JPH1191111A - インクジェット記録ヘッド - Google Patents
インクジェット記録ヘッドInfo
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- JPH1191111A JPH1191111A JP9296105A JP29610597A JPH1191111A JP H1191111 A JPH1191111 A JP H1191111A JP 9296105 A JP9296105 A JP 9296105A JP 29610597 A JP29610597 A JP 29610597A JP H1191111 A JPH1191111 A JP H1191111A
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- Japan
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- thin film
- ink
- heaters
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- 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
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- 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
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- B41J2002/14387—Front shooter
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- B41J2202/00—Embodiments of or processes related to ink-jet or thermal heads
- B41J2202/01—Embodiments of or processes related to ink-jet heads
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- B41J2202/00—Embodiments of or processes related to ink-jet or thermal heads
- B41J2202/01—Embodiments of or processes related to ink-jet heads
- B41J2202/11—Embodiments of or processes related to ink-jet heads characterised by specific geometrical characteristics
Abstract
(57)【要約】
［課題］ 本発明は、インクジェット記録ヘッドに利用
される高熱効率薄膜ヒータの高信頼化に関するものであ
る。 ［解決手段］ 基板上に形成された薄膜抵抗体と薄膜導
体からなる複数個のヒータと、該ヒータに順次パルス通
電することによって該ヒータと垂直方向にインク滴を吐
出する複数個のインク吐出ノズルと、それぞれのヒータ
と吐出ノズルに対応して設けられた複数個の個別インク
通路と、該個別インク通路の全てが連通するべく前記基
板上に設けられた共通インク通路と、からなり、前記薄
膜抵抗体の一部とこれにつながる個別薄膜導体が前記個
別インク通路を形成する耐熱性樹脂隔壁でおおわれてい
る部分の薄膜抵抗体の幅が他の部分より１０％以上広
く、該薄膜抵抗体が熱酸化処理によって絶縁性自己酸化
被膜でおおわれている構造のインクジェット記録ヘッド
において、前記薄膜抵抗体の広幅部分とこれにつながる
正規幅部分の一部がＴａ金属薄膜によっておおわれてい
る。
される高熱効率薄膜ヒータの高信頼化に関するものであ
る。 ［解決手段］ 基板上に形成された薄膜抵抗体と薄膜導
体からなる複数個のヒータと、該ヒータに順次パルス通
電することによって該ヒータと垂直方向にインク滴を吐
出する複数個のインク吐出ノズルと、それぞれのヒータ
と吐出ノズルに対応して設けられた複数個の個別インク
通路と、該個別インク通路の全てが連通するべく前記基
板上に設けられた共通インク通路と、からなり、前記薄
膜抵抗体の一部とこれにつながる個別薄膜導体が前記個
別インク通路を形成する耐熱性樹脂隔壁でおおわれてい
る部分の薄膜抵抗体の幅が他の部分より１０％以上広
く、該薄膜抵抗体が熱酸化処理によって絶縁性自己酸化
被膜でおおわれている構造のインクジェット記録ヘッド
において、前記薄膜抵抗体の広幅部分とこれにつながる
正規幅部分の一部がＴａ金属薄膜によっておおわれてい
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
せる形式の記録装置に関するものである。
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５４−５
１８３７号公報等によって開示されている。このパルス
加熱の最も簡便な方法は薄膜ヒー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１９８８
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。これら従来のヒータに共通する基本的
構成は、薄膜抵抗体と薄膜導体を厚さ約３μｍの酸化保
護層で被覆し、更にこの上にキャビテーション保護層と
して約０・５μｍの厚さのＴａ金属薄膜を被覆するとい
うものである。これらは水性電解質インク中で使用され
る薄膜抵抗体と薄膜導体を、酸化、腐食、電蝕、キャビ
テーション破壊から保護するために不可欠な保護層であ
る。しかし、このように厚い２層構造の保護層を介して
インクをパルス加熱するため、インクの吐出に必要な投
入エネルギは１５〜３０μＪ（Ｊｏｕｌｅ）／パルスに
も達し、その殆どのエネルギは基板（ヘッド）の加熱に
消費されるばかりでなく、吐出インク量の変動（印刷濃
度の変動）という大きな欠点をも惹起させている。
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５４−５
１８３７号公報等によって開示されている。このパルス
加熱の最も簡便な方法は薄膜ヒー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１９８８
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。これら従来のヒータに共通する基本的
構成は、薄膜抵抗体と薄膜導体を厚さ約３μｍの酸化保
護層で被覆し、更にこの上にキャビテーション保護層と
して約０・５μｍの厚さのＴａ金属薄膜を被覆するとい
うものである。これらは水性電解質インク中で使用され
る薄膜抵抗体と薄膜導体を、酸化、腐食、電蝕、キャビ
テーション破壊から保護するために不可欠な保護層であ
る。しかし、このように厚い２層構造の保護層を介して
インクをパルス加熱するため、インクの吐出に必要な投
入エネルギは１５〜３０μＪ（Ｊｏｕｌｅ）／パルスに
も達し、その殆どのエネルギは基板（ヘッド）の加熱に
消費されるばかりでなく、吐出インク量の変動（印刷濃
度の変動）という大きな欠点をも惹起させている。
【０００３】これを抜本的に改善する目的で、本発明者
はこの厚い保護層を不要化できる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１０〜２０ｎｍ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開発した（特
開平０８−２３８７７１号公報、及び特願平０７−３４
０４８６号参照）。これによって薄膜抵抗体の酸化、腐
食、電蝕は防止され、インクの吐出に必要な投入エネル
ギを約２・５μＪ／パルスにまで大幅に低減することが
可能となった。一方、このＴａ−Ｓｉ−Ｏ三元合金薄膜
抵抗体を有効に活用するためには、インク中でも腐食し
ない薄膜導体材料が不可欠である。これに対しても、本
発明者はその最適材料としてＮｉ金属（特開平０６−７
１８８８号公報、他）、或いは金メッキ処理したＮｉ金
属（特願平０８−１６９０７３号）を見いだした。そし
てこの薄膜導体の電蝕を防止する方法として、個別電極
側の薄膜導体を耐熱性樹脂隔壁で覆い保護する方法も開
発した（本発明者による特願平０８−１２２０９１号と
特願平０９−３６８０８号参照）。残る課題はこの薄膜
ヒータをキャビテーション破壊から保護する方法であ
る。これについてもキャビテーション破壊力を大幅に低
減できるヘッド構造を発明し、ヘッド寿命を大幅に伸長
できることを明らかにした（本発明者による特開平０８
−２３８７７１号公報、及び日本電子写真学会年次大会
Ｊａｐａｎ Ｈａｒｄｃｏｐｙ ’９６，ｐ１６９（１
９９６，７）参照）。
はこの厚い保護層を不要化できる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１０〜２０ｎｍ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開発した（特
開平０８−２３８７７１号公報、及び特願平０７−３４
０４８６号参照）。これによって薄膜抵抗体の酸化、腐
食、電蝕は防止され、インクの吐出に必要な投入エネル
ギを約２・５μＪ／パルスにまで大幅に低減することが
可能となった。一方、このＴａ−Ｓｉ−Ｏ三元合金薄膜
抵抗体を有効に活用するためには、インク中でも腐食し
ない薄膜導体材料が不可欠である。これに対しても、本
発明者はその最適材料としてＮｉ金属（特開平０６−７
１８８８号公報、他）、或いは金メッキ処理したＮｉ金
属（特願平０８−１６９０７３号）を見いだした。そし
てこの薄膜導体の電蝕を防止する方法として、個別電極
側の薄膜導体を耐熱性樹脂隔壁で覆い保護する方法も開
発した（本発明者による特願平０８−１２２０９１号と
特願平０９−３６８０８号参照）。残る課題はこの薄膜
ヒータをキャビテーション破壊から保護する方法であ
る。これについてもキャビテーション破壊力を大幅に低
減できるヘッド構造を発明し、ヘッド寿命を大幅に伸長
できることを明らかにした（本発明者による特開平０８
−２３８７７１号公報、及び日本電子写真学会年次大会
Ｊａｐａｎ Ｈａｒｄｃｏｐｙ ’９６，ｐ１６９（１
９９６，７）参照）。
【０００４】［発明が解決しようとする課題］しかし、
Ｔａ−Ｓｉ−Ｏ三元合金薄膜抵抗体の熱酸化温度が低い
場合、これによって形成される自己酸化被膜の厚さが１
０ｎｍより薄くなってこの被膜の機械的強度が不充分と
なり、１億パルス以上というヘッド寿命を保障すること
が困難となることも分かった。そして、この熱酸化温度
の低温化は、ドライバ回路の形成されているＳｉウエハ
上にこの薄膜ヒータを形成し、これを熱酸化処理する場
合に必要な条件となる。本発明の目的は、この熱酸化温
度が低い薄膜ヒータに対し、インクの吐出に必要な投入
エネルギを増大させることなく充分なヘッド寿命を保障
できる方法を提供することにある。
Ｔａ−Ｓｉ−Ｏ三元合金薄膜抵抗体の熱酸化温度が低い
場合、これによって形成される自己酸化被膜の厚さが１
０ｎｍより薄くなってこの被膜の機械的強度が不充分と
なり、１億パルス以上というヘッド寿命を保障すること
が困難となることも分かった。そして、この熱酸化温度
の低温化は、ドライバ回路の形成されているＳｉウエハ
上にこの薄膜ヒータを形成し、これを熱酸化処理する場
合に必要な条件となる。本発明の目的は、この熱酸化温
度が低い薄膜ヒータに対し、インクの吐出に必要な投入
エネルギを増大させることなく充分なヘッド寿命を保障
できる方法を提供することにある。
【０００５】［課題を解決するための手段］上記課題
は、基板上に形成された薄膜抵抗体と薄膜導体からなる
複数個のヒータと、該ヒータの真上に設けられ、該ヒー
タに順次パルス通電することによって該ヒータと垂直方
向にインク滴を吐出する複数個の円柱状のインク吐出ノ
ズルと、それぞれのヒータと吐出ノズルに対応して設け
られた複数個の個別インク通路と、該個別インク通路の
全てが連通するべく前記基板上に設けられた共通インク
通路と、からなるインクジェット記録ヘッドであり、前
記薄膜抵抗体の一部とこれにつながる個別薄膜導体が前
記個別インク通路を形成する耐熱性樹脂隔壁で覆われて
おり、該耐熱性樹脂隔壁で覆われている部分の薄膜抵抗
体の全体が熱酸化処理によって絶縁性自己酸化被膜で覆
われている構造のインクジェット記録ヘッドにおいて、
前記薄膜抵抗体の広幅部分とこれにつながる正規幅部分
の一部がＴａ金属薄膜によって覆われている構造とする
ことによって達成される。
は、基板上に形成された薄膜抵抗体と薄膜導体からなる
複数個のヒータと、該ヒータの真上に設けられ、該ヒー
タに順次パルス通電することによって該ヒータと垂直方
向にインク滴を吐出する複数個の円柱状のインク吐出ノ
ズルと、それぞれのヒータと吐出ノズルに対応して設け
られた複数個の個別インク通路と、該個別インク通路の
全てが連通するべく前記基板上に設けられた共通インク
通路と、からなるインクジェット記録ヘッドであり、前
記薄膜抵抗体の一部とこれにつながる個別薄膜導体が前
記個別インク通路を形成する耐熱性樹脂隔壁で覆われて
おり、該耐熱性樹脂隔壁で覆われている部分の薄膜抵抗
体の全体が熱酸化処理によって絶縁性自己酸化被膜で覆
われている構造のインクジェット記録ヘッドにおいて、
前記薄膜抵抗体の広幅部分とこれにつながる正規幅部分
の一部がＴａ金属薄膜によって覆われている構造とする
ことによって達成される。
【０００６】［発明の実施の形態］以下、図面を用いて
本発明を説明する。図３は、本発明を適用していない従
来技術によるヘッドの断面構造図であり、図４はこのＣ
−Ｃ断面図である。ここでは、ノズル１２が３６０ｄｐ
ｉ（ｄｏｔ／ｉｎｃｈ）で並んでいる場合（約７０μｍ
ピッチ）で説明する。Ｓｉ基板１の裏面にあけられてい
るインク供給口（図示せず）から導入されたインクは、
Ｓｉ基板の表面側にあけられているインク溝（９はこの
溝壁）を通り、Ｓｉ基板１の表面側に形成されている共
通インク通路１０、個別インク通路１１を経由してノズ
ル１２から吐出される。この吐出は個別薄膜導体４から
共通薄膜導体５にパルス通電を行い、これによって薄膜
抵抗体３が瞬間的に約３００°Ｃに加熱されることによ
って行なわれる。この薄膜抵抗体３が薄くて機械的強度
に優れた絶縁性自己酸化被膜６で覆われている場合、電
解質インク中でも腐食、電蝕、キャビテーション破壊に
耐えることができる。具体的な例を挙げれば、薄膜抵抗
体としてＴａ−Ｓｉ−Ｏ三元合金薄膜を利用することが
できる（本発明者による特願平０７−３４０４８６号参
照）。この薄膜は４００°Ｃ以上で熱酸化させるとその
表面に厚さ１０ｎｍ以上の絶縁性自己酸化被膜を形成
し、電解質インク中でも充分な信頼性を有することを確
認している材料である。
本発明を説明する。図３は、本発明を適用していない従
来技術によるヘッドの断面構造図であり、図４はこのＣ
−Ｃ断面図である。ここでは、ノズル１２が３６０ｄｐ
ｉ（ｄｏｔ／ｉｎｃｈ）で並んでいる場合（約７０μｍ
ピッチ）で説明する。Ｓｉ基板１の裏面にあけられてい
るインク供給口（図示せず）から導入されたインクは、
Ｓｉ基板の表面側にあけられているインク溝（９はこの
溝壁）を通り、Ｓｉ基板１の表面側に形成されている共
通インク通路１０、個別インク通路１１を経由してノズ
ル１２から吐出される。この吐出は個別薄膜導体４から
共通薄膜導体５にパルス通電を行い、これによって薄膜
抵抗体３が瞬間的に約３００°Ｃに加熱されることによ
って行なわれる。この薄膜抵抗体３が薄くて機械的強度
に優れた絶縁性自己酸化被膜６で覆われている場合、電
解質インク中でも腐食、電蝕、キャビテーション破壊に
耐えることができる。具体的な例を挙げれば、薄膜抵抗
体としてＴａ−Ｓｉ−Ｏ三元合金薄膜を利用することが
できる（本発明者による特願平０７−３４０４８６号参
照）。この薄膜は４００°Ｃ以上で熱酸化させるとその
表面に厚さ１０ｎｍ以上の絶縁性自己酸化被膜を形成
し、電解質インク中でも充分な信頼性を有することを確
認している材料である。
【０００７】一方、耐蝕性に優れた薄膜導体としてＮｉ
金属薄膜、或いは金めっき処理したＮｉ金属薄膜（特願
平０８−１６９０７３号参照）を開発し、パルス印加時
における電蝕を防止する方法として個別薄膜導体４を耐
熱性樹脂隔壁７で覆う技術も開発した。この場合、図３
と図４に示されているように、耐熱性樹脂隔壁７で覆う
部分の薄膜抵抗体３（同時に自己酸化被膜６も含まれ
る）の幅を他の正規幅部分よりも１０％以上広くして信
頼性を確保する方法も開発した（特願平０９−３６８０
８号参照）。
金属薄膜、或いは金めっき処理したＮｉ金属薄膜（特願
平０８−１６９０７３号参照）を開発し、パルス印加時
における電蝕を防止する方法として個別薄膜導体４を耐
熱性樹脂隔壁７で覆う技術も開発した。この場合、図３
と図４に示されているように、耐熱性樹脂隔壁７で覆う
部分の薄膜抵抗体３（同時に自己酸化被膜６も含まれ
る）の幅を他の正規幅部分よりも１０％以上広くして信
頼性を確保する方法も開発した（特願平０９−３６８０
８号参照）。
【０００８】このようにして作られた図３、図４に示す
ヘッドは充分な信頼性を有するものであるが、同一基板
上にドライバ回路を内在させる場合、このドライバ回路
を劣化させないために熱酸化温度の低温化（４００°Ｃ
以上から平均３８０°Ｃへ）が必要となり、これによっ
て自己酸化被膜の厚さが薄くなり、ウエハ内の全ての薄
膜ヒータの寿命が１億パルス以上というヘッド寿命を確
保することが困難となることが分かった。しかし、３０
００万〜５０００万パルスで破壊された薄膜ヒータは全
て、個別インク通路１１の最奥部で破断し、その他の部
分には何らの異常も認められないことも判明した。これ
は既に本発明者らによって明らかにされているように、
図３、図４に示されている円柱状ノズルを持つ構造のト
ップシュータ型のヘッドではキャビテーション破壊力が
大幅に低減し、もし残るとしてもその小さな破壊力は個
別インク通路の最奥部に加えられると予測したことと一
致している（特開平０８−２３８７７１号公報、日本電
子写真学会年次大会 Ｊａｐａｎ Ｈａｒｄｃｏｐｙ’
９６，ｐ１６９，及びｐ１７３（１９９６，７）参
照）。即ち、この部分に耐キャビテーション保護膜を形
成し、その他の条件は全く変化させない、という一つの
改善策が考えられる。本発明はこれを具体化したもの
で、その詳細な実施例を図１と図２を用いて説明する。
ヘッドは充分な信頼性を有するものであるが、同一基板
上にドライバ回路を内在させる場合、このドライバ回路
を劣化させないために熱酸化温度の低温化（４００°Ｃ
以上から平均３８０°Ｃへ）が必要となり、これによっ
て自己酸化被膜の厚さが薄くなり、ウエハ内の全ての薄
膜ヒータの寿命が１億パルス以上というヘッド寿命を確
保することが困難となることが分かった。しかし、３０
００万〜５０００万パルスで破壊された薄膜ヒータは全
て、個別インク通路１１の最奥部で破断し、その他の部
分には何らの異常も認められないことも判明した。これ
は既に本発明者らによって明らかにされているように、
図３、図４に示されている円柱状ノズルを持つ構造のト
ップシュータ型のヘッドではキャビテーション破壊力が
大幅に低減し、もし残るとしてもその小さな破壊力は個
別インク通路の最奥部に加えられると予測したことと一
致している（特開平０８−２３８７７１号公報、日本電
子写真学会年次大会 Ｊａｐａｎ Ｈａｒｄｃｏｐｙ’
９６，ｐ１６９，及びｐ１７３（１９９６，７）参
照）。即ち、この部分に耐キャビテーション保護膜を形
成し、その他の条件は全く変化させない、という一つの
改善策が考えられる。本発明はこれを具体化したもの
で、その詳細な実施例を図１と図２を用いて説明する。
【０００９】図１と図２を見て分かるように、ヒータの
幅が広い部分で且つ個別薄膜導体４には重ならない範囲
のヒータ上にＴａ金属薄膜１３を被覆する。そして耐熱
性樹脂隔壁７はこのＴａ金属薄膜１３の一部を覆うよう
に配置する。Ｔａ金属薄膜１３をこのような位置に形成
する限り、薄膜ヒータの核沸騰発生領域は図３、図４の
ヘッドの場合と変わらず、キャビテーション破壊力が加
えられる位置も耐キャビテーション性に優れたこのＴａ
金属薄膜１３上となる。このＴａ金属薄膜１３は、隣接
する薄膜抵抗体３の上に図２に示すように連続して形成
しても、絶縁性自己酸化被膜６によってショートするこ
ともない。或るいは各薄膜抵抗体毎に分離して形成する
ことも可能で、次に述べるリフトオフ法によって容易に
実行できる。このＴａ金属薄膜１３を個別薄膜導体４に
重ならないように形成するのは、熱酸化のみでは個別薄
膜導体４の表面を絶縁化することが不充分な為である。
但し、Ｔａ金属薄膜１３を各薄膜抵抗体毎に分離して形
成する場合は、個別薄膜導体４に重ねて形成しても問題
はない。
幅が広い部分で且つ個別薄膜導体４には重ならない範囲
のヒータ上にＴａ金属薄膜１３を被覆する。そして耐熱
性樹脂隔壁７はこのＴａ金属薄膜１３の一部を覆うよう
に配置する。Ｔａ金属薄膜１３をこのような位置に形成
する限り、薄膜ヒータの核沸騰発生領域は図３、図４の
ヘッドの場合と変わらず、キャビテーション破壊力が加
えられる位置も耐キャビテーション性に優れたこのＴａ
金属薄膜１３上となる。このＴａ金属薄膜１３は、隣接
する薄膜抵抗体３の上に図２に示すように連続して形成
しても、絶縁性自己酸化被膜６によってショートするこ
ともない。或るいは各薄膜抵抗体毎に分離して形成する
ことも可能で、次に述べるリフトオフ法によって容易に
実行できる。このＴａ金属薄膜１３を個別薄膜導体４に
重ならないように形成するのは、熱酸化のみでは個別薄
膜導体４の表面を絶縁化することが不充分な為である。
但し、Ｔａ金属薄膜１３を各薄膜抵抗体毎に分離して形
成する場合は、個別薄膜導体４に重ねて形成しても問題
はない。
【００１０】さて、Ｔａ金属薄膜１３はリフトオフ法に
よって形成する必要がある。それは、熱酸化工程後の薄
膜ヒータにＴａ金属薄膜をスパッタ法で形成し、これを
フォトエッチングによって図１、図２の形状にＴａ金属
薄膜をエッチング除去する場合、薄膜抵抗体６／３、薄
膜導体４、５もエッチング除去されてしまうため、この
方法は採用できない。即ち、ＴａとＮｉ、及びＴａ−Ｓ
ｉ−Ｏ三元合金を選択エッチングできるエッチング液が
存在しないためである。このため、熱酸化工程後の薄膜
ヒータにフォトレジストを形成し、Ｔａ金属薄膜１３を
形成する位置のレジストを除去した後、この上にＴａ金
属薄膜をスパッタ法で形成し、レジストを除去する。こ
の時、レジスト上のＴａ金属薄膜も同時に除去され、あ
らかじめレジストが除去されている位置にのみＴａ金属
薄膜１３が残されるというリフトオフ法を採用するので
ある。リフトオフ法が良好に実施されるためには、レジ
ストの厚さを、形成する薄膜よりも充分に厚くしなけれ
ばならないという重要なプロセス上の条件が存在する。
Ｔａ金属薄膜の場合、オープンプールでの強大なキャビ
テーション破壊を防ぐためには０．５〜０．６μｍとい
う厚さが必要と言われている（前出のＨｅｗｌｅｔｔ−
Ｐａｃｋａｒｄ Ｊｏｕｒｕａｌ、他参照）。これに対
しキャビテーション破壊力が大幅に低減（１／１０〜１
／５０）している図１〜図４に示す構造のヘッドの場
合、このＴａ金属薄膜の厚さは０・１〜０・２μｍで充
分と予測され、実験的にも後で示すように確認されてい
る。従って、リフトオフ用レジストの厚さは１〜２μｍ
で充分であり、これは一般的に用いられているフォトエ
ッチング技術の範囲内であり、リフトオフ法で形成され
る薄膜パターンの位置精度も１μｍ程度を実現できるこ
とが分かる。即ち、図１、図２に示す７０μｍピッチ
（３６０ｄｐｉ）で並ぶ薄膜ヒータは勿論のこと、今ま
でにない３５μｍピッチ（７２０ｄｐｉ）で並ぶ超高精
細ヘッドの薄膜ヒータにも本発明が適用できることが容
易に理解できよう。
よって形成する必要がある。それは、熱酸化工程後の薄
膜ヒータにＴａ金属薄膜をスパッタ法で形成し、これを
フォトエッチングによって図１、図２の形状にＴａ金属
薄膜をエッチング除去する場合、薄膜抵抗体６／３、薄
膜導体４、５もエッチング除去されてしまうため、この
方法は採用できない。即ち、ＴａとＮｉ、及びＴａ−Ｓ
ｉ−Ｏ三元合金を選択エッチングできるエッチング液が
存在しないためである。このため、熱酸化工程後の薄膜
ヒータにフォトレジストを形成し、Ｔａ金属薄膜１３を
形成する位置のレジストを除去した後、この上にＴａ金
属薄膜をスパッタ法で形成し、レジストを除去する。こ
の時、レジスト上のＴａ金属薄膜も同時に除去され、あ
らかじめレジストが除去されている位置にのみＴａ金属
薄膜１３が残されるというリフトオフ法を採用するので
ある。リフトオフ法が良好に実施されるためには、レジ
ストの厚さを、形成する薄膜よりも充分に厚くしなけれ
ばならないという重要なプロセス上の条件が存在する。
Ｔａ金属薄膜の場合、オープンプールでの強大なキャビ
テーション破壊を防ぐためには０．５〜０．６μｍとい
う厚さが必要と言われている（前出のＨｅｗｌｅｔｔ−
Ｐａｃｋａｒｄ Ｊｏｕｒｕａｌ、他参照）。これに対
しキャビテーション破壊力が大幅に低減（１／１０〜１
／５０）している図１〜図４に示す構造のヘッドの場
合、このＴａ金属薄膜の厚さは０・１〜０・２μｍで充
分と予測され、実験的にも後で示すように確認されてい
る。従って、リフトオフ用レジストの厚さは１〜２μｍ
で充分であり、これは一般的に用いられているフォトエ
ッチング技術の範囲内であり、リフトオフ法で形成され
る薄膜パターンの位置精度も１μｍ程度を実現できるこ
とが分かる。即ち、図１、図２に示す７０μｍピッチ
（３６０ｄｐｉ）で並ぶ薄膜ヒータは勿論のこと、今ま
でにない３５μｍピッチ（７２０ｄｐｉ）で並ぶ超高精
細ヘッドの薄膜ヒータにも本発明が適用できることが容
易に理解できよう。
【００１１】試作評価したヘッドは、隔壁７としてポリ
イミド樹脂を用いてその厚さを約１０μｍとし、ノズル
１２は、厚さ３５μｍのポリイミドフィルム８を張りつ
けた後、これをフォトドライエッチングで円柱状にあけ
たものである。Ｔａ金属薄膜１３の厚さは０・１と０・
２μｍの二種類とした。核沸騰を発生させる領域の薄膜
ヒータは約４５μｍ角であり、その抵抗値は約１２０Ω
であった。薄膜ヒータの熱酸化温度の平均値は３８０°
Ｃであり、Ｓｉウエハ内の温度ばらつきは±２０°Ｃ以
内であった。吐出評価に用いたインクは市販の他社製イ
ンクジェットプリンタに使用されている水性インクであ
る。
イミド樹脂を用いてその厚さを約１０μｍとし、ノズル
１２は、厚さ３５μｍのポリイミドフィルム８を張りつ
けた後、これをフォトドライエッチングで円柱状にあけ
たものである。Ｔａ金属薄膜１３の厚さは０・１と０・
２μｍの二種類とした。核沸騰を発生させる領域の薄膜
ヒータは約４５μｍ角であり、その抵抗値は約１２０Ω
であった。薄膜ヒータの熱酸化温度の平均値は３８０°
Ｃであり、Ｓｉウエハ内の温度ばらつきは±２０°Ｃ以
内であった。吐出評価に用いたインクは市販の他社製イ
ンクジェットプリンタに使用されている水性インクであ
る。
【００１２】このヘッドに３μＪ／パルスのエネルギを
投入して印字評価をした結果、Ｔａ金属薄膜１３の厚さ
に関係なく、１億パルス以上のインク吐出に対し何らの
異常も認められなかった。この時、Ｔａ金属薄膜１３が
隔壁から少なくとも３〜５μｍ、個別インク通路側に出
ていれば問題のないこを確認している。しかし、隔壁か
ら出ているＴａ金属薄膜１３が３μｍ以内の時には、薄
膜ヒータが破断するケースも認められ、信頼性が低下す
ることも分かった。以上説明したように、熱酸化温度の
低温化によって自己酸化被膜の厚さが薄くなった薄膜ヒ
ータに対しても、インクの吐出に必要な投入エネルギを
殆ど増大させることなく充分なヘッド寿命を達成できる
ことが可能となった。
投入して印字評価をした結果、Ｔａ金属薄膜１３の厚さ
に関係なく、１億パルス以上のインク吐出に対し何らの
異常も認められなかった。この時、Ｔａ金属薄膜１３が
隔壁から少なくとも３〜５μｍ、個別インク通路側に出
ていれば問題のないこを確認している。しかし、隔壁か
ら出ているＴａ金属薄膜１３が３μｍ以内の時には、薄
膜ヒータが破断するケースも認められ、信頼性が低下す
ることも分かった。以上説明したように、熱酸化温度の
低温化によって自己酸化被膜の厚さが薄くなった薄膜ヒ
ータに対しても、インクの吐出に必要な投入エネルギを
殆ど増大させることなく充分なヘッド寿命を達成できる
ことが可能となった。
【００１３】［発明の効果］本発明により、インクの吐
出に必要な投入エネルギを増大させることなく充分なヘ
ッド寿命を満足させることが可能となった。そしてこれ
によって、ドライバ回路を内蔵させた低消費電力で且つ
大規模高集積のインクジェット記録ヘッドを提供するこ
とが可能となった
出に必要な投入エネルギを増大させることなく充分なヘ
ッド寿命を満足させることが可能となった。そしてこれ
によって、ドライバ回路を内蔵させた低消費電力で且つ
大規模高集積のインクジェット記録ヘッドを提供するこ
とが可能となった
【図１】 本発明のインクジェット記録ヘッドを、その
個別インク通路の中央部で切断した時の断面図（図２の
Ｂ−Ｂ断面図）である。
個別インク通路の中央部で切断した時の断面図（図２の
Ｂ−Ｂ断面図）である。
【図２】 図１のＡ−Ａ断面図である。
【図３】 本発明を適用していない従来技術によるヘッ
ドを、その個別インク通路の中央部で切断した時の断面
図（図４のＤ−Ｄ断面図）である。
ドを、その個別インク通路の中央部で切断した時の断面
図（図４のＤ−Ｄ断面図）である。
【図４】 図３のＣ−Ｃ断面図である。
１はＳｉ基板、２はＳｉＯ２断熱層、３は薄膜抵抗体、
４は個別薄膜導体、５は共通薄膜導体、６は絶縁性自己
酸化被膜、７は耐熱性樹脂隔壁、８はポリイミドフィル
ム（オリフィスプレート）、９はインク溝の溝壁、１０
は共通インク通路、１１は個別インク通路、１２はノズ
ル（の壁）、１３はＴａ金属薄膜である。
４は個別薄膜導体、５は共通薄膜導体、６は絶縁性自己
酸化被膜、７は耐熱性樹脂隔壁、８はポリイミドフィル
ム（オリフィスプレート）、９はインク溝の溝壁、１０
は共通インク通路、１１は個別インク通路、１２はノズ
ル（の壁）、１３はＴａ金属薄膜である。
Claims (5)
- 【請求項１】基板上に形成された薄膜抵抗体と薄膜導体
からなる複数個のヒータと、該ヒータの真上に設けら
れ、該ヒータに順次パルス通電することによって該ヒー
タと垂直方向にインク滴を吐出する複数個の円柱状のイ
ンク吐出ノズルと、それぞれのヒータと吐出ノズルに対
応して設けられた複数個の個別インク通路と、該個別イ
ンク通路の全てが連通するべく前記基板上に設けられた
共通インク通路と、からなるインクジェット記録ヘッド
であり、前記薄膜抵抗体の一部とこれにつながる個別薄
膜導体が前記個別インク通路を形成する耐熱性樹脂隔壁
でおおわれている部分の薄膜抵抗体の幅が他の部分より
１０％以上広く、該薄膜抵抗体の全体が熱酸化処理によ
って絶縁性自己酸化被膜で覆われている構造のインクジ
ェット記録ヘッドにおいて、前記薄膜抵抗体の広幅部分
とこれにつながる正規幅部分の一部がＴａ金属薄膜によ
って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】前記Ｔａ金属薄膜が、少なくとも３〜５μ
ｍ、個別インク通路側に出ていることを特徴とする請求
項１記載のインクジェット記録ヘッド。 - 【請求項３】前記薄膜抵抗体が、６４％＜Ｔａ＜８５
％、５％＜Ｓｉ＜２６％、６％＜０＜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記載のインクジェット記録ヘッド。 - 【請求項４】前記薄膜導体がＮｉ金属、又は金めっき処
理されたＮｉ金属からなることを特徴とする請求項１記
載のインクジェット記録ヘッド。 - 【請求項５】前記Ｔａ金属薄膜がリフトオフ法によって
形成されていることを特徴とする請求項１記載のインク
ジェット記録ヘッドの製造方法。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9296105A JPH1191111A (ja) | 1997-09-24 | 1997-09-24 | インクジェット記録ヘッド |
| US09/159,635 US6012804A (en) | 1997-09-24 | 1998-09-24 | Ink jet recording head |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9296105A JPH1191111A (ja) | 1997-09-24 | 1997-09-24 | インクジェット記録ヘッド |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1191111A true JPH1191111A (ja) | 1999-04-06 |
Family
ID=17829209
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9296105A Pending JPH1191111A (ja) | 1997-09-24 | 1997-09-24 | インクジェット記録ヘッド |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6012804A (ja) |
| JP (1) | JPH1191111A (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6585352B1 (en) * | 2000-08-16 | 2003-07-01 | Hewlett-Packard Development Company, L.P. | Compact high-performance, high-density ink jet printhead |
| US6422676B1 (en) * | 2001-06-19 | 2002-07-23 | Hewlett-Packard Company | Compact ink jet printhead |
| US6607264B1 (en) | 2002-06-18 | 2003-08-19 | Hewlett-Packard Development Company, L.P. | Fluid controlling apparatus |
| JP6366835B2 (ja) | 2014-10-30 | 2018-08-01 | ヒューレット−パッカード デベロップメント カンパニー エル．ピー．Ｈｅｗｌｅｔｔ‐Ｐａｃｋａｒｄ Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ Ｃｏｍｐａｎｙ， Ｌ．Ｐ． | 印刷装置、及び印刷装置を作製する方法 |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5451837A (en) * | 1977-09-30 | 1979-04-24 | Ricoh Co Ltd | Ink jet head device |
| JP3573515B2 (ja) * | 1995-03-03 | 2004-10-06 | 富士写真フイルム株式会社 | 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 |
| US5831648A (en) * | 1992-05-29 | 1998-11-03 | Hitachi Koki Co., Ltd. | Ink jet recording head |
-
1997
- 1997-09-24 JP JP9296105A patent/JPH1191111A/ja active Pending
-
1998
- 1998-09-24 US US09/159,635 patent/US6012804A/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US6012804A (en) | 2000-01-11 |
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