JPS60206663A - バブル型インク・ジエツト印字装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、バブル（泡）型インク・ジェット印字装置、
より詳細にはバブル発生手段を備えた／ぐプル型インク
・ジェット印字装置に関するものである。

従来の技術 一般に、インク・ジェット印字装置は、２つの形式、す
なわち連続流式とド【」ツブ・オン・デマンド式に分け
ることができる。連続流式インク・ジェット装置で７は
、インクは圧力のＦで少なくと　：も７個のオリフィス
、すなわちノズルを通って連続流で噴射される。オリフ
ィスから一定の距離の所で流れがインク滴としてぢぎれ
るように、流れにによう乱が４えらｎる。ちぎれ点にお
いて、インク滴は、デジタル・データ信号にしたがって
帯電され、各インク滴の軌道をＡ＃する電界を通過して
、再循環用の樋装置または記録媒体上の特定の場所へ向
けられる。ドロップ・オン・デマノド装置では、インク
滴は、デジタル・データ信号にしたがってオリフィスか
ら直接記録媒体上の位置へ噴射される。記録媒体上に滴
を置くのでない限シ、インク滴は形成されない、すなわ
ち噴射されない。

ドロップ中オン・デマンド装置は、インクの回収、帯電
または偏向が必要でないから、連続流式よりもかなシ簡
単である。ドロップ・オン・デマンド式インク・ジェッ
ト装置には、１つの形式がある。第１の形式のドロップ
・オン・デマンド装置の主要構成要素は、一端にノズル
を有するインクの入ったチャンネル、すなわち通路と地
端の近くにあって圧力・ぐルスを発生する圧電変換器で
ある。比較的大形の変換器はノズルを近接配置する妨げ
になシ、変換器の物理的な限界のために、４２２滴の速
度が遅い。−遅い滴速度は、滴の速度変動および方向性
の許容範囲を非常に狭めるので、高品質のコピーを作成
する装置能力に悪影響を与える。圧電変換器を使ってイ
ンク滴を噴射するドロップ・オン・デマンド装置は、さ
らに印字速度が遅いという欠点を有している。

ハｆ　Ａ−・ジェットの概念は、第！の形式のドロップ
・オン・デマンド装置であり、高速の滴を発生し、そし
てノズルを非常に近接して配置することが可能であるの
で、非常にフレキシブルなものである。この第２の形式
のドロップ・オン・デマンド装置の主要構成要素は一端
にノズルを有するインクの入ったチャンネルと、ノズル
の近くにある発熱抵抗体である。

名前が示すように、デジタル情報を表わす印字信号は、
オリアイスすなわちノズルに近い各インク通路内の抵抗
層に送流パルスを加えて、その附近のインクをは！瞬時
に蒸発させ泡すなわちバブルを発生させる。オリフィス
の所のインクは、バブルが膨張するとき、推進されイン
ク滴として押し出される。イ／りの流体力学的運動が止
むと、すぐ繰シ返してプロセスを開始することができる
状態になる。一般に、′バブル・ジェット式１装置と呼
ばれる熱発生によるバブルに基づいたインク滴噴射装置
を導入することによって、ドロップ・オンーデマ／ド式
インクジェット・プリンタは連続流式インクジェット・
プリンタよシも簡単で低価格の装置になシ、その上、同
等の高速印字能力を有している。

バブル・ジェット式装置の動作順序は、インクの入った
チャ／ネル内のオリフィスすなわちノズルの近くにある
抵抗層を゛電流・セルノが通ることで始まる。抵抗体（
層）からインクへ熱が伝達され、インクは過熱された状
態になシ（その通常の沸点よシかなシ高い）、水性イン
クの場合は、最終的に、バブルが生成される。２ど０℃
前後の臨界温度に達する。いったん核ができると、パズ
ルすなわち水蒸気が、インクを発熱体から熱的に隔離す
るので、それ以上インクに熱は加わわらない。パズルは
、インクに貯えられた通常沸点以上のすべての熱が放散
してしまうまで、すなわち液体を蒸気に変換するときの
蒸発熱によって熱が奪われ使い果されるまで、膨張する
。パズルの膨張は、インク滴をノズルの外に噴射する。

余剰熱が失われるとすぐ、バブルは抵抗体上で崩壊する
。ごの時点で抵抗体は、電流・ぐルスが通過したので、
もはや加熱されておらず、パズルの崩壊と同時に、イン
ク滴は高速度で記録媒体の方向に向って推進される。抵
抗層は、バブルの崩壊のとき激しいキャビチー７ヨンを
受け、このキャビテーションハ抵抗層を腐食させる作用
をする。そのあと、インク用のチャンネルは、毛管作用
によって充てんされる。

バｆルの発生と崩壊の全プロセスは、約／θマイクロ秒
内圧起る。チャンネルが充てんされる時間を与え、かつ
動的光てん係数がある程度減音する時間を与えるために
、ｌＯＯ〜５００マイクロ秒の最小休止時間をおいて、
チャンネルを再び作動させることができる。

発明が解決しようとする問題点 研究および経験から、従来のバブル・ジェットの概念は
、インクに対する熱伝達の効率が悪く、抵抗層内をよシ
高い温度にする必要があるほか、バブル崩壊のときのキ
ャビテーシ田ンのために抵抗層の寿命に重大な問題点が
あることが明らかになった。抵抗層の寿命がパズル型イ
ｙクツエツト印字装置の有効寿命を決めることはｄうま
でもない。本発明は、あとでｒＩβ細に検討するように
、よシ熱効率のよい九力消費の少ないバブル発生手段を
提供することによって、この抵抗層の消耗および短かい
使用寿命を克服している。

第１図に示したもののような典型的なパズル型インク・
ジェット印字装置めためのバブル発生手段５０について
、最も広く使われている従来構造の７つを第５図に示す
。それは層状の抵抗薄膜素子であり、その支持構造５１
は高い熱伝導率を有していなければならない。支持構造
５１は一般にシリコンまたはセラミック材料たとえば酸
化フルミニラム（Ａｔ２０３）テある。１厚さ２〜ｊミ
クロンの支持構造の上には、ス・七ツタ−された二酸化
シリ：７ノ（５Ｉ０２　）のアンダーグレーズ層５２が
置かれている。抵抗体５３を形成するために、アンダー
グレーズ上に抵抗材料たとえばポウ化ジルコニウム（Ｚ
ｒＢ２）がツノぐツタ−される。熱伝導性基板と抵抗体
との間に、ちる程度の熱絶縁を可能にするためには、厚
いＳ　＋　０２　アンダーグレーズ層が必要である。ア
ンダーグレーズ層は基板に比べて熱伝導率が落ちる。ア
ンダーグレーズ層の都合の悪い点は、抵抗体と４式リー
ドとの接点が同様に熱絶縁されるため高温になることで
ある。抵抗体はアルミニウム・リード５４によって外部
ｒに子回路（図示せず）に接続されている。抵抗体５３
とアルミニウム・リード５４を、点線で示したチャンネ
ル板５７０チヤンネル５６．に入っている導電性インク
から電気的に絶縁するために、Ｏ，Ｓミクロ／のツノ４
ツタ−されたＳｉｏ２膜５５膜部５れテイル。抵抗体の
上には７ミクロンのタンタル（Ｔａ）層５８がツノ４ツ
タ−されている。Ｔａ層５８の目的は、　５ｉｎ２膜が
バブル崩壊によって消耗するのを防止することである。

５ｉｎ２　膜は、崩壊するバブルによって生じたギヤビ
テーションと熱とによって、きわめて容易に侵食される
からである。

バブル発生手段５０の構造は、適当であると考えられる
が、製造コストが非常に高く、動作効率が悪い。Ｓ　ｉ
　Ｏ２膜５５は、厚すぎて、抵抗体５３からＴａ層５８
への熱伝達は効率がよくない。

ＳｉＯ□膜の厚さは、絶縁分離を良くする必要から強制
されたものである。良好な完全性を有するｊθ００オン
グストローム（Ａ）以下の厚さのスパッターされたＷい
Ｓ　ｉ　Ｏ２膜を高い歩留りで製造することは、特にＳ
　＋　０２膜は抵抗体の縁で段を被覆しなければならな
いので、容易にはできないことは、この分野では周知で
ある。歩留シを採算のとれる割合まで高めるには、厚さ
を増さなければならない。従来構造のもう７つの貞大な
欠点は、多くの追加処理ステップなしに支持基板５１の
上に能動駆動素子を容易に集積することは不可能であり
、多くの処理ステップのためパフ９ル・ジェット列が人
っている印字ヘッドの大きさを拡大する必要があること
である。処理ステップの増加は、製造コストを上昇させ
、一方では、特にキャリツノ式プリ／りの賜金は、コン
パクトな印字へノドが強く要望されている。

米１間特許第≠ａは／、Ｊ’：４１号は、気泡ジェット
式ドμツプオ／デマンド装置を開示している。その第７
Ａ図と第７Ｂ図には、各ノズルにつき７個の抵抗層が示
されている。抵抗層からインクに加えられた熱エネルギ
ーによってインクの状態が変化して気泡が発生し、ノズ
ルから滴が噴射されて記録が行われる。

米国特許第４ｔ、弘１０．ざタタ号は、最大バブル体積
が通路内のインク流を阻止しないような仕方で、インク
通路内にバブルを発生、消滅させることによシ、滴を推
進する方法を開示している。

米国特許第弘、ＩＩ−／２．２．２≠号は、′７オト・
７オーミ／グ１法によって回路と抵抗層を有する基板の
上に直接パズル型インク・シェツト印字ヘッドのインク
・チャンネルを形成する方法を開示している。

従来のバブル・ジェット装置は、インク・チャンネルを
密集配置でき、かつ高速のインク滴を発生できるので、
高速かつ高解像度の印刷が可能であるが、従来の装置の
欠点は、費用のがかる製造技術が必要であることと、熱
エネルギーの使用効率が悪いことである。もしバブル・
シェツトをもっと熱効率よく作ることが可能であれば、
よル高価なパイノー２回路の代シに安価なＭＯ３型回路
（Ｎ−ＭＯ３Ｊを使って・＼ラドを駆動することができ
る。できれば追加処理ステップなしに、じかにかつ簡潔
に集積されたＭＯ５駆動電子回路と同じウェー・・であ
る抵抗体構造が得られれば、好ましいし、またコスト効
率の高いことは、］うまでもない。以下明らかになろう
が、こｎらの改良点が本発明の基本になっている。

問題点を解決するための手段 本発明の第１の目的は、バブル型インク・ジェット印字
装置の改良型バブル発生回路を提供することである。

本発明の第！の目的は、より効率のよいより消費１力の
少ないバブル発生用抵抗素子を有する・ぐプル発生回路
を提供することである。

本発明の第３の目的は、より製造コスト効率の高い、か
つ駆動及び論理回路を同一のステップで同時に製造する
ことができるノ々プル・ジェット印字ヘッドを提供する
ことである。

本発明においては、紙などの記録媒体の表面を横切って
往復運動できるように構成されたキャリツノの上に、改
良型バブル・ジェット印字ヘッドが取シ付けられている
。別の行を印字するため印字ヘッドの方向が逆転される
たびに、紙は所定の距離ステップ状に送られる。印字ヘ
ッドは、紙に向い合っている端面にノズルを有し、各々
がチャンネルの地端で共用のマニホルドに開いている直
ｍ配列の平行チャンネルを有する。チャンネルとマニホ
ルドにはインクが満されており、インクは消費されると
、インク供給源からホースを介してマニホルドへの通路
内に配置されたホース継手へ補充される。個々にアドレ
スｕＪ能な抵抗体は、その関連ノズルに近接して各チャ
ンネル内に形成されている。制御装置が、ｒノタル・デ
ータ信号を受信するとそれに応じて、制御装置から抵抗
体へ電流・ぞルスが選択的に加えられる。

直流・ぞルスが流れた抵抗体は熱エネルギーをインクに
伝達し、従来の技術で周知のように、インクを蒸発させ
、バブルを発生させる。低抗体は、　゛電流・平ルスの
通過後冷却し、ノシゾルは崩壊する。

バブルの発生と１が張とにより、インク滴が形成され、
紙に向けて噴射される。

印字ヘッドは、製造コスト効率がよシ高くなるように集
積回路形成に適合する改良型の濃くドーピングされたポ
リシリコンバブル発生抵抗体を有しており、改良型抵抗
体は長い使用寿命を有している。改良型抵抗体構造の２
つの主な特徴は、電極すなわちリードと抵抗体との接続
点が比較的低い温度に維持されることと、抵抗体材料と
保護タンタル層間のより薄い絶縁層が抵抗体からタンタ
ル層そして一１／りへと、非常に高い熱エネルギー伝達
をｉＪ能にしていることである。抵抗体構造のもう７つ
の実施例は、共用帰路として主基板の下面の金属化層に
対し埋込み接点を使用している。

−ヒ記の構造に１つて、隣シ合う抵抗体間のクロストー
クが大型品に減ってしする。

実　施　例 本発明のパズル発生構造４０を第≠図に示す。

基板４１は／リコンである。シリコンは眠気的に絶縁体
であるが、熱を除去する燕伝導率が良い。

しかし、基板４１は以下の方法で処理することができる
、すなわち、軽く、たとえばｊΩ・ぼの比抵抗までドー
ピングする；電流帰路を与えるため、０、θ／〜０．０
０　／Ω・儂の比抵抗まで縮退状態にドーピングする。

、あるいは能動形の１界効果トラ７ンノスタまたは／（
イポーラｏトラ／ノスタが作れるよう、厚さ２〜２５ミ
クロンの軽くドーピングされたエピタキシャル表面層に
ついて縮退状態にドーピングする。好ましい実施例の場
合は、約７０００１ｙの厚さをもつ基板４１の上に５ｉ
ｎ２などの熱酸化物のアンダーグレーズ１Δ４２が置か
れているが、アンダーグレーズ層４２は３０００Ａ〜／
ミクロンの範囲で変えることができる。アンダーグレー
ズ層の上には、約７〜２ミクロンの厚さの５．ｆ　−４
％の燐を含有する、す７　ｏ　−（ｒｅｆｌｏｗ　）さ
れた化学蒸者（ＣＶＯ）によるガラス・メサ４３が置か
れ、その次に抵抗体４４が置かれている。

抵抗体４４を形成する抵抗材料は、縮退状態にドーピン
グされた多結晶シリコンであって、化学蒸ｍ（ＣＶＤ）
によって付着することが好ましい。

ドーピングはｎ型でもＰ型でも可能であるが、好ましい
実施例では、ｎ型である。ドーピングは、付層のとき、
またはすぐあとに、たとえばイオン注入や拡散などの手
段によって行なわれる。抵抗材料の厚さは１００θ〜６
００θＡの範囲にすることができるが、好ましい実施例
ではｊθ００〜１，０００　Ａの＋りさである。同時に
ポリシリコンを使って、電界効果ト２ンノスタのｒ−）
やその他第１層の金属化など、関連する能動回路の素子
を形成することができる。

続いて、ポリシリコン抵抗体４４は、蒸気または酸素の
中で、約７００θ℃の比較的高い温度でｊＯ〜ど０分間
酸化され、ポリシリコンの小部分が３１０２に変えられ
′る。好ましい実施例の場合は、約１０００ｆｉ、の５
ｉｎ２誘電体ＫＩｉ４５を得るために、抵抗体を約５０
分熱酸化した。付着するのでなく抵抗体からオバーグレ
ーズが成長するので、層４５は、かなシ薄く、たとえば
ＳＯＯλ〜／ミクロ／にするＯとがでさ、しかもすぐれ
た一体性を有し′Ｃいる。好ましい厚さの範囲は、１ｏ
ｏｏ〜、２０００にである。代シに、同じ厚さの範囲で
誘電体絶縁層として熱分解化学戟着によるＳｉ３Ｎ４を
使うことができるが、それを・ぞターノ・形成すること
は、抵抗体の熱酸化よりもｖｌ雑なステップであるから
、これはそれ程好ましくはない。

抵抗体４４上の酸化シリコン、すなわち絶縁層４５の上
には、絶縁＃４５を保護するための約７ミクロンの厚さ
のタンタル（Ｔａ）層４６が付着される。Ｔａ層を付着
する前は、絶縁層４５の外面が確実に清浄さが保たれる
ように注意が払われる。Ｔａ層４６は、ガラス・メサ４
３の上にある抵抗体４４の部分の上を除いて、　ＣＦ、
１０２　プラズマ・エツチングを使って除去される。ア
ンダーグレーズ酸化物層４２は、電気リードを取付ける
念めに、ポリシリコン抵抗体４４の向い合った縁がエツ
チングで除去される。アンダーグレーズ層４２の上およ
び酸化物が除去されたポリシリコン抵抗体４４の縁の上
方にアルミニウム・リード４７が堆積される。リード４
７は池の回路網に接続することができるようにパターン
が形成され、０、３〜３．０ミクロ／の厚さに堆積され
る。好ましい厚さは／、　！ｉミクロンである。

リードを不活性化するために、燐がドーピングされた２
ミクロンの厚さのＣＶＤによるＳ＋０２膜４８が付着さ
れ、そのあと、他の回路および／？　７”ル発生区域を
形成するＴａ層４６に接続するため、リード接点がエツ
チングで除去される。このエツチングは、湿式または乾
式いずれのエツチング方法でもよい。リードの不活性化
は、代９に、プラズマで付着させたＳｉ３Ｎ、によって
行なうことができる。

上述の構造の利点は３つあって、最初に、上述の構造は
、集積回路と同じ処理ライノで製造することができるの
で、装置コストが少くてすみ、また歩留りが高いことで
ある。＠λに、ガラス・メサ４３はシリコン基板４１と
の間に適当な厚さの熱絶縁を提供し、抵抗体４４とリー
ド４７との連結領域を、比較的低い温度に保つことが可
能なアンダーグレーズ層４２の上に置くことができるこ
とである。アンダーグレーズ層の厚さは、十分に薄く、
たとえその熱伝導率が低くても、抵抗体とリードとの境
界面は約２００℃を越えることはない。さらに、リード
の温度が上昇するような割合で抵抗体４４からリードへ
熱が伝導することがないように、薄いアンダーグレーズ
層４２の上にリード４７が置かれている。第３は、抵抗
体４４とＴａ［４６間のＳ籠０２絶縁層４５は、比較的
薄く、しかもその一体性はすぐれている。この絶縁層４
５は、抵抗体４４からＴａ層４６へ高い効率で熱伝達を
許す。たとえば、抵抗体４４とＴａ層との間に、従来の
装置で一般に使われる１ダさであるｌｙｏｏｎｍの厚さ
の５ｉｎ２薄膜を置いて、１マイクａ秒の電圧・ぐルス
を加えた場合、抵抗体（６００℃）とＴａ層Ｃ２３；０
℃）との温度差は３ｊＯ℃である。本発明では可能であ
るが、もし５ｉ０２膜を／　００　ｎｍまで減らすこと
ができれば、抵抗体は１１．．２５℃まで熱くなるが、
Ｔａ１ｌが３５Ｏ℃の温度に達するので、その差は７５
℃に過ぎない。同一サイズの抵抗体を使うことによル、
電力は１６ワツトからｌＯワットに減少する。本発明の
抵抗体４４は、このようによ）低い温度にとどまυ、外
部加熱で生じる応力も小さい。この重要な利点は、熱酸
化で成長した５ｉ０２がよシ密［カ＋ｌｌｉ＜、ステッ
プカバーが良く、バブル・ジェット印字装置の従来のバ
ブル発生機構で使われているようなスノｅツタされた、
またはＣＶＤによるＳ　ｉ　Ｏ２より付着性が良好なた
めに得られるものである。

バブル・ジェット印字装置のための前述の改良型発熱構
造は、以下の作業例に従って準備することができる。

渭浄なシリコンの上に、熱酸化物、たとえば５１０２を
ｌθ００への厚さまで形成させる。その上に、、２ミク
ロンの厚さでＪ−−、Ｓ’４の燐を含むり７０−された
ＣＶＤによるガラスが置かれ、抵抗体となる抵仇材料が
最後に形成さ九る場所にメサを形成する。次に、ＣＶＤ
によυ、メサの上にｔ、ｏｏｏへの厚さでポリシリコン
材料を堆積する。

ポリシリコン材料を、りＯＫｅＶ　Ｘ　／　０１６ｃＩ
ＩＬ−２Ｐ　”のイオン注入によって濃くドーピングし
、ｎ型パドーピングを行なう。プラズマ・エツチングに
ヨリ、ポリシリコン材料を抵抗体アイ２ンドの直列配列
にする。抵抗体アイ２ンドを清浄にし、１ｏｓｏ。

Ｃで６θ分間熱酸化して厚さ／θ００ＡのＳ：０２層を
生じさせる。高周波（ＨＦ）ウェット・エッチを用いて
熱酸化物に溝を開き、池の回路網に接続するためのウェ
ーハ上の位置からポリシリコン抵抗体まで電気リードの
通路を形成する。１％のシリコンヲ含むアルミニウムの
厚さ／きりＩｆｆ７（ＤＭＩを堆積させ、次にＨ３ＰＯ
、内で５０℃の温度でウェット・エッチを用いてアルミ
ニウム・リードの・ぐター／を形成する。最後に、抵抗
体の配列とアルミニウム・リードを有するウェーッ・を
窒素雰囲気の中でｔｉｔｓｏ℃で３θ分間焼鈍する。

上述の例について、／６０Ｉ８の抵抗体を作って試験し
た。抵抗体は、比抵抗体が≠７２±／、２Ωであり、不
良品は見つからなかった。駆動゛磁圧および電流に適合
させるため、メロ／または燐のイオン注入によって／θ
００Ｓ−１０ρ／１００平方）（’−）！Ｔ’ノ各ｉの
り一ト抵抗を得ることができる。さらに、抵抗特性に変
化を与えずに、抵抗体の上面にアルミニウムを溶融させ
ることができた。

アルミニウムは、約ＡＩ、０℃に達する゛まで溶けない
かう、１Ｎ＋ポリシリコン抵抗体は気泡ジェット配列の
発熱素子として非常に適している。

もう１つの例では、同様なウェーハ上でケイ化物のリー
ド％たとえばＴｌ５ｉ２を用いてシリコン抵抗体と池の
回路網とを接続した。このケイ化物は非常に比抵抗が小
さく（約１０マイクロΩ・ｃｒｎ）、それ自身も約どθ
Ｏ′ｃまで熱的に安定であり、ま１ｔ−１ＣＦ４　内で
プラズマ・エツチングが可能である。１１Ｌ気リード材
料としてケイ化物を使用すれば、ケイ化物は次に熱処理
することが可能であるので、リフロー（ｒｅｆｌｏｗ　
）　’ガラスを全体構造にわたる・ぐシペーショ７層と
して使用することができる。

縮退状態にドーピングされた（燐またはメロ／）多結晶
クリコンを抵抗器の材料として使うことによって、従来
技術において使われたＺ　ｒ　Ｂ　ｇにまさる多くの利
点が得られる。たとえば、付着が容易であり、また集積
回路（ＩＧ）の処理ライ／との適合性があるため、非常
に製造コスト効率が高い。

抵抗体材料と１遵気リードは、熱成長させた、またはＣ
ｖＤによシ付着させたＳ　ｉ　Ｏ２またはＳ　＋　３ｈ
＋　４で容易に不活性化することができる。比抵抗は、
拡散、またはイオン注入によって１０００Ω／１００平
方フイートから１０Ω／／θθ乎方フイートまで制御す
ることができ、抵抗体の厚さは１ｓｏｏ〜６ｏｏｏ人の
間で調整することができる。シリコン内の燐の拡散が低
いので、構造は高温（最高１０００Ｃ）において非常に
安定である。最後にこの構造は、フォトレジスト・マス
クを用いてＣＦ、内でプラズマ・エツチングすることに
よってノぞター／形成が容易であるので、きわめて容易
に製作することができる。

第１図に、代表的カキャリノジ式パズル型インク・ジェ
ット印字装置１０を示す。往復するキャリッジ組立体２
９の印字ヘッド１１の中に、直線配列されたインク滴発
生用バブル・ジェット・チャンネルが人っている。イン
ク滴１２は記録媒体１３に向けて推進され、記録媒体１
３は印字ヘッドが矢印１５の方向に記録媒体を横切って
一方向に横に動くたびに矢印１４の方向に、ステップモ
ータ１６によってステップ送りされる。記録媒体、たと
えば紙は供給ロール１７に巻かれておシ、この分野では
周知の方法で、ステップモータ１６によってロール１８
ヘステノグ状に送られる。

印字へラド１１は、どれか周知の手段、例えば２本の平
行案内レール２０によって往復運動ができるようになっ
ている支持台１９の上に固定して取り付けられている。

印字ヘッドと支持台は、往復するキャリッジ組立２９を
構成しておシ、キャリッジ組立体２９は、記録媒体に平
行な方向に、記録媒体がステップ送シされる方向にｉ角
に記録媒体を横切って左右に動かされる。ヘッドの往復
運動は、ケーブル２１とｌ対の回転可能なプーリー２２
によって行なわれ、プーリーの１つは可逆モーター２３
によって駆動される。

印字ヘッドｌｌ内で配列を形成している各インクチャン
ネル内の個々のバブル発生用抵抗体に対し、制御装置２
５から導線２４を通して・電流・ぐルスが加えられる。

インク滴を生じさせる電流・平ルスは、電極２６を通し
て制御装置が受信したデジタルデータ信号に応答して作
られる。インク・チャンネルは、動作中インク供給源２
８からホース２７を介して満された状態に維持される。

第２図は、第１図に示したキャリッジ組立体２９の拡大
した部分断面斜視図である。印字ヘッド１１は、３つの
部分で図示しである。第１部分は、第２図に図示されて
いないバブル発生用抵抗体４４と電気リード４７を含む
基板４１である（抵抗体の詳しい構造は第ＦＡ図、第≠
Ｂ図を参照されたい）。次の２つの部分はインク・チャ
ンネル４９ａとマニホルド４９ｂを有するチャンネル板
４９を構成している。チャンネル板４９は２個の独立し
た部分３１．３２で図示しであるが、一体構造にするこ
ともできよう。インク・チャンネル４９ａとイｙり・マ
已ホルト４９ｂは、チャンネル板部分３１に形成されて
いる。チャンネル板部分３１はマニホルド４９ｂに通じ
る端とは反対側の各インク・チャンネルの端にノズル３
３を有する。インク供給ホース２７は、志願で示したチ
ャンネル板部分３１内の通路３４を通じてマニホルドに
接続されている。チャンネル板部分３２は、チャンネル
板部分３１の蓋をする平らな部材であって、両者がシリ
コン基板４１の上に正しく合わされ、固定して取シ付け
られると、インク・チャンネル４９ａとイ／り・マニホ
ルド４９ｂが形成される。

第３図は基板４１の略平面図であシ、バブル発生構造と
して使うのに適した／っの形態での抵抗体４４とアルミ
ニウム・リード４７を示す。明確にするためチャンネル
板４９は除いである。第≠Ａ図は、第３図の断面指示線
４−４で示した７個の抵抗体４４の断面図である。

従来は、たとえば米国特許第４１，２３１．ざ２４１号
のｇ７Ａ図に示すように、抵抗体配列の前部に沿って共
通アルミニウム・リードが使われることが多い。その共
通リードの幅のために、抵抗体とそれらの関連ノズルと
の間に間隔があく。もしその距離が速すぎると、出てい
くインク滴の速度が影響を受け、滴速度が低くなる。特
に、インク滴速度がかなシ低くなると、記録媒体をノズ
ル配列によシ近づけなければならないことを意味し、し
たがってプリ／りの寸法上の設計許容度に影響する。

抵抗体の数が多い場合は、リードの抵抗が相当なものに
なるので、共通替−ドが問題になる。これは、一般には
、よシ広幅の共通帰路を意味し、抵抗体とノズルとの間
にいっそう長い間隔があくからである。

第≠Ｂ図に、本発明のもうｌっの実施例を示す。

濃くト９−ピングされた導電性基板６１．たとえば比抵
抗が０．０１Ω・儂のアンチモンがドーピングされたシ
リコン、または比抵抗が０．００／Ω・１のぎロンがド
ーピングされたシリコンが使われている。基板６１の上
面には、ｌニア、　／〜１０Ω・儂に軽くドーピングさ
れた厚畜５ｏθθ〜♂θθｏｌの薄いＰ型エピタキシャ
ル表層６２′１に使うことができる。

基板６１　ハｎ＋である。燐の拡散にょシ、エピタキシ
ャル層６２全通して基板６１まで埋め込まれた接点７２
が作られておＪ）ｋＰ型エピタキシャル層内にＮ−ＭＯ
５回路を裏作することができる。

抵抗の小さい帰路を提供するために、基板６１のｍ側は
、０．３〜３ミクロンのアルミニウム＋１７３で金属化
されている。

り〜ｇ饅の燐を含有する、リフ’　−（ｒｅｆｌｏｗ　
）されたＣｖＤによるガラス・メ２６３が、次に抵抗体
６４が置かれる場所に置かれる。抵抗体６４を形成する
抵抗材料は、ＣＶＯによ）付層された、縮退状態にドー
ピングされた多結晶シリコンである。抵抗材料はＮ型に
ドーピングされるが、もし他の層のドーピングを矛盾の
ないように変更しさえすれば、抵、抗体のドーピングｉ
Ｐ型にすることができよう。第≠Ａ図の実施例で述べた
ように、ドーピングは付ＨｔＬときまたはそのあと、た
とえばイオノ注入や拡散などの方法で行なわれる。抵抗
材料の厚さは７０００〜６０００人にすることができる
が、５ｏｏｏ〜６０θＯ人が好ましい。

ポリシリコン抵抗体６４は、続いて蒸気または酸素の中
で約１０ＯＯＣで５−、！ｉ’０分間酸化されて、ポリ
シリコンのわずかな部分が約１ｏｏｏ人の厚さのＳ　ｔ
Ｏ２誘電体層６５に変る。熱酸化層６５の上ニ、約７ミ
クロンの厚さまでＴａ層６６が堆積される。Ｔａ＃６６
は、ＣＦ４１０２プラズ’ｖ、＋エツチングを使用して
、ガラス・メサ６３の上にある抵抗体６−４の部分の上
を除いて、エツチングで除去される。熱酸化層６５は、
単−電気リード６７を取シ付けるため、ポリシリコン抵
抗体６４の一方の縁部分がエツチングで除去される。エ
ピタキシャル層６２の上、および：１！化物が除去され
たポリシリコン抵抗体６４の縁の上に、単一アルミニウ
ム・リード６７が付着される。リードは池の回路との接
続ができるように、／、３；ミクロ／の好ましい厚さで
・ｆター／が形成されるが、厚さはＯ１ｊ〜３．０ミク
ロンの間で変更することができる。

リードは、燐がドーピングされた２ミクロンの厚さのＣ
ＶＤによるＳ　ｔ　Ｏ２膜６８で不活性化される。

点線で示したチャンネル板６９は、リード６７が　′不
活性化されたあと、処理された基板に固定して取シ付け
られ、そしてシールされる。チャンネル板６９は、その
壁７０が抵抗体６４をまたぐチャンネルを形成するよう
に合わされる。

ノズルに対しパズル発生用抵抗体を最適に西装置するの
を妨げている従来の・櫂プルノエソト式のインク・シェ
ツト・グリ／りの共通帰路の問題の解決に加えて、基板
による電流帰路は、隣シ合う抵抗器間のりａストークな
しに、多数の隣り合うチャ／ネルを・ぞルス駆動させる
、すなわち噴射させることをｉＪ能にしている。

″第≠Ａ図および第１１−８図の・ぐプル発生用抵抗体
を有する前述のキャリッジ式／Ｊプル・ジェット・イン
ク印字装置は、前に述べたように、この分野で周知の仕
方で動作するが、よりコスト効率の高い構造を有してお
り、より熱効率が良＜　Ｑ’を来のものよシも心力消費
の少ない抵抗体を有し、しカ）も、少なくとも同等な長
い使用寿命を有して（する。さらに、第≠Ｂ図の改良型
抵抗体構造を有する気泡ジェット・インク印字装置は、
抵抗体間のクロストークを劇的に減少させるという付加
利点を何している。

発明の効果 要約すると、本発明は、長い使用寿命を有するバブル発
生用抵抗体を有する）ぐプル・ジェット・インク印字装
置に関するものである。抵抗体は、集積回路のそれと同
じ処理２イ／で製造することができるので、装置コスト
が少なくてすみ、高し１歩留シが得られる。ガラス・メ
サ構造によって、比較的薄いＳ　ｉ０２ア／グーグレー
ズ層の上に多結晶シリコン抵抗体とアルミニウムリード
との接点を置くことができるので、上記場所における熱
は　′高い熱伝達率を有するシリコン基板へ容易に伝わ
ってアルミニウム・リードが冷却される。また、抵抗体
と保護タンタル層との間にある、比較的薄い、熱酸化で
成長しｆＣ，Ｓ＋Ｏ２絶縁層は、タンタル、したがって
インクに対するより効果的な熱伝達によって、よシ効率
よくノぐプルが発生する。もう１つの形態においては、
抵抗体の共通帰路が埋め込まれた接点を介してウェーッ
）基板の下面にある金属化層に通じているので、抵抗体
のクロストークは劇的に減少している。

以上の発明の説明から、多くの修正および変更が明白で
あるが、そのような１は正および変更はすべて本発明の
範囲に言まれるべきものと考える。

【図面の簡単な説明】

Ｅ！／図は、本発明を組み入れたキャリツノ式バブル・
インク・ジェット印字装置の請視図、第２図は　Ｍ　７
図のバブル・インク・ジェット印字ヘッドの拡大斜視図
、 第３図は、４．２図の印字ヘッドのだめのバブル発生回
路の平面図、 第≠Ａ図は、本発明を詳細に示す第３図の回路のバブル
発生領域の拡大ｉ断面図、 ｄ４≠８図は、ｒＡ≠Ａ図のバブル発生領域のもう７つ
の実施しｌの拡大断面図、および 第−ｉ図は、従来のバブル発生領域の拡大断面図である
。 １０・・Ｏギヤ９フ２式バグル型インク・ジェット印字
装置、 １１・・−ｕＪ竿ヘッド、１２・・・インク滴、１３・
・・記録媒体、１４．１５・・・移動方向、１６・・・
ステップ・モーター、 １７・・・ｇ給ｃ’−７Ｌ’、１８・・・ロール、１９
・・・支持台、２０・・・案内レール、２１・・・ケー
ブル、２２・・φプーリー、２３・・・可逆モーター、
２４・・ｂ４　線、２５・・・制御装置、２６・・・電
　極、２７・・Ｏホース、２８・・・イ／り供給源、２
９・・・キャリッジ組立体、 ３１．３２・・◆チャンネル板部分、 ３３・・嗜ノズル、３４・・９通路、 ４０・・・バブル発生構造、４１・・・シリコ／基板、
４２・・・アンダーグレーズ層、 ４３・・・ガラス・メサ、４４・・・抵抗体、４５・・
・ＳｉＯ誘電体層、４６・・・Ｔａ　層、４７・・Ｑア
ルミニウム・リード、 ４８・・・燐がドーピングされたＣｖＤによる５ｉｎ２
膜、４９１・チャンネル板、４９ａ・・Ｑインクｅチャ
ンネル、４９ｂ・・・マニホルド、５０・・・バブル発
生手段、５１・・・支持構造、５２・・・アンダーグレ
ーズ層、５３・・・抵抗体、５４・・・アルミニウム・
リード、５５・・・ＳＩＯｉ、５６・・・チャンネル、
５７・・・チャンネル板、５８・・・ＴａＩｇＩｓ６１
・・・濃くドーピングされた導電性基板、６２　・・Ｏ
軽く　ドーピングされたＰ型エピタキシャル層、６３・
・・ガラス・メサ、６４・・・抵抗体、６５　＝　Ｓｉ
Ｏ誘電体層、６６−ｗ−Ｔａ層、６７　・　・＠　４℃
気　リ　−　ド　、６８・・・燐がドーピングされたＣ
ＶＤによるＳ　＋　０２膜、６９・・・チャンネル板、
７０・・・壁、７２・・・接　点、７３・・・金属化層
。 ＦＩ６．　１ ＦＩＧ、３ り ＦＩＧ、５

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ／、　インク滴を発生させ記録媒体に向けて推進するｍ
   故のバブル発生用抵抗体を有するバブル型インク・ソエ
   ット装置において、 インク供給源、 直線配列の平？テチャンネルを形成する四部を備え、各
   チャンネルの一端が、前記インク供給源からインクを受
   け入れる通路を有する共通のマニホルドに開いており、
   各チャンネルの他端がノズルで終っているチャンネル板
   、 上面に前記チャンネル板が固定して取り付けられ、ノズ
   ルを通じてのみ開いた、インク収容のための閉構造をも
   つ印字ヘッドを形成している誘電性基板。 前記イ／り供給源からマニホルドの通路を通して印字ヘ
   ッドへインクを追加、補充する手段、前記チャンネル板
   の取付は前に前記誘電性基板上に形成され、前記チャン
   ネル板の取付は後に各チャンネル内に１個の抵抗体が置
   かれる場所に、そのチャンネルに関係するノズルの近く
   に配置されたパズル発生用抵抗体であって、抵抗体の材
   料はドーピングされた多結晶シリコンであ）、誘電性基
   板上に抵抗体に電流を流すように電極ノ４ターンが形成
   されており、抵抗体上には良好な一体性を有する比較的
   薄い誘電体絶縁層が作られておシ、この誘電体絶縁層の
   上には、インク蒸気の崩壊パズルによるキャビテーショ
   ンから保護するたＩｔ）Ｏ保ＩＩ層が形成されておシ、
   電極の上には鑞極問および電極とインク間の電気接触を
   防止するための被覆層が形成されているもの、および 抵抗体を電流・マルスが通過すると同時にバブルが膨張
   してインク滴をノズルから噴射し、イ〜ンク滴を記録媒
   体に向けて飛ばすように、前記絶縁層と前記保護層とを
   通してインクへ伝達しインク蒸気のパズルを生じさせる
   熱エネルギーを前記抵抗体内に発生させるために、デジ
   タル・データ信号に応答して選択された電極とその関連
   抵抗体に電流・ぞルスを加える手段、を備えていること
   を特徴とする印字装置。 ２　前記誘電性基板上には誘電体材料のメサが付着され
   ておシ、前記誘電性基板は熱伝導性があ）、その上に多
   結晶シリコン抵抗体が形成されてお悦、関連するメサ上
   の抵抗体部分は絶縁層と保護層とを通してインクへ熱エ
   ネルギーを加える能動部分であシ、前記絶縁層は抵抗体
   の能動部分上に形成されており、メサを越えて絶縁性基
   板の上に廷びている抵抗体部分は電極に接続されており
   、これらの接続点および電極は容易に熱を誘電性基板へ
   伝えるために比較的低い温度を保つ、一方、電流・セル
   ノが選択された電極とその関連抵抗体に加えられたとき
   は熱エネルギーをインクへ効率良く伝達することができ
   る口とを特徴とする特許請求の範囲第１項記載のインク
   ・シェツト印字装置。 ３、　前記誘電性基板の材料はシリコンであシ、前記多
   結晶シリコン抵抗体は縮退状態にドーピングされておシ
   、前記メサの材料は燐がドーピングされたガラスであ夛
   、前記被覆層の材料は化学蒸着による力゛ラスであり、
   前記保護層は夕／タルであることを特徴とする特、請求
   の重１１囲第２項記載のインク・ジェット印字装置。 弘　前記絶縁層は熱成長のＳＩＯであシ、前記基板の上
   には、前記ガラス・メサの付着の前に比較的薄い５ｈｏ
   ２　アンダーグレーズ層が形成されることを特徴とする
   特許請求の範囲第３項記載のインク・シェツト印字装置
   。 ！ｒ、印字ヘッドはキャリツノ組立体を形成する支持台
   の上に取り＋ｊけられており、前記支持台は記録媒体の
   表面に平行に且つその移動方向に直角に往復運動するよ
   うに構成されておシ、前記各ノズルは記録媒体表面から
   等距離にあって対面しておシ、前記印字装置はキャリッ
   ジ組立体が記録媒体を横切って一方向に移動を完了する
   たびに記録媒体を静止位置から所定の距離ステップ状に
   進める手段を備えており、印字ヘッドはキャリッジ組立
   体の各移動について７度に／？テ印字することができる
   ことを特徴とする特許請求のイ゛１囲’ａＥ　／Ｉ−項
   記載のイック・ジェット印字装置。 ’ｙ、前記Ｓ”２アンダ一グレーズ層の１９さはＪ　０
   ０　Ｉ）　Ａ〜／ミクσ／の範囲にあり、前記が５ス・
   メサは５〜どチの燐を含有し、その厚さは７〜２ミクロ
   ンの範囲にあり、前記抵抗体のドーピングはｎ型で、そ
   のＩ厚さは１０００〜６０００への範囲にあることを特
   徴とする特＃’Ｆ　請求の範囲第≠項記載のイ／り・シ
   ェツト印字装置。 ７　前記熱成長したＳＩＯ２層の厚さは、５００〜！０
   ００人であり、抵抗体内に発生した熱エネルギーが前記
   タンタル層へ効率良く伝達され、前記タンクル層と低抗
   体との温度差は７００℃以下であることを特徴とする特
   許請求の範囲第５項記載のイック・ジェット印字装置。 乙　前記タンクル層の厚さは、約／ｉクロ／であり、前
   記電極のガラス被覆層の厚さは約２ミクロンであること
   を特徴とする特許請求の範囲第６項記載のインク・・シ
   ェツト印字装置。 ２　前記抵抗体と電極との接続点は、前記アンダーグレ
   ーズ層の上に置かれており、電極と抵抗体の接続点の温
   度は２００℃を越えないことを特徴とする特、ｆ′ｆ請
   求の範囲第７項記載のインク・ジェット印字装置。 ｌＯ，インク尚を発生し、可動記録媒体に向けて推進す
   る瘤故のバブル発生用抵抗体を有するキャリツノ式のパ
   ズル型インク・シェツト印字装置であって、 インク供給源、 記録媒体の表面に対し平行に且つその移動方向に直角に
   往復運動ができるように構成された印字ヘッドであって
   、前記印字ヘッドは濃くドーピングされた導電性並びに
   伝熱性があるシリコン基板の上に配列された平行チャン
   ネルを仔しておシ、各チャンネルの一端は７本のマニホ
   ルドに開き、各チャンネルの地端はノズルで終っており
   、前記ノズルは記録媒体に向い合い、各々が記録媒体か
   ら等距離にあや、前記マニホルドは前記インク供給源に
   連絡されているもの、前記印字ヘッド・ノズルを通して
   インクが噴射されると、インク供給源からインクを補充
   する手段、 前記印字ヘッドの基板上の各チャンネル内の関連ノズル
   から所定の距離に形成されたバブル発生用抵抗体であっ
   て、前記抵抗体の材料は燐がドーピングされたガラスの
   メサ上に形成されたｎ型の縮退状態にドーピングされた
   多結晶シリコンであり、前記基板の上には前記ガラス・
   メサの付層の前に軽くドーピングされたＰ型エピタキシ
   ャル層が形成されておし、前記チャンネルと抵抗体を有
   する面とは反対側の基板の面はすべての抵抗体に対し低
   い抵抗値の共通の電気帰路として働くアルミニウム層で
   金属化されておシ、抵抗体と基板の間で埋め込まれた接
   点として働くことができる導電性領域が燐拡散によって
   前記エピタキシャル層を貫通して形成されており、前記
   ガラス・メサ上の抵抗体の部分はインクへ熱エネルギー
   を伝達するだめの能動部分であり、前記ガラス・メサを
   越えて延びている抵抗体の部分は抵抗体を前記埋め込ま
   れた接点へ接続し、かつ続いて形成されたアドレス用電
   極へ抵抗体を接続するためのものであシ、抵抗体の上に
   は熱成長した５ｉｎ２層が作られ、前記電極接続点は７
   個のアドレス用電極の取付けのため各抵抗体の一方の縁
   がエツチングで除去されており、前記５ｉｎ２層をイン
   ク蒸気の・々プルがつぶれるキャビテーションから保護
   するために前記Ｓ；０２層の上にはタンタル層が付着さ
   れており、前記タンタル層は前記ガラス・メサ上の抵抗
   器の部分を除いてエツチングで除去されており、前記成
   極は電流パルスを各々の抵抗体へ導くように前記エピタ
   キシャル層の上に・臂ターンとして形成されており、前
   記電極の上には電極とインクとの接触を防止するために
   化学ｍＭ　（ＣＶ　Ｄ　）によるガラスパシベーション
   被膜が形成されているもの、および 抵抗体を電流が通過することによシバプルが形成され各
   バブルが膨張するときインク滴がノズルから噴射され記
   録媒体に向けて飛ばされるように、各電流・！ルスが抵
   抗体を通過すると同時に抵抗体の能動部分をおおうタン
   タル層上にインク蒸気のバブルを順次発生させるため、
   デジタル・データ信号に応答して選択された４極とそれ
   らに接続された抵抗体に１戎流・臂ルスを加える手段、 をＩ＋ｉ！　、ｔていることを特徴とする印字装置。 ／／、前記エピタキシャル層の厚さは５ｏｖｏ〜ｇ００
   ０八であり、前記共通帰路を形成しているアルミニウム
   層の厚さは０．５〜３ミクロンであす、前記熱成長した
   ５ｉ０２唇はタンタル層を抵抗体から電気的に隔離し、
   その厚さは約１００θ人であり、前記タンクル層はｌミ
   クロ／であシ、前記印字装置はさらに、印字ヘッドが記
   録媒体を横切って一方向に移動を完了するたびに記録媒
   体を静止位置から所定の距離ステップ状に進める手段’
   ｒ：　＋＋ｉｉｌえていて、印字ヘッドは印字ヘッドの
   各移動について７行のインク滴情報を印字することがで
   きることを特徴とする特、０請求の、範囲７　曵％１０
   項記載の印字装置。