JPH09174841A - インクジェット記録ヘッド用基板、インクジェット記録ヘッドおよびインクジェット記録装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 発熱抵抗体の上層の保護膜が薄く、消費電力
の少ない、信頼性の高いインクジェット記録ヘッド用基
板を得て、その基板を用いて優れたインクジェット記録
用ヘッドおよびインクジェット記録装置を得る。 【解決手段】 基板上に絶縁膜、配線パターン、絶縁
膜、発熱抵抗体の順に積層され、上層の絶縁膜に設けら
れたスルーホール介して発熱抵抗体と配線パターンと接
続し、さらにそれらの上に保護膜が全面に形成されてい
るインクジェット記録ヘッド用基板を用いてインクジェ
ット記録ヘッドおよびインクジェット記録装置を作製す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、インクジェット記
録ヘッド、特に吐出エネルギー発生素子により、インク
内に生じるバブルの成長・収縮により、吐出口よりイン
クを吐出させて記録を行うインクジェット記録ヘッドに
関する。

【０００２】

【従来の技術】米国特許第４７２３１２９号あるいは米
国特許第４７４０７９号に記載されているインクジェッ
ト記録方式は、高速・高密度で高精度・高画質の記録が
可能で、かつカラー化、コンパクト化に適しており、近
年特に注目を集めている。その方式を用いる装置の代表
例においては、記録液体等（以下、インクと称する）を
熱エネルギーを利用して吐出させるため、インクに熱を
作用させる熱作用部が存在する。すなわち、インク流路
に対応して、一対の配線電極と、それらの配線電極に接
続され、配線電極間の領域に熱を発生するための発熱抵
抗層とを有する電気熱変換体を設け、その発熱抵抗体層
から発生した熱エネルギーを利用して熱作用面上のイン
クを急激に加熱発泡させ、その発泡によってインクを吐
出するものである。

【０００３】ところで、インクジェット記録ヘッドの熱
作用面については、インクの発泡と消泡の繰返しによる
キャビテーションがもたらす機械的衝撃、さらにはエロ
ージョンに曝されるという点、また、０．１〜１０マイ
クロ秒という極めて短時間に１０００℃前後の温度の上
昇および下降に曝されるといった点などのように厳しい
環境に置かれるため、使用する環境から発熱抵抗体層を
保護するための保護層が設けられている。

【０００４】図３および図４に従来のインクジェット記
録ヘッド用基板の例を示した。図３は平面図、図４はそ
のＢ−Ｂ’線での断面図である。図中、１０２は発熱
部、１０３および１０４はＡｌなどからなる電極配線、
１０６は蓄熱層、１０９は発熱抵抗体、１１１は耐キャ
ビテーション膜、１１２は保護膜、１２０はＳｉなどの
基板である。

【０００５】保護層は耐熱性、耐液性、液浸透防止性、
酸化安定性、絶縁性、耐破傷性および熱伝導性に優れて
いることが要求され、ＳｉＯ₂あるいはＳｉＮ等の無機
化合物が一般的に用いられている。さらに、単層の保護
膜では、発熱抵抗体層の保護性能に不十分な場合もあ
り、保護膜上に、より耐キャビテーション性の高いＴａ
等の金属の層を形成することもある。

【０００６】また、上記構成は、発熱抵抗体部以外で
も、例えば発熱抵抗体と電気的接続を取る配線パターン
上にも、ここではインクによって配線が腐食するのを防
止するために、同様の構成が採られている。

【０００７】このようにして、インクジェット記録ヘッ
ドにおいて、熱作用面であるＨＢ基板が構成されてお
り、上記保護膜の構成が、インクジェット記録ヘッドの
性能、例えば消費電力および寿命を決定づける重要なフ
ァクターとなっている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
保護膜の構成では、消費電力を下げることと、膜の信頼
性を上げ、寿命を伸ばすことは相反する要求となってし
まう。

【０００９】例えば、発熱抵抗体とインクに接する面の
間の膜の厚さが薄く熱伝導率が大きいほど熱の逃げが減
るため、発泡させるための消費電力は少なくて済む。す
なわち、保護膜が薄いほどエネルギー効率が良くなる。

【００１０】ところが一方、保護膜は発熱抵抗体を被覆
すると同時に、それにエネルギーを供給する配線パター
ンをも被覆している。配線パターンは通常、抵抗値が低
いほど良く、配線用金属としてはＡｌあるいはＡｌ合金
系の金属が用いられ、レイアウト上できるだけ幅広く、
かつ厚く（１０００Å〜数μｍ）形成されている。この
ために、保護膜を薄く形成した場合、配線パターン部の
段差の被覆性が悪くなったり、保護膜形成時の熱によっ
てヒロックやウィスカーが成長し、薄い保護膜をつき破
って、耐キャビテーション膜であるＴａとショートする
という問題が生じる。あるいは、ピンホールが発生する
場合もある。

【００１１】そこで本発明の目的は、発熱抵抗体の上層
の保護膜が薄く、消費電力の少ない、信頼性の高いイン
クジェット記録ヘッド用基板を得て、その基板を用いて
優れたインクジェット記録用ヘッドおよびインクジェッ
ト記録装置を得ることにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明は、基板上に複数
の発熱抵抗体、該発熱抵抗体と電気的に接続する配線パ
ターンが形成され、該発熱抵抗体と該配線パターンの上
にそれらをインクから保護するための保護膜が形成され
ているインクジェット記録ヘッド用基板において、基板
上に絶縁膜が形成され、該絶縁膜上に配線パターンが形
成され、該発熱抵抗体上に絶縁膜が形成され、前記配線
パターンがスルーホールを介して前記発熱抵抗体と接続
していることを特徴とするインクジェット記録ヘッド用
基板を提供する。

【００１３】さらに本発明は、駆動用の集積回路が作り
込まれた基板上に複数の発熱抵抗体、該発熱抵抗体と電
気的に接続する配線パターンが形成され、該発熱抵抗体
と該配線パターンの上にそれらをインクから保護するた
めの保護膜が形成されているインクジェット記録ヘッド
用基板において、基板上に絶縁膜が形成され、該絶縁膜
上に配線パターンが形成され、該発熱抵抗体上に絶縁膜
が形成され、前記配線パターンがスルーホールを介して
前記発熱抵抗体と接続していることを特徴とするインク
ジェット記録ヘッド用基板を提供する。

【００１４】なお上記のインクジェット記録ヘッド用基
板では、前記保護膜上にさらに耐キャビテーション膜が
形成されていることが好ましい。また、その保護膜と耐
キャビテーション膜は同一材料で形成してもよい。

【００１５】本発明はさらに、上記のインクジェット記
録ヘッド用基板を具備するインクジェット記録ヘッドお
よびそのインクジェット記録ヘッドを搭載したインクジ
ェット記録装置を提供する。

【００１６】本発明によれば、Ａｌなどからなる配線パ
ターンを基板上に予め形成し、厚い絶縁膜で覆い、スル
ーホールを介して発熱抵抗体と接続することによって、
得られる基板における配線パターンの段差の被覆性、耐
ヒロック性および耐ウィスカー性を向上させ、かつ絶縁
膜のない部分であるスルホール部は、発熱抵抗体によっ
てヒロックとウィスカーの成長を抑制し、発熱抵抗体上
の保護膜を薄くすることを可能としたものである。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照しながら、本発
明を詳細に説明する。

【００１８】図１は、本発明の１実施態様に係わるイン
クジェット記録ヘッドのインクを発泡させる発熱部の基
板の平面図であり、図２は、図１で示された基板をＡ−
Ａ’の一点鎖線に沿って基板面に垂直に切断したときの
切断面の部分図である。

【００１９】本実施例による発熱部の基板の作製は、Ｓ
ｉ基板（あるいはすでに駆動用のＩＣを作り込んだＳｉ
基板）（図中の１２０）などを用いる。その基板上には
蓄熱総を形成しておく。例えばＳｉ基板の場合は、熱酸
化法、スパッタ法、ＣＶＤ法などによってＳｉ基板上に
ＳｉＯ₂の蓄熱層を形成し、またＩＣを作り込んだ基板
の場合も同様にその製造プロセス中でＳｉＯ₂の蓄熱層
（図中１０６に相当）を形成しておく。

【００２０】次に、スパッタリングによって配線材の層
を形成する。その配線材の材料としては、ＡｌやＡｌ合
金を用いることができる。

【００２１】次に、フォトリソ法などによって図１の配
線パターンを形成し、ドライエッチング法などで配線材
のエッチングを行う。そして残された部分が配線パター
ンとなる（図中、１０３および１０４）。

【００２２】次に、全体をＣＶＤ法などの方法によって
絶縁膜を図２の１０７のように形成する。

【００２３】次にフォトリソ法などによってその絶縁膜
にスルーホール用パターンを形成し、ドライエッチング
法などでその絶縁膜のエッチングを行い、スルーホール
部１０８とワイヤーボンディング用パッド穴部を形成す
る。

【００２４】次に、反応性スパッタリング法等の方法に
よってＴａＮ等の発熱抵抗体層を形成する。

【００２５】次に、フォトリソ法等によって発熱抵抗体
のパターンを形成し、エッチングを行い、発熱抵抗体パ
ターン１０９を形成する。

【００２６】次に、ＳｉＮ等からなる保護膜をプラズマ
ＣＶＤ法等によって図２の１１０のように形成する。

【００２７】次に、耐キャビテーション性および耐イン
ク性を持つ層を図２の１１１のようにスパッタリング等
によって形成することができる。その耐キャビテーショ
ン膜の材料としてはＴａなどが挙げられるが、前記発熱
抵抗体と同一の材料としてもよい。

【００２８】最後に、ワイヤーボンディング用のパッド
の窓あけを行って、インクジェット記録ヘッドのインク
を発泡させる発熱部の基板（図１）を作製する。

【００２９】なお、上記のような工程は、同一基板平面
上に、駆動用の集積回路が作り込まれている基板を用い
ても同様に行うことができる。

【００３０】なお、上記の基板においては、Ａｌなどの
配線材層は１層でも２層でも可能であるが、従来では配
線の抵抗値を下げるために配線材層を２層化していた
が、本発明においては配線材層を従来の厚さ（最大１μ
ｍ程度）よりさらに厚くできるため、１層化が可能とな
る。それは、同一基板平面上に、駆動用の集積回路が作
り込まれている発熱抵抗体基板においても同様である。
そのような配線材層の１層化は、配線材上の絶縁膜が蓄
熱層として利用できるために、蓄熱層としての最初の絶
縁層（図の１０６）の厚さを従来より薄くでき、工程上
有利となる。

【００３１】

【実施例】以下、実施例によって本発明を具体的に説明
するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではな
い。

【００３２】（実施例１）図１および図２に示したよう
なインクジェット記録ヘッド用基板を作製した。以下の
その手順を示す。

【００３３】本実施例による発熱部の基板の作製では、
Ｓｉ基板１２０を用いた。そのＳｉ基板上にＣＶＤ法に
よってＳｉＯ₂の蓄熱層を形成した。

【００３４】次に、スパッタリングによって配線材とし
てＡｌ層を約６０００Åの厚さに形成した。

【００３５】次に、フォトリソ法によって図１の配線パ
ターンを形成し、ドライエッチング法でＡｌのエッチン
グを行った。そして残された部分が配線パターンとなっ
た（図中、１０３および１０４）。

【００３６】次に、全体をＣＶＤ法によってＳｉＯ₂の
絶縁膜を約１μｍ、図２の１０７のように形成した。

【００３７】次にフォトリソ法によってＳｉＯ₂の絶縁
膜にスルーホール用パターンを形成し、ドライエッチン
グ法でＳｉＯ₂のエッチングを行い、スルーホール部１
０８とワイヤーボンディング用パッド穴部を形成した。

【００３８】次に、反応性スパッタリング法によってＴ
ａＮの発熱抵抗体層を形成した。

【００３９】次に、フォトリソ法によって発熱抵抗体の
パターンを形成し、リアクティブイオンエッチングによ
ってエッチングを行い、発熱抵抗体パターン１０９を形
成した。

【００４０】次に、保護膜としてのＳｉＮ層をプラズマ
ＣＶＤ法によって図２の１１０のように約３０００Åの
厚さに形成した。

【００４１】次に、耐キャビテーションおよび耐インク
膜としてのＴａを図２の１１１のようにスパッタリング
によって約２５００Å形成した。最後に、フォトリソ法
によってＴａおよびＳｉＮについてリアクティブイオン
エッチングによってワイヤーボンディング用のパッドの
窓あけを行って、インクジェット記録ヘッドのインクを
発泡させる発熱部の基板（図１）を作製した。

【００４２】その発熱体を用いて、インクジェット記録
ヘッドを製造し、発泡に必要な消費電力を確認したが、
保護膜が１μｍの通常のものと比較して、ヒーター上の
保護膜を３０００Åにしたものは約３０％の消費電力の
改善が見られた。かつ、耐久性においても、通常の保護
膜１μｍのものと同等の耐久実力があることが認められ
た。

【００４３】その事実は、配線パターン上の厚い絶縁膜
あるいはスルーホール上の発熱抵抗体であるＴａＮがＡ
ｌのヒロックやウィスカーの成長によるショートおよび
ピンホール発生を抑制しているからであると考えられ
る。

【００４４】（実施例２）基板としてすでに駆動用のＩ
Ｃを作り込んだＳｉ基板を用いた以外、実施例１と同様
にして、インクジェット記録ヘッド用基板、インクジェ
ット記録ヘッドを作製し、同様の評価を行ったところ、
実施例１と同様の効果が認められた。

【００４５】次に、図５〜図７を用いて、本発明が実施
もしくは適用される好適なインクジェットユニット（Ｉ
ＪＵ）、インクジェットヘッド（ＩＪＨ）、インクジェ
ットカートリッジ（ＩＪＣ）、インクジェット装置本体
（ＩＪＲＡ）を説明する。以下これらの図を用いて各部
構成の説明を行う。

【００４６】本例のインクジェットカートリッジＩＪＣ
は、図６の斜視図でわかるように、インクジェットヘッ
ドとインクカートリッジが一体化されたものであり、イ
ンクの収納割合が大きくなっているものである。このイ
ンクジェットカートリッジＩＪＣは、インクジェット記
録装置本体ＩＪＲＡに載置されているキャリッジの位置
決め手段及び電気的接点とによって固定支持されるとと
もに、そのキャリッジＨＣに対して着脱可能なディスポ
ーザブルタイプである。

【００４７】インクジェットユニットＩＪＵは、電気信
号に応じて膜沸騰をインクに対して生じせしめるための
熱エネルギーを生成する電気熱変換体を用いて記録を行
う、所謂バブルジェット方式のヘッドである。

【００４８】図５において、１００はＳｉ基板上に複数
の列状に配された電気熱変換体（吐出ヒータ）と、これ
に電力を供給するＡｌ等の電気配線とが成膜技術により
形成されてなるヒーターボード（第１の基体）である。
２００はヒーターボード１００に対する配線基板であ
る。

【００４９】１３００は複数のインク流路をそれぞれ区
分するための隔壁（溝）や各インク流路（液流路）へイ
ンクを与えるためにインクを収納するための共通液室等
を設けた溝付天板で、各インク流路に対応した吐出口を
複数有するオリフィスプレート４００を一体成型したも
のである。これらの一体成型材料としては、ポリサルフ
ォン樹脂が好ましいが、他の成型用樹脂材料でも良い。

【００５０】３００は配線基板２００の裏面を平面で支
持する例えば金属製の支持体で、インクジェットユニッ
トの底板となる。５００は押圧部材である押えばねであ
り、Ｍ字形状でそのＭ字の中央で共通液室を軽圧で押圧
すると共に前だれ部５０１で液路の一部、好ましくは吐
出口近傍の領域を線圧で集中押圧する。ヒータボード１
００および天板１３００を押えばねの足部が支持体３０
０の穴３１２１を通って支持体３００の裏面側に係合す
ることでこれらを挟み込んだ状態で両者を係合させるこ
とにより、押えばね５００とその前だれ部５０１の集中
付勢力によってヒータボード１００と天板１３００とを
圧着固定されている。

【００５１】インクタンクは、カートリッジ本体１００
０と、インク吸収体９００とインク吸収体９００をカー
トリッジ本体１０００の上記ユニットＩＪＵ取付面とは
反対側の側面から挿入した後、これを封止する蓋部材１
１００とで構成されている。１２００はユニットＩＪＵ
に対してインクを供給するための供給口である。１４０
１はカートリッジ内部を大気に連通するために蓋部材に
設けられた大気連通口である。

【００５２】なお、この例においては、天板１３００は
耐インク性に優れたポリサルフォン、ポリエーテルポリ
サルフォン、ポリフェニレンオキサイド、ポリプロピレ
ンなどの樹脂を用い、オリフィスプレート４００と共に
金型内で一体に同時成型してある。

【００５３】上述のように一体成型部品は、インク供給
部材６００、天板・オリフィスプレート一体、インクタ
ンク本体１０００としたので組立て精度が高水準となる
ばかりではなく、大量生産の品質向上に極めて有効であ
る。また、部品点数の個数は従来に比較して減少できる
ので、優れた所望特性を確実に発揮できる。

【００５４】図７は、本発明が適用されるインクジェッ
ト装置ＩＪＲＡの概観図で、駆動モーター５０１３の正
逆回転に連動して駆動力伝達ギア５０１１、５００９を
介して回転するリードスクリュー５００５の螺旋溝５０
０４に対して係合するキャリッジＨＣはピン（不図示）
を有し、矢印ａ，ｂ方向に往復移動される。

【００５５】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５０００に対して押圧す
る。５００７、５００８はフォトカプラで、キャリッジ
のレバー５００６のこの領域での存在を確認してモータ
ー５０１３の回転方向切り換え等を行うためのホームポ
ジション検知手段である。５０１６はヘッドの前面をキ
ャップするキャップ部材５０２２を支持する部材で、５
０１５はこのキャップ内を吸引する手段であり、キャッ
プ内開口５０２３を介してヘッドの吸引回復を行う。

【００５６】５０１７はクリーニングブレードで、５０
１９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、ここに示した形態のもの以外に、周知のク
リーニングブレードが本例に適用できることは言うまで
もない。

【００５７】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
チ切り換え等の公知の伝達手段で移動制御される。

【００５８】これらのキャッピング、クリーニングおよ
び吸引回復は、キャリッジがホームポジション側領域に
きた時に、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
れば何れも適用できる。上述における各構成は、単独で
も複合的に見ても優れた発明であり、本発明によって好
ましい構成例を示している。

【００５９】なお、本装置は、インク吐出圧発生素子を
駆動するための駆動信号供給手段を有している。

【００６０】

【発明の効果】以上説明したように、複数の発熱抵抗体
およびそれを電気的に接続する配線パターンをインクか
ら保護する保護膜が形成されているインクジェット記録
ヘッド用基板において、配線パターンと発熱抵抗体の間
に絶縁膜をはさみ、スルーホールを介して接続すること
で、発熱抵抗体の上層の保護膜を薄くでき、消費電力を
低減し、かつ発熱抵抗体基板の信頼性を高めることがで
きる。そして、そのようなインクジェット記録ヘッド用
基板を用いたインクジェット記録ヘッドは信頼性の高い
ものとなる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるインクジェット記録ヘッド用基板
の平面図である。

【図２】図１のＡ−Ａ’線での断面図である。

【図３】従来のインクジェット記録ヘッド用基板の平面
図である。

【図４】図３のＢ−Ｂ’線での断面図である。

【図５】本発明のヘッドを有するインクジェットカート
リッジの１例の分解斜視図である。

【図６】本発明のヘッドの全体構成の１例を模式的に示
す概観斜視図である。

【図７】本発明のヘッドを搭載したインクジェット記録
装置の代表的なものの構造を示す斜視図である。

【符号の説明】

１０２ 発熱部 １０３ 配線 １０４ 配線 １０６ 蓄熱層 １０７ 絶縁層 １０８ スルーホール １０９ 発熱抵抗体 １１０ 保護膜 １１１ 耐キャビテーション膜 １１２ 保護膜 １２０ 基板

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基板上に複数の発熱抵抗体、該発熱抵抗
   体と電気的に接続する配線パターンが形成され、該発熱
   抵抗体と該配線パターンの上にそれらをインクから保護
   するための保護膜が形成されているインクジェット記録
   ヘッド用基板において、基板上に絶縁膜が形成され、該
   絶縁膜上に配線パターンが形成され、該発熱抵抗体上に
   絶縁膜が形成され、前記配線パターンがスルーホールを
   介して前記発熱抵抗体と接続していることを特徴とする
   インクジェット記録ヘッド用基板。
2. 【請求項２】 駆動用の集積回路が作り込まれた基板上
   に複数の発熱抵抗体、該発熱抵抗体と電気的に接続する
   配線パターンが形成され、該発熱抵抗体と該配線パター
   ンの上にそれらをインクから保護するための保護膜が形
   成されているインクジェット記録ヘッド用基板におい
   て、基板上に絶縁膜が形成され、該絶縁膜上に配線パタ
   ーンが形成され、該発熱抵抗体上に絶縁膜が形成され、
   前記配線パターンがスルーホールを介して前記発熱抵抗
   体と接続していることを特徴とするインクジェット記録
   ヘッド用基板。
3. 【請求項３】 前記保護膜上に耐キャビテーション膜が
   形成されている請求項１または２記載のインクジェット
   記録ヘッド用基板。
4. 【請求項４】 前記発熱抵抗体と前記耐キャビテーショ
   ン膜とが同一材料で形成されている請求項３記載のイン
   クジェット記録ヘッド用基板。
5. 【請求項５】 請求項１ないし４のいずれかに記載のイ
   ンクジェット記録ヘッド用基板を具備するインクジェッ
   ト記録ヘッド。
6. 【請求項６】 記録媒体の記録領域の全幅にわたって吐
   出口が複数設けられているフルラインタイプのものであ
   る請求項５記載のインクジェット記録ヘッド。
7. 【請求項７】 記録媒体の被記録面に対向してインクを
   吐出するためのインク吐出口が設けられている請求項５
   記載の記録ヘッドと、該記録ヘッドを載置するための部
   材とを少なくとも具備するインクジェット記録装置。