JPH10119284A

JPH10119284A - インクジェット用基体、インクジェットヘッド、インクジェットペン、及びインクジェット装置

Info

Publication number: JPH10119284A
Application number: JP29779596A
Authority: JP
Inventors: Ichiro Saito; 一郎斉藤; Toshimori Miyakoshi; 俊守宮越
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1996-10-21
Filing date: 1996-10-21
Publication date: 1998-05-12

Abstract

(57)【要約】（修正有）【課題】故障率が少なく寿命が長く、高精細な画像を高
速で記録することができ、低価格化を図ることができる
インクジェットヘッド用基体と、インク貯溜部を含むイ
ンクジェット装置の提供。【解決手段】インクジェットヘッド用基体１０４は、基
板１０３上に絶縁層１１１１，１１１２を介して形成さ
れたインクの吐出エネルギーを発生する発熱抵抗素子１
１０２と、素子に接続されている一対の電極配線１１１
０ａ，１１１０ｂとを有する。一対の電極配線はその一
方１１１０ａが絶縁層１１１２の上面に発熱抵抗素子１
１０２ごとに個別に配設され、他方１１１０ｂが前記絶
縁層１１１２の下面に複数の層からなる中間層１１１０
ｃを介して配設されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、インクジェット用
基体、インクジェットヘッド、インクジェットペン、及
びインクジェット装置に関する。より具体的には、紙、
プラスチックシート、布、物品等を包含する記録保持体
（以下、代表的に「紙」と称する）に対してインク、
機能性液体等‐（以下、代表的に「インク」と称する）
を吐出することにより文字、記号、画像等（以下、代表
的に「画像」と称する）の記録、印刷等（以下、代表的
に「記録」と称する）を行うインクジェットヘッドを構
成するための基体、該基体を用いて構成されるインクジ
ェットヘッド、該インクジェットヘッドに対して供給さ
れるインクを貯溜するためのインク貯溜部を含むインク
ジェットペン、及びインクジェットヘッドが装着される
インクジェット装置に関する。本発明において言うイン
クジェットぺンは、インクジェットヘッドとインク貯溜
部とを一体としたカートリッジ形態のもの、及びそれら
を互いに別体として取り外し可能に組み合わせた形態の
ものも包含するものである。このインクジェットペン
は、装置本体側のキャリッジ等の搭載手段に対して着脱
自在である。また、本発明において言うインクジェット
装置は、ワードプロセッサやコンピュータ等の情報処理
機器の出力端末として一体的にまたは別体として設けら
れるものの他、情報読取機器等と組み合わされた複写装
置、情報送受信機能を有するファクシミリ装置、布への
捺染を行う機械等の種々の形態のものを包含するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】インクジェット装置は、インクを微小な
滴として吐出口から高速で吐出することにより、高精細
な画像の高速記録を行なうことができるという特長を有
している。特に、インクを吐出するために利用されるエ
ネルギーを発生するエネルギー発生手段として電気熱変
換体を用い該電気熱変換体が発生する熱エネルギーによ
って生じるインクの発泡を利用してインクを吐出する方
式のインクジェット装置は、画像の高精細性、高速記録
性、ヘッド及び装置の小型化などの装置性能において優
れている。これらの装置性能に関する市場の要求は年々
大きくなっており、これに応じてインクジェット装置の
各種の改良が進められている。

【０００３】かかる改良策としては種々の提案がなされ
ているが、その一つとして米国特許第４，４５８，２５
６号明細書を挙げることができる。この米国特許明細書
の例えばＦＩＧ．１１には、電気熱変換体を構成する抵
抗体の発熱部（以下、「ヒーター」とも称する）に電気
エネルギーを付与するための電極のリターン部分を共通
電極として共通化し、該共通電極を絶縁層の下側に導電
層としてはわせて設ける構成が示されている。この構成
によれば、複数のヒーターを配置設計する際に電極のリ
ターン部分による邪魔がなくなるので、それら複数のヒ
ーターを従来に比して更に近接配置させることができ
る。吐出口に連通するインク路はヒーターに対応して設
けられるので、これによりインク路の一層の高密度配設
を達成することができる。インク路を、一層高密度に配
設できれば、吐出口も一層高密度に配設できることにな
るので、一層高精細な画像を得ることができる。また、
インク路の一層の高密度配設は基板のスペースの節約に
つながるので、ヘッドの一層の小型化を達成することが
できる。また、実公平６−２８２７２号公報にも、発熱
抵抗体層の下側にアンダーコート層を介して共通電極と
なるメタル層を設けた構成が開示されている。かかるメ
タル層の材料としては、タンタル、モリブデン、タング
ステン等が挙げられている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
たインクジェットヘッドには上述した各種の特長がある
反面、次の様な問題のあることが、本発明者らの検討に
よって明らかとなった。すなわち、上述した構成のイン
クジェットヘッドには、その寿命が予想に反して短いも
のが発生することがあったり、或いはインクの吐出を続
けるうちに吐出性能が落ちてしまうものがある、という
問題である。その原因を究明すべく本発明者らが更なる
検討を行った結果、以下のことが判明した。すなわち、
上述したインクジェットヘッドのヒーターボード構成で
は、図２に示されるように発熱抵抗体１１０３の基板１
０３側に絶縁層１１１１を介してＡｌ（アルミニウム）
等の共通電極１１１０ｂが存在する。したがって、発熱
抵抗体１１０３で発生した熱により共通電極１１１０ｂ
辺りの温度は、かなりの高温に達する。この際に、Ａｌ
等の共通電極１１１０ｂ（Ａｌの線膨張率２．５×１
０^-5／℃）では大きな熱膨張が生じるのに対し、絶縁層
１１１２（例えばＳｉＯ2の線膨張率１．６×１０^-7／
℃）では、その程度は小さいので、両層間に熱応力が発
生する。更には、繰り返しによる昇温→降下の熱サイク
ルにより両層の界面あるいは膜質の弱い箇所が集中的な
ダメージを受け遂にはかかる箇所からインクが侵入して
電触を起こし、発熱抵抗体１１０３が断線するという問
題があった。特に、インクジェットヘッドの高速化によ
り投入電力が短パルスで入力される場合に、この問題は
顕著となる。

【０００５】そこで、本発明は、上記従来のものにおけ
る課題を解決し、良好なインク吐出を長期間にわたって
行うことのできるインクジェットヘッド用基体と、該基
体を用いて構成されたインクジェットヘッドを提供する
ことを目的としている。また、本発明は、故障率が少な
く寿命の長いインクジェットヘッド用基体と、該基体を
用いて構成されたインクジェットヘッドを提供すること
を目的としている。また、本発明は、複数の吐出口が高
密度に配設され、高精細な画像を高速で記録することの
できるインクジェットヘッド用基体と、該基体を用いて
構成されたインクジェットヘッドを提供することを目的
としている。また、本発明は、基板のスペースが節約さ
れ小型化が可能で、単結晶シリコン等の比較的高価な材
料で作られるインクジェットヘッド用基体においても、
該基板のスペースを節約して構成することによって低価
格化を図ることができるインクジェットヘッド用基体
と、該基体を用いて構成されたインクジェットヘッドを
提供することを目的としている。さらに、本発明は、上
述した優れたインクジェットヘッドに対して供給される
インクを貯溜するためのインク貯溜部を含むインクジェ
ットペン、及びかかるインクジェットヘッドが装着され
るインクジェット装置を提供することを目的としてい
る。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明のインクジェット
ヘッド用基体は、上記課題を解決するため、基板上に絶
縁層を介して形成されたインクの吐出エネルギーを発生
する発熱抵抗素子と、該素子に接続されている一対の電
極配線とを有するインクジェットヘッド用基体におい
て、前記一対の電極配線はその一方が前記絶縁層の上面
に発熱抵抗素子ごとに個別に配設され、他方が前記絶縁
層の下面に複数の層からなる中間層を介して配設されて
いることを特徴としている。また、本発明のインクジェ
ットヘッド用基体においては、前記発熱抵抗素子が複数
設けられている構成のものが含まれることは当然のこと
であり、また、前記中間層を、前記絶縁層の下面に配設
されている電極配線と同一パターン形状に形成すること
もできる。また、本発明のインクジェットヘッド用基体
においては、前記絶縁層の下面に配設されている電極配
線が、共通電極で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ヘッド用基体においては、前記絶
縁層の下面に配設されている複数の層からなる中間層お
よび電極配線を、それぞれの発熱抵抗体に対応して分離
して構成することができ、また、発熱抵抗素子上に保護
層を設けるようにしてもよい。また、本発明のインクジ
ェットヘッドは、上記した本発明のインクジェットヘッ
ド用基体によって構成されたことを特徴としている。す
なわち、前記したインクジェットヘッド用基体上にイン
クを吐出する吐出口が設けられ、該吐出口を発熱抵抗素
子に対応して配されたインク路に連通させて構成されて
いる。さらに、本発明のインクジェットペンは、上記し
た本発明のインクジェットヘッドを有し、インク路に供
給されるインクを貯溜するためのインク貯溜部を備えた
構成を有し、インクジェット装置は、本発明の上記した
インクジェットヘッドを有し、該ヘッドを装着するため
の装着手段を備えた構成を有していることを特徴として
いる。

【０００７】

【発明の実施の形態】本発明者らは、発熱抵抗素子の下
側の絶縁層と電極配線との間に、複数の層からなる中間
層を形成することにより、上述した問題を解決できる知
見を得た。すなわち、発熱抵抗素子で発生する熱の影響
を最も受け易い発熱抵抗素子の下面に構成された、絶縁
層および電極配線は熱膨張率が大きく異なるため、両層
間に熱応力が発生する。そこで、両層間に複数の層から
なる中間層を形成し、両層間の熱膨張率差に起因する熱
応力を緩和することにより、層間剥離や膜のクラック発
生を防止あるいは抑制される。したがって、中間層を構
成する材料は、熱膨張率が絶縁層より大きく、電極配線
より小さいもので形成することが必要である。好ましく
は、絶縁層から電極配線に向かって徐々に熱膨張率が変
化するように、中間層を形成することが好ましい。

【０００８】本発明に係わる複数の層からなる中間層と
しては、Ａｕ，Ｂｅ，Ｃｒ，Ｈｆ，Ｉｒ，Ｐｄ，Ｐｔ，
Ｒｈ，Ｒｕ，Ｔｉ，Ｚｒ，Ｗ，Ｔａ，Ｖ，Ｍｏ，Ｎｉか
ら選択された単体金属または２種以上の金属からなる合
金が用いられる。更に他の中間層としては、酸化シリコ
ン、窒化シリコン、炭化シリコン等からなる絶縁層にＡ
ｌ，Ａｕ，Ｂｅ，Ｃｒ，Ｈｆ，Ｉｒ，Ｐｄ，Ｐｔ，Ｒ
ｈ，Ｒｕ，Ｔｉ，Ｚｒ，Ｗ，Ｔａ，Ｖ，Ｍｏ，Ｎｉから
選択された単体金属または２種以上の金属からなる合金
を含有する複合層が用いられる。したがって、複数から
なる中間層は、金属層の積層膜もしくは複合層の積層
膜、あるいは金属層と複合層の積層膜で構成しても構わ
ない。また、膜厚としては中間層全体が５００Å以上３
０００Å以下、好適には８００Å以上１２００Å以下が
用いられる。

【０００９】図１は、本発明の一実施態様に係わるイン
クジェットヘッドの要部をヒーターの上方から切断して
見た模式的断面図である。図２Ａは、図１のインクジェ
ットヘッドの要部をＡ−Ａ’線で切断した模式的断面図
であり、図２Ｂ、図２Ｃは図１のインクジェットヘッド
の要部をＢ−Ｂ’線で切断した模式的断面図である。本
実施態様に係わるインクジェットヘッドには、複数の吐
出口１１０１が設けられている。吐出口１１０１からイ
ンクを吐出するために利用されるエネルギーを発生する
電気熱変換体の発熱部（ヒーター）１１０２が、各吐出
口に連通するインク路１１０８毎に設けられている。電
気熱変換体は、発熱部１１０２を含む発熱抵抗層１１０
３と該発熱抵抗層に電気エネルギーを供給するための電
極とを含有する。電極は、個別電極層１１１０ａと共通
電極層１１１０ｂによって構成される。基板１０３上に
は、下部絶縁層１１１１を介して上述の共通電極層１１
１０ｂが形成されている。また、共通電極層１１１０ｂ
と上部絶縁層１１１２の間には、複数の層からなる中間
層１１１０ｃが形成されている。

【００１０】上部絶縁層１１１２上には、発熱抵抗層１
１０３と個別電極層１１１０ａが、パターニングにより
形成され、スルーホール１１０５において発熱抵抗層１
１０３を介して共通電極に接続されている。ただし、中
間層１１１０ｃとして、絶縁層に単体金属または２種以
上の金属からなる合金を含有する複合層で構成する場合
には、図２ｃのように発熱抵抗層１１０３と共通電極１
１１０ｂが接するスルーホール１１０５部分のみ中間層
を除去する。発熱抵抗層１１０３、個別電極層１１１０
ａを下部保護層１１１３及び上部保護層１１１４が被覆
している。本実施態様に係わるインクジェットヘッド用
基体１０４は、基板１０３とその上に形成される上述し
た種々の薄層とを含むものである。

【００１１】各インク１１０８は、路壁部材１１０９に
よって仕切られている。吐出口１１０１とは反対側のイ
ンク路１１０８の端部は、共通インク室１１０６と連通
している。この共通インク室１１０６には、インクを貯
溜するためのインクタンクから供給されるインクが一時
的に貯溜される。共通インク室１１０６に供給されたイ
ンクは各インク路１１０８に導かれ、吐出口１１０１に
おいてメニスカスを形成して保持される。電気熱変換体
を選択的に駆動して発熱させることにより、インクに膜
沸騰が起こって気泡が発生する。この気泡の成長に応じ
てインクが吐出口１１０１から吐出される。

【００１２】本実施態様に係わるインクジェットヘッド
においては、上部絶縁層１１１２と共通電極層１１１０
ｂの間に複数の層からなる中間層が形成されている。こ
の様なインクジェットヘッド用基体の構成によれば、発
熱部１１０２の発生する熱を最も受けやすい発熱部の下
側に、複数の層からなる中間層が形成されているので、
熱膨張率に大きな差のある材料間で発生する熱応力を緩
和する層として機能する。したがって、上部絶縁層と共
通電極層との層間剥離や膜のクラックの発生を防止ある
いは抑制できる。しかも、電極のリターン部分を共通化
して広い導電層として設けるので、電極のリターン部分
をヒーター毎に個別に設ける場合に比べて電圧降下を抑
制することができるという利点もある。

【００１３】本実施態様に係わるインクジェットヘッド
用基体を製造するには、半導体の製造などに利用される
成膜技術を適宜用いることができる。単結晶シリコン等
からなる基板１０３の上に例えば酸化シリコシ、窒化シ
リコン等の無機材料を公知の成膜技術によって成膜し
て、下部絶縁層１１１１を形成するなどすることによ
り、基板１０３上を絶緑性とする。次いで、下部電極層
としてＡｌ、Ａｌ−Ｃｕ等、更に複数の層からなる中間
層を、例えば連続スパッタリングによって順次成膜する
ことにより形成する。中間層の成膜は、中間層を構成す
る金属または化合物よりなるそれぞれ単独のターゲット
を用いて、多元スパッタリング法により形成してもよい
し、中間層を構成する複合あるいは合金ターゲットを用
いて形成してもよい。次に、例えばドライエッチング等
により共通電極材をパターニングして共通電極層を形成
する。図１では、このパターンは広めのベタ状としてあ
る。上部絶縁層１１１２の形成工程以後のインクジェッ
ト用基体の製造方法は、同様に公知の成膜技術を用いて
行えばよい。

【００１４】図５Ａは、本発明の他の実施態様に係わる
インクジェットヘッドの要部を図１と同じ方向から見た
模式的断面図であり、図５Ｂ、図５Ｃは図２Ａと同じ方
向から見た模式的断面図である。本実施態様が先の実施
態様と異なる点は、上部絶縁層１１１２の下側に設けら
れる電極および複数の層からなる中間層をベタ状に形成
せず、それぞれの発熱部１１０２に対応して個別に分離
独立に形成したことにある。この様なインクジェットヘ
ッド用基体の構成によれば、発熱部１１０２の発生する
熱を最も受けやすい発熱部の下側に、複数の層からなる
中間層が形成されているので、熱膨張率に大きな差のあ
る材料間で発生する熱応力を緩和する層として機能す
る。従って、上部絶縁層と共通電極層との層間剥離や膜
のクラックの発生を防止あるいは抑制できる。しかも、
本実施態様に係わるインクジェットヘッドにおいては、
複数からなる中間層と電極層が各々独立しているので、
発熱部１１０２の発生した熱が電極層を介して隣接する
発熱部に及んで悪影響が生じることがない。また、電極
層を介して熱が拡散することによるエネルギー損失も抑
制される、という効果がえられる。本実施態様に係わる
インクジェットヘッド用基体を製造するには、複数から
なる中間層と電極層をパターニングする際に個別に分離
独立した形状になるように先の実施態様のものとパター
ンを変えて行えばよい。

【００１５】図６Ａは、本発明の一実施態様に係わるイ
ンクジェットヘッドを示す模式的断面図である。図６Ｂ
は、図６Ａに示したインクジェットヘッドをＣ−Ｃ’線
で切断した模式的断面図である。尚、図６Ａに示したイ
ンクジェットヘッドをＤ−Ｄ’線で切断した模式的断面
図の要部が図１に相当する。インクジェットヘッド１２
は、インクジェットヘッド用基体１０４に対して樹脂か
らなる天板１０５をばねなどの弾性部材を用いて加圧接
合することによって形成されている。天板１０５は、吐
出口１１０１が設けられた吐出口プレート１１０４と路
壁部材１１０９とが一体的に形成されたものである。天
板１０５の内部には共通インク室１１０６が設けられて
いる。共通インク室１１０６には、インクを貯溜するた
めのインクタンクから供給口１０７を介してインクが供
給される。共通インク室１１０６に供給されたインクは
各インク路１１０８に導かれ、吐出口１１０１において
メニスカスを形成して保持される。発熱抵抗体を選択的
に駆動して発熱させることにより、インクに膜沸騰を含
む状態変化が起こって気泡が発生する。この気泡の成長
に応じてインクが吐出口１１０１から吐出される。

【００１６】図７は図６Ａ及び図６Ｂに示したインクジ
ェットヘッドを組み込んだカートリッジ状態のインクジ
ェットヘッドペンが装着されたインクジェット装置１５
の要部を示す模式的斜視図である。

【００１７】駆動モーター２６４の正逆回転に連動して
駆動力伝達ギア２６２、２６０を介してリードスクリュ
ー２５６が回転する。リードスクリュー２５６の螺旋溝
２５５に対して係合するピン（不図示）がキャリッジ１
６に設けられているので、リードスクリュー２５６の回
転に応じてキャリッジ１６は矢印ａ、ｂ方向に往復移動
させられる。２５３は紙押さえ板であり、キャリッジ１
６の移動方向にわたって紙２７２をプラテン２５１に対
して押圧する。２５８、２５９はフォトカプラであり、
キャリッジ１６のレバー２５７のこの域での存在を確認
してモーター２６４の回転方向の切り換え等を行うため
のホームポジション検知手段となっている。１１はイン
クタンクが一体的に設けられたカートリッジタイプのイ
ンクジェットペンである。２６５はインクジェットペン
のインク吐出口をキャッピングするキャップであり、こ
のキャップ２６５は支持部材２７０によって支持されて
いる。２７３はキャップ２６５を介してインク吐出口か
ら吸引を行うための吸引手段であり、キャップ２６５の
開口２７１を介してヘッドの吸引回復処理を行う。２６
６はインク吐出口が設けられた面をクリーニングするた
めのブレードであり、２６８はブレード２６６を前後方
向に移動するための部材である。これらは本体支持基板
２６７に支持されている。

【００１８】

【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、図２Ａ及び図２Ｂに示されたインク
ジェットヘッド用基体を次の様にして複数製造した。単
結晶シリコンからなる基板１０３上に酸化シリコンから
なる１．５μｍ厚の下部絶縁層１１１１を熱酸化によっ
て形成した。その上に連続スパッタリングによって５５
００Å厚のＡｌ層を形成した。次いで２層からなる中間
層として５００ÅのＴｉ−Ｗ層、５００ÅのＴａ層をア
ルゴン圧１．８Ｐａに調整して形成した。Ａｌ層、Ｔｉ
−Ｗ層、Ｔａ層をＢＣｌ3（４６％）、Ｃｌ2（３６
％）、およびＮ2（１８％）の混合ガスを用いてドライ
エッチングにより同時にパターニングすることにより、
図２Ａ及び図２Ｂに示される様なＡｌからなる下部電極
層１１１０ｂとＴｉ−ＷおよびＴａの２層からなる中間
層１１１０ｃを得た。

【００１９】次いで、プラズマＣＶＤ法によって酸化シ
リコンからなる１．４μｍ厚の上部電極層１１１２を形
成した。フッ化アンモニウムを用いてエッチングを行
い、コンタクト用のスルーホール１１０５を形成した。
スパッタリングによって６００Å厚の窒化タンタル層を
形成し、これをエッチングによってパターニングして図
１に示される形状の発熱抵抗層１１０３を得た。その上
にスパッタリングによって５５００Å厚の純Ａｌ層を形
成し、これをエッチングによってパターニングして図１
に示される形状の個別電極１１１０ａと接続用電極１１
１０ｄとを得た。更に、プラズマＣＶＤ法によって酸化
シリコンからなる１．０μｍ厚の下部保護層１１１３を
形成した。その上にスパッタリングによってＴａからな
る２３００Å厚の上部保護層１１１４を形成した。それ
を表１に示す。

【００２０】この様にして複数製造された本実施例に係
わるインクジェットヘッド用基体１０４に対してポリサ
ルホンからなる天板１０５を不図示のばねを用いて加圧
接合することにより、図６Ａ及び図６Ｂに示される様な
本実施例に係わるインクジェットヘッド１２を複数得
た。このインクジェットヘッド１２の吐出口１１０１の
配設密度は１６個／ｍｍ、吐出口１１０１の数は１２８
個とした。

【００２１】［実施例２］複数からなる中間層を６００
ÅのＴｉ−Ｃｒ層及び５００Å厚のＴａ層に変更する以
外は実施例１と同様に製造することにより、図１、図２
Ａ及び図２Ｂに示されたインクジェットヘッド用基体を
製造し、それを表１に示す。

【００２２】［実施例３］複数からなる中間層を５００
ÅのＷ層及び６００Å厚のＭｏ層に変更する以外は実施
例１と同様に製造することにより、図１、図２Ａ及び図
２Ｂに示されたインクジェットヘッド用基体を製造し、
それを表１に示す。

【００２３】［実施例４］複数からなる中間層を７００
ÅのＴｉ層及び５００Å厚のＴｉ−Ａｌ層に変更する以
外は実施例１と同様に製造することにより、図１、図２
Ａ及び図２Ｂに示されたインクジェットヘッド用基体を
製造し、それを表１に示す。

【００２４】［実施例５］複数からなる中間層を６００
ÅのＴａ層及び４００Å厚のＴａ−Ｃｒ層に変更する以
外は実施例１と同様に製造することにより、図１、図２
Ａ及び図２Ｂに示されたインクジェットヘッド用基体を
製造し、それを表１に示す。

【００２５】［実施例６］複数からなる中間層を５００
ÅのＴｉ−Ｚｒ層及び５００Å厚のＷ層に変更する以外
は実施例１と同様に製造することにより、図１、図２Ａ
及び図２Ｂに示されたインクジェットヘッド用基体を製
造し、それを表１に示す。

【００２６】［実施例７］図１、図２Ａ及び図２Ｃに示
されたインクジェットヘッド用基体を次の様にして複数
製造した。単結晶シリコンからなる基板１０３上に酸化
シリコンからなる１．５μｍ厚の下部絶縁層１１１１を
熱酸化によって形成した。その上に連続スパッタリング
によって５５００Å厚のＡｌ層を形成した。Ａｌ層をＢ
Ｃｌ3（４６％）、Ｃｌ2（３６％）、およびＮ2（１８
％）の混合ガスを用いてドライエッチングにより図２Ａ
及び図２Ｃに示される様なＡｌからなる下部電極層１１
１０ｂを形成した。次いで２層からなる中間層として５
００ÅのＴａ層、および７００Åの窒化シリコンにＴｉ
−Ｗを含有した層をアルゴン圧１．８Ｐａに調整して形
成した。中間層であるＴａ層、および窒化シリコンＴｉ
−Ｗを含有した層をＢＣｌ3（４６％）、Ｃｌ2（３６
％）、およびＮ2（１８％）の混合ガスを用いてドライ
エッチングにより同時にパターニングすることにより、
図２Ａ及び図２Ｃに示される様な２層からなる中間層１
１１０ｃを得た。

【００２７】次いで、プラズマＣＶＤ法によって酸化シ
リコンからなる１．４μｍ厚の上部電極層１１１２を形
成した。フッ化アンモニウムを用いてエッチングを行
い、コンタクト用のスルーホール１１０５を形成した。
スパッタリングによって６００Å厚の窒化タンタル層を
形成し、これをエッチングによってパターニングして図
１に示される形状の発熱抵抗層１１０３を得た。その上
にスパッタリングによって５５００Å厚の純Ａｌ層を形
成し、これをエッチングによってパターニングして図１
に示される形状の個別電極１１１０ａと接続用電極１１
１０ｄとを得た。更に、プラズマＣＶＤ法によって酸化
シリコンからなる１．０μｍ厚の下部保護層１１１３を
形成した。その上にスパッタリングによってＴａからな
る２３００Å厚の上部保護層１１１４を形成した。それ
を表１に示す。

【００２８】この様にして複数製造された本実施例に係
わるインクジェットヘッド用基体１０４に対してポリサ
ルホンからなる天板１０５を不図示のばねを用いて加圧
接合することにより、図６Ａ及び図６Ｂに示される様な
本実施例に係わるインクジェットヘッド１２を複数得
た。このインクジェットヘッド１２の吐出口１１０１の
配設密度は１６個／ｍｍ、吐出口１１０１の数は１２８
個とした。

【００２９】［実施例８］複数からなる中間層を４００
Å厚のＴｉ−Ｃｒ層及び６００Å厚の窒化シリコンにＴ
ａを含有した層に変更する以外は実施例７と同様に製造
することにより、図１、図２Ａ及び図２Ｃに示されたイ
ンクジェットヘッド用基体を製造した。それを表１に示
す。

【００３０】［実施例９］複数からなる中間層を５００
Å厚のＴｉ−Ｗ層及び７００Å厚の酸化シリコンにＷを
含有した層に変更する以外は実施例７と同様に製造する
ことにより、図１、図２Ａ及び図２Ｃに示されたインク
ジェットヘッド用基体を製造した。それを表１に示す。

【００３１】［実施例１０］複数からなる中間層を４０
０Å厚のＷ層及び７００Å厚の酸化シリコンにＴｉ−Ｚ
ｒを含有する層に変更する以外は実施例７と同様に製造
することにより、図１、図２Ａ及び図２Ｃに示されたイ
ンクジェットヘッド用基体を製造した。それを表１に示
す。

【００３２】［実施例１１］複数からなる中間層を４０
０Å厚のＴａ−Ｃｒ層及び６００Å厚の炭化シリコンに
Ｍｏを含有する層に変更する以外は実施例７と同様に製
造することにより、図１、図２Ａ及び図２Ｃに示された
インクジェットヘッド用基体を製造した。それを表１に
示す。

【００３３】［実施例１２］複数からなる中間層を３０
０Å厚のＴｉ−Ａｌ層及び５００Å厚の炭化シリコンに
Ｔｉ−Ａｌを含有する層に変更する以外は実施例７と同
様に製造することにより、図１、図２Ａ及び図２Ｃに示
されたインクジェットヘッド用基体を製造した。それを
表１に示す。

【００３４】［実施例１３〜１８］下部電極材料層及び
複数の層からなる中間層のエッチングによるパターニン
グ工程を次の様に変更する以外は実施例１〜６と同様に
製造することにより、図５Ａ及び図５Ｂに示されたイン
クジェット用基体を複数製造した。それを表１に示す。
すなわち、Ａｌ層と２層からなる中間層をドライエッチ
ングする際のパターンを実施例１とは変更してパターニ
ングを行うことにより、図５Ａ及び図５Ｂに示される様
に個別に分離独立したＡｌからなる下部電極層１１１０
ｅと、その上の２層からなる中間層１１１０ｆとを得
た。

【００３５】この様にして複数製造された本実施例に係
わるインクジェットヘッド用基体１０４に対してポリサ
ルホンからなる天板１０５を不図示のばねを用いて加圧
接合することにより、図６Ａ及び図６Ｂに示される様な
本実施例に係わるインクジェットヘッド１２を複数得
た。このインクジェットヘッド１２の吐出口１１０１の
配設密度は１６個／ｍｍ、吐出口１１０１の数は１２８
個とした。

【００３６】［実施例１９〜２４］下部電極材料層及び
複数の層からなる中間層のエッチングによるパターニン
グ工程を次の様に変更する以外は実施例７〜１２と同様
に製造することにより、図５Ａ及び図５Ｃに示されたイ
ンクジェットヘッド用基体を複数製造した。それを表１
に示す。すなわち、Ａｌ層と２層からなる中間層をドラ
イエッチングする際のパターンを実施例７とは変更して
パターニングを行うことにより、図５Ａ及び図５Ｃに示
される様に個別に分離独立したＡｌからなる下部電極層
１１１０ｅとその上の２層からなる中間層１１１０ｆと
を得た。

【００３７】この様にして複数製造された本実施例に係
わるインクジェットヘッド用基体１０４に対してポリサ
ルホンからなる天板１０５を不図示のばねを用いて加圧
接合することにより、図６Ａ及び図６Ｂに示される様な
本実施例に係わるインクジェットヘッド１２を複数得
た。このインクジェットヘッド１２の吐出口１１０１の
配設密度は１６個／ｍｍ、吐出口１１０１の数は１２８
個とした。

【００３８】（比較例）複数の層からなる中間層を形成
せず、下部電極層を形成する工程を次の様に変更する以
外は実施例１および実施例７と同様に製造することによ
り、図３Ａ及び図３Ｂに示されたインクジェットヘッド
用基体を複数製造した。それを表１に示す。すなわち、
スパッタリングによって７５００Å厚の純Ａｌ層を形成
し、Ａｌ層を実施例１と同じガスを用いてドライエッチ
ングによりパターニングすることにより、Ａｌからなる
単層構造の電極層１１１０ｇを得た。

【００３９】この様にして複数製造された本実施例に係
わるインクジェットヘッド用基体１０４に対してポリサ
ルホンからなる天板１０５を不図示のばねを用いて加圧
接合することにより、図６Ａ及び図６Ｂに示される様な
本実施例に係わるインクジェットヘッド１２を複数得
た。このインクジェットヘッド１２の吐出口１１０１の
配設密度は１６個／ｍｍ、吐出口１１０１の数は１２８
個とした。

【００４０】《評価》実施例１及び比較例に係わるイン
クジェットヘッド１２をインクジェットペン１１の中に
それぞれ組み込んだ上、図７に示されたインクジェット
装置１５にそれぞれ装着して吐出を行わせることで吐出
耐久試験を行った。図４は実施例１に係わるインクジェ
ットヘッドと背景技術に属する比較例に係わるインクジ
ェットヘッドとの吐出耐久性能を比較したグラフであ
る。図４のグラフにおいて、縦軸は付与された吐出パル
スの数を表わし、横軸は投入エネルギー量を駆動電圧
（Ｖｏｐ）／発泡開始電圧（Ｖｔｈ）で表わしている。
すなわち、このグラフは、横軸に示された投入エネルギ
ー量に応じて、縦軸に示された吐出パルス数がいくつで
発熱抵抗体のいずれかが破断に至ったかを示している。
図４のグラフに示したデータとしては、実施例１及び比
較例について各々１０個ずつのインクジェットヘッドを
試験し、それらの平均値を用いた。吐出パルスの幅につ
いては５μｓで試験した。図４に示されている様に、実
施例１に係わるインクジェットヘッドは、比較例に係わ
るインクジェットヘッドに比べて約４倍の耐久性を有す
ることが判明した。

【００４１】また、付与された吐出パルス数が同じ時点
で、実施例１に係わるインクジェットヘッドと比較例に
係わるインクジェットヘッドとをそれぞれ分解して発泡
面の状況を観察してみたところ、実施例１に係わるイン
クジェットヘッドの方が比較例に係わるインクジェット
ヘッドに比べて発泡面の膜のクラックがほとんどないに
等しいくらいに低減されていた。更に、実施例１以外の
実施例に係わるインクジェットヘッドに関しても同様の
比較試験をそれぞれ行ったところ、各実施例について実
施例１と同様な優れた結果が得られることが確認でき
た。

【００４２】

【表１】

【００４３】

【発明の効果】以上のように、本発明は、発熱抵抗素子
で発生する熱の影響を最も受け易い、発熱抵抗素子の下
面、つまり絶縁層と電極配線の間に複数の層からなる中
間層を形成することによって、熱サイクルによる温度変
化の著しい発熱抵抗素子近傍における層間剥離や膜のク
ラックの発生を防止し、あるいは抑制することができ
る。したがって、本発明によれば、故障率が少なく寿命
の長いインクジェットヘッドを構成するための基体と該
基体を用いて構成されたインクジェットヘッドとを提供
することができる。また、本発明によれば、良好なイン
ク吐出を長期間にわたって行うことのできるインクジェ
ットヘッドを構成するための基体と該基体を用いて構成
されたインクジェットヘッドとを提供することができ
る。また、複数の吐出口が高密度に配設され、高精細な
画像を高速で記録することのできるインクジェットヘッ
ドを構成するための基体と該基体を用いて構成されたイ
ンクジェットヘッドとを提供することができる。更に、
基板のスペースが節約され小型化されたインクジェット
ヘッドを構成するための基体と該基体を用いて構成され
たインクジェットヘッドとを提供することができる。更
にまた、本発明によれば、単結晶シリコン等の比較的高
価な材料で作られる基板のスペースが節約されることに
よって低価格化されたインクジェットヘッドを構成する
ための基体と該基体を用いて構成されたインクジェット
ヘッドとを提供することができる。加えて、本発明によ
れば、上述した優れたインクジェットヘッドに対して供
給されるインクを貯溜するためのインク貯溜部を含むイ
ンクジェットペン、及びかかるインクジェットヘッドが
装着されるインクジェット装置を提供することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は本発明の一実施態様に係わるインクジェ
ットヘッドの要部をヒーターの上方から切断して見た模
式的断面図である。

【図２】図２Ａは図１のインクジェットヘッドの要部を
Ａ−Ａ’線で切断した模式的断面図であり、図２Ｂは図
１のインクジェットヘッドの要部をＢ−Ｂ’線で切断し
た模式的断面図であり、図２Ｃは図１のインクジェット
ヘッドの要部をＢ−Ｂ’線で切断した他の模式的断面図
である。

【図３】図３Ａは背景技術に係わるインクジェットヘッ
ドの要部を図２Ａと同じ方向から見た模式的断面図であ
り、図３Ｂは図２Ｂと同じ方向から見た模式的断面図で
ある。

【図４】実施例１に係わるインクジェットヘッドと背景
技術に属するインクジェットヘッドとの吐出耐久性能を
比較したグラフである。

【図５】図５Ａは本発明の他の実施態様に係わるインク
ジェットヘッドの要部を図２Ａと同じ方向から見た模式
的断面図であり、図５Ｂは図２Ｂと同じ方向から見た模
式的断面図であり、図５Ｃは図２Ｂと同じ方向から見た
他の模式的断面図である。

【図６】図６Ａは本発明の一実施態様に係わるインクジ
ェットヘッドを示す模式的斜視図である。図６Ｂは図６
Ａに示したインクジェットヘッドをＣ−Ｃ’線で切断し
た模式的断面図である。

【図７】図６Ａ及び図６Ｂに示したインクジェットヘッ
ドを組み込んだカートリッジ形態のインクジェットペン
が装着されたインクジェット装置の要部を示す模式的斜
視図である。

【符号の説明】

１１：インクジェットペン１２：インクジェットヘッド１３：インクジェット装置１４：キャリッジ１０３：基板１０４：インクジェットヘッド用基体１０５：天板１１０１：吐出口１１０２：発熱部１１０３：発熱抵抗層１１０４：オリフィスプレート１１１１：下部絶縁層１１１２：上部絶縁層１１１３：下部保護層１１１４：上部保護層１１１６：発泡面１１１０ａ：個別電極層１１１０ｂ：下部電極層１１１０ｃ：中間層

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基板上に絶縁層を介して形成されたイン
クの吐出エネルギーを発生する発熱抵抗素子と、該素子
に接続されている一対の電極配線とを有するインクジェ
ットヘッド用基体において、前記一対の電極配線はその
一方が前記絶縁層の上面に発熱抵抗素子ごとに個別に配
設され、他方が前記絶縁層の下面に複数の層からなる中
間層を介して配設されていることを特徴とするインクジ
ェットヘッド用基体。
【請求項２】前記中間層が、単体金属または２種以上
の金属からなる合金で形成されていることを特徴とする
請求項１に記載のインクジェットヘッド用基体。
【請求項３】前記金属が、Ａｕ，Ｂｅ，Ｃｒ，Ｈｆ，
Ｉｒ，Ｐｄ，Ｐｔ，Ｒｈ，Ｒｕ，Ｔｉ，Ｚｒ，Ｗ，Ｔ
ａ，Ｖ，Ｍｏ，Ｎｉおよびこれら金属の２種またはそれ
以上の合金であることを特徴とする請求項２に記載のイ
ンクジェットヘッド用基体。
【請求項４】前記中間層が、該中間層を構成する絶縁
層に単体金属または２種以上の金属からなる合金を含有
させて形成されていることを特徴とする請求項１に記載
のインクジェットヘッド用基体。
【請求項５】前記中間層を構成する絶縁層が、酸化シ
リコン、窒化シリコン、炭化シリコンからなることを特
徴とする請求項４に記載のインクジェットヘッド用基
体。
【請求項６】前記金属が、Ａｌ，Ａｕ，Ｂｅ，Ｃｒ，
Ｈｆ，Ｉｒ，Ｐｄ，Ｐｔ，Ｒｈ，Ｒｕ，Ｔｉ，Ｚｒ，
Ｗ，Ｔａ，Ｖ，Ｍｏ，Ｎｉおよびこれら金属の２種また
はそれ以上の合金であることを特徴とする請求項４また
は請求項５に記載のインクジェットヘッド用基体。
【請求項７】前記発熱抵抗素子が、複数設けられてい
ることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載
のインクジェットヘッド用基体。
【請求項８】前記中間層が、前記絶縁層の下面に配設
されている電極配線と同一パターン形状で形成されてい
ることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載
のインクジェットヘッド用基体。
【請求項９】前記絶縁層の下面に配設されている電極
配線が、共通電極であることを特徴とする請求項１〜８
のいずれか１項に記載のインクジェットヘッド用基体。
【請求項１０】前記絶縁層の下面に配設されている複
数の層からなる中間層および電極配線が、それぞれの発
熱抵抗素子に対応して分離されたものであることを特徴
とする請求項１〜９のいずれか１項に記載のインクジェ
ットヘッド用基体。
【請求項１１】前記発熱抵抗素子は、該素子上に保護
層が設けられていることを特徴とする請求項１〜１０の
いずれか１項に記載のインクジェットヘッド用基体。
【請求項１２】請求項１〜１１のいずれか１項に記載
のインクジェットヘッド用基体を有し、該基体上にイン
クを吐出する吐出口が設けられていることを特徴とする
インクジェットヘッド。
【請求項１３】前記吐出口が、発熱抵抗素子に対応して
配されたインク路に連通して設けられていることを特徴
とする請求項１２に記載のインクジェットヘッド。
【請求項１４】請求項１２または請求項１３に記載の
インクジェットヘッドを有し、インク路に供給されるイ
ンクを貯溜するためのインク貯溜部を備えたインクジェ
ットペン。
【請求項１５】請求項１２または請求項１３に記載の
インクジェットヘッドを有し、該インクジェットヘッド
を装着するための装着手段を備えたインクジェット装
置。