又はＴａ−Ｓｉ−ＳｉＯ合金薄膜抵抗体とＮ
ｉ薄膜導体のみから構成される発熱抵抗体を用いたこと
にあり、如何なる保護層も必要としないことによる。
【０００５】このように、従来技術に比較して、大幅に
小さな投入エネルギでインク噴射が可能となったので、
この発熱抵抗体を駆動用ＬＳＩチップ上のデバイス領域
に近接して形成しても、もはやＬＳＩデバイスを加熱し
て温度上昇をもたらすこともなく、非常に簡単な構成の
モノリシックＬＳＩヘッドを実現することができるよう
になった。これについては本出願人が先に出願した特願
平０４−３４７１５０号及び特願平０５−９０１２３号
に記載の通りである。この新しい技術によって、多くの
インク噴射ノズルを持つオンデマンド型インクジェット
プリントヘッドが高密度に、しかも２次元的に集積化し
て製造することができるようになり、高速印刷の可能な
フルカラーインクジェットプリンタを実現させることが
できた。
小さな投入エネルギでインク噴射が可能となったので、
この発熱抵抗体を駆動用ＬＳＩチップ上のデバイス領域
に近接して形成しても、もはやＬＳＩデバイスを加熱し
て温度上昇をもたらすこともなく、非常に簡単な構成の
モノリシックＬＳＩヘッドを実現することができるよう
になった。これについては本出願人が先に出願した特願
平０４−３４７１５０号及び特願平０５−９０１２３号
に記載の通りである。この新しい技術によって、多くの
インク噴射ノズルを持つオンデマンド型インクジェット
プリントヘッドが高密度に、しかも２次元的に集積化し
て製造することができるようになり、高速印刷の可能な
フルカラーインクジェットプリンタを実現させることが
できた。
【０００６】更に、保護層の不要な薄膜発熱抵抗体の優
れた発泡消滅特性（特願平０５−２７２４５１号）を利
用すれば、この発熱抵抗体面と垂直又はほぼ垂直方向に
インク滴を吐出させる方式のサーマルインクジェットプ
リントヘッドにおいては、新しい駆動方法によってクロ
ストークを大幅に低減でき、サブドロップの発生とか印
画濃度変化の無いヘッドとすることが可能となった（特
願平０６−２１０６０号、特願平０６−４９２０２号、
特願平０６−１５６９４９号参照）。
れた発泡消滅特性（特願平０５−２７２４５１号）を利
用すれば、この発熱抵抗体面と垂直又はほぼ垂直方向に
インク滴を吐出させる方式のサーマルインクジェットプ
リントヘッドにおいては、新しい駆動方法によってクロ
ストークを大幅に低減でき、サブドロップの発生とか印
画濃度変化の無いヘッドとすることが可能となった（特
願平０６−２１０６０号、特願平０６−４９２０２号、
特願平０６−１５６９４９号参照）。
【０００７】また、このような特性を持つ大規模高集積
化プリントヘッドの製造方法についても、高い歩留りで
製造する方法を考案した（特願平０６−２０１９８５号
参照）。
化プリントヘッドの製造方法についても、高い歩留りで
製造する方法を考案した（特願平０６−２０１９８５号
参照）。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】この大規模高集積化プ
リントヘッドに種々の水性インクを充填してフルカラー
印刷を行っていたところ、設計寿命を下廻るヘッドが出
現することが分かった。そこで詳細な検討を行ったとこ
ろ、寿命的に問題のなかったヘッドのインクは比抵抗が
比較的大きいほぼ中性の水性インクであったこと、設計
寿命を下廻るヘッドのインクは比抵抗が１０2〜１０3Ω
cmと小さく、ＰＨ＝８〜９と非中性であることが分かっ
た。
リントヘッドに種々の水性インクを充填してフルカラー
印刷を行っていたところ、設計寿命を下廻るヘッドが出
現することが分かった。そこで詳細な検討を行ったとこ
ろ、寿命的に問題のなかったヘッドのインクは比抵抗が
比較的大きいほぼ中性の水性インクであったこと、設計
寿命を下廻るヘッドのインクは比抵抗が１０2〜１０3Ω
cmと小さく、ＰＨ＝８〜９と非中性であることが分かっ
た。
【０００９】本発明の目的は、比抵抗の小さな非中性の
水性インクに対しても寿命的に問題がなく、しかも加熱
発泡特性では保護層のない発熱抵抗体と同等である薄膜
発熱抵抗体とプリントヘッドを提供することにある。
水性インクに対しても寿命的に問題がなく、しかも加熱
発泡特性では保護層のない発熱抵抗体と同等である薄膜
発熱抵抗体とプリントヘッドを提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】上記目的は、Ｓｉ基板上
に形成された薄膜抵抗体と薄膜導体からなる複数個の発
熱抵抗体と、該複数個の発熱抵抗体に順次パルス通電す
ることによって該発熱抵抗体と垂直又はほぼ垂直方向に
インク滴を吐出する複数個の吐出ノズルと、該複数個の
吐出ノズルのそれぞれに対応して該Ｓｉ基板上に設けら
れた複数個の個別インク通路と、該個別インク通路の全
てが連通するべく前記Ｓｉ基板上に設けられた共通イン
ク通路と、からなるインク噴射記録ヘッドであり、前記
個別インク通路の高さが３０μｍよりも低く、前記イン
ク吐出ノズル底の前記発熱抵抗体面への垂直投影像が該
発熱抵抗体と±５μｍ以内で重なるかそれより小さい構
造のインク噴射記録ヘッドにおいて、前記薄膜抵抗体の
表面が高温熱酸化による電気絶縁被膜化処理され、且つ
前記薄膜抵抗体のそれぞれにつながる個別薄膜導体の全
てと該薄膜抵抗体の一部が前記個別インク通路を形成す
る耐熱性樹脂の隔壁によっておおわれることにより達成
される。
に形成された薄膜抵抗体と薄膜導体からなる複数個の発
熱抵抗体と、該複数個の発熱抵抗体に順次パルス通電す
ることによって該発熱抵抗体と垂直又はほぼ垂直方向に
インク滴を吐出する複数個の吐出ノズルと、該複数個の
吐出ノズルのそれぞれに対応して該Ｓｉ基板上に設けら
れた複数個の個別インク通路と、該個別インク通路の全
てが連通するべく前記Ｓｉ基板上に設けられた共通イン
ク通路と、からなるインク噴射記録ヘッドであり、前記
個別インク通路の高さが３０μｍよりも低く、前記イン
ク吐出ノズル底の前記発熱抵抗体面への垂直投影像が該
発熱抵抗体と±５μｍ以内で重なるかそれより小さい構
造のインク噴射記録ヘッドにおいて、前記薄膜抵抗体の
表面が高温熱酸化による電気絶縁被膜化処理され、且つ
前記薄膜抵抗体のそれぞれにつながる個別薄膜導体の全
てと該薄膜抵抗体の一部が前記個別インク通路を形成す
る耐熱性樹脂の隔壁によっておおわれることにより達成
される。
【００１１】なお、前記吐出ノズルの深さは８０μｍよ
り浅くするのが好ましい。
り浅くするのが好ましい。
【００１２】また、上記薄膜抵抗体の表面熱酸化処理が
酸素雰囲気中での加熱炉による加熱処理、あるいは長い
パルス幅でのパルス通電による加熱処理、またはこれら
の組み合せによる加熱処理によることで達成される。
酸素雰囲気中での加熱炉による加熱処理、あるいは長い
パルス幅でのパルス通電による加熱処理、またはこれら
の組み合せによる加熱処理によることで達成される。
【００１３】更に、前記パルス通電による熱酸化処理工
程中に抵抗値をモニタし、対象とするヘッド内の全ての
薄膜抵抗体の抵抗値を均一化させることにより達成され
る。
程中に抵抗値をモニタし、対象とするヘッド内の全ての
薄膜抵抗体の抵抗値を均一化させることにより達成され
る。
【００１４】なお、上記薄膜抵抗体としてはＴａ−Ｓｉ
−ＳｉＯ合金薄膜抵抗体、上記薄膜導体としてはＮｉ金
属薄膜導体を用いるのが好ましい。
−ＳｉＯ合金薄膜抵抗体、上記薄膜導体としてはＮｉ金
属薄膜導体を用いるのが好ましい。
【００１５】また、上記薄膜抵抗体と薄膜導体が該薄膜
抵抗体と同程度の厚さの絶縁物層で被覆されているこ
と、熱分解開始温度が４００℃以上である耐熱性樹脂を
上記隔壁の構成材料として用いることによって効果的に
達成される。
抵抗体と同程度の厚さの絶縁物層で被覆されているこ
と、熱分解開始温度が４００℃以上である耐熱性樹脂を
上記隔壁の構成材料として用いることによって効果的に
達成される。
【００１６】
【作用】上記のように薄くて均質な熱酸化電気絶縁性被
膜で被覆されている薄膜抵抗体は、もはや電解質インク
と直接的に接触することがなく、したがって電食による
短寿命化の問題も発生しない。更に、この上に薄い絶縁
物層がある場合でもその厚さが抵抗体膜厚と同等と非常
に薄いので、インクへの加熱効率は絶縁物層の無い場合
とほとんど変わらず今迄と同等の性能が得られ、信頼性
が更に高くなる。
膜で被覆されている薄膜抵抗体は、もはや電解質インク
と直接的に接触することがなく、したがって電食による
短寿命化の問題も発生しない。更に、この上に薄い絶縁
物層がある場合でもその厚さが抵抗体膜厚と同等と非常
に薄いので、インクへの加熱効率は絶縁物層の無い場合
とほとんど変わらず今迄と同等の性能が得られ、信頼性
が更に高くなる。
【００１７】但し、これらの薄い絶縁物層が破壊されて
しまうと電食が発生する可能性があるので絶縁物層の破
壊を完全に防止しておくことが重要である。そのために
は気泡の消滅時に発生する衝撃波を起こさせてはならな
い。
しまうと電食が発生する可能性があるので絶縁物層の破
壊を完全に防止しておくことが重要である。そのために
は気泡の消滅時に発生する衝撃波を起こさせてはならな
い。
【００１８】そこで、本出願人はこの衝撃波を起こさせ
ない方法として「個別インク通路の高さを３０μｍ以下
とし、且つ吐出ノズル底の発熱抵抗体面への垂直投影像
が該発熱抵抗体と±５μｍ以内で重なるかそれより小さ
い構造し、好ましくは前記ノズルの深さを８０μｍより
も浅くするヘッド構造とすること」を見出した。このよ
うな構造とすることによって、発生した気泡は外気とつ
ながるところ（吐出口）まで成長を続け、もはや気泡が
つぶれるという現象が発生しないことを実験的にも確認
した。
ない方法として「個別インク通路の高さを３０μｍ以下
とし、且つ吐出ノズル底の発熱抵抗体面への垂直投影像
が該発熱抵抗体と±５μｍ以内で重なるかそれより小さ
い構造し、好ましくは前記ノズルの深さを８０μｍより
も浅くするヘッド構造とすること」を見出した。このよ
うな構造とすることによって、発生した気泡は外気とつ
ながるところ（吐出口）まで成長を続け、もはや気泡が
つぶれるという現象が発生しないことを実験的にも確認
した。
【００１９】一方、熱分解開始温度が４００℃以上のポ
リイミドなどの樹脂隔壁でヒータの一部を含む個別薄膜
導体をカバーするのは、共通薄膜導体と同電位にある電
解質インクに対し高い（又は低い）電位にある個別薄膜
導体を樹脂で埋め込み、個別薄膜導体が電食される可能
性を完全に零とするためである。ヒータの必要な加熱温
度はゆらぎ核沸騰が発生する約３１０℃であり、ヒータ
とか駆動回路のバラツキを考慮してもヒ−タの加熱温度
を３４０±３０℃の範囲に制御することは容易である。
即ち、耐熱性樹脂がカバーする個別薄膜導体に近いヒー
タ部分の最高温度は３６０〜３７０℃であり、この最高
温度に近い温度に加熱される積算時間は約０．２μｓ×
１億パルス＝２０秒という短時間である。即ち、ポリイ
ミドのような熱分解開始温度が４００℃又はそれ以上の
樹脂を利用する限りにおいて、この構成のヘッドの寿命
や信頼性に何の問題も発生しないことが分かる。これら
についてのデータは実施例において説明する。
リイミドなどの樹脂隔壁でヒータの一部を含む個別薄膜
導体をカバーするのは、共通薄膜導体と同電位にある電
解質インクに対し高い（又は低い）電位にある個別薄膜
導体を樹脂で埋め込み、個別薄膜導体が電食される可能
性を完全に零とするためである。ヒータの必要な加熱温
度はゆらぎ核沸騰が発生する約３１０℃であり、ヒータ
とか駆動回路のバラツキを考慮してもヒ−タの加熱温度
を３４０±３０℃の範囲に制御することは容易である。
即ち、耐熱性樹脂がカバーする個別薄膜導体に近いヒー
タ部分の最高温度は３６０〜３７０℃であり、この最高
温度に近い温度に加熱される積算時間は約０．２μｓ×
１億パルス＝２０秒という短時間である。即ち、ポリイ
ミドのような熱分解開始温度が４００℃又はそれ以上の
樹脂を利用する限りにおいて、この構成のヘッドの寿命
や信頼性に何の問題も発生しないことが分かる。これら
についてのデータは実施例において説明する。
【００２０】なお、共通薄膜導体上に同様の樹脂を被覆
する必要のない理由は、該導体とインクは同電位にして
おくので、単なる腐食はＮｉ薄膜金属では発生しないこ
とによる。
する必要のない理由は、該導体とインクは同電位にして
おくので、単なる腐食はＮｉ薄膜金属では発生しないこ
とによる。
【００２１】
【実施例】以下、図面を用いて具体的な実施例を説明す
る。
る。
【００２２】図１にインク吐出ノズル近傍の拡大断面図
を、図２にはその周辺までを含めた断面図を示す。シリ
コン基板１上に厚さ１〜２μｍのＳｉＯ2断熱層１７を
設け、この上に耐パルス性と耐酸化性に優れた厚さ約
０．２μｍのＴａ−Ｓｉ−ＳｉＯ合金薄膜抵抗体３と厚
さ約１μｍの個別Ｎｉ金属薄膜導体４と共通Ｎｉ金属薄
膜導体５をスパッタ法とフォトエッチング法によって形
成することは本出願人が先に出願した特開平０６−７１
８８８号公報に記載した通りである。
を、図２にはその周辺までを含めた断面図を示す。シリ
コン基板１上に厚さ１〜２μｍのＳｉＯ2断熱層１７を
設け、この上に耐パルス性と耐酸化性に優れた厚さ約
０．２μｍのＴａ−Ｓｉ−ＳｉＯ合金薄膜抵抗体３と厚
さ約１μｍの個別Ｎｉ金属薄膜導体４と共通Ｎｉ金属薄
膜導体５をスパッタ法とフォトエッチング法によって形
成することは本出願人が先に出願した特開平０６−７１
８８８号公報に記載した通りである。
【００２３】ここで先ず、Ｔａ−Ｓｉ−ＳｉＯ合金薄膜
抵抗体（以下抵抗体という）の高温熱酸化特性について
説明する。この抵抗体を５００℃大気中に放置した時の
抵抗値Ｒを測定したが、その逆数Ｒｏ／Ｒを図５に示
す。ここでＲｏは熱処理前の抵抗値である。熱酸化処理
された抵抗体の表面はいずれも電気的な絶縁物（酸化
物）に変化していることを確認している。図５におい
て、Ｒｏ／Ｒが直線的に減少している事実は、熱酸化処
理によって絶縁性酸化物に変化する速さ（表面からの酸
化深さ）が熱処理時間に比例していることを示してい
る。
抵抗体（以下抵抗体という）の高温熱酸化特性について
説明する。この抵抗体を５００℃大気中に放置した時の
抵抗値Ｒを測定したが、その逆数Ｒｏ／Ｒを図５に示
す。ここでＲｏは熱処理前の抵抗値である。熱酸化処理
された抵抗体の表面はいずれも電気的な絶縁物（酸化
物）に変化していることを確認している。図５におい
て、Ｒｏ／Ｒが直線的に減少している事実は、熱酸化処
理によって絶縁性酸化物に変化する速さ（表面からの酸
化深さ）が熱処理時間に比例していることを示してい
る。
【００２４】一方、５００℃で酸化処理された抵抗体
は、３５０℃での大気中の放置でその抵抗値を変化させ
ないことを確認しており、このままの状態で本抵抗体を
３５０℃付近でパルス加熱させても抵抗値が何ら変化し
ないことを１億パルス以上の印加テストで確認済みであ
る。
は、３５０℃での大気中の放置でその抵抗値を変化させ
ないことを確認しており、このままの状態で本抵抗体を
３５０℃付近でパルス加熱させても抵抗値が何ら変化し
ないことを１億パルス以上の印加テストで確認済みであ
る。
【００２５】更に、この絶縁性酸化被膜の厚さを約１０
００Åとした抵抗体をｐＨ８〜９の電解質インクにつけ
て電位勾配３０Ｖ／５０μｍでの電蝕テストを行った
が、１０分以上の連続印加で何の変化も認められなかっ
た。このことは、１０００Åという非常に薄い膜である
にもかかわらずピンホ−ル等の欠陥の無い絶縁被膜が形
成されていることを示しており、熱酸化膜でなければ達
成し得ない性質と、しかもそれが均質であるという特徴
を合わせ持っていることが分かる。
００Åとした抵抗体をｐＨ８〜９の電解質インクにつけ
て電位勾配３０Ｖ／５０μｍでの電蝕テストを行った
が、１０分以上の連続印加で何の変化も認められなかっ
た。このことは、１０００Åという非常に薄い膜である
にもかかわらずピンホ−ル等の欠陥の無い絶縁被膜が形
成されていることを示しており、熱酸化膜でなければ達
成し得ない性質と、しかもそれが均質であるという特徴
を合わせ持っていることが分かる。
【００２６】さて、この熱酸化処理によってＮｉのよう
な金属薄膜導体が酸化されたり、本出願人が先に出願し
た特願平０４−３４７１５０号、特願平０５−９０１２
３号、及び特願平０６−２０１９８５号に記載したモノ
リシックＬＳＩヘッドのように４００℃以上の加熱処理
が難しい場合は、合金薄膜抵抗体にパルス通電して抵抗
体のみを約５５０〜６００℃にパルス加熱することによ
って熱酸化処理を行なう必要がある。この場合の加熱パ
ルス幅は高温保持時間の長い約１ｍｓという長いパルス
幅とするのが熱酸化処理にとって効果的であり、外部か
らの駆動で容易にこれを行うことが可能である。即ち、
実駆動時のパルス幅１〜２μｓに比して１０3倍も長い
パルス幅で加熱処理を行うので、加熱処理温度を実駆動
時よりも２００〜２５０℃高くしても駆動ＬＳＩの定格
電力を大幅に下廻り、何ら問題とならないのである。
又、このパルス加熱処理時のＳｉ基板温度を１００℃程
度に加熱しておいても良い。
な金属薄膜導体が酸化されたり、本出願人が先に出願し
た特願平０４−３４７１５０号、特願平０５−９０１２
３号、及び特願平０６−２０１９８５号に記載したモノ
リシックＬＳＩヘッドのように４００℃以上の加熱処理
が難しい場合は、合金薄膜抵抗体にパルス通電して抵抗
体のみを約５５０〜６００℃にパルス加熱することによ
って熱酸化処理を行なう必要がある。この場合の加熱パ
ルス幅は高温保持時間の長い約１ｍｓという長いパルス
幅とするのが熱酸化処理にとって効果的であり、外部か
らの駆動で容易にこれを行うことが可能である。即ち、
実駆動時のパルス幅１〜２μｓに比して１０3倍も長い
パルス幅で加熱処理を行うので、加熱処理温度を実駆動
時よりも２００〜２５０℃高くしても駆動ＬＳＩの定格
電力を大幅に下廻り、何ら問題とならないのである。
又、このパルス加熱処理時のＳｉ基板温度を１００℃程
度に加熱しておいても良い。
【００２７】上記熱処理によって薄膜抵抗体の抵抗値は
３０〜４０％大きくなるが、特にパルス加熱処理工程中
に同時にこの抵抗値を計測検査することが可能である。
そこでこのパルス加熱処理中に全ての抵抗体の抵抗値を
モニタし、それらを±１％以内の抵抗値に揃えるように
した。これによって従来、±５％程度のバラツキを持っ
ていた抵抗体列の抵抗値を揃えることが可能となり、実
駆動時のインク加熱温度を均一に揃えることで余分な加
熱がなくなり、インクのこげつき、抵抗体寿命等、ヘッ
ドの信頼性の向上に大きく貢献させることが可能となっ
た。
３０〜４０％大きくなるが、特にパルス加熱処理工程中
に同時にこの抵抗値を計測検査することが可能である。
そこでこのパルス加熱処理中に全ての抵抗体の抵抗値を
モニタし、それらを±１％以内の抵抗値に揃えるように
した。これによって従来、±５％程度のバラツキを持っ
ていた抵抗体列の抵抗値を揃えることが可能となり、実
駆動時のインク加熱温度を均一に揃えることで余分な加
熱がなくなり、インクのこげつき、抵抗体寿命等、ヘッ
ドの信頼性の向上に大きく貢献させることが可能となっ
た。
【００２８】更に、本出願人が先に出願した特願平０６
−２０１９８５号に記載した方法で隔壁８とオリフィス
プレ−ト１１を形成するが、図１に示すように、個別電
極４の全部と発熱抵抗体３の一部を隔壁８によって被覆
した構成とする。発熱抵抗体３を被覆するのは個別電極
４の端から５〜８μｍで良く、これによる熱効率の低
−２０１９８５号に記載した方法で隔壁８とオリフィス
プレ−ト１１を形成するが、図１に示すように、個別電
極４の全部と発熱抵抗体３の一部を隔壁８によって被覆
した構成とする。発熱抵抗体３を被覆するのは個別電極
４の端から５〜８μｍで良く、これによる熱効率の低
【００２９】下は１０〜１５％程度に止まっている。
【作用】の項で述べたように、発熱抵抗体の最高温度は
３６０〜３７０℃以下であり、隔壁８の構成材料をポリ
イミドのような熱分解開始温度が４００℃以上である耐
熱性樹脂を用いる限り寿命的に何ら問題とならないこと
を後で示す。
３６０〜３７０℃以下であり、隔壁８の構成材料をポリ
イミドのような熱分解開始温度が４００℃以上である耐
熱性樹脂を用いる限り寿命的に何ら問題とならないこと
を後で示す。
【００３０】これに対し、従来技術で用いられている耐
熱性の低い感光性レジスト材料などをこの隔壁に用いる
と、１０００万ドット程度の吐出で電食による破断が発
生することを確認している。なお、隔壁材料をこのよう
な耐熱性樹脂としたことにより、発熱抵抗体３と隔壁８
の重なりが個別インク通路９の幅方向で発生しても信頼
性的には問題がなく、ヘッド製造上の位置合わせ精度
（アライナの精度）に余裕を与えるという良い結果をも
たらせている。
熱性の低い感光性レジスト材料などをこの隔壁に用いる
と、１０００万ドット程度の吐出で電食による破断が発
生することを確認している。なお、隔壁材料をこのよう
な耐熱性樹脂としたことにより、発熱抵抗体３と隔壁８
の重なりが個別インク通路９の幅方向で発生しても信頼
性的には問題がなく、ヘッド製造上の位置合わせ精度
（アライナの精度）に余裕を与えるという良い結果をも
たらせている。
【００３１】さて、図１及び図２に示すように、オリフ
ィスプレ−ト１１にドライエッチングによってあけられ
るインク吐出ノズル１２はストレ−トな円筒形であり、
場合によっては本出願人が先に出願した特願平０５−３
１８２７２号に記載したように傾斜させるが、その底面
の発熱抵抗体３への垂直投影像が該発熱抵抗体３と±５
μｍ以内で重なるかそれより小さい構造とし、隔壁８の
高さも３０μｍ以下とする。この実施例ではそれを２５
μｍとし、ヒ−タを５０μｍ□、ノズル径を５０μｍφ
とした。
ィスプレ−ト１１にドライエッチングによってあけられ
るインク吐出ノズル１２はストレ−トな円筒形であり、
場合によっては本出願人が先に出願した特願平０５−３
１８２７２号に記載したように傾斜させるが、その底面
の発熱抵抗体３への垂直投影像が該発熱抵抗体３と±５
μｍ以内で重なるかそれより小さい構造とし、隔壁８の
高さも３０μｍ以下とする。この実施例ではそれを２５
μｍとし、ヒ−タを５０μｍ□、ノズル径を５０μｍφ
とした。
【００３２】なお、オリフィスプレ−ト１１は隔壁と同
じポリイミドの５０μｍ厚フィルムを用いているので、
これに純水を充填してストロボ観察を行うと、ポリイミ
ドはほぼ透明なのでパルス通電による気泡の発生とか水
滴の吐出の様子を見ることが出来る。通電パルス幅を２
μｓとした時、通電開始後のこの観察結果を図３（ａ）
に示す。
じポリイミドの５０μｍ厚フィルムを用いているので、
これに純水を充填してストロボ観察を行うと、ポリイミ
ドはほぼ透明なのでパルス通電による気泡の発生とか水
滴の吐出の様子を見ることが出来る。通電パルス幅を２
μｓとした時、通電開始後のこの観察結果を図３（ａ）
に示す。
【００３３】即ち、通電開始後約２〜３μｓでノズル内
の水は１２〜１５ｍ／ｓの速さで吐出を始めているが、
インク通路９内の水はほとんど動いていない。但し既に
この時の気泡１６の内圧はほとんど零である。通電開始
後６μＳで吐出する水の最後尾はノズル１２の出口近く
まで来ており、一方のインク通路８内の水は１気圧の圧
力差によって発熱抵抗体３側に移動を始めている。しか
し通電開始後９μＳの時点でノズル１２は既に大気圧と
なっており、インク通路９内の水の移動も圧力差が零と
なるので緩慢となる。そして再びノズル１２に水が充満
するのに約７０μｓの時間が必要であった。この吐出過
程の観察結果から明らかになったように、真空気泡の消
滅という現象は発生せず、従って、キャビテ−ション特
有の衝撃波も発生していない。
の水は１２〜１５ｍ／ｓの速さで吐出を始めているが、
インク通路９内の水はほとんど動いていない。但し既に
この時の気泡１６の内圧はほとんど零である。通電開始
後６μＳで吐出する水の最後尾はノズル１２の出口近く
まで来ており、一方のインク通路８内の水は１気圧の圧
力差によって発熱抵抗体３側に移動を始めている。しか
し通電開始後９μＳの時点でノズル１２は既に大気圧と
なっており、インク通路９内の水の移動も圧力差が零と
なるので緩慢となる。そして再びノズル１２に水が充満
するのに約７０μｓの時間が必要であった。この吐出過
程の観察結果から明らかになったように、真空気泡の消
滅という現象は発生せず、従って、キャビテ−ション特
有の衝撃波も発生していない。
【００３４】これに対し、ノズル底が大きく拡がってい
る図３（ｂ）の場合、吐出する水はインク通路９内の水
と完全につながり、真空気泡は約９μＳ後に消滅してそ
の時に衝撃波を発生させる。この衝撃波はリバウンド現
象（再発泡）を発生させる程の強さではないが、ヒ−タ
の中央部に局部的な衝撃力を与え、場合によってはヒ−
タを破壊してしまう(Hewlett-Packard Journal,Feb.199
4,P41参照）。
る図３（ｂ）の場合、吐出する水はインク通路９内の水
と完全につながり、真空気泡は約９μＳ後に消滅してそ
の時に衝撃波を発生させる。この衝撃波はリバウンド現
象（再発泡）を発生させる程の強さではないが、ヒ−タ
の中央部に局部的な衝撃力を与え、場合によってはヒ−
タを破壊してしまう(Hewlett-Packard Journal,Feb.199
4,P41参照）。
【００３５】電解質インクを充填した寿命試験では、図
３（ａ）では１億パルス以上のインク吐出で何ら問題は
なく、図３（ｂ）では１００万パルス以下から１０００
万パルス程度の範囲に大きくバラツいていてその差は明
らかであった。また、上記衝撃力の有無は、ヘッド基板
裏面に張り付けたＡＥセンサ（音響検出器）によって直
接的に検証することもできた。即ち、オ−プンプ−ル沸
騰では気泡の発生時と消滅時に検出される衝撃力が、本
発明のヘッドでは気泡の発生時の衝撃力さえ１／１０以
下と小さくなり、気泡の消滅時に観測されるべき衝撃力
が全く検出できなくなるのである。これは上に述べたよ
うに、気泡が消滅するという現象そのものが無くなって
いることを示している。
３（ａ）では１億パルス以上のインク吐出で何ら問題は
なく、図３（ｂ）では１００万パルス以下から１０００
万パルス程度の範囲に大きくバラツいていてその差は明
らかであった。また、上記衝撃力の有無は、ヘッド基板
裏面に張り付けたＡＥセンサ（音響検出器）によって直
接的に検証することもできた。即ち、オ−プンプ−ル沸
騰では気泡の発生時と消滅時に検出される衝撃力が、本
発明のヘッドでは気泡の発生時の衝撃力さえ１／１０以
下と小さくなり、気泡の消滅時に観測されるべき衝撃力
が全く検出できなくなるのである。これは上に述べたよ
うに、気泡が消滅するという現象そのものが無くなって
いることを示している。
【００３６】なお、絶縁性酸化被膜は形成されるがピン
ホ−ル等の欠陥が発生し易い他の抵抗体材料の場合は、
発熱抵抗体膜と同程度の厚さの絶縁物層７をヒ−タ全面
に被膜すると有効であることが認められた（図４参
照）。この薄い絶縁物層７としては、ＲＦスパッタ法に
よるＳｉＯ2層、Ｔａ2Ｏ5層、Ｓｉ3Ｎ4層、プラズマＣ
ＶＤ法によるＳｉ3Ｎ4層、或いはゾルゲルコ−ト法によ
るＡｌ2Ｏ3層、半導体プロセスで良く使用されているＳ
ＯＧ膜など、密着性と被覆性の良い絶縁物であれば利用
可能である。この場合でもゆらぎ核沸騰に必要な印加電
力はパルス幅を２μＳの場合で裸のヒ−タの場合の約
１．５倍程度で良く、これは厚い２層構造の保護層を持
つ従来技術のヒ−タの場合の印加エネルギの１／７〜１
／１０という大きさで、その優れた熱効率の良さが理解
されよう。この優れた熱効率によって駆動回路をヘッド
と同一のＳｉ基板上に高密度に集積化させることがで
き、これによって作られる高集積化ヘッドで高速のフル
カラ−インクジェットプリンタが作られることは本出願
人が出願した特願平０６−２０１９８５号他に記載した
通りである。
ホ−ル等の欠陥が発生し易い他の抵抗体材料の場合は、
発熱抵抗体膜と同程度の厚さの絶縁物層７をヒ−タ全面
に被膜すると有効であることが認められた（図４参
照）。この薄い絶縁物層７としては、ＲＦスパッタ法に
よるＳｉＯ2層、Ｔａ2Ｏ5層、Ｓｉ3Ｎ4層、プラズマＣ
ＶＤ法によるＳｉ3Ｎ4層、或いはゾルゲルコ−ト法によ
るＡｌ2Ｏ3層、半導体プロセスで良く使用されているＳ
ＯＧ膜など、密着性と被覆性の良い絶縁物であれば利用
可能である。この場合でもゆらぎ核沸騰に必要な印加電
力はパルス幅を２μＳの場合で裸のヒ−タの場合の約
１．５倍程度で良く、これは厚い２層構造の保護層を持
つ従来技術のヒ−タの場合の印加エネルギの１／７〜１
／１０という大きさで、その優れた熱効率の良さが理解
されよう。この優れた熱効率によって駆動回路をヘッド
と同一のＳｉ基板上に高密度に集積化させることがで
き、これによって作られる高集積化ヘッドで高速のフル
カラ−インクジェットプリンタが作られることは本出願
人が出願した特願平０６−２０１９８５号他に記載した
通りである。
【００３７】なお、オリフィスプレート１１の厚さを８
０μｍ以上とすると、吐出インクがノズルから離脱する
前に補充インクが発熱抵抗体上に完全に復帰できる場合
がある。この場合は、キャビテーションの衝撃波が発生
し、発熱抵抗体の寿命を短くしてしまうことを確認して
おり、ヘッドの設計上の制約となっている。
０μｍ以上とすると、吐出インクがノズルから離脱する
前に補充インクが発熱抵抗体上に完全に復帰できる場合
がある。この場合は、キャビテーションの衝撃波が発生
し、発熱抵抗体の寿命を短くしてしまうことを確認して
おり、ヘッドの設計上の制約となっている。
【００３８】
【発明の効果】本発明によれば、非常に薄い熱酸化物層
或いは更にこの上に薄い絶縁物層で発熱抵抗体を電解質
インクと隔離し、個別電極の全てを耐熱性隔壁で電解質
インクと隔離し、しかも核沸騰によって発生した気泡を
消滅させないノズル構造とすることによって薄い絶縁物
層をキャビテ−ション破壊から守り、これらによって加
熱効率をほとんど低下させずにヒ−タの電食破壊を完全
に防止することができた。このことは信頼性の高い高集
積化ヘッドの製造が可能となり、電解質インクを用いて
も高速のフルカラ−インクジェットプリンタを構成でき
ることを示している。
或いは更にこの上に薄い絶縁物層で発熱抵抗体を電解質
インクと隔離し、個別電極の全てを耐熱性隔壁で電解質
インクと隔離し、しかも核沸騰によって発生した気泡を
消滅させないノズル構造とすることによって薄い絶縁物
層をキャビテ−ション破壊から守り、これらによって加
熱効率をほとんど低下させずにヒ−タの電食破壊を完全
に防止することができた。このことは信頼性の高い高集
積化ヘッドの製造が可能となり、電解質インクを用いて
も高速のフルカラ−インクジェットプリンタを構成でき
ることを示している。
【図１】本発明になるインク吐出ノズルの拡大断面図で
ある。
ある。
【図２】図１に示すノズルの周辺部を含めた断面図であ
る。
る。
【図３】ノズル構造の違いによる気泡と水滴の動きの様
子を観察した結果である。
子を観察した結果である。
【図４】図１に示す発熱抵抗体に薄膜抵抗体と同程度の
厚さの絶縁物層を被覆したインク吐出ノズルの拡大断面
図である。
厚さの絶縁物層を被覆したインク吐出ノズルの拡大断面
図である。
【図５】Ｔａ−Ｓｉ−ＳｉＯ合金薄膜抵抗体の５００℃
大気中での抵抗変化を示すグラフである。
大気中での抵抗変化を示すグラフである。
１はシリコン基板、２は駆動用ＬＳＩデバイス領域、３
は薄膜発熱抵抗体、４は個別薄膜導体、５は共通薄膜導
体（グランド）、６はスルーホール接続部、７は絶縁物
層、８は隔壁、９は個別インク通路、１０は共通インク
通路、１１はオリフィスプレート、１２はインク吐出ノ
ズル、１３は吐出インク、１４はインク溝、１５はイン
クのメニスカス、１６は気泡、１７は断熱層である。
は薄膜発熱抵抗体、４は個別薄膜導体、５は共通薄膜導
体（グランド）、６はスルーホール接続部、７は絶縁物
層、８は隔壁、９は個別インク通路、１０は共通インク
通路、１１はオリフィスプレート、１２はインク吐出ノ
ズル、１３は吐出インク、１４はインク溝、１５はイン
クのメニスカス、１６は気泡、１７は断熱層である。
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成７年９月１４日
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正内容】
【書類名】 明細書
【発明の名称】 インク噴射記録ヘッド及び記録装
置
置
【特許請求の範囲】
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、熱エネルギを利用して
インク液滴を記録媒体に向けて飛翔させる形式の記録装
置に関するものである。
インク液滴を記録媒体に向けて飛翔させる形式の記録装
置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】パルス加熱によってインクの一部を急速
に気化させ、その膨張力によってインク液滴をオリフィ
スから吐出させる方式のインクジェット記録装置は特開
昭４８−９６２２号公報、特開昭５４−５１８３７号公
報等によって開示されている。
に気化させ、その膨張力によってインク液滴をオリフィ
スから吐出させる方式のインクジェット記録装置は特開
昭４８−９６２２号公報、特開昭５４−５１８３７号公
報等によって開示されている。
【０００３】このパルス加熱の最も簡便な方法は発熱抵
抗体にパルス通電することであり、その具体的な方法が
日経メカニカル１９９２年１２月２８日号５８ページ、
及びHewlett-Packard-Journal,Aug.1988で発表されてい
る。これら従来の発熱抵抗体の共通する基本的構成は、
薄膜抵抗体と薄膜導体を酸化防止層で被覆し、この上に
該酸化防止層のキャビテーション破壊を防ぐ目的で、耐
キャビテーション層を１〜２層被覆するというものであ
った。
抗体にパルス通電することであり、その具体的な方法が
日経メカニカル１９９２年１２月２８日号５８ページ、
及びHewlett-Packard-Journal,Aug.1988で発表されてい
る。これら従来の発熱抵抗体の共通する基本的構成は、
薄膜抵抗体と薄膜導体を酸化防止層で被覆し、この上に
該酸化防止層のキャビテーション破壊を防ぐ目的で、耐
キャビテーション層を１〜２層被覆するというものであ
った。
【０００４】この複雑な多層構造を抜本的に簡略化する
ものとして、本出願人が先に出願した特開平０６−７１
８８８号公報に記載のように、前記酸化防止層と耐キャ
ビテーション層を不要とする発熱抵抗体を用いて印字す
る方法がある。この場合は、薄膜抵抗体がインクと直接
接触しているため、パルス加熱によるインクの急激な核
沸騰とそれによるインクの吐出特性が大幅に改善され、
熱効率の大幅な改善と吐出周波数の向上を図ることがで
きた。このような画期的な性能を実現できた最大の理由
は、耐パルス性、耐酸化性、耐電蝕性に優れたＣｒ−Ｓ
ｉ−ＳｉＯ又はＴａ−Ｓｉ−ＳｉＯ合金薄膜抵抗体とＮ
ｉ薄膜導体のみから構成される発熱抵抗体を用いたこと
にあり、如何なる保護層も必要としないことによる。
ものとして、本出願人が先に出願した特開平０６−７１
８８８号公報に記載のように、前記酸化防止層と耐キャ
ビテーション層を不要とする発熱抵抗体を用いて印字す
る方法がある。この場合は、薄膜抵抗体がインクと直接
接触しているため、パルス加熱によるインクの急激な核
沸騰とそれによるインクの吐出特性が大幅に改善され、
熱効率の大幅な改善と吐出周波数の向上を図ることがで
きた。このような画期的な性能を実現できた最大の理由
は、耐パルス性、耐酸化性、耐電蝕性に優れたＣｒ−Ｓ
ｉ−ＳｉＯ又はＴａ−Ｓｉ−ＳｉＯ合金薄膜抵抗体とＮ
ｉ薄膜導体のみから構成される発熱抵抗体を用いたこと
にあり、如何なる保護層も必要としないことによる。
【０００５】このように、従来技術に比較して、大幅に
小さな投入エネルギでインク噴射が可能となったので、
この発熱抵抗体を駆動用ＬＳＩチップ上のデバイス領域
に近接して形成しても、もはやＬＳＩデバイスを加熱し
て温度上昇をもたらすこともなく、非常に簡単な構成の
モノリシックＬＳＩヘッドを実現することができるよう
になった。これについては本出願人が先に出願した特願
平０４−３４７１５０号及び特願平０５−９０１２３号
に記載の通りである。この新しい技術によって、多くの
インク噴射ノズルを持つオンデマンド型インクジェット
プリントヘッドが高密度に、しかも２次元的に集積化し
て製造することができるようになり、高速印刷の可能な
フルカラーインクジェットプリンタを実現させることが
できた。
小さな投入エネルギでインク噴射が可能となったので、
この発熱抵抗体を駆動用ＬＳＩチップ上のデバイス領域
に近接して形成しても、もはやＬＳＩデバイスを加熱し
て温度上昇をもたらすこともなく、非常に簡単な構成の
モノリシックＬＳＩヘッドを実現することができるよう
になった。これについては本出願人が先に出願した特願
平０４−３４７１５０号及び特願平０５−９０１２３号
に記載の通りである。この新しい技術によって、多くの
インク噴射ノズルを持つオンデマンド型インクジェット
プリントヘッドが高密度に、しかも２次元的に集積化し
て製造することができるようになり、高速印刷の可能な
フルカラーインクジェットプリンタを実現させることが
できた。
【０００６】更に、保護層の不要な薄膜発熱抵抗体の優
れた発泡消滅特性（特願平０５−２７２４５１号）を利
用すれば、この発熱抵抗体面と垂直又はほぼ垂直方向に
インク滴を吐出させる方式のサーマルインクジェットプ
リントヘッドにおいては、新しい駆動方法によってクロ
ストークを大幅に低減でき、サブドロップの発生とか印
画濃度変化の無いヘッドとすることが可能となった（特
願平０６−２１０６０号、特願平０６−４９２０２号、
特願平０６−１５６９４９号参照）。
れた発泡消滅特性（特願平０５−２７２４５１号）を利
用すれば、この発熱抵抗体面と垂直又はほぼ垂直方向に
インク滴を吐出させる方式のサーマルインクジェットプ
リントヘッドにおいては、新しい駆動方法によってクロ
ストークを大幅に低減でき、サブドロップの発生とか印
画濃度変化の無いヘッドとすることが可能となった（特
願平０６−２１０６０号、特願平０６−４９２０２号、
特願平０６−１５６９４９号参照）。
【０００７】また、このような特性を持つ大規模高集積
化プリントヘッドの製造方法についても、高い歩留りで
製造する方法を考案した（特願平０６−２０１９８５号
参照）。
化プリントヘッドの製造方法についても、高い歩留りで
製造する方法を考案した（特願平０６−２０１９８５号
参照）。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】この大規模高集積化プ
リントヘッドに種々の水性インクを充填してフルカラー
印刷を行っていたところ、設計寿命を下廻るヘッドが出
現することが分かった。そこで詳細な検討を行ったとこ
ろ、寿命的に問題のなかったヘッドのインクは比抵抗が
比較的大きいほぼ中性の水性インクであったこと、設計
寿命を下廻るヘッドのインクは比抵抗が１０2〜１０3Ω
cmと小さく、ＰＨ＝８〜９と非中性であることが分かっ
た。
リントヘッドに種々の水性インクを充填してフルカラー
印刷を行っていたところ、設計寿命を下廻るヘッドが出
現することが分かった。そこで詳細な検討を行ったとこ
ろ、寿命的に問題のなかったヘッドのインクは比抵抗が
比較的大きいほぼ中性の水性インクであったこと、設計
寿命を下廻るヘッドのインクは比抵抗が１０2〜１０3Ω
cmと小さく、ＰＨ＝８〜９と非中性であることが分かっ
た。
【０００９】本発明の目的は、比抵抗の小さな非中性の
水性インクに対しても寿命的に問題がなく、しかも加熱
発泡特性では保護層のない発熱抵抗体と同等である薄膜
発熱抵抗体とプリントヘッドを提供することにある。
水性インクに対しても寿命的に問題がなく、しかも加熱
発泡特性では保護層のない発熱抵抗体と同等である薄膜
発熱抵抗体とプリントヘッドを提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】上記目的は、Ｓｉ基板上
に形成された薄膜抵抗体と薄膜導体からなる複数個の発
熱抵抗体と、該複数個の発熱抵抗体に順次パルス通電す
ることによって該発熱抵抗体と垂直又はほぼ垂直方向に
インク滴を吐出する複数個の吐出ノズルと、該複数個の
吐出ノズルのそれぞれに対応して該Ｓｉ基板上に設けら
れた複数個の個別インク通路と、該個別インク通路の全
てが連通するべく前記Ｓｉ基板上に設けられた共通イン
ク通路と、からなるインク噴射記録ヘッドであり、前記
個別インク通路の高さが３０μｍよりも低く、前記イン
ク吐出ノズル底の前記発熱抵抗体面への垂直投影像が該
発熱抵抗体と±５μｍ以内で重なるかそれより小さい構
造のインク噴射記録ヘッドにおいて、前記薄膜抵抗体の
表面が高温熱酸化による電気絶縁被膜化処理されている
ことによって達成される。
に形成された薄膜抵抗体と薄膜導体からなる複数個の発
熱抵抗体と、該複数個の発熱抵抗体に順次パルス通電す
ることによって該発熱抵抗体と垂直又はほぼ垂直方向に
インク滴を吐出する複数個の吐出ノズルと、該複数個の
吐出ノズルのそれぞれに対応して該Ｓｉ基板上に設けら
れた複数個の個別インク通路と、該個別インク通路の全
てが連通するべく前記Ｓｉ基板上に設けられた共通イン
ク通路と、からなるインク噴射記録ヘッドであり、前記
個別インク通路の高さが３０μｍよりも低く、前記イン
ク吐出ノズル底の前記発熱抵抗体面への垂直投影像が該
発熱抵抗体と±５μｍ以内で重なるかそれより小さい構
造のインク噴射記録ヘッドにおいて、前記薄膜抵抗体の
表面が高温熱酸化による電気絶縁被膜化処理されている
ことによって達成される。
【００１１】なお、前記吐出ノズルの深さは８０μｍよ
り浅くするのが好ましい。
り浅くするのが好ましい。
【００１２】また、上記薄膜抵抗体の表面熱酸化処理が
酸素雰囲気中での加熱炉による加熱処理、あるいは長い
パルス幅でのパルス通電による加熱処理、またはこれら
の組み合せによる加熱処理によることで達成される。
酸素雰囲気中での加熱炉による加熱処理、あるいは長い
パルス幅でのパルス通電による加熱処理、またはこれら
の組み合せによる加熱処理によることで達成される。
【００１３】更に、前記パルス通電による熱酸化処理工
程中に抵抗値をモニタし、対象とするヘッド内の全ての
薄膜抵抗体の抵抗値を均一化させることにより達成され
る。
程中に抵抗値をモニタし、対象とするヘッド内の全ての
薄膜抵抗体の抵抗値を均一化させることにより達成され
る。
【００１４】上記薄膜抵抗体としてはＴａ−Ｓｉ−Ｓｉ
Ｏ合金薄膜抵抗体、上記薄膜導体としてはＮｉ金属薄膜
導体を用いるのが好ましい。なお、その他の薄膜抵抗体
を用いる場合は、薄膜導体が該薄膜抵抗体と同程度の厚
さの絶縁物層で被覆されているほうが好ましい。
Ｏ合金薄膜抵抗体、上記薄膜導体としてはＮｉ金属薄膜
導体を用いるのが好ましい。なお、その他の薄膜抵抗体
を用いる場合は、薄膜導体が該薄膜抵抗体と同程度の厚
さの絶縁物層で被覆されているほうが好ましい。
【００１５】一方、電極に関しては、前記薄膜抵抗体の
それぞれにつながる個別薄膜導体の全てと該薄膜抵抗体
の一部を前記個別インク通路を形成する耐熱性樹脂の隔
壁によって覆うことで、より完全な保護が可能となる。
それぞれにつながる個別薄膜導体の全てと該薄膜抵抗体
の一部を前記個別インク通路を形成する耐熱性樹脂の隔
壁によって覆うことで、より完全な保護が可能となる。
【００１６】熱分解開始温度が４００℃以上である耐熱
性樹脂を上記隔壁の構成材料として用いることによって
効果的に達成される。
性樹脂を上記隔壁の構成材料として用いることによって
効果的に達成される。
【００１７】
【作用】上記のように薄くて均質な熱酸化電気絶縁性被
膜で被覆されている薄膜抵抗体は、もはや電解質インク
と直接的に接触することがなく、したがって電蝕による
短寿命化の問題も発生しない。
膜で被覆されている薄膜抵抗体は、もはや電解質インク
と直接的に接触することがなく、したがって電蝕による
短寿命化の問題も発生しない。
【００１８】但し、これらの薄い絶縁被膜が破壊されて
しまうと電蝕が発生する可能性があるので絶縁被膜の破
壊を完全に防止しておくことが重要である。そのために
は気泡の消滅時に発生する衝撃波を起こさせてはならな
い。
しまうと電蝕が発生する可能性があるので絶縁被膜の破
壊を完全に防止しておくことが重要である。そのために
は気泡の消滅時に発生する衝撃波を起こさせてはならな
い。
【００１９】そこで、本出願人はこの衝撃波を起こさせ
ない方法として「個別インク通路の高さを３０μｍ以下
とし、且つ吐出ノズル底の発熱抵抗体面への垂直投影像
が該発熱抵抗体と±５μｍ以内で重なるかそれより小さ
い構造し、好ましくは前記ノズルの深さを８０μｍより
も浅くするヘッド構造とすること」を見出した。このよ
うな構造とすることによって、発生した気泡は外気とつ
ながるところ（吐出口）まで成長を続け、もはや気泡が
つぶれるという現象が発生しないことを実験的にも確認
した。
ない方法として「個別インク通路の高さを３０μｍ以下
とし、且つ吐出ノズル底の発熱抵抗体面への垂直投影像
が該発熱抵抗体と±５μｍ以内で重なるかそれより小さ
い構造し、好ましくは前記ノズルの深さを８０μｍより
も浅くするヘッド構造とすること」を見出した。このよ
うな構造とすることによって、発生した気泡は外気とつ
ながるところ（吐出口）まで成長を続け、もはや気泡が
つぶれるという現象が発生しないことを実験的にも確認
した。
【００２０】一方、熱分解開始温度が４００℃以上のポ
リイミドなどの樹脂隔壁でヒータの一部を含む個別薄膜
導体をカバーすることで、共通薄膜導体と同電位にある
電解質インクに対し高い（又は低い）電位にある個別薄
膜導体を樹脂で埋め込み、個別薄膜導体が電蝕される可
能性を完全に零とすることが可能となる。ヒータの必要
な加熱温度はゆらぎ核沸騰が発生する約３１０℃であ
り、ヒータとか駆動回路のバラツキを考慮してもヒ−タ
の加熱温度を３４０±３０℃の範囲に制御することは容
易である。即ち、耐熱性樹脂がカバーする個別薄膜導体
に近いヒータ部分の最高温度は３６０〜３７０℃であ
り、この最高温度に近い温度に加熱される積算時間は約
０．２μｓ×１億パルス＝２０秒という短時間である。
即ち、ポリイミドのような熱分解開始温度が４００℃又
はそれ以上の樹脂を利用する限りにおいて、この構成の
ヘッドの寿命や信頼性に何の問題も発生しないことが分
かる。これらについてのデータは実施例において説明す
る。
リイミドなどの樹脂隔壁でヒータの一部を含む個別薄膜
導体をカバーすることで、共通薄膜導体と同電位にある
電解質インクに対し高い（又は低い）電位にある個別薄
膜導体を樹脂で埋め込み、個別薄膜導体が電蝕される可
能性を完全に零とすることが可能となる。ヒータの必要
な加熱温度はゆらぎ核沸騰が発生する約３１０℃であ
り、ヒータとか駆動回路のバラツキを考慮してもヒ−タ
の加熱温度を３４０±３０℃の範囲に制御することは容
易である。即ち、耐熱性樹脂がカバーする個別薄膜導体
に近いヒータ部分の最高温度は３６０〜３７０℃であ
り、この最高温度に近い温度に加熱される積算時間は約
０．２μｓ×１億パルス＝２０秒という短時間である。
即ち、ポリイミドのような熱分解開始温度が４００℃又
はそれ以上の樹脂を利用する限りにおいて、この構成の
ヘッドの寿命や信頼性に何の問題も発生しないことが分
かる。これらについてのデータは実施例において説明す
る。
【００２１】なお、共通薄膜導体上に同様の樹脂を被覆
する必要のない理由は、該導体とインクは同電位にして
おくので、単なる腐食はＮｉ薄膜金属では発生しないこ
とによる。
する必要のない理由は、該導体とインクは同電位にして
おくので、単なる腐食はＮｉ薄膜金属では発生しないこ
とによる。
【００２２】
【実施例】以下、図面を用いて具体的な実施例を説明す
る。
る。
【００２３】図１にインク吐出ノズル近傍の拡大断面図
を、図２にはその周辺までを含めた断面図を示す。シリ
コン基板１上に厚さ１〜２μｍのＳｉＯ2断熱層１７を
設け、この上に耐パルス性と耐酸化性に優れた厚さ約
０．２μｍのＴａ−Ｓｉ−ＳｉＯ合金薄膜抵抗体３と厚
さ約１μｍの個別Ｎｉ金属薄膜導体４と共通Ｎｉ金属薄
膜導体５をスパッタ法とフォトエッチング法によって形
成することは本出願人が先に出願した特開平０６−７１
８８８号公報に記載した通りである。
を、図２にはその周辺までを含めた断面図を示す。シリ
コン基板１上に厚さ１〜２μｍのＳｉＯ2断熱層１７を
設け、この上に耐パルス性と耐酸化性に優れた厚さ約
０．２μｍのＴａ−Ｓｉ−ＳｉＯ合金薄膜抵抗体３と厚
さ約１μｍの個別Ｎｉ金属薄膜導体４と共通Ｎｉ金属薄
膜導体５をスパッタ法とフォトエッチング法によって形
成することは本出願人が先に出願した特開平０６−７１
８８８号公報に記載した通りである。
【００２４】ここで先ず、Ｔａ−Ｓｉ−ＳｉＯ合金薄膜
抵抗体（以下抵抗体という）の高温熱酸化特性について
説明する。この抵抗体を５００℃大気中に放置した時の
抵抗値Ｒを測定したが、その逆数Ｒｏ／Ｒを図５に示
す。ここでＲｏは熱処理前の抵抗値である。熱酸化処理
された抵抗体の表面はいずれも電気的な絶縁物（酸化
物）に変化していることを確認している。図５におい
て、Ｒｏ／Ｒが直線的に減少している事実は、熱酸化処
理によって絶縁性酸化物に変化する速さ（表面からの酸
化深さ）が熱処理時間に比例していることを示してい
る。
抵抗体（以下抵抗体という）の高温熱酸化特性について
説明する。この抵抗体を５００℃大気中に放置した時の
抵抗値Ｒを測定したが、その逆数Ｒｏ／Ｒを図５に示
す。ここでＲｏは熱処理前の抵抗値である。熱酸化処理
された抵抗体の表面はいずれも電気的な絶縁物（酸化
物）に変化していることを確認している。図５におい
て、Ｒｏ／Ｒが直線的に減少している事実は、熱酸化処
理によって絶縁性酸化物に変化する速さ（表面からの酸
化深さ）が熱処理時間に比例していることを示してい
る。
【００２５】一方、５００℃で酸化処理された抵抗体
は、３５０℃での大気中の放置でその抵抗値を変化させ
ないことを確認しており、このままの状態で本抵抗体を
３５０℃付近でパルス加熱させても抵抗値が何ら変化し
ないことを１億パルス以上の印加テストで確認済みであ
る。
は、３５０℃での大気中の放置でその抵抗値を変化させ
ないことを確認しており、このままの状態で本抵抗体を
３５０℃付近でパルス加熱させても抵抗値が何ら変化し
ないことを１億パルス以上の印加テストで確認済みであ
る。
【００２６】更に、この絶縁性酸化被膜の厚さを約１０
００Åとした抵抗体をｐＨ８〜９の電解質インクにつけ
て電位勾配３０Ｖ／５０μｍでの電蝕テストを行った
が、１０分以上の連続印加で何の変化も認められなかっ
た。このことは、１０００Åという非常に薄い膜である
にもかかわらずピンホ−ル等の欠陥の無い絶縁被膜が形
成されていることを示しており、熱酸化膜でなければ達
成し得ない性質と、しかもそれが均質であるという特徴
を合わせ持っていることが分かる。
００Åとした抵抗体をｐＨ８〜９の電解質インクにつけ
て電位勾配３０Ｖ／５０μｍでの電蝕テストを行った
が、１０分以上の連続印加で何の変化も認められなかっ
た。このことは、１０００Åという非常に薄い膜である
にもかかわらずピンホ−ル等の欠陥の無い絶縁被膜が形
成されていることを示しており、熱酸化膜でなければ達
成し得ない性質と、しかもそれが均質であるという特徴
を合わせ持っていることが分かる。
【００２７】さて、この熱酸化処理によってＮｉのよう
な金属薄膜導体が酸化されたり、本出願人が先に出願し
た特願平０４−３４７１５０号、特願平０５−９０１２
３号、及び特願平０６−２０１９８５号に記載したモノ
リシックＬＳＩヘッドのように４００℃以上の加熱処理
が難しい場合は、合金薄膜抵抗体にパルス通電して抵抗
体のみを約５５０〜６００℃にパルス加熱することによ
って熱酸化処理を行なう必要がある。この場合の加熱パ
ルス幅は高温保持時間の長い約１ｍｓという長いパルス
幅とするのが熱酸化処理にとって効果的であり、外部か
らの駆動で容易にこれを行うことが可能である。即ち、
実駆動時のパルス幅１〜２μｓに比して１０3倍も長い
パルス幅で加熱処理を行うので、加熱処理温度を実駆動
時よりも２００〜２５０℃高くしても駆動ＬＳＩの定格
電力を大幅に下廻り、何ら問題とならないのである。
又、このパルス加熱処理時のＳｉ基板温度を１００℃程
度に加熱しておいても良い。
な金属薄膜導体が酸化されたり、本出願人が先に出願し
た特願平０４−３４７１５０号、特願平０５−９０１２
３号、及び特願平０６−２０１９８５号に記載したモノ
リシックＬＳＩヘッドのように４００℃以上の加熱処理
が難しい場合は、合金薄膜抵抗体にパルス通電して抵抗
体のみを約５５０〜６００℃にパルス加熱することによ
って熱酸化処理を行なう必要がある。この場合の加熱パ
ルス幅は高温保持時間の長い約１ｍｓという長いパルス
幅とするのが熱酸化処理にとって効果的であり、外部か
らの駆動で容易にこれを行うことが可能である。即ち、
実駆動時のパルス幅１〜２μｓに比して１０3倍も長い
パルス幅で加熱処理を行うので、加熱処理温度を実駆動
時よりも２００〜２５０℃高くしても駆動ＬＳＩの定格
電力を大幅に下廻り、何ら問題とならないのである。
又、このパルス加熱処理時のＳｉ基板温度を１００℃程
度に加熱しておいても良い。
【００２８】上記熱処理によって薄膜抵抗体の抵抗値は
３０〜４０％大きくなるが、特にパルス加熱処理工程中
に同時にこの抵抗値を計測検査することが可能である。
そこでこのパルス加熱処理中に全ての抵抗体の抵抗値を
モニタし、それらを±１％以内の抵抗値に揃えるように
した。これによって従来、±５％程度のバラツキを持っ
ていた抵抗体列の抵抗値を揃えることが可能となり、実
駆動時のインク加熱温度を均一に揃えることで余分な加
熱がなくなり、インクのこげつき、抵抗体寿命等、ヘッ
ドの信頼性の向上に大きく貢献させることが可能となっ
た。
３０〜４０％大きくなるが、特にパルス加熱処理工程中
に同時にこの抵抗値を計測検査することが可能である。
そこでこのパルス加熱処理中に全ての抵抗体の抵抗値を
モニタし、それらを±１％以内の抵抗値に揃えるように
した。これによって従来、±５％程度のバラツキを持っ
ていた抵抗体列の抵抗値を揃えることが可能となり、実
駆動時のインク加熱温度を均一に揃えることで余分な加
熱がなくなり、インクのこげつき、抵抗体寿命等、ヘッ
ドの信頼性の向上に大きく貢献させることが可能となっ
た。
【００２９】更に、本出願人が先に出願した特願平０６
−２０１９８５号に記載した方法で隔壁８とオリフィス
プレ−ト１１を形成するが、図１に示すように、個別電
極４の全部と発熱抵抗体３の一部を隔壁８によって被覆
した構成とする。発熱抵抗体３を被覆するのは個別電極
４の端から５〜８μｍで良く、これによる熱効率の低下
は１０〜１５％程度に止まっている。作用の項で述べた
ように、発熱抵抗体の最高温度は３６０〜３７０℃以下
であり、隔壁８の構成材料をポリイミドのような熱分解
開始温度が４００℃以上である耐熱性樹脂を用いる限り
寿命的に何ら問題とならないことを後で示す。
−２０１９８５号に記載した方法で隔壁８とオリフィス
プレ−ト１１を形成するが、図１に示すように、個別電
極４の全部と発熱抵抗体３の一部を隔壁８によって被覆
した構成とする。発熱抵抗体３を被覆するのは個別電極
４の端から５〜８μｍで良く、これによる熱効率の低下
は１０〜１５％程度に止まっている。作用の項で述べた
ように、発熱抵抗体の最高温度は３６０〜３７０℃以下
であり、隔壁８の構成材料をポリイミドのような熱分解
開始温度が４００℃以上である耐熱性樹脂を用いる限り
寿命的に何ら問題とならないことを後で示す。
【００３０】これに対し、従来技術で用いられている耐
熱性の低い感光性レジスト材料などをこの隔壁に用いる
と、１０００万ドット程度の吐出で電蝕による破断が発
生することを確認している。なお、隔壁材料をこのよう
な耐熱性樹脂としたことにより、発熱抵抗体３と隔壁８
の重なりが個別インク通路９の幅方向で発生しても信頼
性的には問題がなく、ヘッド製造上の位置合わせ精度
（アライナの精度）に余裕を与えるという良い結果をも
たらせている。
熱性の低い感光性レジスト材料などをこの隔壁に用いる
と、１０００万ドット程度の吐出で電蝕による破断が発
生することを確認している。なお、隔壁材料をこのよう
な耐熱性樹脂としたことにより、発熱抵抗体３と隔壁８
の重なりが個別インク通路９の幅方向で発生しても信頼
性的には問題がなく、ヘッド製造上の位置合わせ精度
（アライナの精度）に余裕を与えるという良い結果をも
たらせている。
【００３１】さて、図１及び図２に示すように、オリフ
ィスプレ−ト１１にドライエッチングによってあけられ
るインク吐出ノズル１２はストレ−トな円筒形であり、
場合によっては本出願人が先に出願した特願平０５−３
１８２７２号に記載したように傾斜させるが、その底面
の発熱抵抗体３への垂直投影像が該発熱抵抗体３と±５
μｍ以内で重なるかそれより小さい構造とし、隔壁８の
高さも３０μｍ以下とする。この実施例ではそれを２５
μｍとし、ヒ−タを５０μｍ□、ノズル径を５０μｍφ
とした。
ィスプレ−ト１１にドライエッチングによってあけられ
るインク吐出ノズル１２はストレ−トな円筒形であり、
場合によっては本出願人が先に出願した特願平０５−３
１８２７２号に記載したように傾斜させるが、その底面
の発熱抵抗体３への垂直投影像が該発熱抵抗体３と±５
μｍ以内で重なるかそれより小さい構造とし、隔壁８の
高さも３０μｍ以下とする。この実施例ではそれを２５
μｍとし、ヒ−タを５０μｍ□、ノズル径を５０μｍφ
とした。
【００３２】なお、オリフィスプレ−ト１１は隔壁と同
じポリイミドの５０μｍ厚フィルムを用いているので、
これに純水を充填してストロボ観察を行うと、ポリイミ
ドはほぼ透明なのでパルス通電による気泡の発生とか水
滴の吐出の様子を見ることが出来る。通電パルス幅を２
μｓとした時、通電開始後のこの観察結果を図３（ａ）
に示す。
じポリイミドの５０μｍ厚フィルムを用いているので、
これに純水を充填してストロボ観察を行うと、ポリイミ
ドはほぼ透明なのでパルス通電による気泡の発生とか水
滴の吐出の様子を見ることが出来る。通電パルス幅を２
μｓとした時、通電開始後のこの観察結果を図３（ａ）
に示す。
【００３３】即ち、通電開始後約２〜３μｓでノズル内
の水は１２〜１５ｍ／ｓの速さで吐出を始めているが、
インク通路９内の水はほとんど動いていない。但し既に
この時の気泡１６の内圧はほとんど零である。通電開始
後６μＳで吐出する水の最後尾はノズル１２の出口近く
まで来ており、一方のインク通路８内の水は１気圧の圧
力差によって発熱抵抗体３側に移動を始めている。しか
し通電開始後９μＳの時点でノズル１２は既に大気圧と
なっており、インク通路９内の水の移動も圧力差が零と
なるので緩慢となる。そして再びノズル１２に水が充満
するのに約７０μｓの時間が必要であった。この吐出過
程の観察結果から明らかになったように、真空気泡の消
滅という現象は発生せず、従って、キャビテ−ション特
有の衝撃波も発生していない。
の水は１２〜１５ｍ／ｓの速さで吐出を始めているが、
インク通路９内の水はほとんど動いていない。但し既に
この時の気泡１６の内圧はほとんど零である。通電開始
後６μＳで吐出する水の最後尾はノズル１２の出口近く
まで来ており、一方のインク通路８内の水は１気圧の圧
力差によって発熱抵抗体３側に移動を始めている。しか
し通電開始後９μＳの時点でノズル１２は既に大気圧と
なっており、インク通路９内の水の移動も圧力差が零と
なるので緩慢となる。そして再びノズル１２に水が充満
するのに約７０μｓの時間が必要であった。この吐出過
程の観察結果から明らかになったように、真空気泡の消
滅という現象は発生せず、従って、キャビテ−ション特
有の衝撃波も発生していない。
【００３４】これに対し、ノズル底が大きく拡がってい
る図３（ｂ）の場合、吐出する水はインク通路９内の水
と完全につながり、真空気泡は約９μＳ後に消滅してそ
の時に衝撃波を発生させる。この衝撃波はリバウンド現
象（再発泡）を発生させる程の強さではないが、ヒ−タ
の中央部に局部的な衝撃力を与え、場合によってはヒ−
タを破壊してしまう(Hewlett-Packard Journal,Feb.199
4,P41参照）。
る図３（ｂ）の場合、吐出する水はインク通路９内の水
と完全につながり、真空気泡は約９μＳ後に消滅してそ
の時に衝撃波を発生させる。この衝撃波はリバウンド現
象（再発泡）を発生させる程の強さではないが、ヒ−タ
の中央部に局部的な衝撃力を与え、場合によってはヒ−
タを破壊してしまう(Hewlett-Packard Journal,Feb.199
4,P41参照）。
【００３５】電解質インクを充填した寿命試験では、図
３（ａ）では１億パルス以上のインク吐出で何ら問題は
なく、図３（ｂ）では１００万パルス以下から１０００
万パルス程度の範囲に大きくバラツいていてその差は明
らかであった。また、上記衝撃力の有無は、ヘッド基板
裏面に張り付けたＡＥセンサ（音響検出器）によって直
接的に検証することもできた。即ち、オ−プンプ−ル沸
騰では気泡の発生時と消滅時に検出される衝撃力が、本
発明のヘッドでは気泡の発生時の衝撃力さえ１／１０以
下と小さくなり、気泡の消滅時に観測されるべき衝撃力
が全く検出できなくなるのである。これは上に述べたよ
うに、気泡が消滅するという現象そのものが無くなって
いることを示している。
３（ａ）では１億パルス以上のインク吐出で何ら問題は
なく、図３（ｂ）では１００万パルス以下から１０００
万パルス程度の範囲に大きくバラツいていてその差は明
らかであった。また、上記衝撃力の有無は、ヘッド基板
裏面に張り付けたＡＥセンサ（音響検出器）によって直
接的に検証することもできた。即ち、オ−プンプ−ル沸
騰では気泡の発生時と消滅時に検出される衝撃力が、本
発明のヘッドでは気泡の発生時の衝撃力さえ１／１０以
下と小さくなり、気泡の消滅時に観測されるべき衝撃力
が全く検出できなくなるのである。これは上に述べたよ
うに、気泡が消滅するという現象そのものが無くなって
いることを示している。
【００３６】なお、絶縁性酸化被膜は形成されるがピン
ホ−ル等の欠陥が発生し易い他の抵抗体材料の場合は、
発熱抵抗体膜と同程度の厚さの絶縁物層７をヒ−タ全面
に被膜すると有効であることが認められた（図４参
照）。この薄い絶縁物層７としては、ＲＦスパッタ法に
よるＳｉＯ2層、Ｔａ2Ｏ5層、Ｓｉ3Ｎ4層、プラズマＣ
ＶＤ法によるＳｉ3Ｎ4層、或いはゾルゲルコ−ト法によ
るＡｌ2Ｏ3層、半導体プロセスで良く使用されているＳ
ＯＧ膜など、密着性と被覆性の良い絶縁物であれば利用
可能である。この場合でもゆらぎ核沸騰に必要な印加電
力はパルス幅を２μＳの場合で裸のヒ−タの場合の約
１．５倍程度で良く、これは厚い２層構造の保護層を持
つ従来技術のヒ−タの場合の印加エネルギの１／７〜１
／１０という大きさで、その優れた熱効率の良さが理解
されよう。この優れた熱効率によって駆動回路をヘッド
と同一のＳｉ基板上に高密度に集積化させることがで
き、これによって作られる高集積化ヘッドで高速のフル
カラ−インクジェットプリンタが作られることは本出願
人が出願した特願平０６−２０１９８５号他に記載した
通りである。
ホ−ル等の欠陥が発生し易い他の抵抗体材料の場合は、
発熱抵抗体膜と同程度の厚さの絶縁物層７をヒ−タ全面
に被膜すると有効であることが認められた（図４参
照）。この薄い絶縁物層７としては、ＲＦスパッタ法に
よるＳｉＯ2層、Ｔａ2Ｏ5層、Ｓｉ3Ｎ4層、プラズマＣ
ＶＤ法によるＳｉ3Ｎ4層、或いはゾルゲルコ−ト法によ
るＡｌ2Ｏ3層、半導体プロセスで良く使用されているＳ
ＯＧ膜など、密着性と被覆性の良い絶縁物であれば利用
可能である。この場合でもゆらぎ核沸騰に必要な印加電
力はパルス幅を２μＳの場合で裸のヒ−タの場合の約
１．５倍程度で良く、これは厚い２層構造の保護層を持
つ従来技術のヒ−タの場合の印加エネルギの１／７〜１
／１０という大きさで、その優れた熱効率の良さが理解
されよう。この優れた熱効率によって駆動回路をヘッド
と同一のＳｉ基板上に高密度に集積化させることがで
き、これによって作られる高集積化ヘッドで高速のフル
カラ−インクジェットプリンタが作られることは本出願
人が出願した特願平０６−２０１９８５号他に記載した
通りである。
【００３７】なお、オリフィスプレート１１の厚さを８
０μｍ以上とすると、吐出インクがノズルから離脱する
前に補充インクが発熱抵抗体上に完全に復帰できる場合
がある。この場合は、キャビテーションの衝撃波が発生
し、発熱抵抗体の寿命を短くしてしまうことを確認して
おり、ヘッドの設計上の制約となっている。
０μｍ以上とすると、吐出インクがノズルから離脱する
前に補充インクが発熱抵抗体上に完全に復帰できる場合
がある。この場合は、キャビテーションの衝撃波が発生
し、発熱抵抗体の寿命を短くしてしまうことを確認して
おり、ヘッドの設計上の制約となっている。
【００３８】
【発明の効果】本発明によれば、非常に薄い熱酸化物層
或いは更にこの上に薄い絶縁物層で発熱抵抗体を電解質
インクと隔離し、個別電極の全てを耐熱性隔壁で電解質
インクと隔離し、しかも核沸騰によって発生した気泡を
消滅させないノズル構造とすることによって薄い絶縁物
層をキャビテ−ション破壊から守り、これらによって加
熱効率をほとんど低下させずにヒ−タの電蝕破壊を完全
に防止することができた。このことは信頼性の高い高集
積化ヘッドの製造が可能となり、電解質インクを用いて
も高速のフルカラ−インクジェットプリンタを構成でき
ることを示している。
或いは更にこの上に薄い絶縁物層で発熱抵抗体を電解質
インクと隔離し、個別電極の全てを耐熱性隔壁で電解質
インクと隔離し、しかも核沸騰によって発生した気泡を
消滅させないノズル構造とすることによって薄い絶縁物
層をキャビテ−ション破壊から守り、これらによって加
熱効率をほとんど低下させずにヒ−タの電蝕破壊を完全
に防止することができた。このことは信頼性の高い高集
積化ヘッドの製造が可能となり、電解質インクを用いて
も高速のフルカラ−インクジェットプリンタを構成でき
ることを示している。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明になるインク吐出ノズルの拡大断面図で
ある。
ある。
【図２】図１に示すノズルの周辺部を含めた断面図であ
る。
る。
【図３】ノズル構造の違いによる気泡と水滴の動きの様
子を観察した結果である。
子を観察した結果である。
【図４】図１に示す発熱抵抗体に薄膜抵抗体と同程度の
厚さの絶縁物層を被覆したインク吐出ノズルの拡大断面
図である。
厚さの絶縁物層を被覆したインク吐出ノズルの拡大断面
図である。
【図５】Ｔａ−Ｓｉ−ＳｉＯ合金薄膜抵抗体の５００℃
大気中での抵抗変化を示すグラフである。
大気中での抵抗変化を示すグラフである。
【符号の説明】 １はシリコン基板、２は駆動用ＬＳＩデバイス領域、３
は薄膜発熱抵抗体、４は個別薄膜導体、５は共通薄膜導
体（グランド）、６はスルーホール接続部、７は絶縁物
層、８は隔壁、９は個別インク通路、１０は共通インク
通路、１１はオリフィスプレート、１２はインク吐出ノ
ズル、１３は吐出インク、１４はインク溝、１５はイン
クのメニスカス、１６は気泡、１７は断熱層である。
は薄膜発熱抵抗体、４は個別薄膜導体、５は共通薄膜導
体（グランド）、６はスルーホール接続部、７は絶縁物
層、８は隔壁、９は個別インク通路、１０は共通インク
通路、１１はオリフィスプレート、１２はインク吐出ノ
ズル、１３は吐出インク、１４はインク溝、１５はイン
クのメニスカス、１６は気泡、１７は断熱層である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 清水 一夫 茨城県ひたちなか市武田1060番地 日立工 機株式会社内 (72)発明者 町田 治 茨城県ひたちなか市武田1060番地 日立工 機株式会社内
Claims (11)
- 【請求項１】 Ｓｉ基板上に形成された薄膜抵抗体と薄
膜導体からなる複数個の発熱抵抗体と、該複数個の発熱
抵抗体に順次パルス通電することによって該発熱抵抗体
と垂直又はほぼ垂直方向にインク滴を吐出する複数個の
吐出ノズルと、該複数個の吐出ノズルのそれぞれに対応
して該Ｓｉ基板上に設けられた複数個の個別インク通路
と、該個別インク通路の全てが連通するべく前記Ｓｉ基
板上に設けられた共通インク通路と、からなるインク噴
射記録ヘッドであり、前記個別インク通路の高さが３０
μｍよりも低く、前記インク吐出ノズル底の前記発熱抵
抗体面への垂直投影像が該薄膜抵抗体と±５μｍ以内で
重なるかそれより小さい構造のインク噴射記録ヘッドに
おいて、前記薄膜抵抗体の表面が高温熱酸化による電気
絶縁被膜化処理され、且つ前記薄膜抵抗体のそれぞれに
つながる個別薄膜導体の全てと該薄膜抵抗体の一部が前
記個別インク通路を形成する耐熱性樹脂の隔壁によって
おおわれていることを特徴とするインク噴射記録ヘッ
ド。 - 【請求項２】 請求項１記載のインク噴射記録ヘッドに
おいて、前記吐出ノズルの深さが８０μｍより浅いこと
を特徴とするインク噴射記録ヘッド。 - 【請求項３】 上記薄膜抵抗体の表面熱酸化処理が酸化
雰囲気中での加熱炉による加熱処理によることを特徴と
する請求項１記載のインク噴射記録ヘッド。 - 【請求項４】 上記薄膜抵抗体の表面熱酸化処理が長い
パルス幅でのパルス通電による酸素雰囲気中での加熱処
理によることを特徴とする請求項１記載のインク噴射記
録ヘッド。 - 【請求項５】 上記薄膜抵抗体の表面熱酸化処理が酸化
雰囲気中での加熱炉による加熱と長いパルス幅でのパル
ス通電による加熱処理の組み合せによることを特徴とす
る請求項１記載のインク噴射記録ヘッド。 - 【請求項６】 前記パルス通電による熱酸化処理工程中
に抵抗値をモニタし、対象とするヘッド内の全ての薄膜
抵抗体の抵抗値を均一化させることを特徴とする請求項
４または５記載のインク噴射記録ヘッド。 - 【請求項７】 上記薄膜抵抗体がＴａ−Ｓｉ−ＳｉＯ合
金薄膜抵抗体であることを特徴とする請求項１〜６記載
のインク噴射記録ヘッド。 - 【請求項８】 上記薄膜導体がＮｉ金属薄膜導体である
ことを特徴とする請求項１〜６記載のインク噴射記録ヘ
ッド。 - 【請求項９】 上記薄膜抵抗体及び薄膜導体が前記薄膜
抵抗体と同程度の厚さの絶縁物層で被覆されていること
を特徴とする請求項１〜６記載のインク噴射記録ヘッ
ド。 - 【請求項１０】 熱分解開始温度が４００℃以上である
耐熱性樹脂を上記隔壁の構成材料として用いることを特
徴とする請求項１〜６記載のインク噴射記録ヘッド。 - 【請求項１１】 請求項１〜１０いずれかに記載のイン
ク噴射記録ヘッドを搭載することを特徴とする記録装
置。
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP04396895A JP3573515B2 (ja) | 1995-03-03 | 1995-03-03 | インク噴射記録ヘッド、記録装置、およびインク噴射記録ヘッドの製造方法 |
| US08/580,273 US5831648A (en) | 1992-05-29 | 1995-12-27 | Ink jet recording head |
| DE19604268A DE19604268C2 (de) | 1995-03-03 | 1996-02-06 | Tintenstrahldruckkopf und Verfahren zu seiner Herstellung |
| GB9603978A GB2298395B (en) | 1995-03-03 | 1996-02-26 | Ink jet recording head |
| FR9602539A FR2731180B1 (fr) | 1995-03-03 | 1996-02-29 | Tete d'enregistrement a jet d'encre, imprimante munie de cette tete et procede de fabrication de cette tete |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP04396895A JP3573515B2 (ja) | 1995-03-03 | 1995-03-03 | インク噴射記録ヘッド、記録装置、およびインク噴射記録ヘッドの製造方法 |
Related Child Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001151340A Division JP3778488B2 (ja) | 2001-05-21 | 2001-05-21 | インク噴射記録ヘッド用発熱抵抗体、インク噴射記録ヘッドおよび記録装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08238771A true JPH08238771A (ja) | 1996-09-17 |
| JP3573515B2 JP3573515B2 (ja) | 2004-10-06 |
Family
ID=12678517
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP04396895A Expired - Lifetime JP3573515B2 (ja) | 1992-05-29 | 1995-03-03 | インク噴射記録ヘッド、記録装置、およびインク噴射記録ヘッドの製造方法 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3573515B2 (ja) |
| DE (1) | DE19604268C2 (ja) |
| FR (1) | FR2731180B1 (ja) |
| GB (1) | GB2298395B (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5790154A (en) * | 1995-12-08 | 1998-08-04 | Hitachi Koki Co., Ltd. | Method of manufacturing an ink ejection recording head and a recording apparatus using the recording head |
| US6012804A (en) * | 1997-09-24 | 2000-01-11 | Mitani; Masao | Ink jet recording head |
| KR100359106B1 (ko) * | 1998-07-22 | 2002-11-04 | 삼성전자 주식회사 | 잉크젯 프린터 헤드의 액츄에이터 제조방법 |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3194465B2 (ja) * | 1995-12-27 | 2001-07-30 | 富士写真フイルム株式会社 | インクジェット記録ヘッド |
| WO2019044913A1 (en) * | 2017-08-31 | 2019-03-07 | Canon Kabushiki Kaisha | METHOD FOR GENERATING ULTRAFINE BUBBLES, MANUFACTURING APPARATUS AND METHOD FOR MANUFACTURING LIQUID CONTAINING ULTRAFINE BUBBLES, AND LIQUID CONTAINING ULTRA FINE BUBBLES |
| JP7271108B2 (ja) * | 2017-08-31 | 2023-05-11 | キヤノン株式会社 | ウルトラファインバブル含有液の製造装置及びウルトラファインバブル含有液の製造方法 |
Family Cites Families (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CH538755A (fr) * | 1970-05-26 | 1973-06-30 | Commissariat Energie Atomique | Dispositif d'ajustage de la valeur d'une résistance à une valeur déterminée |
| DE3402683C2 (de) * | 1983-01-28 | 1994-06-09 | Canon Kk | Tintenstrahl-Aufzeichnungskopf |
| US4535343A (en) * | 1983-10-31 | 1985-08-13 | Hewlett-Packard Company | Thermal ink jet printhead with self-passivating elements |
| US4532530A (en) * | 1984-03-09 | 1985-07-30 | Xerox Corporation | Bubble jet printing device |
| GB2233887B (en) * | 1989-04-28 | 1992-06-03 | Braitrim | Garment hanger |
| JPH03506004A (ja) * | 1989-05-12 | 1991-12-26 | イーストマン・コダック・カンパニー | バブルジェット印刷ヘッド用の改善された液滴エジェクタ要素及び製造方法 |
| US4994826A (en) * | 1990-01-19 | 1991-02-19 | Xerox Corporation | Thermal ink jet printhead with increased operating temperature and thermal efficiency |
| DE69219770T2 (de) * | 1991-11-12 | 1997-11-13 | Canon Kk | Polykristalline silicium enthaltende grundplatte für einen flussigkeitsstrahlaufzeichnungskopf, sein herstellungsverfahren, flussigkeitsstrahlaufzeichnungskopf damit versehen, und flussigkeitsstrahlaufzeichnungsgerät |
| JP3320825B2 (ja) * | 1992-05-29 | 2002-09-03 | 富士写真フイルム株式会社 | 記録装置 |
| US6315398B1 (en) * | 1992-10-21 | 2001-11-13 | Xerox Corporation | Thermal ink jet heater design |
| JPH07153603A (ja) * | 1993-11-26 | 1995-06-16 | Hitachi Koki Co Ltd | インクジェット用発熱抵抗体の製造方法及びインクジェットプリンタ |
| DE19505465A1 (de) * | 1994-02-18 | 1995-08-24 | Hitachi Koki Kk | Thermischer Tintenstrahldrucker |
-
1995
- 1995-03-03 JP JP04396895A patent/JP3573515B2/ja not_active Expired - Lifetime
-
1996
- 1996-02-06 DE DE19604268A patent/DE19604268C2/de not_active Expired - Lifetime
- 1996-02-26 GB GB9603978A patent/GB2298395B/en not_active Expired - Lifetime
- 1996-02-29 FR FR9602539A patent/FR2731180B1/fr not_active Expired - Lifetime
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5790154A (en) * | 1995-12-08 | 1998-08-04 | Hitachi Koki Co., Ltd. | Method of manufacturing an ink ejection recording head and a recording apparatus using the recording head |
| US6012804A (en) * | 1997-09-24 | 2000-01-11 | Mitani; Masao | Ink jet recording head |
| KR100359106B1 (ko) * | 1998-07-22 | 2002-11-04 | 삼성전자 주식회사 | 잉크젯 프린터 헤드의 액츄에이터 제조방법 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| DE19604268A1 (de) | 1996-09-12 |
| FR2731180B1 (fr) | 1998-06-05 |
| GB9603978D0 (en) | 1996-04-24 |
| GB2298395B (en) | 1998-07-15 |
| FR2731180A1 (fr) | 1996-09-06 |
| JP3573515B2 (ja) | 2004-10-06 |
| DE19604268C2 (de) | 1999-03-25 |
| GB2298395A (en) | 1996-09-04 |
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