JPH106503A - Substrate for ink jet recording head, ink jet recording head and recording apparatus - Google Patents

Substrate for ink jet recording head, ink jet recording head and recording apparatus

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JPH106503A
JPH106503A JP16605896A JP16605896A JPH106503A JP H106503 A JPH106503 A JP H106503A JP 16605896 A JP16605896 A JP 16605896A JP 16605896 A JP16605896 A JP 16605896A JP H106503 A JPH106503 A JP H106503A
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JP
Japan
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substrate
recording head
ink jet
heating resistor
jet recording
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JP16605896A
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Teruo Ozaki
照夫 尾崎
Yoshiyuki Imanaka
良行 今仲
Masahiko Kubota
雅彦 久保田
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Original Assignee
Canon Inc
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Publication date
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    • B41J2/005Typewriters 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
    • B41J2/01Ink jet
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    • B41J2/14Structure thereof only for on-demand ink jet heads
    • B41J2/14016Structure of bubble jet print heads
    • B41J2/14032Structure of the pressure chamber
    • B41J2/14056Plural heating elements per ink chamber
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B41J2/14016Structure of bubble jet print heads
    • B41J2/14088Structure of heating means
    • B41J2/14112Resistive element
    • B41J2/14129Layer structure

Landscapes

  • Particle Formation And Scattering Control In Inkjet Printers (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To set the foaming voltage of a large size heating resistor to the same value as a small size heating resistor, in an apparatus wherein electrode wiring and two heating resistors different in size are formed on a heat accumulation layer, by forming a protective film of the large size heating resistor, having thickness locally smaller than that of a protective film of the small size heating resistor. SOLUTION: In producing a substrate of a heating part, an Si substrate 120 is used and a heat accumulation layer 106 is formed on the lower part of a heating resistor by a thermal oxidation method. Next, a TaN layer 107 and Al layers 103, 104 are formed by reactive sputtering. Subsequently, a wiring pattern is formed by a photolithographic method and, after Al is removed by wet etching, the pattern is again formed and TaN is removed by reactive ion etching and an Al electrode and a heating resistor part 102 are formed. Succeedingly, a PSG layer 109 covering the Al electrode is formed by a CVD method and only the PSG layer of a smaller heating resistor part is removed by wet etching and an SiN layer 108 is subsequently formed by a CVD method.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[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、収縮によりインクを吐出口より
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
るものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an ink jet recording head and, more particularly, to an ink jet recording head which performs recording by discharging ink from discharge ports by growth and shrinkage of bubbles generated in ink by a discharge energy generating element.

【0002】[0002]

【従来の技術】米国特許第4723129号あるいは米
国特許第4740796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。こ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、これらの配線電極に
接続され、配線電極間の領域に熱を発生させるための発
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。
2. Description of the Related Art The ink jet recording system described in U.S. Pat. No. 4,723,129 or U.S. Pat. No. 4,740,796 enables high-speed, high-density, high-precision, high-quality recording, and is suitable for colorization and compactness. And
In recent years, it has attracted particular attention. In a typical example of an apparatus using this method, a recording liquid or the like (hereinafter, referred to as ink)
There is a heat acting portion for applying heat to the ink in order to eject the ink using heat energy. That is, an electrothermal converter having a pair of wiring electrodes and a heating resistor layer connected to these wiring electrodes and generating heat in a region between the wiring electrodes is provided corresponding to the ink flow path. The thermal energy generated from the heating resistor layer is used to rapidly heat and foam the ink on the heat acting surface, and the ink is discharged by the foaming.

【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、さらにエロー
ジョンに曝されるという点、また0.1〜10μ秒とい
う極めて短時間に1000℃前後の温度の上昇および下
降にさら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。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
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、発熱抵抗対体層の保護
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。
Meanwhile, the heat-acting surface of an ink jet recording head is exposed to mechanical shock caused by cavitation due to repetition of foaming and defoaming of ink, erosion, and an extremely short time of 0.1 to 10 μsec. A protection layer is provided to protect the heating resistor layer from the environment in which it is used, because it is placed in a harsh environment such as being exposed to a temperature rise and fall of about 1000 ° C. per hour. The protective layer is required to have excellent heat resistance, liquid resistance, liquid permeation preventing properties, oxidation stability, insulation properties, damage resistance and thermal conductivity, and inorganic compounds such as SiO 2 or SiN are generally used. It is used regularly. Furthermore, a single-layer protective film may not be sufficient for the performance of protecting the heat-generating resistor body layer, and a metal layer such as Ta having higher cavitation resistance may be formed on the protective film.

【0004】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とる配線パターン
にも、その場合にはインクによって配線が腐食するのを
防止するために取られる。
[0004] The above-mentioned structure is adopted in a wiring pattern for making an electrical connection with the heating resistor, for example, in addition to the heating resistor portion, in that case, in order to prevent the wiring from being corroded by the ink.

【0005】インクジェット記録ヘッドでは、このよう
にして熱作用面を有するHB基板(ヒーターボード基
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。
In an ink jet recording head, an HB substrate (heater board substrate) having a heat acting surface is formed in this manner, and the structure of the protective film determines the performance of the ink jet recording head, for example, power consumption and life. It is an important factor to determine.

【0006】一方、従来は、一つのノズルに対して一つ
の発熱体という考え方が一般的であるが、高画質化の手
段として階調性を持たせるために、一つのノズルに対し
て2つの大小の発熱抵抗体を配置するという工夫がなさ
れている。すなわち、大きな発熱抵抗体によって大きな
発泡エネルギーをインクに与えて大きい吐出量を得、ま
た、小さな発熱抵抗体によって小さな発泡エネルギーを
インクに与えて小さい吐出量を得、また、それらを組み
合せることによって、さらに大きい吐出量を得ること
で、階調性を持たせている。
On the other hand, conventionally, the concept of one heating element for one nozzle has been generally used. However, in order to provide gradation characteristics as a means of improving image quality, two nozzles are provided for one nozzle. The idea is to arrange large and small heating resistors. That is, a large heat generating resistor gives a large foaming energy to the ink to obtain a large discharge amount, and a small heat generating resistor gives a small foaming energy to the ink to obtain a small discharge amount, and by combining them, By obtaining a larger ejection amount, gradation is provided.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、その大
小の発熱抵抗体にはレイアウト的に以下のような欠点が
あった。
However, the large and small heating resistors have the following drawbacks in terms of layout.

【0008】大小の発熱抵抗体を一つのノズル内に配置
する場合、抵抗体の並びピッチを高密度化するために
は、小サイズの抵抗体を大サイズの抵抗体の前方に配置
する必要がある。そして限られたノズル間ピッチにおい
て、小サイズの抵抗体をレイアウト的に有効に利用する
ためには、小サイズは正方形に近い方が望ましい。ま
た、大サイズの抵抗体は限られたノズル間ピッチにおい
ては細長の長方形が高いパワーを得ることができる。従
って、小サイズは正方形に近く、大サイズは長方形にな
るため、発泡電圧Vthのズレが生じてしまう。そし
て、そのことは、2つの駆動電圧が必要となることを意
味している。
When arranging large and small heat generating resistors in one nozzle, it is necessary to arrange a small sized resistor in front of a large sized resistor in order to increase the arrangement pitch of the resistors. is there. In order to effectively use a small-sized resistor in a limited inter-nozzle pitch in terms of layout, it is desirable that the small size be closer to a square. In addition, in the case of a large-sized resistor, a narrow rectangular shape can obtain high power at a limited pitch between nozzles. Accordingly, since the small size is close to a square and the large size is a rectangle, a deviation of the foaming voltage Vth occurs. That means that two drive voltages are required.

【0009】そこで本発明の目的は、上記のような大小
2つの発熱抵抗体のインクを発泡させるための発泡電圧
Vthの値を揃えることができるインクジェット記録ヘ
ッド用基板を提供し、そのような基板を組み込んで良好
な記録を行うことのできるインクジェット記録用ヘッド
および記録装置を提供することにある。
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a substrate for an ink jet recording head capable of equalizing the value of a foaming voltage Vth for foaming ink of two large and small heating resistors as described above. It is an object of the present invention to provide an ink jet recording head and a recording apparatus which can perform good recording by incorporating the above.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】本発明は、基板上に蓄熱
層が形成され、該蓄熱層上に電極配線とインクジェット
記録ヘッドの一つのノズルに対応して大サイズ発熱抵抗
体と小サイズ発熱抵抗体各1個とが形成されており、そ
の発熱抵抗体が形成された基板上に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、前記大
サイズ発熱抵抗体の上層の保護膜が局部的に、前記小サ
イズ発熱抵抗体の上層の保護膜より薄いことを特徴とす
るインクジェット記録ヘッド用基板;そのような基板を
組み込んだインクジェット記録ヘッド;ならびにそのヘ
ッドを具備する記録装置を提供する。
According to the present invention, a heat storage layer is formed on a substrate, and a large-sized heating resistor and a small-sized heating resistor corresponding to one electrode nozzle and one nozzle of an ink jet recording head are formed on the heat storage layer. In a substrate for an ink jet recording head in which a resistor is formed and a protective film is formed on the substrate on which the heat generating resistor is formed, the protective film on the large-sized heat generating resistor is locally formed. Specifically, the present invention provides a substrate for an ink jet recording head, which is thinner than a protective film on an upper layer of the small-sized heating resistor; an ink jet recording head incorporating such a substrate; and a recording apparatus including the head.

【0011】すなわち、本発明によれば、大小の発熱抵
抗体のうち、大側の発熱抵抗体の上層の保護膜を部分的
に薄膜化することによって、大側の発熱抵抗体の発泡へ
のエネルギー効率を上げ、発泡電圧Vthを小サイズの
発熱抵抗体と同じ値にすることができる。
That is, according to the present invention, of the large and small heating resistors, the upper protective film on the large heating resistor is partially thinned to reduce foaming of the large heating resistor. Energy efficiency can be increased, and the foaming voltage Vth can be set to the same value as a small-sized heating resistor.

【0012】あるいは、小側の発熱抵抗体の下層の蓄熱
層を部分的に薄膜化することによって、下方向への熱の
逃げを増大させ、発泡のエネルギー効率を下げ、発泡電
圧Vthを大サイズの発熱抵抗体と同じ値にすることが
できる。
Alternatively, by partially reducing the thickness of the lower heat storage layer of the heat generating resistor on the small side, heat dissipation in the downward direction is increased, the energy efficiency of foaming is reduced, and the foaming voltage Vth is increased by a large size. Can be set to the same value as that of the heating resistor.

【0013】[0013]

【発明の実施の形態】BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION

【0014】[0014]

【実施例】以下、図面を参照しながら、実施例によって
本発明を詳細に説明する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention will be described below in detail with reference to the drawings.

【0015】(実施例1)図1は、本発明の1実施例に
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X1−X1’一点鎖線に沿って基板面に垂直に切断
した時の切断面部分図である。図3は図1で示された基
板をX2−X2’一点鎖線に沿って基板面に垂直に切断し
た時の切断面部分図である。
(Embodiment 1) FIG. 1 is a plan view of a substrate of a heating section for bubbling ink of an ink jet recording head according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a plan view of the substrate shown in FIG. FIG. 4 is a partial sectional view taken along a line X 1 -X 1 ′ taken along a dashed line and perpendicular to a substrate surface. FIG. 3 is a partial cross-sectional view when the substrate shown in FIG. 1 is cut perpendicular to the substrate surface along the dashed line X2-X2 '.

【0016】本実施例による発熱部の基板の作製は、S
i基板120を用いる。そのSiO 2基板120には、
すでに駆動用のICが作り込まれていてもよい。Si基
板の場合は、熱酸化法、スパッタ法、CVD法などによ
って発熱抵抗体の下部にSiO2の蓄熱層を形成し、I
Cを作り込んだ基板も同様にその製造プロセス中でSi
2の蓄熱層を形成しておく。図中では106がその部
分に相当する。
The production of the substrate of the heat generating portion according to the present embodiment is performed by S
An i-substrate 120 is used. The SiO TwoThe substrate 120 includes
A driving IC may already be built. Si group
In the case of a plate, thermal oxidation, sputtering, CVD, etc.
The lower part of the heating resistorTwoForming a heat storage layer of
Similarly, the substrate in which C has been formed can be made in the manufacturing process.
OTwoIs formed in advance. In the figure, 106 is the part
Equivalent to a minute.

【0017】次に、反応性スパッタリングにより、発熱
抵抗体としてTaN層107を約1000Å、電極配線
としてのAl層103および104をスパッタリングに
よって6000Åの厚さに形成する。
Next, a TaN layer 107 is formed as a heating resistor to a thickness of about 1000 ° by reactive sputtering, and Al layers 103 and 104 as an electrode wiring are formed to a thickness of 6000 ° by sputtering.

【0018】次に、フォトリソ法を用いて図1の配線パ
ターンを形成し、Alをウェットエッチングで除去した
後、再びパターンを形成し、TaNをリアクティブイオ
ンエッチングで除去し、Al電極、発熱抵抗体部102
を形成する。なお、Al電極から延びたAl配線の端部
は、Si基板の場合はワイヤーボンディング用のパッド
となり、ICを作り込んだ基板の場合にはスルホールを
介して下部の電極と接続される。
Next, the wiring pattern of FIG. 1 is formed by photolithography, Al is removed by wet etching, a pattern is formed again, TaN is removed by reactive ion etching, and an Al electrode and a heating resistor are formed. Body part 102
To form The end of the Al wiring extending from the Al electrode serves as a wire bonding pad in the case of a Si substrate, and is connected to a lower electrode through a through hole in the case of a substrate in which an IC is formed.

【0019】Al電極を覆う膜としてのPSG層(リン
ガラス層、以下、PSG層と略称する)109をCVD
法によって約7000Å形成し、フォトリソ法によって
小さい方の発熱抵抗体部のPSG層のみウェットエッチ
ング法を用いて除去する。次に、SiN層108をCV
D法によって約3000Å形成する。その結果、Al配
線上にはPSG7000ÅおよびSiN3000Åの保
護膜が形成され、発熱抵抗体部上にはSiN3000Å
の保護膜が形成される。そのことによって、図3に示す
大きい方の発熱抵抗体部上には計10000Åの保護
膜、図2に示す小さい方の発熱抵抗体部には3000Å
の保護膜が形成され、図1のような構成となる。
A PSG layer (phosphorous glass layer, hereinafter abbreviated as PSG layer) 109 as a film covering the Al electrode is formed by CVD.
The PSG layer of the smaller heating resistor is removed by photolithography using a wet etching method. Next, the SiN layer 108 is
Approximately 3000 ° is formed by the D method. As a result, a protective film of PSG 7000Å and SiN 3000 上 is formed on the Al wiring, and SiN 3000Å is formed on the heating resistor portion.
Is formed. As a result, a total of 10,000 10 of the protective film is provided on the larger heating resistor shown in FIG. 3 and 3000 に は is provided on the smaller heating resistor shown in FIG.
Is formed, and the structure as shown in FIG. 1 is obtained.

【0020】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および図3の110のようにスパ
ッタリングによって約2500Å形成する。
Next, Ta as an anti-cavitation and anti-ink film is formed to a thickness of about 2500 ° by sputtering as shown at 110 in FIGS.

【0021】最後に、フォトリソ法によってTaのパタ
ーニングを行い、最後にPSGおよびSiN層が積層さ
れた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の101)を作製した。
Finally, Ta is patterned by a photolithography method, and finally, a window for a wire bonding pad on which a PSG and a SiN layer are laminated is opened, and a substrate of a heat generating portion for foaming ink of an ink jet recording head ( 1) of FIG. 1 was produced.

【0022】このようにして作製された基板では、大小
2つの発熱抵抗体のうち大の発熱抵抗体の上層の保護膜
が小の発熱抵抗体上層の保護膜に比べて薄くなっている
ことで、2つの発熱抵抗体のインクを発泡させるための
発泡電圧Vthの値を揃えることができた。
In the substrate thus manufactured, the protective film on the large heating resistor of the two large and small heating resistors is thinner than the protective film on the small heating resistor. The value of the foaming voltage Vth for foaming the inks of the two heating resistors could be made uniform.

【0023】(実施例2)図4は、本発明の第2の実施
例に係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5は図4で示された
基板をY1−Y1’一点鎖線に沿って基板面に垂直に切断
した時の切断面の部分図である。図6は、図4で示され
た基板をY2−Y2’一点鎖線に沿って基板面に垂直に切
断した時の切断面部分図である。
(Embodiment 2) FIG. 4 is a plan view of a substrate of a heating section for bubbling ink of an ink jet recording head according to a second embodiment of the present invention, and FIG. 5 is a plan view of the substrate shown in FIG. FIG. 3 is a partial view of a cut surface when the substrate is cut perpendicularly to the substrate surface along a dashed line Y1-Y1 '. FIG. 6 is a partial cross-sectional view when the substrate shown in FIG. 4 is cut perpendicularly to the substrate surface along the dashed line Y2-Y2 '.

【0024】本実施例による発熱部の基板の作製は、S
i基板120を用いる。そのSi基板120には、すで
に駆動用のICを作り込んであってもよい。
The production of the substrate of the heat generating portion according to the present embodiment
An i-substrate 120 is used. A driving IC may be already built in the Si substrate 120.

【0025】Si基板の場合は、熱酸化法、スパッタ
法、CVD法などによって発熱抵抗体の下部にSiO2
の蓄熱層を形成しておく。図中では、106がその部分
に相当する。
In the case of a Si substrate, SiO 2 is formed under the heating resistor by a thermal oxidation method, a sputtering method, a CVD method, or the like.
Is formed in advance. In the figure, 106 corresponds to that part.

【0026】次に、フォトリソ法を用いて、図4の大サ
イズの発熱抵抗体部の蓄熱層を局部的にウェットエッチ
ングによって掘り込む。掘り込んだ後の蓄熱層は図5で
示されるように、発熱抵抗体部の下層の蓄熱層が薄くな
っている。
Next, the heat storage layer of the large-sized heat generating resistor portion shown in FIG. 4 is locally dug by wet etching using a photolithography method. As shown in FIG. 5, in the excavated heat storage layer, the lower heat storage layer of the heating resistor portion is thinned.

【0027】次に、反応性スパッタリングにより、発熱
抵抗体としてTaN層107を約1000Å、電極配線
としてのAl層103および104をスパッタリングに
よって6000Åの厚さに形成する。
Next, a TaN layer 107 is formed as a heating resistor to a thickness of about 1000 ° by reactive sputtering, and Al layers 103 and 104 as an electrode wiring are formed to a thickness of 6000 ° by sputtering.

【0028】次に、フォトリソ法を用いて図4の配線パ
ターンを形成し、Alをウェットエッチングで除去した
後、再びパターンを形成し、TaNをリアクティブイオ
ンエッチングで除去し、Al電極、発熱抵抗体部102
を形成する。なお、Al電極から延びたAl配線の端部
は、Si基板の場合はワイヤーボンディング用のパッド
となり、ICを作り込んだ基板の場合にはスルホールを
介して下部の電極と接続される。
Next, the wiring pattern of FIG. 4 is formed by photolithography, Al is removed by wet etching, a pattern is formed again, TaN is removed by reactive ion etching, and an Al electrode and a heating resistor are formed. Body part 102
To form The end of the Al wiring extending from the Al electrode serves as a wire bonding pad in the case of a Si substrate, and is connected to a lower electrode through a through hole in the case of a substrate in which an IC is formed.

【0029】次に、保護膜としてのSiN層108をC
VD法によって約10000Å形成し、続いて、耐キャ
ビテーション膜としてのTa層110を、スパッタリン
グ法によって約2500Å形成する。
Next, the SiN layer 108 as a protective film is
Then, a Ta layer 110 as a cavitation-resistant film is formed to a thickness of about 2500 ° by a sputtering method.

【0030】次に、フォトリソ法を用いて、Taをドラ
イエッチングによりパターニングし、続いて、ワイヤー
ボンディング用パッド上のSiNを除去し、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
4の101)を作製した。
Next, using a photolithography method, Ta is patterned by dry etching. Subsequently, the SiN on the wire bonding pad is removed, and the substrate of the heat generating portion for foaming the ink of the ink jet recording head (see FIG. 4). 101) was produced.

【0031】このようにして作製された基板では、大小
2つの発熱抵抗体のうち小の発熱抵抗体の下層の蓄熱層
を局部的に大の発熱抵抗体の下層の蓄熱層より薄くする
ことによって、2つの発熱抵抗体のインクを発泡させる
ための発泡電圧Vthの値を揃えることができた。
In the substrate manufactured in this manner, of the two large and small heating resistors, the heat storage layer below the small heating resistor is locally thinner than the heat storage layer below the large heating resistor. The value of the foaming voltage Vth for foaming the inks of the two heating resistors could be made uniform.

【0032】以上の実施例1および実施例2で得られた
基板を組み込んだインクジェット記録ヘッドを用いて記
録を行ったところ、階調性に優れた良好な記録ができ
た。
When recording was performed using an ink jet recording head incorporating the substrates obtained in Examples 1 and 2 above, good recording excellent in gradation was obtained.

【0033】(実施例3)実施例1および実施例2で示
した大および小サイズの発熱抵抗体の配線は、図1およ
び図4で示すだけでなく、図7のように大サイズ、小サ
イズの発熱抵抗体ごとに個別の配線を持っていても、実
施例1および実施例2と同様の効果をもたらす基板を得
ることができる。
(Embodiment 3) The wiring of the large and small heating resistors shown in Embodiments 1 and 2 is not only shown in FIGS. 1 and 4, but also in large and small sizes as shown in FIG. Even if individual wiring is provided for each heating resistor having a size, it is possible to obtain a substrate having the same effects as those of the first and second embodiments.

【0034】(実施例4)実施例1で示した大および小
サイズの発熱抵抗体への配線は、図8および図9(図8
の基板をZ1−Z1’線で垂直に切断した場合の断面図)
のように上下折り返し配線を利用すれば、配線の横方向
の占有面積が減り、さらに高密度化を図ることができ
る。
(Embodiment 4) The wirings to the large and small heating resistors shown in Embodiment 1 are shown in FIGS. 8 and 9 (FIG. 8).
Sectional view when the substrate is cut perpendicularly along the line Z1-Z1 ')
When the vertically folded wiring is used as described above, the area occupied by the wiring in the horizontal direction is reduced, and the density can be further increased.

【0035】本発明は、特にインクジェット記録方式の
中でも熱エネルギーを利用して飛翔的液滴を形成し、記
録を行うインクジェット方式の記録ヘッド、記録装置に
おいて優れた効果をもたらすものである。
The present invention particularly provides an excellent effect in an ink jet recording head and a recording apparatus in which a flying liquid droplet is formed by utilizing thermal energy and recording is performed.

【0036】その代表的な構成や原理については、例え
ば、米国特許第4723129号明細書、同第4740
796号明細書に開示されている基本的な原理を用いて
行うものが好ましい。この方式はいわゆるオンデマンド
型、コンティニュアス型のいずれにも適用可能である
が、特に、オンデマンド型の場合には、液体(インク)
が保持されているシートや液路に対応して配置されてい
る電気熱変換体に、記録情報に対応していて核沸騰を越
える急速な温度上昇を与える少なくとも一つの駆動信号
を印加することによって、電気熱変換体に熱エネルギー
を発生せしめ、記録ヘッドの熱作用面に膜沸騰を生じさ
せて、結果的にこの駆動信号に一対一で対応した液体
(インク)内の気泡を形成できるので有効である。この
気泡の成長、収縮により吐出用開口を介して液体(イン
ク)を吐出させて、少なくとも一つの滴を形成する。こ
の駆動信号をパルス形状とすると、即時適切に気泡の成
長収縮が行われるので、特に応答性に優れた液体(イン
ク)の吐出が達成でき、より好ましい。
The typical configuration and principle are described in, for example, US Pat. Nos. 4,723,129 and 4,740.
It is preferable to use the basic principle disclosed in the specification of Japanese Patent No. 796. This method can be applied to both the so-called on-demand type and continuous type. In particular, in the case of the on-demand type, liquid (ink)
By applying at least one drive signal corresponding to the recorded information and providing a rapid temperature rise exceeding nucleate boiling to an electrothermal transducer arranged corresponding to the sheet or liquid path in which This is effective because heat energy is generated in the electrothermal transducer, causing film boiling on the heat-acting surface of the recording head, and as a result, air bubbles in the liquid (ink) corresponding one-to-one to this drive signal can be formed. It is. By discharging the liquid (ink) through the discharge opening by the growth and contraction of the bubble, at least one droplet is formed. When the drive signal is formed into a pulse shape, the growth and shrinkage of the bubble are performed immediately and appropriately, so that the ejection of a liquid (ink) having particularly excellent responsiveness can be achieved, which is more preferable.

【0037】このパルス形状の駆動信号としては、米国
特許第4463359号明細書、同第4345262号
明細書に記載されているようなものが適している。な
お、上記熱作用面の温度上昇率に関する発明の米国特許
第4313124号明細書に記載されている条件を採用
すると、さらに優れた記録を行うことができる。
As the pulse-shaped drive signal, those described in US Pat. Nos. 4,463,359 and 4,345,262 are suitable. Further, if the conditions described in US Pat. No. 4,313,124 relating to the temperature rise rate of the heat acting surface are adopted, more excellent recording can be performed.

【0038】記録ヘッドの構成としては、上述の各明細
書に開示されているような吐出口、液路、電気熱変換体
の組み合わせ構成(直線状液流路または直角液流路)の
他に、熱作用部が屈曲する領域に配置されている構成を
開示する米国特許第4558333号明細書、米国特許
第4459600号明細書を用いた構成も本発明に含ま
れるものである。
As the configuration of the recording head, in addition to the combination of the ejection port, the liquid path, and the electrothermal converter (linear liquid flow path or right-angled liquid flow path) as disclosed in the above-mentioned respective specifications, The present invention also includes a configuration using U.S. Pat. No. 4,558,333 and U.S. Pat. No. 4,459,600, which disclose a configuration in which a heat acting portion is arranged in a bending region.

【0039】加えて、複数の電気熱変換体に対して、共
通するスリットを電気熱変換体の吐出部とする構成を開
示する特開昭59−123670号公報や熱エネルギー
の圧力波を吸収する開孔を吐出部に対応させる構成を開
示する特開昭59−138461号公報に基づいた構成
としても本発明は有効である。
In addition, JP-A-59-123670 discloses a configuration in which a common slit is used as a discharge portion of an electrothermal transducer for a plurality of electrothermal transducers, or absorbs pressure waves of thermal energy. The present invention is also effective as a configuration based on JP-A-59-138461, which discloses a configuration in which an opening corresponds to a discharge unit.

【0040】さらに、記録装置が記録できる最大記録媒
体の幅に対応した長さを有するフルラインタイプの記録
ヘッドとしては、上述した明細書に開示されているよう
な複数記録ヘッドの組み合わせによってその長さを満た
す構成や、一体的に形成された1個の記録ヘッドとして
の構成のいずれでもよいが、本発明は、上述した効果を
一層有効に発揮することができる。
Further, as a full line type recording head having a length corresponding to the width of the maximum recording medium that can be recorded by the recording apparatus, the length is determined by a combination of a plurality of recording heads as disclosed in the above specification. The present invention can exhibit the above-mentioned effects more effectively, though it may be either a configuration that satisfies the above requirements or a configuration as a single recording head that is formed integrally.

【0041】加えて、装置本体に装着されることで、装
置本体との電気的な接続や装置本体からのインクの供給
が可能になる交換自在のチップタイプの記録ヘッド、あ
るいは記録ヘッド自体に一体的にインクタンクが設けら
れたカートリッジタイプの記録ヘッドを用いた場合にも
本発明は有効である。
In addition, the print head is exchangeable with a print head of a chip type, which can be electrically connected to the main body of the apparatus or supplied with ink from the main body of the apparatus, or is integrated with the print head itself. The present invention is also effective when a cartridge type recording head provided with an ink tank is used.

【0042】また、本発明の記録装置の構成として設け
られる、記録ヘッドに対しての回復手段、予備的な補助
手段等を付加することは本発明の効果を一層安定できる
ので好ましいものである。これらを具体的に挙げれば、
記録ヘッドに対してのキャッピング手段、クリーニング
手段、加圧あるいは吸引手段、電気熱変換体あるいはこ
れとは別の加熱素子あるいはこれらの組み合わせによる
予備加熱手段、記録とは別の吐出を行う予備吐出モード
を行うことも安定した記録を行うために有効である。
Further, it is preferable to add recovery means for the printhead, preliminary auxiliary means, and the like provided as components of the printing apparatus of the present invention since the effects of the present invention can be further stabilized. If you list these specifically,
Capping means, cleaning means, pressurizing or suction means for the printhead, preheating means using an electrothermal transducer or another heating element or a combination thereof, and a preliminary ejection mode for performing ejection other than recording Is also effective for performing stable recording.

【0043】さらに、記録装置の記録モードとしては黒
色等の主流色のみを記録モードだけではなく、記録ヘッ
ドを一体的に構成するか複数個を組み合わせによってで
もよいが、異なる色の複色カラー、または混色によるフ
ルカラーの少なくとも一つを備えた装置にも本発明は極
めて有効である。
Further, the recording mode of the recording apparatus is not limited to the recording mode of only the mainstream color such as black, and the recording head may be formed integrally or by combining a plurality of recording heads. The present invention is also extremely effective for an apparatus provided with at least one of full colors by color mixture.

【0044】以上説明した本発明実施例においては、イ
ンクを液体として説明しているが、室温やそれ以下で固
化するインクであって、室温で軟化するもの、もしくは
液体であるもの、あるいは上述のインクジェット方式で
はインク自体を30℃以上70℃以下の範囲内で温度調
整を行ってインクの粘性を安定吐出範囲にあるように温
度制御するものが一般的であるから、使用記録信号付与
時にインクが液状をなすものであればよい。
In the embodiments of the present invention described above, the ink is described as a liquid. However, an ink which solidifies at room temperature or below and which softens at room temperature, or which is liquid, In general, in the ink jet method, the temperature of the ink itself is controlled within a range of 30 ° C. or more and 70 ° C. or less to control the temperature so that the viscosity of the ink is in a stable ejection range. What is necessary is just to be liquid.

【0045】加えて、積極的に熱エネルギーによる昇温
をインクの固形状態から液体状態への状態変化のエネル
ギーとして使用せしめることで防止するか、またはイン
クの蒸発防止を目的として放置状態で固化するインクを
用いるかして、いずれにしても熱エネルギーの記録信号
に応じた付与によってインクが液化し、液状インクとし
て吐出するものや、記録媒体に到達する時点では既に固
化し始めるもの等のような、熱エネルギーによって初め
て液化する性質のインクの使用も本発明には適用可能で
ある。本発明においては、上述した各インクに対して最
も有効なものは、上述した膜沸騰方式を実行するもので
ある。
In addition, the temperature rise due to thermal energy can be positively prevented by using it as energy for changing the state of the ink from a solid state to a liquid state, or solidified in a standing state for the purpose of preventing evaporation of the ink. Either ink may be used, or in any case, the ink may be liquefied by application of heat energy according to the recording signal and ejected as a liquid ink, or may already start to solidify when reaching the recording medium. The use of an ink having a property of being liquefied for the first time by thermal energy is also applicable to the present invention. In the present invention, the most effective one for each of the above-mentioned inks is to execute the above-mentioned film boiling method.

【0046】さらに加えて、本発明に係る記録装置の形
態としては、ワードプロセッサやコンピュータ等の情報
処理機器の画像出力端末として一体または別体に設けら
れるものの他、リーダ等と組み合わせた複写装置、さら
には送受信機能を有するファクシミリ装置の形態を採る
ものであっても良い。
In addition, as a form of the recording apparatus according to the present invention, in addition to those provided integrally or separately as an image output terminal of an information processing apparatus such as a word processor and a computer, a copying apparatus combined with a reader and the like, May take the form of a facsimile machine having a transmission / reception function.

【0047】[0047]

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
インクを吐出させるひとつのノズル内にインクを発泡さ
せるための発熱抵抗体が大小2個配置され、大サイズの
発熱抵抗体の上層の保護膜を局部的に薄くすることによ
って、2つの発熱抵抗体のインクを発泡させるための発
泡電圧Vthの値を揃えることができるインクジェット
記録ヘッド用基板を得ることができる。
As described above, according to the present invention,
Two large and small heating resistors for foaming ink are arranged in one nozzle for ejecting ink, and the upper heating film of the large-sized heating resistor is locally thinned to form two heating resistors. In this manner, it is possible to obtain a substrate for an ink jet recording head which can make the value of the foaming voltage Vth for causing the ink to foam.

【0048】あるいは、インクを吐出させる一つのノズ
ル内にインクを発泡させるための発熱抵抗体が大小2個
配置され、小サイズの発熱抵抗体の下層の蓄熱層を局部
的に薄くすることによって、2つの発熱抵抗体のインク
を発泡させるための発泡電圧Vthの値を揃えることが
できるインクジェット記録ヘッド用基板を得ることがで
きる。
Alternatively, two large and small heating resistors for foaming ink are arranged in one nozzle for discharging ink, and the heat storage layer below the small-sized heating resistor is locally thinned. It is possible to obtain a substrate for an ink jet recording head that can make the value of the foaming voltage Vth for foaming the inks of the two heat generating resistors uniform.

【0049】そして、そのようなインクジェット記録ヘ
ッド用基板を組み込んでインクジェット記録ヘッドを作
製することで、階調性に優れた記録を行うことができ
る。
By producing such an ink jet recording head by incorporating such a substrate for an ink jet recording head, it is possible to perform recording with excellent gradation.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】実施例1に係る本発明のインクジェット記録ヘ
ッドの発熱基板の平面図である。
FIG. 1 is a plan view of a heat generating substrate of an ink jet recording head according to a first embodiment of the present invention.

【図2】図1の発熱基板をX1−X1’線で垂直に切断し
た時の発熱基板の断面図である。
FIG. 2 is a sectional view of the heat generating substrate when the heat generating substrate of FIG. 1 is cut vertically along a line X1-X1 '.

【図3】図1の発熱基板をX2−X2’線で垂直に切断し
た時の発熱基板の断面図である。
FIG. 3 is a cross-sectional view of the heat generating substrate when the heat generating substrate of FIG. 1 is cut perpendicularly along a line X2-X2 '.

【図4】実施例2に係る本発明のインクジェット記録ヘ
ッドの発熱基板の平面図である。
FIG. 4 is a plan view of a heat generating substrate of an ink jet recording head according to a second embodiment of the present invention.

【図5】図4の発熱基板をY1−Y1’線で垂直に切断し
た時の発熱基板の断面図である。
5 is a cross-sectional view of the heat generating substrate when the heat generating substrate of FIG. 4 is vertically cut along a line Y1-Y1 '.

【図6】図4の発熱基板をY2−Y2’線で垂直に切断し
た時の発熱基板の断面図である。
FIG. 6 is a cross-sectional view of the heat generating substrate when the heat generating substrate of FIG. 4 is cut vertically along a line Y2-Y2 '.

【図7】実施例3に係る本発明のインクジェット記録ヘ
ッドの発熱基板の平面図である。
FIG. 7 is a plan view of a heat generating substrate of an ink jet recording head according to a third embodiment of the present invention.

【図8】実施例4に係る本発明のインクジェット記録ヘ
ッドの発熱基板の平面図である。
FIG. 8 is a plan view of a heat generating substrate of an ink jet recording head according to a fourth embodiment of the present invention.

【図9】図8の発熱基板をZ1−Z1’線で垂直に切断し
た時の発熱基板の断面図である。
9 is a cross-sectional view of the heat generating substrate when the heat generating substrate of FIG. 8 is cut perpendicularly along the line Z1-Z1 '.

【図10】従来のインクジェット記録ヘッドの発熱基板
の1例の平面図である。
FIG. 10 is a plan view of an example of a heat generating substrate of a conventional ink jet recording head.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

101 発熱抵抗体と電極を形成した基板 102 発熱部(ヒーター) 103 Al電極 104 Al電極 105 局部的に薄膜化された部分 106 蓄熱層 107 発熱抵抗体層 108 SiN保護膜 109 PSG保護膜 110 Ta 111 上下折り返し配線の下層Al電極 120 Si基板 Reference Signs List 101 Substrate on which heating resistor and electrodes are formed 102 Heating part (heater) 103 Al electrode 104 Al electrode 105 Partially thinned portion 106 Heat storage layer 107 Heating resistor layer 108 SiN protective film 109 PSG protective film 110 Ta 111 Lower layer Al electrode of upper and lower folded wiring 120 Si substrate

Claims (7)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 基板上に蓄熱層が形成され、該蓄熱層上
に電極配線とインクジェット記録ヘッドの一つのノズル
に対応して大サイズ発熱抵抗体と小サイズ発熱抵抗体各
1個とが形成されており、その発熱抵抗体が形成された
基板上に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、前記大サイズ発熱抵抗体の上層の
保護膜が局部的に、前記小サイズ発熱抵抗体の上層の保
護膜より薄いことを特徴とするインクジェット記録ヘッ
ド用基板。
A heat storage layer is formed on a substrate, and a large-sized heating resistor and a small-sized heating resistor are formed on the heat storage layer in correspondence with electrode wiring and one nozzle of an ink jet recording head. In a substrate for an ink jet recording head, wherein a protective film is formed on a substrate on which the heat generating resistor is formed, a protective film on an upper layer of the large-sized heat generating resistor locally covers the small-sized heat generating resistor. A substrate for an ink jet recording head, which is thinner than a protective film on an upper layer of a body.
【請求項2】 基板上に蓄熱層が形成され、該蓄熱層上
に電極配線とインクジェット記録ヘッドの一つのノズル
に対応して大サイズ発熱抵抗体と小サイズ発熱抵抗体各
1個とが形成されており、その発熱抵抗体が形成された
基板上に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、前記小サイズ発熱抵抗体の下層の
蓄熱層が局部的に、前記大サイズ発熱抵抗体の下層の蓄
熱層より薄いことを特徴とするインクジェット記録ヘッ
ド用基板。
2. A heat storage layer is formed on a substrate, and a large-sized heating resistor and a small-sized heating resistor are formed on the heat storage layer in correspondence with electrode wiring and one nozzle of an ink jet recording head. In a substrate for an ink jet recording head in which a protective film is formed on a substrate on which the heating resistor is formed, a heat storage layer below the small-sized heating resistor is locally formed by the large-sized heating resistor. A substrate for an ink jet recording head, wherein the substrate is thinner than a lower heat storage layer of the body.
【請求項3】 電極配線が上下折り返し配線である請求
項1記載のインクジェット記録ヘッド用基板。
3. The substrate for an ink jet recording head according to claim 1, wherein the electrode wiring is a vertically folded wiring.
【請求項4】 請求項1ないし3のいずれか1項に記載
の基板を組み込んだインクジェット記録ヘッド。
4. An ink jet recording head incorporating the substrate according to claim 1.
【請求項5】 インク吐出エネルギー発生素子が電気エ
ネルギーを与えることによって発熱し、インクに状態変
化を生ぜしめて吐出を行なわせるための電気熱変換体で
ある、請求項4記載のインクジェット記録ヘッド。
5. The ink jet recording head according to claim 4, wherein the ink ejection energy generating element is an electrothermal converter for generating heat by applying electric energy, causing a change in state of the ink to perform ejection.
【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
ることを特徴とする、請求項4記載のインクジェット記
録ヘッド。
6. The ink jet print head according to claim 4, wherein the print head is a full line type having a plurality of discharge ports provided over the entire width of a print area of a print medium.
【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4
に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記録装置。
7. An ink ejection port for ejecting ink facing a recording surface of a recording medium.
A recording apparatus, comprising: the recording head according to claim 1; and a member for mounting the recording head.
JP16605896A 1996-06-26 1996-06-26 Substrate for ink jet recording head, ink jet recording head and recording apparatus Pending JPH106503A (en)

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EP97110385A EP0816089B1 (en) 1996-06-26 1997-06-25 Ink-jet recording head and ink-jet recording apparatus
US08/882,034 US6062678A (en) 1996-06-26 1997-06-25 Ink-jet recording head with a particular arrangement of thermoelectric transducers and discharge openings
DE69724875T DE69724875T2 (en) 1996-06-26 1997-06-25 Ink jet recording head and ink jet recording apparatus

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008155406A (en) * 2006-12-21 2008-07-10 Canon Inc Inkjet recording head and method for manufacturing inkjet recording head

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