JPS60208248A - 液体噴射記録ヘツド - 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】 本発明は記録液としての液体を飛開的液滴として噴射し
、該液滴を用いて記録を行なう液体噴射記録装置に装備
される記録へット、なかでも熱エネルギーを利用して液
体を噴射させる液体噴射記録装置に使用される記録へｙ
Ｆに関する。

インクジェット記録法（液体噴射記録υ；）は、記録時
に於ける騒Ｂの発生が無視し得る程度に極めて小さいと
いう点、高速記録がｔｒｉ能であり、しかも所謂普通紙
に定着という特別な処理を必要とせすに記録の行なえる
点に於いて最近種々のタイプのものが活発に研究されて
いる。

その中でも、熱エネルギーを培体に作用さゼ、液体吐出
のための原動力を得る方式、即ち、熱エネルギーの作用
を受た液体が急峻な体積の増大をイ↑なう状態変化を起
し、該状態変化に基〈作用力によって、記録へツ］・部
先端のオリノイヌＵｉ★体吐出孔）より液体が吐出され
て、Ｊｌｔ翔的ｌα嫡が形成され、該液滴を紙等の被記
録材に付７１させ−（記録を行なう方式は、所謂ｄｏｒ
ｏｐ−ｏｎ　ｄｅｍａｎｄ記録法に極めて有効に適用さ
れるばかりでなく、記録ヘッド部をｆｕｌｌ　１ｉｎｅ
タイプで高ｖＰ：Ｉ臭マルチオリフィス化された記録ヘ
ッドが容易に具現化できるので、高解像度、高品質の画
像を高速で得られる方式として注目されている。

このような方式を適用した記録法に用いられる装置の記
録ヘット部は、液体を吐出する為に設けられたオリフィ
スと、該オリフィスに連通し、液体を吐出するための熱
エネルギーが液体に作用する部分である熱作用部をａＪ
＆の一部とする液流路どを有する液吐出部と、熱エネル
ギーを発生する１段としての電気熱変換体とを具備して
いる。

そして、この電気熱変換体は、一対の電極と。

これらの電極に接続し、これらの電極の間に発熱する領
域（熱発生部）を有する発熱抵抗層とを具備している。

このような液体噴射記録ヘッドの構造を小ず典型的な例
が第１図（ａ）、及び第１図（ｂ）に４＼される。

第１図（ａ）は、液体噴射記録ヘッドのオリフィス側か
ら見た正面部分図、第１図（ｂ）は、第１図（ａ）に一
点鎖線Ｘ−Ｙで示す部分で切断した場合の切断面部分図
である。

これらの図に小された記録ヘッド１０１　は、その表面
に電気熱変換体１０２が設けられている基板１０３Ｅに
、所定の線密度で所定の［１］と深ぎの溝が所定数設け
られている溝＋Ｊ板１０４を覆うように接合することに
よって、液体を飛翔さけるためのオリフィス１０５を含
む液吐出部１０Ｅｉが形成された構造を有している。液
吐出部１０８は、オリフィス１０５と電気熱変換体１０
２より発生される熱エネルギーが液体に作用して気泡を
発生させ、その鉢植の膨張と収縮に依る急激な状態変化
を引き起すところである熱作用部１０７とを有する。

熱作用部１０７は、電気熱変換体＋０２の熱発生部１０
８のＦ部に位置し、熱発生部１０８の液体と接触する血
としての熱作用面１０９をその低面としている。

発熱抵抗Ｎｌ１ｌには、熱を発生させるために該層ＩＩ
＋に通電するための？！！極１１３　、１＋４がその表
面に設けられており、これらの′Ｎ、極間の発熱抵抗層
によって熱発生部１０８が形成されている。

電極１１３は、各液吐出部の熱発生部に共通の電極であ
り、電極１１４は、各液吐出部の熱発生部を選択して発
熱させるための選択電極であって、液吐出部の液流路に
沿って設けられている。

保護層１１２は、熱発生部１０Ｂに於いては発熱抵抗層
ＩＩ＋を、使用する液体から化学的、物理的に保護する
ために発熱抵抗層Ｉ１１と液吐出部１０６の液流路を満
たしている液体とを隔絶すると共に、液体を通じて電極
１１３　、１１４間が短絡するのを防止し、更に隣接す
る電極間に於ける電気的リークを防止する役目を有して
いる。

各液吐出部に設けられている液流路は、各液吐出部のＦ
流に於いて、液流路の一部を構成する共通液室（不図示
）を介して連通されている。各液ｏ１山部に設けられた
電気熱変換体１０２に接続されている電極１１３　、１
１４はその設計上の都合により、前記ト部層に保護され
て熱作用部のに流側に於いてｎ１ｊ記共通液室ドを通る
ように設けられている。

このような液体噴射記録ヘッドに於いては、従来電気熱
変換体は、第２図に示すように、基板＋０３の一方の面
トに所定の形状に積層された発熱抵抗体層上に、所定の
形状を有する’ｔｓ層が、　・対の電極１１３　、１１
４　（共通電極１１３　、選択電極１１４である）間に
接続された前記発熱抵抗体層からなる熱発生部１０８が
基板上の所定に位置に／ｊ！置されるように積層されて
形成されていた。従って、共通電極１１３は折返し形状
となり、共通′Ｆｌｔ極１１３と選択電極１１４とが交
仏に配列されるために、複数の熱発生部は共通ｔａを挾
んだように装置されていたゆ このような電極の配線を適用した場合、電極１１３　と
電極１１４とが互いに隣合わせに過密に配列されている
ために、保護層＋１２を前述したような保護的機能を効
果的に有するように積層することが容易でなく、また電
極１１３　、１１４間のショートや保護層１１２を介し
て接触している液体への電気的リークの起る場合が多く
、１このために記録ヘットの機能の低ドや寿命を知〈す
るという問題があった。

更に、多数の電極１１３　、１１４を設けることによリ
、特に共通ｒｒＬ極の配線に於けるポンディング箇所が
多く、またその密度もあがるためボンディング箇■１で
の接続不良等を起こすＢＪ能性が高く、信頼性を低ドさ
せる原因となっていた。

一方、複数のオリフィスの高密度化を行なう場合、　一
般にこれらのオリフィスのそれぞれに対応した熱発生部
の各々の間隔を所望のオリフィス密度が１ｑられるよう
に狭くすること、即ち各電極間の間隔を狭く、あるいは
各電極の巾を細くすることによってオリフィスの高Ｃ／
Ｉ：ＩＩ化を行なってきた。

ところが、各電極間の間隔を狭くし過た場合、１ｉｉｊ
述したような電極１１３　、１１４間のショートや電気
的リークの起る＋＋ｌ能性がより高くなり、また各心構
の巾を必要以上に細くすることは、電極としての機能を
低ト″させる原因になるなど、各電極間の間隔を狭く、
あるいは各？ｌｔ極の巾を細くすること、即ち更に高密
度化を進めることには構造上の限界があった。

本発明は、これらの問題に鑑みなされたものであり、前
述したような隣接する電極間のシ膳−トが起にくい構造
を有し、記録ヘッドの機能や信頼性の低ドを防ぐと共に
、従来の熱エネルギーを利用した液体噴射記録ヘッドに
於いて限界となっていたオリフィスの高密度化を更に進
めることがＩｌｌ能な液体噴射記録ヘッドを提供するこ
とをその目的とする。

Ｌ記の目的は以上の本発明によって達成することができ
る。

すなわち、未発すＪの液体噴射記録ヘッドは、液体を吐
出して飛翔的液滴を形成するために設けられたオリフィ
スと、該オリフィスに連通し、前記液滴を形成するため
の熱エネルギーが液体に作用する部分である熱作用部を
構成の・部とする液流路と、基板上に設けられた発熱抵
抗層に電気的に接続して、少なくとも一対の対置する第
１の′ｉｌｔ極と第２の電極が設けられ、これら電極の
間に熱発生部が形成されている゛Ｗｌ気熱変換体とを具
備する液体噴射記録ヘットに於いて、前記基板の発熱抵
抗層の設けられた面に前記第１の１ｌＥＪ４ｉが配線さ
れ、該面以外に前記２８２の電極が配線されていること
を特徴とする。

以Ｆ、図面に従って本発明の一例を詳細に説明する。

第３ｂ）Ｊ（ａ）は本発明の液体噴射記録へｙドの・例
の有する電気熱変換体の設けられた基板の一部の模式的
斜視図であり、第３図（ｂ）は第３図（ａ）にンバした
電気熱変換体の設けられた基板の模式的断面部分図であ
る。

３０３は基板であり、基板３０３の上面には、基板側か
ら順に発熱抵抗層３１１　、選択電極３１４が稙層され
ている。

基板３０３は、導電性のある支持体３１５と該支持体に
に設けられた絶縁層３】０とを有してなり。

絶縁層３１０の所定に位置には、共通Ｎ、極３１３配線
用のスルーポール（貫通孔）３１７が設けられている。

発熱抵抗層３１１、共通電極３１３及び選択電極３１４
は、それぞれ所望の位置に共通電極３１３と選択電極３
１４　との間に熱発生部３０８が配置されるように所定
の形状及び大きざにパターニングされている。

共通電極３１３は、その端部に於いて発熱抵抗層３１１
　と接続され、該端部がスルーポール３１７内の電極を
介して導電性のある支持体３１５と一体となっている。

一方、選択電極３１４は、基板３０３の上面のみに配置
されている。従って、共通電極３１３と選択電極３１４
は絶縁層３１０を介して表と表に分慢されて配線されて
いることになる。

第４図（ａ）及び第４図（ｂ）に、未発りｊの液体噴射
記録ヘットの有する電気熱変換体の設けられた基板の他
の例をボす。

第４１ｄ（ａ）は本発明の液体噴射記録へ一／　Ｆの一
例の有する電気熱変換体の設けられた基板の他の例の↓
裳部の模式的斜視図であり、第４図（ｂ）は第４１Δ（
ａ）にボしだ電気熱変換体の設けられた基板の模式的断
面部分図である。

先の例に於いては、共通電極がスルーホールを通じて支
持体と接続されていたが、この例の共通電極３１３は、
基板端部伺近に設けられた電極一基板とコンタクト部４
１８を介して４電性のある支持体３１５に接続されてい
る。

以り説明したような電極配線を有する本発明の液体噴射
記録ヘッドの基板上に於いては、共通電極と選択Ｎ、極
が従来隣り合って配置されていたのに対し、共通１を極
と選択型すとが分離されて配線されるようになった。

このため熱発生部３０８は、第２図の前述したような従
来例に於いては、共通電極１１３を挾んだ一木おきの選
択ｉ極１１４に対応して配列されていたのと異り、隣り
合せに配列された複数の選択’；ｉｔ極３１４に対応し
てｔＩ！、Ｗｌできるようになり、従来の折り返しｉ［
極パターンに於いては１６個／■程度の熱生部″／ｌ：
度が限界であったものが、これを本発明に於いては、２
４個／ｍ１１〜６４個／Ｉｌ！１程度にまで高密度化す
ることがＯｆ能となった。

また、共通電極と選択電極とが分離されて配線され、こ
れらの電極間でのショートのが起りにくい構造となった
。

更に、共通電極を１つの電極として一体化したので、電
極のポンディング箇所が少なくなり、ボンディング箇所
での良等を起こすｉｉｌ能性が低くなり、記録ヘッドの
信頼性は高くなった。

本発明の液体噴射記録ヘッドの有する基板３０３は、導
電性の支持体３１５と、該支持体りに設けられた絶縁Ｗ
３１０とを有してなるものであり、支持体３１５として
、Ａ１、ＳＯＳ　、低抵抗Ｓｉ等の導１ｔｆ、性材料か
らなる板、あるいは少なくとも共通′ｒｒ！、極３１３
と接続ロエ能な導電性のある屑を有してなる板部材等を
使用することができる。

絶縁層３１０は、共通電極３１３及び該電極に接続した
前記導電性の支持体３１５と選択７ｔｔ極３１４との間
を絶縁するための層であり、更に熱発生部３０８Ｆに位
置する部分を有するため、該部分に於いては熱発生部３
０８に於いて発生した熱の基板側への伝導を制御できる
特性、即ち液体に熱エネルギーを作用させるときには、
熱発生部３０８で発生した熱がより熱作用部（拳固ツバ
）側へ流れるようにし、電極３．１３　、３１４への通
電がＯＦＦされた際には、熱発生部３０８の残存する熱
が、支持体側に速つかに流れるような特性を有している
ことが望ましい。

絶縁層３１０を形成することのできるものとしては、　
ＳｉＯ＋、酸化ジルコニウム、酸化タンタル、酸化アル
ミニウム等の金属酸化物が挙げられ、絶縁層３１０は、
これらのＪＡ＄１を適宜選択して、蒸着法、スパッタリ
ング法等の方法を用いて、あるいは前記支持体３０３に
用いた金属の所定の表面を酢化させて形成することがで
きる。

本発明の液体噴射記録ヘットの右する熱発生部３０８を
構成する発熱抵抗層３１１を形成することのできる材料
としては、通電されることによって、所望の熱を発生さ
せることのできるものであれば大概のものが挙げられる
。

このような材料としては、例えば窒化タンタル、ニクロ
ム、銀−パラジウム合金及びシリコン’ｌ’　！　体、
更にハフニウム、ランタン、ジルコニウム、チタン、タ
ンタル、タングステン、モリブデン、ニオブ、クロム、
バナジウム等の金属及びその合金並びにそれらのフッ化
物等が１！ｆましい材料として挙げられる。

これらの発熱抵抗層３１１を形成することのできる材料
のなかでも、最も発熱抵抗層としての特性に優れている
のが、フッ化ハフニウムであり、次にフッ化ジルコニウ
ム、フッ化ランタン、フ・ン化タンタル、フッ化バナジ
ウム、フッ化ニオブの順に優れている。

発熱抵抗層３１１は、１−記の材料を用いて、蒸着法や
スパッタリング法よって形成することができる。

発熱抵抗層３１１の層厚は、単位時間の発熱量が所ψの
値となるように、その面積、材料及び熱作用部の形状と
大きさ、更に実際面での消費電力等の諸条件に応じて適
宜決定されが、通常０．００１〜５ｕ好ましくは０．０
１〜１ＩＩＪ１１トサレル。

電極３１３及び３１４を形成１することのできる材料と
しては、通常使用されている電極材料の大概のものが使
用され、例えばＡ１、Ａｇ、＾ｕ、Ｐｔ、　Ｃｕ等の金
属が挙げられ、これらを使用して、屏着法等を用いて形
成することができる。

このように、所定の形状の発熱抵抗層及び７１ｔ極が設
けられ、所定の位置に熱発生部が配置された基板りには
、必要に応じて、液体が流れる芳しくは？Ｉ留する領域
ドの熱発生部及び電極上に保護層が設けられている。

この保護層は、電極及び熱発生部をｍ威している発熱抵
抗層を、これらの上部にある液体から化学的、物理的に
保護するとともに、液体を通じて起る前記電極間の短絡
、同種の電極、特に選択電極＋１７Ｉでのリーク、通電
された電極が液体と接触することによって起る電極の電
蝕を防止し、更に熱発生部に於いて発生した熱エネルギ
ーを液体に効率良く伝達することを主な目的として設け
られる。

この保護層は、金属酸化物、金属窒化物、金属炭化物等
の無機材料及び樹脂等の有機材料から、設けられる場所
に応じて要求される特性を満足するように適宜選択され
た１種以上の材料から形成される。

以上のような構成の電気熱変換体が設けられた基板上に
１例えば感光性樹脂を用いたフォトリソグラフィー法等
によって、オリフィスと、該オリフィスに連通し、熱作
用部を有する液流路を設けて、本発明の液体噴射記録ヘ
ッドが完成される。

完成された本発明の記録ヘッドの−・例の主要部の内部
構造を第５図に示す。この例に於いては、オリフィスが
熱発生部の１方に設けられている。

５０１はオリフィス、５０２は液流路ｊｌｉ、　５０３
は第１の共通液室、５０４は第２の共通液室、５０５は
第１の共通液室５０３と第２の共通液室５０４を連結す
る貫孔、５０６は天板、５０７は液流路である。なお１
Ｍｌ気熱変換体の配線部については図示を省略しである
。

第６図には、本発明の液体噴射記録ヘッドの他の例の模
式図を示す、この例では、オリフィスが液流路の先端に
設けられている。

６０１はオリフィス、６０２は液流路壁、６ｏ３は共通
液室、６０４は共通液室６０３に液体を供給するための
供給孔、６０Ｂは天板、６０７は液流路、６０８は熱発
生部である。なお、ここでも電気熱変換体の配線部につ
いては図示を省略しである。

以りの説明したような構造を有する本発明の液体噴射記
録ヘットに於いては、従来の折り返し電極パターンに於
いて限界となっていた熱発生部の高″ｆＩ：度化がＩＩ
ｆ能となり、また、共通電極と選択電極が従来隣り合っ
て基板の同−面上に配線されていたのに対し、本発明の
記録ヘット於いては、共通電極と選択電極とが異なる平
面に分離されて配線され、これらの電極間でのショート
のが起りにくい構造となった。

更に、共通電極を１つの電４）として一体化したので、
゛電極のポンディング箇所が少なくなり、ポンティング
箇所での接続不良等を起こすｕｆ能性が低くなり、記録
へントの信頼性は高くなった。

以上、実施例に従って未発明の液体記録噴射記録ヘッド
を更に詳細に説明する。

実施例１ 最初に、第３図（ａ）及び第３図（ｂ）に示されたよう
な電気熱変換体の設けられた基板を次のように作製した
。

まず、低抵抗Ｓｉ基板３０３　（３５Ｘ３７Ｘ０．５　
ａｍ）の所定の面を熱処理（１０００℃）し、該層に３
μの熱酸化被膜層（絶縁層）３１０を形成した。次に、
基板３０３の所定の位置にスルーホール３１７を設けた
後、絶縁層３１０上にＴａ−＾１合金を蒸着法により、
０．２　ｑの厚さに！Ｉｉ層し、更に該層を所定の形状
のパターンマスクを用いてエツチングし、所夏の形状の
発熱抵抗層３１１を形成した。続いて、Ａｕを蒸着法に
より、Ｑ、５　＃Ｌ１１の厚さに４Ａ層し、発熱抵抗層
３１１の所定の部分（２０μＸ１００ｐ）が表面に残さ
れるように、所定の形状のパターンマスクを用いてエツ
チングし、所定の形状及び４Ｖ４数の電ｂ３１３　、３
１４　とこれら電極に接続した熱発生部３０８（２０μ
Ｘ　１００μ）を形成した。この過程に於いて、スルー
ホール３１７内は＾Ｕによって満たされ。

共通電極３］３は基板３０３のＳｌからなる部分と　・
体化された。形成された熱発生部３０８の配列密爪は、
３２個／ｓｓとなった。Ｉ＆後に、熱発生部３０８及び
電極３１３　、３１４が設けられた面りにＳｉＣを蒸着
法により積層し、ＳｉＣからなる厚さ１，８μｓの保護
層３１２を形成した。

次に、このようにして所定の位置に、＠発生部３０８の
設（１られた基板３０３上に２０μｓの感光性ドライフ
ィルムを積層し、所定のパターンマスクによる露光及び
現像を行ない、オリフィス６０１．液流路６０７及び共
通液室６０３を設け、更にエポキシ系接着剤を用いてガ
ラス製の天板６０６を設けて第６図に示したような静体
噴射記録ヘッドを完成した。

この本発明の液体噴射記録ヘッドは、３２個／層磨の密
度でオリフィスの配列された高密度マルチオリフィス化
された記録ヘッドとなった。

この本発明の液体噴射記録ヘットを用いて記録を行なっ
たところ、高解像度、高品質の画像を高速で得られ、更
に長期間にわたる使用に際しての信頼性も高いものであ
った。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）は従来の液体噴射記録ヘットの一例のオリ
フィスの設けられた面の模式的止血部分図、第１図（ｂ
）は、第１図（ａ）の・点鎖線Ｘ−Ｙでの切断面部分図
、第２図は従来の液体噴射記録ヘッドの一例の電気熱変
換体の設けられた基板の平面部分図、第３図（ａ）及び
第４図（ａ）はそれぞれ本発明の液体噴射記録ヘッドの
一例の電気熱変換体の設けられた基板の主要部の模式的
斜視図、第３図（ｂ）及び第４図（ｂ）は第４図（ａ）
及び第４図（ａ）に小した電気熱変換体の設けられたそ
れぞれの基板の模式的断面部分図、第５図は本発明の液
体噴射記録へツ１この例の主要部の内部構造を示すため
の模式的展開部分図、ｆｆ１６図は未発［ＪＪの液体噴
射記録ヘットの他の例の主要部の内部構造を示すための
模式的透視図である。 ＋０１：記録へ一／Ｆ　１０２：電気熱変換体１０３．
３０３，４０３：基板　］０４：溝＋Ｊき板１０５．１
０５−１，１０５−２，１０５−３，５０１，８０１ニ
オリフイス１０６：液吐出部　】ｏ７：熱作用部 １０８．３０８，６０８＋熱宛生部　１０８：熱作用面
＋１１，１１１−１，１１１−２．ＩＩ＋−３，３１１
＋発熱抵抗層１１２．３１２，４１２＋保ｍ層 １１３．３１３，４１３：共通電極　１１４，３１４，
４１４＋選択型選択１０．４１０：絶縁層　３１５　、
４−１５　：支持体３１７：スルーホール ４１８二電極一基板コンタクト部 ５０２．８０２＋液流路壁　５０３：第１の共通液室５
０４、第２の共通液室 ５０５：ｗＳｌ　（７）共通液室５０３ト１％２ｃｙ）
共通液室５０４を連結する貫孔 ５０６．６０６：天板　５０７，６０７：液流路６０３
：共通液室 ６０４：共通液室６０３に液体を供給するための供給孔 特許出願人　キャノン株式会社 第　１　図　（ａ） 第　１　図（ｂ） 第２図 第　３　図（ａ） 第　３　図（ｂ）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）１夜体を吐出して飛翔的液滴を形成するために設
   けられたオリフィスと、該オリフィスに連通し、１１ｊ
   記液滴を形成するための熱エネルギーが液体に作用する
   部分である熱作用部を構成の一部とする滴流路と、基＆
   にに設けられた発熱抵抗層に心気的に接続して、少なく
   とも一対の対置−積る第１の電極と第２の電極が設けら
   れ、これら電極の間に熱交ノ［部が形成されている電気
   熱変換体とを具備する液体噴射記録ヘッドに於い゛（、
   前記〕、（板の発熱抵抗層の設けられた面に前記第１の
   電極が配線され、該曲以外に前記第２の電極が配線され
   ていることを特徴とする液体噴射記録へント。