JPH10109420A

JPH10109420A - インクジェット記録ヘッドおよびその形成方法

Info

Publication number: JPH10109420A
Application number: JP28466896A
Authority: JP
Inventors: Teruo Ozaki; 照夫尾崎; Muga Mochizuki; 無我望月; Yoshiyuki Imanaka; 良行今仲
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1996-10-07
Filing date: 1996-10-07
Publication date: 1998-04-28

Abstract

(57)【要約】（修正有）【課題】検出の感度が高く、基板サイズの縮小を図り特
性値のバラツキが少ない温度センサーを基板上に作り込
むことによる工程数の増加をもたらさないインクジェッ
ト記録ヘッドおよびその形成方法の提供。【解決手段】発熱抵抗体１５を構成要素とする複数の記
録素子に電気的に接続された複数の機能素子と、駆動用
集積回路１２とが形成された共通の基板１１を備え、基
板１１に温度検知用センサー１７が形成され、温度検知
用センサー１７が発熱抵抗体１５に対して、検出温度の
感度が最も高く、かつ、センサーの有する温度特性に誤
差を生じることのない位置に設けられている。複数の記
録素子の列の並びと平行に配置される温度検知用センサ
ー１７を、基板１１上に不純物拡散を繰り返して集積回
路を形成する際における拡散層と同一の拡散層によっ
て、集積回路１２の形成と同時にＳｉ基板１１内に拡散
抵抗センサー１７として形成した。

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
ヘッドおよびその形成方法に関し、特にインクジェット
記録ヘッドの温度検知用センサーの構成に関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】米国特許第４，７２３，１２９号明細書
あるいは米国特許第４，７４０，７９６号明細書に記載
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。こ
の方式を用いる装置の代表的な方式としては記録液体等
（以下インクという）を熱エネルギーを利用して吐出さ
せるためインク熱を作用させる熱作用部が存在する。

【０００３】図３はインクジェット記録ヘッドの熱作用
部の電気熱変換体近傍の説明図で、電気熱変換体近傍の
模式的平面図であり、図４は（ａ）のＸ₂−Ｘ’₂断面の
模式的断面図である。図中符号２１はシリコン基板、２
２はＳｉＯ2の第一の蓄熱層、２３はＳｉＯ2の第二の蓄
熱層、２４はＴａＮ層からなる発熱抵抗体層、２４ｃは
発熱抵抗体層２４のヒーター部、２５ｅ，２５ｆはＡｌ
層からなる電極配線、２６はＳｉＮ層からなる保護層、
２７はＴａの耐蝕層、２９はインク流路２９の熱作用面
を示す。すなわち、インク流路２９に対応して一対の電
極配線２５ｅ，２５ｆと、これらの電極配線２５ｅ，２
５ｆに接続されて、電極配線間の領域に熱を発生させる
ための発熱抵抗体層２４を有する電気熱変換体を設け発
熱抵抗体層２４のヒーター部２４ｃから発生した熱エネ
ルギーを利用して熱作用面２９ａのインクを急激に加熱
発泡させ、この発泡によってインクを吐出するものであ
る。

【０００４】また、このインクの吐出は、環境の温度変
化によって、大きな影響を受ける。すなわち、インクの
温度が高い時は、同一駆動の条件でもインクの粘度が小
さくなり、インクが飛び出しやすくなって吐出するイン
クの量が変化することとなり、これに対してインクの温
度が低い時はその逆となる。この結果、インクの吐出の
程度、すなわち画質への影響を抑えるためには、常にヘ
ッドの温度を検出し、ヘッド自体の温度を制御してやる
必要が出てくる。さらに、インクがヒーター部に供給さ
れなくなった時、そのまま駆動させると、インクによっ
て熱が逃げられなくなり、ヘッド自体が異常に昇温して
ヘッド自体が壊れてしまうという問題がある。このため
ヘッド自体が異常に昇温した時、その温度を検知し、駆
動を停止させる必要があり、ヘッドに温度検知用センサ
ーを設けることは不可欠である。また、さらには、この
センサーは検出の感度をあげるためにできるだけインク
を発泡させる基板に近い方が良く、ヒーターに近い方が
望ましい。これらのことから、発熱抵抗体等の形成時に
温度検知用のセンサーを基板上に作り込む方法が一般的
にとられている。

【０００５】従来、このような温度検知用センサーとし
ては、例えば、Ｓｉ基板内に不純物を拡散して、抵抗を
形成すると、この抵抗値が温度によって変化し、センサ
ーとして使えることが知られている。また、集積回路形
成時の不純物をドープさせたポリシリコン、あるいは、
基板内に形成したダイオードもセンサーとして使えるこ
とが知られている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
た従来の温度検知用センサーは、インクジェット記録ヘ
ッドの駆動時に、記録素子を構成する発熱抵抗体の昇温
による一定以上の高温域においては、そのセンサーの有
する温度特性により誤差を生じることとなる。例えば、
上記したＳｉ基板内に拡散抵抗を形成してなる温度検知
用センサーの場合においては、その温度特性は−２５℃
から１１０℃付近までは抵抗値増加がリニアに変化し誤
差が生じることはないが、１１０℃を越えるとそれが逆
に減少するという特性を有するため、正確な温度測定が
できないという問題が生じる。

【０００７】そこで、本発明は、上記従来のものにおけ
る課題を解決し、検出の感度が高く、かつセンサーの有
する温度特性に誤差を生じることのないインクジェット
記録ヘッドを提供することを目的としている。また、本
発明は、発熱抵抗体の実際の温度と、測定した温度との
差の可及的に少ない温度検出が可能なインクジェット記
録ヘッドを提供することを目的としている。また、本発
明は、基板における発熱抵抗体、温度センサー、集積回
路、等を効率よく配置し、基板サイズの縮小を図ること
のできるインクジェット記録ヘッドを提供することを目
的としている。また、本発明は、温度検知用センサーの
特性値のバラツキの少ないインクジェット記録ヘッドを
提供することを目的としている。さらに、本発明は、基
板上に温度センサーを作り込むことによる工程数の増加
をもたらさないインクジェット記録ヘッドの形成方法を
提供することを目的としている。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を解
決するため、インクジェット記録ヘッドをつぎのように
構成したものである。すなわち、本発明のインクジェッ
ト記録ヘッドは、発熱抵抗体を構成要素とする複数の記
録素子と、前記複数の記録素子に電気的に接続された複
数の機能素子と、駆動用集積回路とが形成された共通の
基板を備え、該駆動用集積回路により記録すべき画像デ
ータに対応して前記記録素子へ選択的に記録電流を通電
させ記録を行うインクジェット記録ヘッドにおいて、前
記基板に温度検知用センサーが形成され、該温度検知用
センサーが前記発熱抵抗体に対して、検出温度の感度が
最も高く、かつ、センサーの有する温度特性に誤差を生
じることのない位置に設けられていることを特徴として
いる。また、本発明のインクジェット記録ヘッドは、前
記位置を発熱抵抗体の端部から少なくとも３００μｍ以
上６００μｍ以下としたことを特徴としている。また、
本発明のインクジェット記録ヘッドは、前記温度検知用
センサーが、前記基板上における前記複数の記録素子の
列の並びと平行に配置され、かつ、前記複数の記録素子
と集積回路素子の間に配置されていることを特徴として
いる。また、本発明のインクジェット記録ヘッドは、前
記温度検知用センサーが、前記基板上における前記複数
の記録素子の列の並びと平行に配置され、かつ、前記複
数の記録素子と集積回路素子の間を接続する配線の絶縁
膜を挟んで、下面に配置されていることを特徴としてい
る。また、本発明のインクジェット記録ヘッドは、温度
検知用センサーが、前記基板における前記複数の記録素
子の列の並びと平行に配置され、かつ、その形状が前記
複数の記録素子の列の長さより長く、前記複数の記録素
子と集積回路素子を接続する配線の列の並びの外側の両
側に、前記温度検知用センサーを電気的に接続するコン
タクト部を有することを特徴としている。また、本発明
のインクジェット記録ヘッドは、温度検知用センサー
が、前記基板上における前記複数の記録素子の列の並び
と平行に配置され、かつその形状は複数の記録素子の列
の長さより長く、かつ、その幅が５０μｍ以上あること
を特徴としている。また、本発明のインクジェット記録
ヘッドにおいては、前記温度検知用センサーを、Ｓｉ基
板内に不純物を拡散して形成した拡散抵抗により構成す
ることができ、また、それを不純物をドープさせたポリ
シリコンをＳｉ基板内に拡散して形成した拡散抵抗によ
り構成することができ、あるいは、それを前記基板内に
形成したダイオードにより構成することができる。さら
に、本発明のインクジェット記録ヘッドの形成方法は、
発熱抵抗体を構成要素とする複数の記録素子と、前記複
数の記録素子に電気的に接続された複数の機能素子と、
駆動用集積回路とが形成された共通の基板を備え、該駆
動用集積回路により記録すべき画像データに対応して前
記記録素子へ選択的に記録電流を通電させ記録を行うイ
ンクジェット記録ヘッドの形成方法において、前記複数
の記録素子の列の並びと平行に配置される温度検知用セ
ンサーを、前記基板上に不純物拡散を繰り返して集積回
路を形成する際における拡散層と同一の拡散層によっ
て、前記集積回路の形成と同時にＳｉ基板内に拡散抵抗
センサーとして形成したことを特徴としており、その
際、前記拡散層を、不純物をドープさせたポリシリコン
により形成することができる。

【０００９】

【発明の実施の形態】上記したように、本発明のインク
ジェット記録ヘッドは、温度検知用の温度センサーを、
ヘッド駆動時の温度上昇時に、検出温度が１１０℃を越
えない位置に配置することによって、具体的には、拡散
温度センサーを発熱抵抗体の端部からセンサーまでの距
離を３００μｍ以上６００μｍ以下とすることによっ
て、ヘッド駆動時の昇温に対し、拡散温度センサーの測
定範囲が１１０℃を越えることなしに使用することが可
能になる。また、本発明のインクジェット記録ヘッド
は、温度検知用の温度センサーと発熱抵抗体との距離を
できるるだけ近づけることによって、具体的には、発熱
抵抗体と集積回路素子の間に配置することによって、発
熱抵抗体の片側の端から反対側の端までいずれかを駆動
させても、温度検出の誤差を小さくすることができる。
また、本発明のインクジェット記録ヘッドは、基板上に
温度センサーと、発熱抵抗体を効率よく配置することに
よって、具体的には、発熱抵抗体と、集積回路素子の間
を接続する配線の直下に、絶縁膜をはさんで配置させる
ことによって、無駄なスペースがなくなり基板サイズを
縮小でき、製造コストを下げることができる。また、本
発明のインクジェット記録ヘッドは、基板上に不純物拡
散をくり返して、集積回路を形成する際、同一の拡散
層、すなわちＰＳＤ層を形成する時に、同時に基板に拡
散抵抗センサーとして形成する。このことによって、拡
散センサーを形成することによる工程の増加を抑えるこ
とが出来る。この事はまた、集積回路素子のドライバー
Ｔｒ部分がＢｉｐＴｒからＭｏｓＴｒに変更されても、
コンパチ性が失なわれる事がない。また、本発明のイン
クジェット記録ヘッドは、温度センサーの横幅を広くす
ることで、具体的には、目ズレや、パターニング精度誤
差はコンタクト露光方式では±２．５μｍ以内程度の誤
差があり、センサーの横幅を５０μｍとすることでその
誤差をレンジで１０％以内に抑えることができる。ま
た、本発明のインクジェット記録ヘッドの形成方法によ
ると、基板上に不純物拡散をくり返して、集積回路を形
成する際、同一の拡散層、すなわちＰＳＤ層を形成する
時に、同時に基板に拡散抵抗センサーとして形成するこ
とが可能となる。このことによって、拡散センサーを形
成することによる工程の増加を抑えることができる。こ
のことはまた、集積回路素子のドライバーＴｒ部分がＢ
ｉｐＴｒからＭｏｓＴｒに変更されても、コンパチ性が
失なわれることがない。

【００１０】

【実施例】以下に、本発明の実施例について説明する。［実施例１］図１は本発明の実施例１を示すものであ
り、図２は図１をＸ₁−Ｘ’₁の一点鎖線で切断した断面
図である。図１中、符号１１はＳｉ基板、１２は集積回
路部、１３は集積回路中の特に駆動用Ｔｒ部、１４は基
板と外部回路部との電気的接続を行なう電極パッド部、
１５は発熱抵抗体部、１６は発熱抵抗体部と駆動用Ｔｒ
部を電気的に接続する配線部、１７は配線部の下方に絶
縁膜をはさんで、Ｓｉ基板中に形成された拡散層による
温度センサーである。

【００１１】図２中、符号２１はシリコン基板、２２は
ＳｉＯ2の第一の蓄熱層、２３はＳｉＯ2の第２の蓄熱
層、２４はＴａＮ層からなる発熱抵抗体層、２４ｃは発
熱抵抗体層２４のヒーター部である。２５ｅは図１の１
６および、集積回路上は配置するＡｌ配線である。２６
はＳｉＮ層からなる保護層、２７はＴａの耐蝕層、２８
は図１の１６に相当するＡｌ配線、３０は、図１の１
２、１３と同様にＳｉ基板に不純物拡散によって形成さ
れた集積回路部の拡散層部である。３１は集積回路部の
形成と同時に形成された温度センサーとしての拡散層で
ある。以下、順を追って基板についての作成手順を説
明する。

【００１２】まず、Ｓｉ基板に、Ｐ型、Ｎ型の不純物を
イオン注入および熱拡散法によって導入し、Ｐ型、Ｎ型
の拡散層を形成するこの工程は、ここでは省略するが一
般的に知られている、ＢｉｐあるいはＭｏｓ素子、ある
いはＢｉＣＭｏｓ集積回路、ＣＭｏｓ集積回路のいずれ
かの一般的な形成方法で、特に特殊な構成や、形成方法
を用いる必要はない。よって、図中でも細い拡散層や段
差の構成は省略する。そして、本発明に係わる重要な要
件として、Ｐ型の拡散層を形成する際に、集積回路部の
形成と同時に、集積回路部と後で形成する発熱抵抗体部
の間のＳｉ基板部に温度センサーとしての拡散抵抗層を
形成する。ここでは、シート抵抗約１００Ω／Ｄ、幅５
０μｍ、長さ１３．２ｍｍのサイズでヒーター列の端か
ら端と平行に配置した。

【００１３】さらに、後で形成する発熱抵抗体の端部か
ら、３００μｍ以上離した位置に配置した。次に集積回
路部形成後、集積回路部前方の拡散抵抗層よりさらに前
方に発熱抵抗層を形成するため、スパッタ法により、Ｔ
ａＮを６００Å、Ａｌを５０００Åの厚さに形成しフォ
トリソグラフィによるパターニングにより、発熱抵抗体
部、配線部分の形状に加工する。この際下地の拡散抵抗
層、あるいは集積回路部とは絶縁層をはさんで発熱抵抗
体部、配線が形成され、集積回路部分との接続は絶縁膜
中のスルーホールを介して行われる。次にＣＶＤ法によ
ってＳｉＮ層を１μｍの厚さに形成し、さらにスパッタ
法によってＴａ層を２３００Åの厚さに形成し、フォト
リソグラフィによるパターニングにより、所定の部分の
Ｔａと電極パッド部のＳｉＮが除去され、インクジェッ
ト用の基板を作成した。

【００１４】さらにこの基板を用いて、インクジェット
記録ヘッドを作成した。このインクジェット記録ヘッド
を駆動させたが、ヘッド温度の上昇をリアルタイムに検
出、吐出条件の微調が可能となった。さらに、ヘッド内
のインクの供給を止め、急激にヘッドの温度を上昇させ
ても、それに対応した温度検出が可能となり、駆動を止
めることが出来た。

【００１５】［実施例２］図５に本発明の実施例２を示
す。図５において、温度センサー３２は、集積回路形成
時のゲート形成用ポリシリコンを用いて形成されるが、
実施例１と同様に発熱抵抗体の端面より３００μｍ以上
６００μｍ以内に離れた位置に配置される。また、その
形状も発熱抵抗体の並びの端から端までの長さをもち、
両端から電気的な接続用の配線を取る。このようにして
基板を作成し、インクジェット記録ヘッドを作成した
が、実施例１と同様の効果が得られた。

【００１６】［実施例３］図６に本発明の実施例３を示
す。図６において、温度センサー３３は、集積回路形成
時のＰ型、Ｎ型不純物を用いた、Ｄｉの形成によって作
るが、実施例１と同様に発熱抵抗体の端面より３００μ
ｍ以上６００μｍ以内離れた位置に配置される。また、
その形状も発熱抵抗体の並びの端から端までの長さをも
ち、両端から、電気的な接続用の配線を取る。このよう
にして基板を作成し、インクジェット記録ヘッドを作成
したが実施例１と同様の効果が得られた。

【００１７】

【発明の効果】以上のように、本発明のインクジェット
記録ヘッドの構成によれば、該温度検知用センサーが前
記発熱抵抗体に対して、検出温度の感度が最も高く、か
つ、センサーの有する温度特性に誤差を生じることのな
い位置、具体的にはヒーターの端部から少なくとも３０
０μｍ以上６００μｍ以下の位置に配置されているか
ら、温度センサーの測定範囲が１１０℃を越えることな
しに使用することが可能となり、正確な温度検出を行う
ことができる。また、本発明のインクジェット記録ヘッ
ドは、温度検知用の温度センサーと発熱抵抗体との距離
をできるだけ近づける構成を採ることによって、検出温
度の誤差をきわめて小さくすることができる。また、本
発明のインクジェット記録ヘッドは、基板上に温度セン
サーと、発熱抵抗体を効率よく配置する構成を採ること
によって、無駄なスペースなしに基板内に各機能素子を
配置でき、基板を小さくすることによるコストダウンを
図ることが可能となる。また、本発明のインクジェット
記録ヘッドの形成方法によれば、拡散センサーを形成す
ることによる工程数の増加を抑えることができ、基板製
造のコストダウンをはかることが可能となり、ＩＣの構
造が一部変更されてもコンパチ性を図ることができる。
また、本発明のインクジェット記録ヘッドは、温度セン
サーの横幅を広くする構成を採ることにより、温度セン
サーの製造工程のバラツキをレンジで１０％以内に抑え
ることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例１における基板の平面図であ
る。

【図２】図１をＸ₁−Ｘ’₁の一点鎖線で切断した断面図
である。

【図３】一般的なインクジェット基板の発熱部の平面図
である。

【図４】図３をＸ₂−Ｘ’₂の一点鎖線で切断した断面図
である。

【図５】本発明の実施例２における基板の断面図であ
る。

【図６】本発明の実施例３における基板の断面図であ
る。

【符号の説明】

１１：Ｓｉ基板１２：集積回路部１３：駆動用Ｔｒ部１４：電極パッド部１５：発熱抵抗体部１６：配線部１７：拡散抵抗による温度センサー２１：Ｓｉ基板２２：ＳｉＯ2の第一の蓄熱層２３：ＳｉＯ2の第二の蓄熱層２４：ＴａＮ層２４ｃ：ヒーター部２５ｅ：Ａｌ層からなる配線２５ｆ：Ａｌ層からなる配線２６：ＳｉＮ層からなる保護層２７：Ｔａの耐蝕層２８：Ａｌ層からなる配線２９：熱作用面３０：集積回路部３１：拡散抵抗層による温度センサー３２：ポリシリコンによる温度センサー３３：Ｄｉによる温度センサー

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】発熱抵抗体を構成要素とする複数の記録素
子と、前記複数の記録素子に電気的に接続された複数の
機能素子と、駆動用集積回路とが形成された共通の基板
を備え、該駆動用集積回路により記録すべき画像データ
に対応して前記記録素子へ選択的に記録電流を通電させ
記録を行うインクジェット記録ヘッドにおいて、前記基
板に温度検知用センサーが形成され、該温度検知用セン
サーが前記発熱抵抗体に対して、検出温度の感度が最も
高く、かつ、センサーの有する温度特性に誤差を生じる
ことのない位置に設けら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】前記位置が、発熱抵抗体の端部から少なく
とも３００μｍ以上６００μｍ以下であることを特徴と
する請求項１に記載のインクジェット記録ヘッド。
【請求項３】前記温度検知用センサーが、前記基板上に
おける前記複数の記録素子の列の並びと平行に配置さ
れ、かつ、前記複数の記録素子と集積回路素子の間に配
置されていることを特徴とする請求項１または請求項２
に記載のインクジェット記録ヘッド。
【請求項４】前記温度検知用センサーが、前記基板上に
おける前記複数の記録素子の列の並びと平行に配置さ
れ、かつ、前記複数の記録素子と集積回路素子の間を接
続する配線の絶縁膜を挟んで、下面に配置されているこ
とを特徴とする請求項１または請求項２に記載のインク
ジェット記録ヘッド。
【請求項５】温度検知用センサーが、前記基板における
前記複数の記録素子の列の並びと平行に配置され、か
つ、その形状が前記複数の記録素子の列の長さより長
く、前記複数の記録素子と集積回路素子を接続する配線
の列の並びの外側の両側に、前記温度検知用センサーを
電気的に接続するコンタクト部を有することを特徴とす
る請求項１〜４のいずれか１項に記載のインクジェット
記録ヘッド。
【請求項６】温度検知用センサーが、前記基板上におけ
る前記複数の記録素子の列の並びと平行に配置され、か
つその形状は複数の記録素子の列の長さより長く、か
つ、その幅が５０μｍ以上あることを特徴とする請求項
１〜４のいずれか１項に記載のインクジェット記録ヘッ
ド。
【請求項７】前記温度検知用センサーが、Ｓｉ基板内に
不純物を拡散して形成した拡散抵抗からなることを特徴
とする請求項１〜６のいずれか１項に記載のインクジェ
ット記録ヘッド。
【請求項８】前記温度検知用センサーが、不純物をドー
プさせたポリシリコンをＳｉ基板内に拡散して形成した
拡散抵抗からなることを特徴とする請求項１〜６のいず
れか１項に記載のインクジェット記録ヘッド。
【請求項９】前記温度検知用センサーが、前記基板内に
形成したダイオードからなることを特徴とする請求項１
〜６のいずれか１項に記載のインクジェット記録ヘッ
ド。
【請求項１０】発熱抵抗体を構成要素とする複数の記録
素子と、前記複数の記録素子に電気的に接続された複数
の機能素子と、駆動用集積回路とが形成された共通の基
板を備え、該駆動用集積回路により記録すべき画像デー
タに対応して前記記録素子へ選択的に記録電流を通電さ
せ記録を行うインクジェット記録ヘッドの形成方法にお
いて、前記複数の記録素子の列の並びと平行に配置され
る温度検知用センサーを、前記基板上に不純物拡散を繰
り返して集積回路を形成する際における拡散層と同一の
拡散層によって、前記集積回路の形成と同時にＳｉ基板
内に拡散抵抗センサーとして形成したことを特徴とする
インクジェット記録ヘッドの形成方法。
【請求項１１】前記拡散層が、不純物をドープさせたポ
リシリコンからなることを特徴とする請求項１０に記載
のインクジェット記録ヘッドの形成方法。