JPH09300623A - インクジェット記録ヘッド及びその装置 - Google Patents
インクジェット記録ヘッド及びその装置Info
- Publication number
- JPH09300623A JPH09300623A JP8122091A JP12209196A JPH09300623A JP H09300623 A JPH09300623 A JP H09300623A JP 8122091 A JP8122091 A JP 8122091A JP 12209196 A JP12209196 A JP 12209196A JP H09300623 A JPH09300623 A JP H09300623A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- thin film
- ink
- heating resistor
- recording head
- insulating layer
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B41—PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
- B41J—TYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
- B41J2/00—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed
- B41J2/005—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed characterised by bringing liquid or particles selectively into contact with a printing material
- B41J2/01—Ink jet
- B41J2/135—Nozzles
- B41J2/14—Structure thereof only for on-demand ink jet heads
- B41J2/14016—Structure of bubble jet print heads
- B41J2/14088—Structure of heating means
- B41J2/14112—Resistive element
- B41J2/14129—Layer structure
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B41—PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
- B41J—TYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
- B41J2202/00—Embodiments of or processes related to ink-jet or thermal heads
- B41J2202/01—Embodiments of or processes related to ink-jet heads
- B41J2202/03—Specific materials used
Landscapes
- Particle Formation And Scattering Control In Inkjet Printers (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】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、特にインクジェット記録ヘッドの熱効率を飛躍的
に向上させると共に、その高い信頼性を実現することを
課題とする。 【解決手段】インクジェット記録ヘッドにおいて、薄膜
発熱抵抗体が絶縁性自己酸化膜で覆われ、前記薄膜発熱
抵抗体の一部とこれに接続する薄膜導体が無機絶縁物層
で覆われ、更に前記接続部近傍を含む前記無機絶縁物層
が有機絶縁物層で覆われている構成とする。
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、特にインクジェット記録ヘッドの熱効率を飛躍的
に向上させると共に、その高い信頼性を実現することを
課題とする。 【解決手段】インクジェット記録ヘッドにおいて、薄膜
発熱抵抗体が絶縁性自己酸化膜で覆われ、前記薄膜発熱
抵抗体の一部とこれに接続する薄膜導体が無機絶縁物層
で覆われ、更に前記接続部近傍を含む前記無機絶縁物層
が有機絶縁物層で覆われている構成とする。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】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イ
ンクジェット記録ヘッドに関するものである。
してインク液滴を記録媒体に向けて飛翔させる形式のイ
ンクジェット記録ヘッド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ヒ−タ
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。
これら従来のヒ−タの共通する基本的構成は、薄膜抵抗
体と薄膜導体を厚さ約３μｍの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、厚さ約０．５μｍのＴａ金属層を被覆するというも
のであった。
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。
これら従来のヒ−タの共通する基本的構成は、薄膜抵抗
体と薄膜導体を厚さ約３μｍの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、厚さ約０．５μｍのＴａ金属層を被覆するというも
のであった。
【０００４】しかし、このように厚い保護層を介してイ
ンクをパルス加熱するため、インク吐出に必要な投入エ
ネルギは１５〜３０μＪ／パルスにも達し、その殆どの
エネルギは基板（ヘッド）の昇温に消費されるという大
きな欠点があった。
ンクをパルス加熱するため、インク吐出に必要な投入エ
ネルギは１５〜３０μＪ／パルスにも達し、その殆どの
エネルギは基板（ヘッド）の昇温に消費されるという大
きな欠点があった。
【０００５】これを抜本的に改善する目的で、本発明者
はＴａ−Ｓｉ−Ｏ三元合金薄膜抵抗体を開発し、これを
熱酸化することでその表面に約１００Åという厚さの電
気絶縁性と機械的強度に優れた自己酸化被膜を形成する
方法を発明した（特願平０７−４３９６８号、および特
願平０７−３４０４８６号参照）。
はＴａ−Ｓｉ−Ｏ三元合金薄膜抵抗体を開発し、これを
熱酸化することでその表面に約１００Åという厚さの電
気絶縁性と機械的強度に優れた自己酸化被膜を形成する
方法を発明した（特願平０７−４３９６８号、および特
願平０７−３４０４８６号参照）。
【０００６】これによって、インクの吐出に必要なエネ
ルギは２．４〜２．７μＪ／パルスにまで低減され、し
かも安定な吐出に最適な加熱速度範囲（１×１０8〜５
×１０8Ｋ／ｓ）をこのヒータによって容易に実現でき
るようになった（本発明者の特願平０７−２８５６５０
号参照）。
ルギは２．４〜２．７μＪ／パルスにまで低減され、し
かも安定な吐出に最適な加熱速度範囲（１×１０8〜５
×１０8Ｋ／ｓ）をこのヒータによって容易に実現でき
るようになった（本発明者の特願平０７−２８５６５０
号参照）。
【０００７】一方、自己酸化膜を持つＴａ−Ｓｉ−Ｏ三
元合金薄膜抵抗体を有効に利用するためには、インク中
でも腐蝕しない通電電極用の薄膜金属材料が不可欠であ
り、本発明者は最適材料としてＮｉを選択してきた（特
開平０６−７１８８８号公報等参照）。しかし、インク
中で優れた耐蝕性を示す薄膜Ｎｉ導体でも、正極側の薄
膜Ｎｉ導体は電蝕され易く、長時間の使用には問題のあ
ることが分かった。
元合金薄膜抵抗体を有効に利用するためには、インク中
でも腐蝕しない通電電極用の薄膜金属材料が不可欠であ
り、本発明者は最適材料としてＮｉを選択してきた（特
開平０６−７１８８８号公報等参照）。しかし、インク
中で優れた耐蝕性を示す薄膜Ｎｉ導体でも、正極側の薄
膜Ｎｉ導体は電蝕され易く、長時間の使用には問題のあ
ることが分かった。
【０００８】そこで、薄膜抵抗体と垂直な方向にインク
を吐出する方式のトップシュータタイプのインクジェッ
ト記録ヘッドにおいて、図３に示すように個別電極側の
Ｎｉ薄膜導体５を全て隔壁７で覆い保護する方法を開発
した（特願平０７−４３９６８号）。この場合、樹脂材
料からなる隔壁７がヒータ３（４）の一部をカバーする
必要があるが、その部分の最高到達温度は３７０℃程度
であり、ポリイミドのような耐熱性樹脂を用いれば１億
パルスの信頼性試験に合格していた。
を吐出する方式のトップシュータタイプのインクジェッ
ト記録ヘッドにおいて、図３に示すように個別電極側の
Ｎｉ薄膜導体５を全て隔壁７で覆い保護する方法を開発
した（特願平０７−４３９６８号）。この場合、樹脂材
料からなる隔壁７がヒータ３（４）の一部をカバーする
必要があるが、その部分の最高到達温度は３７０℃程度
であり、ポリイミドのような耐熱性樹脂を用いれば１億
パルスの信頼性試験に合格していた。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】しかし、同一基板上に
１０００〜１００００ノズルまたはこれ以上のノズル数
を持つ大規模高集積のフルカラー用ヘッドを試作評価す
る過程で、目標寿命を下回るノズルが散見され、その原
因が個別電極の電蝕によることが判明した。すなわち、
ヘッド製造過程で導入される不可避なバラツキによっ
て、樹脂隔壁の接するヒータ温度が４００℃を越えるケ
ースが発生していたのである。
１０００〜１００００ノズルまたはこれ以上のノズル数
を持つ大規模高集積のフルカラー用ヘッドを試作評価す
る過程で、目標寿命を下回るノズルが散見され、その原
因が個別電極の電蝕によることが判明した。すなわち、
ヘッド製造過程で導入される不可避なバラツキによっ
て、樹脂隔壁の接するヒータ温度が４００℃を越えるケ
ースが発生していたのである。
【００１０】本発明は、樹脂隔壁の接するヒータ表面の
温度を十分に下げると共に、サイドシュータタイプのヘ
ッドにも適用できる薄膜導体の保護方法を提供し、信頼
性が高く、熱効率が飛躍的に向上したインクジェット記
録ヘッドを実現することを課題とする。
温度を十分に下げると共に、サイドシュータタイプのヘ
ッドにも適用できる薄膜導体の保護方法を提供し、信頼
性が高く、熱効率が飛躍的に向上したインクジェット記
録ヘッドを実現することを課題とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】上記課題は、インク吐出
口近傍に設けられた薄膜発熱抵抗体にパルス通電するこ
とによってインク流路中のインクの一部を急速に気化さ
せ、この気泡の膨張力によって前記吐出口から液滴状イ
ンクを吐出させて記録するインクジェット記録ヘッドに
おいて、前記薄膜発熱抵抗体が絶縁性自己酸化膜で覆わ
れ、前記薄膜発熱抵抗体の一部とこれに接続する薄膜導
体が無機絶縁物層で覆われ、更に前記接続部近傍を含む
前記無機絶縁物層が有機絶縁物層で覆われた構成とする
ことにより達成される。
口近傍に設けられた薄膜発熱抵抗体にパルス通電するこ
とによってインク流路中のインクの一部を急速に気化さ
せ、この気泡の膨張力によって前記吐出口から液滴状イ
ンクを吐出させて記録するインクジェット記録ヘッドに
おいて、前記薄膜発熱抵抗体が絶縁性自己酸化膜で覆わ
れ、前記薄膜発熱抵抗体の一部とこれに接続する薄膜導
体が無機絶縁物層で覆われ、更に前記接続部近傍を含む
前記無機絶縁物層が有機絶縁物層で覆われた構成とする
ことにより達成される。
【００１２】また、インク吐出口近傍に設けられた薄膜
発熱抵抗体にパルス通電することによってインク流路中
のインクの一部を急速に気化させ、この気泡の膨張力に
よって前記吐出口から液滴状インクを吐出させて記録す
るインクジェット記録ヘッドにおいて、前記薄膜発熱抵
抗体が絶縁性自己酸化膜で覆われ、前記薄膜発熱抵抗体
の一部とこれに接続する個別電極側薄膜導体が無機絶縁
物層で覆われ、更に前記接続部近傍を含む前記無機絶縁
物層が有機絶縁物層で覆われた構成とすることによって
達成される。
発熱抵抗体にパルス通電することによってインク流路中
のインクの一部を急速に気化させ、この気泡の膨張力に
よって前記吐出口から液滴状インクを吐出させて記録す
るインクジェット記録ヘッドにおいて、前記薄膜発熱抵
抗体が絶縁性自己酸化膜で覆われ、前記薄膜発熱抵抗体
の一部とこれに接続する個別電極側薄膜導体が無機絶縁
物層で覆われ、更に前記接続部近傍を含む前記無機絶縁
物層が有機絶縁物層で覆われた構成とすることによって
達成される。
【００１３】更に、前記薄膜発熱抵抗体とほぼ垂直の方
向にインク滴が吐出するトップシュータタイプのインク
ジェット記録ヘッドにおいては、前記有機絶縁物層が前
記インク流路を形成する隔壁を構成するものとすること
によって達成される。
向にインク滴が吐出するトップシュータタイプのインク
ジェット記録ヘッドにおいては、前記有機絶縁物層が前
記インク流路を形成する隔壁を構成するものとすること
によって達成される。
【００１４】前記無機絶縁物層はリフトオフ法とスパッ
タ法によって形成すると良い。
タ法によって形成すると良い。
【００１５】また、前記薄膜発熱抵抗体として、６４％
≦Ｔａ≦８５％、５％≦Ｓｉ≦２６％、６％≦Ｏ≦１５
％の範囲にあるＴａ−Ｓｉ−Ｏ三元合金を用いると良
い。
≦Ｔａ≦８５％、５％≦Ｓｉ≦２６％、６％≦Ｏ≦１５
％の範囲にあるＴａ−Ｓｉ−Ｏ三元合金を用いると良
い。
【００１６】更に、薄膜発熱抵抗体に接続する薄膜導体
はＮｉ金属を用いると良い。
はＮｉ金属を用いると良い。
【００１７】
【発明の実施の形態】以下、図面を用いて本発明を説明
する。
する。
【００１８】サイドシュータタイプのヘッドに本発明を
適用した場合の断面図を図１に、またトップシュータタ
イプに適用した例を図２に示す。いずれの場合も、対向
する共通薄膜導体はインクと同電位にあるので、薄膜導
体材料がインクによって腐蝕されない限り保護する必要
はない。しかし、電気伝導度の良いＡｌやＣｕを導体材
料として使用する場合は、図１、図２の対向電極（共通
薄膜導体）側も図１と同様の保護方法を採用することで
腐蝕を防止し、実用することが可能となる。
適用した場合の断面図を図１に、またトップシュータタ
イプに適用した例を図２に示す。いずれの場合も、対向
する共通薄膜導体はインクと同電位にあるので、薄膜導
体材料がインクによって腐蝕されない限り保護する必要
はない。しかし、電気伝導度の良いＡｌやＣｕを導体材
料として使用する場合は、図１、図２の対向電極（共通
薄膜導体）側も図１と同様の保護方法を採用することで
腐蝕を防止し、実用することが可能となる。
【００１９】さて、図３に示すように、約０．１μｍ厚
さの薄膜抵抗体３が厚さ約２μｍのＳｉＯ2断熱層２と
インク８または有機絶縁物層７と接し、この薄膜抵抗体
に１μｓという短いパルス幅の印加電力を投入した場
合、薄膜抵抗体の温度がどのように変化するかを一次元
伝熱モデルでほぼ正確に解くことが出来る（日本機械学
会編：伝熱工学資料第４版、丸善（1989）参照）。な
お、薄膜抵抗体３の表面に形成されている絶縁性自己酸
化膜４のこの計算に与える影響は非常に小さく、無視で
きる。
さの薄膜抵抗体３が厚さ約２μｍのＳｉＯ2断熱層２と
インク８または有機絶縁物層７と接し、この薄膜抵抗体
に１μｓという短いパルス幅の印加電力を投入した場
合、薄膜抵抗体の温度がどのように変化するかを一次元
伝熱モデルでほぼ正確に解くことが出来る（日本機械学
会編：伝熱工学資料第４版、丸善（1989）参照）。な
お、薄膜抵抗体３の表面に形成されている絶縁性自己酸
化膜４のこの計算に与える影響は非常に小さく、無視で
きる。
【００２０】すなわち、純水または水性インクにインク
吐出に最適なキャビア状核沸騰（本発明者の特願平０７
−２８５６５０号参照）を発生させるのに必要な印加エ
ネルギは２．４Ｗ×１μｓ／５０μｍ□ヒータであるこ
とから、純水または水性インクに接するヒータ表面の最
高到達温度は３１７℃と求められる。この３１７℃とい
う計算値は、純水における正確な実験から求められた２
９５℃（飯田、他：日本機械学会論文集（Ｂ編）60(57
2)(1994-4)264参照）という値よりも若干高いが良く一
致しているといえる。水性インクの場合は純水と殆ど変
わらないと考えて良い。
吐出に最適なキャビア状核沸騰（本発明者の特願平０７
−２８５６５０号参照）を発生させるのに必要な印加エ
ネルギは２．４Ｗ×１μｓ／５０μｍ□ヒータであるこ
とから、純水または水性インクに接するヒータ表面の最
高到達温度は３１７℃と求められる。この３１７℃とい
う計算値は、純水における正確な実験から求められた２
９５℃（飯田、他：日本機械学会論文集（Ｂ編）60(57
2)(1994-4)264参照）という値よりも若干高いが良く一
致しているといえる。水性インクの場合は純水と殆ど変
わらないと考えて良い。
【００２１】一方、耐熱性樹脂隔壁７としてポリイミド
を使用して同じエネルギを印加した場合、隔壁７が接す
るヒータ表面の温度は約４１０℃と計算され、インクに
接する場合と同程度の誤差を考慮すると、約３８０℃と
なることが分かる。すなわち、ヘッド製造工程で導入さ
れる不可避的なバラツキによって、ポリイミドの分解開
始温度を越える可能性が計算上からも推定できる。
を使用して同じエネルギを印加した場合、隔壁７が接す
るヒータ表面の温度は約４１０℃と計算され、インクに
接する場合と同程度の誤差を考慮すると、約３８０℃と
なることが分かる。すなわち、ヘッド製造工程で導入さ
れる不可避的なバラツキによって、ポリイミドの分解開
始温度を越える可能性が計算上からも推定できる。
【００２２】本発明は、発熱抵抗体３（４）と有機絶縁
物層（又は隔壁）７の間にＳｉＯ2とかＴａ2Ｏ5という
無機絶縁物層６を介在させ、無機絶縁物層６に接する有
機絶縁物層（または隔壁）７が受ける最高温度を大幅に
下げて、これによって高い信頼性を確保しようとするも
のである。
物層（又は隔壁）７の間にＳｉＯ2とかＴａ2Ｏ5という
無機絶縁物層６を介在させ、無機絶縁物層６に接する有
機絶縁物層（または隔壁）７が受ける最高温度を大幅に
下げて、これによって高い信頼性を確保しようとするも
のである。
【００２３】例えば、この無機絶縁物層６の厚さが０．
５μｍと薄い場合でも、有機絶縁物層７に接する無機絶
縁物層６の表面温度は２５０℃を越えることはない。す
なわち、有機絶縁物層の材料として熱分解開始温度が２
５０℃以上の樹脂、例えばポリイミドなどを安心して用
いることが可能となる。
５μｍと薄い場合でも、有機絶縁物層７に接する無機絶
縁物層６の表面温度は２５０℃を越えることはない。す
なわち、有機絶縁物層の材料として熱分解開始温度が２
５０℃以上の樹脂、例えばポリイミドなどを安心して用
いることが可能となる。
【００２４】また、この有機絶縁物層（または隔壁）７
は、無機絶縁物層６に生じやすい膜欠陥、特に薄膜導体
５による断差部に生じる欠陥９を完全に被覆し、この欠
陥部から発生する電蝕破断事故を防ぐ役割を担ってい
る。
は、無機絶縁物層６に生じやすい膜欠陥、特に薄膜導体
５による断差部に生じる欠陥９を完全に被覆し、この欠
陥部から発生する電蝕破断事故を防ぐ役割を担ってい
る。
【００２５】すなわち、これら無機、有機絶縁物層は相
互にその欠点をカバーし合い、その優れた性質を最大限
に発揮し合った構成となっている。図１または図２に示
すように、基板のＳｉＯ2断熱層２と同系統の無機絶縁
物層６を形成するためには、通常用いられるフォトエッ
チング法は適用できない。しかし、リフトオフ法を用い
て、ＳｉＯ2あるいはＴａ2Ｏ5をスパッタ法によって積
層させる方法が適用でき、その膜厚が０．５μｍ程度と
薄くてよいこともリフトオフ法にとって好都合である。
勿論、この膜厚を１〜２μｍと厚くすることも可能であ
り、この場合は耐熱性の低いドライフィルムレジストを
有機絶縁物層または隔壁７として用いることも可能とな
る。
互にその欠点をカバーし合い、その優れた性質を最大限
に発揮し合った構成となっている。図１または図２に示
すように、基板のＳｉＯ2断熱層２と同系統の無機絶縁
物層６を形成するためには、通常用いられるフォトエッ
チング法は適用できない。しかし、リフトオフ法を用い
て、ＳｉＯ2あるいはＴａ2Ｏ5をスパッタ法によって積
層させる方法が適用でき、その膜厚が０．５μｍ程度と
薄くてよいこともリフトオフ法にとって好都合である。
勿論、この膜厚を１〜２μｍと厚くすることも可能であ
り、この場合は耐熱性の低いドライフィルムレジストを
有機絶縁物層または隔壁７として用いることも可能とな
る。
【００２６】以下、トップシュータタイプのヘッドの具
体的な例について説明するが、サイドシュータタイプに
も同様に適用できることは既に説明した通りである。
体的な例について説明するが、サイドシュータタイプに
も同様に適用できることは既に説明した通りである。
【００２７】まず、図２に示すヘッドの製造プロセスか
ら説明する。
ら説明する。
【００２８】Ｓｉ基板１の上に厚さ１〜２μｍのＳｉＯ
2断熱層２を熱酸化、スパッタ、あるいはＣＶＤなどの
方法で形成する。この基板上にドライバ回路を一体化し
て搭載する場合には、ドライバ回路を形成したＳｉウエ
ハを基板として使用するが、その場合には既にこの断熱
層が形成されているのでそのまま使用すれば良い（本発
明者の特願平０７−３２０４４６号等参照）。
2断熱層２を熱酸化、スパッタ、あるいはＣＶＤなどの
方法で形成する。この基板上にドライバ回路を一体化し
て搭載する場合には、ドライバ回路を形成したＳｉウエ
ハを基板として使用するが、その場合には既にこの断熱
層が形成されているのでそのまま使用すれば良い（本発
明者の特願平０７−３２０４４６号等参照）。
【００２９】この基板上にＴａ−Ｓｉ−Ｏ三元合金薄膜
とＮｉ金属薄膜をスパッタ法を用いて順次積層し、フォ
トエッチングによって薄膜発熱抵抗体（図２の発熱部で
示される３の部分）と薄膜導体５を形成する。Ｔａ−Ｓ
ｉ−Ｏ三元合金薄膜は本発明者が特願平０７−３４０４
８６号に記載したように、夫々の組成が、６４％≦Ｔａ
≦８５％、５％≦Ｓｉ≦２６％、６％≦Ｏ≦１５％の範
囲にあることが望ましいが、この後で述べる熱酸化処理
で薄くて安定な絶縁性自己酸化膜を形成できる抵抗体材
料であれば他の材料を用いることも可能である。
とＮｉ金属薄膜をスパッタ法を用いて順次積層し、フォ
トエッチングによって薄膜発熱抵抗体（図２の発熱部で
示される３の部分）と薄膜導体５を形成する。Ｔａ−Ｓ
ｉ−Ｏ三元合金薄膜は本発明者が特願平０７−３４０４
８６号に記載したように、夫々の組成が、６４％≦Ｔａ
≦８５％、５％≦Ｓｉ≦２６％、６％≦Ｏ≦１５％の範
囲にあることが望ましいが、この後で述べる熱酸化処理
で薄くて安定な絶縁性自己酸化膜を形成できる抵抗体材
料であれば他の材料を用いることも可能である。
【００３０】次に、この発熱抵抗体が形成されている基
板を３５０℃以上の酸化雰囲気中で熱処理を行い、薄膜
発熱抵抗体上に絶縁性自己酸化膜４を形成させる。熱処
理温度が３５０℃以上という条件は、発熱抵抗体のパル
ス加熱温度が３２０〜３３０℃に達しても抵抗値が変化
しないための必要条件である。Ｓｉ基板１上にドライバ
回路が搭載されている場合は、このＡｌ配線にダメージ
を与えないよう、熱処理温度は４００℃を越えないよう
にしなければならない。また、薄膜発熱抵抗体にパルス
通電を行い、その部分だけを５００〜６００℃に加熱し
て酸化膜を形成させても良い。いずれにしても、厚さ約
０．１μｍのＴａ−Ｓｉ−Ｏ三元合金薄膜抵抗体の全表
面は、この酸化処理によって厚さ約０．０１μｍの自己
酸化膜で完全に被覆され、導電性インクが充填されても
電気的絶縁が確保される。
板を３５０℃以上の酸化雰囲気中で熱処理を行い、薄膜
発熱抵抗体上に絶縁性自己酸化膜４を形成させる。熱処
理温度が３５０℃以上という条件は、発熱抵抗体のパル
ス加熱温度が３２０〜３３０℃に達しても抵抗値が変化
しないための必要条件である。Ｓｉ基板１上にドライバ
回路が搭載されている場合は、このＡｌ配線にダメージ
を与えないよう、熱処理温度は４００℃を越えないよう
にしなければならない。また、薄膜発熱抵抗体にパルス
通電を行い、その部分だけを５００〜６００℃に加熱し
て酸化膜を形成させても良い。いずれにしても、厚さ約
０．１μｍのＴａ−Ｓｉ−Ｏ三元合金薄膜抵抗体の全表
面は、この酸化処理によって厚さ約０．０１μｍの自己
酸化膜で完全に被覆され、導電性インクが充填されても
電気的絶縁が確保される。
【００３１】次に、この基板上にフォトレジストを塗
布、露光、現像し、無機絶縁物層６を積層させる予定の
領域を除き、他を被覆する。この時のレジスト膜厚は、
積層させる無機絶縁物層６の厚さの２〜３倍にする必要
があるため、厚い無機絶縁物層を積層させる場合は技術
的に難しくなる。そして、この上にＳｉＯ2またはＴａ2
Ｏ5のような熱伝導率の低い無機絶縁物層６を０．３〜
０．５μｍの厚さでスパッタ法などを用いて積層する。
この後、フォトレジスト膜を剥離液で除去すると、発熱
抵抗体の一部を含む薄膜導体が図２に示されるように無
機絶縁物層６で被覆された状態となる。無機絶縁物層６
で被覆する発熱抵抗体は出来るだけ少ない方が熱効率の
点から望ましい。しかし、断差による欠陥部９が有機絶
縁物層７で間違いなく覆われ、この部分がインクに触れ
ないようにする必要がある。このヘッドを製造する薄膜
プロセスでの許容誤差を±１μｍ以内とすることは容易
なので、結局、無機絶縁物層６が発熱抵抗体を被覆しな
ければならない範囲（図２の低温部）は５〜６μｍとな
る。本願で試作した３６０ｄｉｐ（約６９μｍピッチ）
のノズル配列では、核沸騰させる発熱抵抗体サイズは約
５０μｍ□となるので、形成する発熱抵抗体サイズは約
５０μｍ幅×５５〜５６μｍ長さとなり、約１０％の熱
効率の低下ですむことになる。
布、露光、現像し、無機絶縁物層６を積層させる予定の
領域を除き、他を被覆する。この時のレジスト膜厚は、
積層させる無機絶縁物層６の厚さの２〜３倍にする必要
があるため、厚い無機絶縁物層を積層させる場合は技術
的に難しくなる。そして、この上にＳｉＯ2またはＴａ2
Ｏ5のような熱伝導率の低い無機絶縁物層６を０．３〜
０．５μｍの厚さでスパッタ法などを用いて積層する。
この後、フォトレジスト膜を剥離液で除去すると、発熱
抵抗体の一部を含む薄膜導体が図２に示されるように無
機絶縁物層６で被覆された状態となる。無機絶縁物層６
で被覆する発熱抵抗体は出来るだけ少ない方が熱効率の
点から望ましい。しかし、断差による欠陥部９が有機絶
縁物層７で間違いなく覆われ、この部分がインクに触れ
ないようにする必要がある。このヘッドを製造する薄膜
プロセスでの許容誤差を±１μｍ以内とすることは容易
なので、結局、無機絶縁物層６が発熱抵抗体を被覆しな
ければならない範囲（図２の低温部）は５〜６μｍとな
る。本願で試作した３６０ｄｉｐ（約６９μｍピッチ）
のノズル配列では、核沸騰させる発熱抵抗体サイズは約
５０μｍ□となるので、形成する発熱抵抗体サイズは約
５０μｍ幅×５５〜５６μｍ長さとなり、約１０％の熱
効率の低下ですむことになる。
【００３２】この後、インク流路やインク供給穴を形成
し、有機絶縁物層、隔壁７とオリフィスプレート１０を
形成するが、これらは本発明者が出願した特願平０７−
１３５１８５号、特願平０７−２８８８７７号、特願平
０７−３２０４４６号、特願平０７−３３４８０２号等
に詳しく記載した通りである。ここでは有機絶縁物層
（隔壁）７として感光性ポリイミドを用いて１０μｍ厚
さに形成し、オリフィスプレート１０は３３μｍ厚さの
ポリイミド／エポキシ２層フィルムを用い、ドライエッ
チングで５０μｍφのノズル穴１２を形成した。
し、有機絶縁物層、隔壁７とオリフィスプレート１０を
形成するが、これらは本発明者が出願した特願平０７−
１３５１８５号、特願平０７−２８８８７７号、特願平
０７−３２０４４６号、特願平０７−３３４８０２号等
に詳しく記載した通りである。ここでは有機絶縁物層
（隔壁）７として感光性ポリイミドを用いて１０μｍ厚
さに形成し、オリフィスプレート１０は３３μｍ厚さの
ポリイミド／エポキシ２層フィルムを用い、ドライエッ
チングで５０μｍφのノズル穴１２を形成した。
【００３３】なお、無機絶縁物層６の形成にリフトオフ
法を採用したが、その理由は通常用いられているフォト
エッチング法が本願のケースでは使用不可能であること
による。すなわち、無機絶縁物層６を全面に形成し、こ
れをフォトエッチングで除去する場合、これと同系統の
材料であるＳｉＯ2断熱層２もエッチングしてしまうた
めである。
法を採用したが、その理由は通常用いられているフォト
エッチング法が本願のケースでは使用不可能であること
による。すなわち、無機絶縁物層６を全面に形成し、こ
れをフォトエッチングで除去する場合、これと同系統の
材料であるＳｉＯ2断熱層２もエッチングしてしまうた
めである。
【００３４】このようにして作られたヘッドを用い、市
販されている各種インクジェットプリンタ用カートリッ
ジに充填されているインクも含めて７〜８種類のインク
を充填、吐出させて長時間の印字テストを行ったが、２
〜３億ドットの吐出に対しても何らの異常も認められな
かった。
販されている各種インクジェットプリンタ用カートリッ
ジに充填されているインクも含めて７〜８種類のインク
を充填、吐出させて長時間の印字テストを行ったが、２
〜３億ドットの吐出に対しても何らの異常も認められな
かった。
【００３５】しかし、有機絶縁物層（隔壁）７の材料と
して耐熱性の低いドライフィルムレジスト、あるいはフ
ォトレジスト材料を用いてヘッドを試作し、上記と同様
のインクを充填して吐出評価を行ったところ、１億ドッ
トまでの試験で半数以上のノズルが吐出不能となること
がわかった。不良解析の結果は、Ｎｉ個別電極とその付
近の発熱抵抗体が腐蝕していることから、１００℃程度
の耐熱性しかないフォトレジストの剥離が第１の原因で
あると推定している。
して耐熱性の低いドライフィルムレジスト、あるいはフ
ォトレジスト材料を用いてヘッドを試作し、上記と同様
のインクを充填して吐出評価を行ったところ、１億ドッ
トまでの試験で半数以上のノズルが吐出不能となること
がわかった。不良解析の結果は、Ｎｉ個別電極とその付
近の発熱抵抗体が腐蝕していることから、１００℃程度
の耐熱性しかないフォトレジストの剥離が第１の原因で
あると推定している。
【００３６】一方、このフォトレジストを隔壁に用いる
場合でも、無機絶縁物層６の厚さを１．５μｍ程度に厚
くすることでこの不良は皆無となり、条件次第では実用
することも可能であることが分かった。すなわち、上記
推定の正しさが証明されたと考えられる。どちらの方法
が優れているかは製造歩留まりとコストの観点から決定
されよう。
場合でも、無機絶縁物層６の厚さを１．５μｍ程度に厚
くすることでこの不良は皆無となり、条件次第では実用
することも可能であることが分かった。すなわち、上記
推定の正しさが証明されたと考えられる。どちらの方法
が優れているかは製造歩留まりとコストの観点から決定
されよう。
【００３７】なお、ここで試作したヘッドは、Ｎｉ共通
電極に対する保護を行っていない。すなわち、インクに
よる単純な腐蝕が発生しない電極材料では、その保護層
が不要であることを示している。しかし、良導体である
ＡｌやＣｕ配線では腐蝕破断が発生するので、共通電極
側も図１に示す保護方法を適用することが必要である。
勿論、これによって腐蝕破断が皆無となることはいうま
でもない。そして、これによる熱効率の低下も１０％程
度追加されるだけであるので、この場合でも必要印加エ
ネルギは３．３Ｗ×１μｍ／５０μｍ□発熱抵抗体と格
段に低いことに変わりはない。
電極に対する保護を行っていない。すなわち、インクに
よる単純な腐蝕が発生しない電極材料では、その保護層
が不要であることを示している。しかし、良導体である
ＡｌやＣｕ配線では腐蝕破断が発生するので、共通電極
側も図１に示す保護方法を適用することが必要である。
勿論、これによって腐蝕破断が皆無となることはいうま
でもない。そして、これによる熱効率の低下も１０％程
度追加されるだけであるので、この場合でも必要印加エ
ネルギは３．３Ｗ×１μｍ／５０μｍ□発熱抵抗体と格
段に低いことに変わりはない。
【００３８】このように、従来型ヒータに比べて格段に
低い投入エネルギはインクカートリ．ッジの温度上昇を
大幅に抑え、強制冷却の不要化によるプリンタの低コス
ト、小型化を達成することも出来た。
低い投入エネルギはインクカートリ．ッジの温度上昇を
大幅に抑え、強制冷却の不要化によるプリンタの低コス
ト、小型化を達成することも出来た。
【００３９】
【発明の効果】本発明によれば、薄膜発熱抵抗体は極薄
の絶縁性自己酸化膜で、薄膜導体は薄い無機絶縁物層と
有機絶縁物層で保護したので、インクの吐出に必要な投
入エネルギを従来型発熱抵抗体に比べて、１／５〜１／
１０と大幅に低減でき、しかも数億パルスのインク吐出
にも耐えられる高信頼のインクジェット記録ヘッドを実
現することができた。これは、ヘッドが実装されている
インクカートリッジの冷却を不要化し、プリンタの低コ
スト化と小型化を図ることを可能とした。
の絶縁性自己酸化膜で、薄膜導体は薄い無機絶縁物層と
有機絶縁物層で保護したので、インクの吐出に必要な投
入エネルギを従来型発熱抵抗体に比べて、１／５〜１／
１０と大幅に低減でき、しかも数億パルスのインク吐出
にも耐えられる高信頼のインクジェット記録ヘッドを実
現することができた。これは、ヘッドが実装されている
インクカートリッジの冷却を不要化し、プリンタの低コ
スト化と小型化を図ることを可能とした。
【図１】 本発明をサイドシュータタイプのヘッドに適
用した場合の薄膜導体近傍の断面図。
用した場合の薄膜導体近傍の断面図。
【図２】 本発明をトップシュータタイプのヘッドに適
用した場合の個別薄膜導体近傍の断面図。
用した場合の個別薄膜導体近傍の断面図。
【図３】 本発明者が採用した従来型トップシュータタ
イプヘッドの個別薄膜導体近傍の断面図。
イプヘッドの個別薄膜導体近傍の断面図。
１はＳｉ基板、２はＳｉＯ2断熱層、３は薄膜抵抗体、
４は自己酸化被膜、５は薄膜導体、６は無機絶縁物層、
７は有機絶縁物層、８はインクである。
４は自己酸化被膜、５は薄膜導体、６は無機絶縁物層、
７は有機絶縁物層、８はインクである。
───────────────────────────────────────────────────── 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 川澄 勝則 茨城県ひたちなか市武田1060番地 日立工 機株式会社内
Claims (7)
- 【請求項１】インク吐出口近傍に設けられた薄膜発熱抵
抗体にパルス通電することによってインク流路中のイン
クの一部を急速に気化させ、この気泡の膨張力によって
前記吐出口から液滴状インクを吐出させて記録するイン
クジェット記録ヘッドにおいて、 前記薄膜発熱抵抗体が絶縁性自己酸化膜で覆われ、前記
薄膜発熱抵抗体の一部とこれに接続する薄膜導体が無機
絶縁物層で覆われ、更に前記接続部近傍を含む前記無機
絶縁物層が有機絶縁物層で覆われていることを特徴とす
るインクジェット記録ヘッド。 - 【請求項２】インク吐出口近傍に設けられた薄膜発熱抵
抗体にパルス通電することによってインク流路中のイン
クの一部を急速に気化させ、この気泡の膨張力によって
前記吐出口から液滴状インクを吐出させて記録するイン
クジェット記録ヘッドにおいて、 前記薄膜発熱抵抗体が絶縁性自己酸化膜で覆われ、前記
薄膜発熱抵抗体の一部とこれに接続する個別電極側薄膜
導体が無機絶縁物層で覆われ、更に前記接続部近傍を含
む前記無機絶縁物層が有機絶縁物層で覆われていること
を特徴とするインクジェット記録ヘッド。 - 【請求項３】前記インクジェット記録ヘッドは、前記薄
膜発熱抵抗体とほぼ垂直の方向にインク滴が吐出するト
ップシュータタイプであって、前記有機絶縁物層が前記
インク流路を形成する隔壁を構成するものであることを
特徴とする請求項２記載のインクジェット記録ヘッド。 - 【請求項４】前記無機絶縁物層がリフトオフ法とスパッ
タ法によって形成されたものであることを特徴とする請
求項１〜３記載のインクジェット記録ヘッド。 - 【請求項５】前記薄膜発熱抵抗体が、６４％≦Ｔａ≦８
５％、５％≦Ｓｉ≦２６％、６％≦Ｏ≦１５％の範囲に
あるＴａ−Ｓｉ−Ｏ三元合金からなることを特徴とする
請求項１〜４記載のインクジェット記録ヘッド。 - 【請求項６】前記薄膜発熱抵抗体に接続する薄膜導体が
Ｎｉ金属からなることを特徴とする請求項１〜５記載の
インクジェット記録ヘッド。 - 【請求項７】前記インクジェット記録ヘッドを用いたこ
とを特徴とするインクジェット記録装置。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8122091A JPH09300623A (ja) | 1996-05-17 | 1996-05-17 | インクジェット記録ヘッド及びその装置 |
| US08/857,858 US6161924A (en) | 1996-05-17 | 1997-05-16 | Ink jet recording head |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8122091A JPH09300623A (ja) | 1996-05-17 | 1996-05-17 | インクジェット記録ヘッド及びその装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09300623A true JPH09300623A (ja) | 1997-11-25 |
Family
ID=14827435
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8122091A Pending JPH09300623A (ja) | 1996-05-17 | 1996-05-17 | インクジェット記録ヘッド及びその装置 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6161924A (ja) |
| JP (1) | JPH09300623A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6932461B2 (en) | 2002-12-16 | 2005-08-23 | Fuji Xerox Co., Ltd. | Ink-jet recording head |
Families Citing this family (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004268430A (ja) * | 2003-03-10 | 2004-09-30 | Fuji Xerox Co Ltd | インクジェット記録ヘッド及びインクジェット記録装置 |
| US7195343B2 (en) * | 2004-08-27 | 2007-03-27 | Lexmark International, Inc. | Low ejection energy micro-fluid ejection heads |
| US9283750B2 (en) | 2005-05-20 | 2016-03-15 | Hewlett-Packard Development Company, L.P. | Constant current mode firing circuit for thermal inkjet-printing nozzle |
| KR100717006B1 (ko) * | 2005-06-24 | 2007-05-10 | 삼성전자주식회사 | 잉크 조성물, 이를 포함한 잉크 카트리지 및 잉크 젯트기록 장치 |
| US7413289B2 (en) * | 2005-12-23 | 2008-08-19 | Lexmark International, Inc. | Low energy, long life micro-fluid ejection device |
| US9944074B2 (en) * | 2006-08-15 | 2018-04-17 | Hewlett-Packard Development Company, L.P. | System and method for creating a pico-fluidic inkjet |
| US8390423B2 (en) | 2009-05-19 | 2013-03-05 | Hewlett-Packard Development Company, L.P. | Nanoflat resistor |
| WO2016003407A1 (en) | 2014-06-30 | 2016-01-07 | Hewlett-Packard Development Company, L.P. | Fluid ejection structure |
Family Cites Families (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5451837A (en) * | 1977-09-30 | 1979-04-24 | Ricoh Co Ltd | Ink jet head device |
| US4535343A (en) * | 1983-10-31 | 1985-08-13 | Hewlett-Packard Company | Thermal ink jet printhead with self-passivating elements |
| JPS61107542U (ja) * | 1984-12-19 | 1986-07-08 | ||
| US5122812A (en) * | 1991-01-03 | 1992-06-16 | Hewlett-Packard Company | Thermal inkjet printhead having driver circuitry thereon and method for making the same |
| JP3320825B2 (ja) * | 1992-05-29 | 2002-09-03 | 富士写真フイルム株式会社 | 記録装置 |
| US5808640A (en) * | 1994-04-19 | 1998-09-15 | Hewlett-Packard Company | Special geometry ink jet resistor for high dpi/high frequency structures |
-
1996
- 1996-05-17 JP JP8122091A patent/JPH09300623A/ja active Pending
-
1997
- 1997-05-16 US US08/857,858 patent/US6161924A/en not_active Expired - Lifetime
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6932461B2 (en) | 2002-12-16 | 2005-08-23 | Fuji Xerox Co., Ltd. | Ink-jet recording head |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US6161924A (en) | 2000-12-19 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US8366952B2 (en) | Low ejection energy micro-fluid ejection heads | |
| JPH03202353A (ja) | サーマルインクジェット印字ヘッド | |
| JPH09300623A (ja) | インクジェット記録ヘッド及びその装置 | |
| JPH062416B2 (ja) | 液体噴射記録ヘッドの製造方法 | |
| JP3513270B2 (ja) | インクジェット記録ヘッド及びインクジェット記録装置 | |
| JP2010000632A (ja) | インクジェットヘッド用基板および該基板を具えるインクジェットヘッド | |
| US20190255844A1 (en) | Liquid-discharge-head substrate, liquid discharge head, and method for manufacturing liquid-discharge-head substrate | |
| US5966153A (en) | Ink jet printing device | |
| KR100828362B1 (ko) | 잉크젯 프린트헤드용 히터 및 이 히터를 구비하는 잉크젯프린트헤드 | |
| JP3573515B2 (ja) | 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 | |
| JP5008448B2 (ja) | インクジェット記録ヘッド用の基板の製造方法 | |
| JP3705652B2 (ja) | インクジェット記録装置およびその製造方法 | |
| US6012804A (en) | Ink jet recording head | |
| JP3734584B2 (ja) | インクジェット記録ヘッドおよびその装置 | |
| US20070030313A1 (en) | Heater of inkjet printhead, inkjet printhead having the heater and method of manufacturing the inkjet printhead | |
| JP3127647B2 (ja) | 熱制御型インクジェット記録素子 | |
| JPH07153603A (ja) | 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 | |
| JP3778488B2 (ja) | 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 | |
| JP2010023505A (ja) | 液体吐出ヘッドおよび該液体吐出ヘッドの製造方法 | |
| JP2727989B2 (ja) | サーマルヘッドの製造方法 | |
| JP2005081585A (ja) | インクジェット記録ヘッド及びその製造方法、並びに、インクジェット記録装置 | |
| JP3061935B2 (ja) | インクジェット記録ヘッド及びインクジェット記録装置の製造方法 | |
| JPH0471711B2 (ja) | ||
| JPH09226126A (ja) | インク噴射記録ヘッド | |
| JPS59124871A (ja) | 液体噴射記録装置 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20040903 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20040914 |
|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20050215 |