JPS63191647A - インクジエツト記録ヘツド - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、インクを吐出してインクの液滴を形成ｌノ、
それを紙等の被記録材に付着させて記録を行なうインク
ジェット記録装置に用いる記録ヘッドに関する。

（従来の技術） インクジェット記録法は、記録ヘッドに設けたオリフィ
スからインク（記録用液体）を吐出させ、これを紙等の
被記録材に付着させて記録を行なう記録方法であり、騒
音の発生が極めて少なく、かつ高速記録が可能であり、
しかも普通紙など特別な構成の記録用の紙を用いる必要
がないなど、多くの利点を有しており、種々のタイプの
記録ヘッドが開発されている。

なかでも、熱エネルギーをインクに作用させてオリフィ
スから吐出させるタイプの記録ヘッドは、記録信号に対
する応答性が良い、オリフィスの高密度マルチ化が容易
であるなどの利点を有する。

このような、インク吐出エネルギーとして熱エネルギー
を利用するタイプの記録ヘッドの代表的構成を第２図（
ａ）および（ｂ）に示す。なお、第２図（ａ）は記録ヘ
ッドの流路方向での断面部分図であり、第２図（ｂ）は
基板と天板との接合位置関係を示した展開部分図である
。

この記録ヘッドは、基板！−１１に、電気熱変換体を配
列し、更に電気熱変換体の最終的に流路６と液室１１の
下に位置する発熱抵抗体９と電極３の上部に保護層４を
設け、これに流路６、液室ＩＩが形成された天板を接合
した構成を有する。

この記録ヘッドにおけるインクの吐出エネルギーは、−
・対の電極３とこれら電極間に位置する発熱抵抗体９と
を有する電気熱変換体８によって付がされる。すなわち
、電極３に電流を印加して、発熱抵抗体９を発熱させる
と、発熱抵抗体９付近にある流路６中のインクが瞬間的
に加熱されてそこに気泡が発生し、その気泡の発生によ
る瞬間的な体積膨張と収縮による体積変化によってオリ
フィスからインクの液滴が吐出される。

（発明が解決しようとする問題点〕 −ト述したような構成の記録ヘッドにおける少なくとも
電気熱変換体上に設けられる保護層は、電極や発熱抵抗
体を記録ヘッド内のインクに対して保護し、−・対の電
極間での電流のリークを防＋ｈするなどの目的で設けら
れる。また、電気熱変換体上には、特に吐出エネルギー
が発生する際の衝撃から電気熱変換体を保護する目的で
、更にいわゆる耐キヤビテーシヨン層を設ける場合もあ
る。

このような保護層を構成する材料としては、従来より絶
縁性を有する金属酸化物等の無機材料や樹脂等の有機材
料が用いられてきたが、なかでも全屈材料を陽極酸化し
て得た陽極酸化被膜は、良好な絶縁性を有し、かつ真空
蒸着法などに比べて作成に必要な設備が大がかりでなく
、生産性が高いという利点を有していることから、電気
熱変換体の保護層を構成できる材料として注目されてい
る。

しかしながら、陽極酸化被膜を、保護層もしくはその一
部に用いた従来の記録ヘッドでは、陽極酸化被膜を保護
層として有効に利用するためには未だ解決すべき種々の
問題点が残されていた。

例えば、特開昭６０−１４３６５０号公報に記載の記録
ヘッドにおいては、電極表面を陽極酸化することで信頼
性の高い保護層を得ており、その際同時に発熱抵抗体表
面にも陽極酸化被膜が形成されても良とされている。と
ころが、電極表面と発熱抵抗体表面の両方に陽極酸化被
膜からなる保護層を形成した場合、電極と発熱抵抗体の
材質が異なると、これらの表面に形成される陽極酸化被
膜の組成や体ｈ１膨張率などの特性も異なるために、形
成された陽極酸化被膜の電極と発熱抵抗体の境界部分で
の保護性能が十分でなかったり、亀裂などの欠陥が生じ
やすくなる場合がある。しかも、電極表面と発熱抵抗体
表面に形成される陽極酸化被膜の両方に良好な保護性能
を得るための条件や材料の選定には、単一・の陽８ｉ酸
化被膜を形成する場合に比べて大きな制限を受け、電極
、発熱抵抗体などの記録ヘッドの構成材料や陽極酸化の
条件を自由に選択できないという難点もある。

一方、特開昭６０−１５７８７２号公報には、保護層と
しての無機絶縁膜を、ＣＶＯ法などの薄膜形成法で形成
し、その欠陥部を陽極酸化処理し、欠陥部にある電極や
発熱抵抗体表面に陽極酸化被膜を設けたインクジェット
記録ヘッドが開示されている。

ところが、無機絶縁膜と追加的に設けられた陽極酸化被
膜自体の保護性能は良好であっても、これらの境界にお
ける保護性能が必ずしも十分でない場合があり、改善す
べき問題点となっている。また、この記録ヘッドにおい
ては、無機絶縁膜を薄ＩＩＱ形成法で形成するが、薄膜
形成法は装置が大がかりとなり、またその操作も複雑で
あり、陽極酸化皮膜や感光性樹脂を用いたフォトリソ工
程に比べて生産性や作業性に劣るという欠点もある。

更に、米国特許第４５３２５３０号に記載のバブル型イ
ンク・ジェット印字装置では、発熱抵抗体表面には、発
熱抵抗体表面を１０００℃の高温で熱酸化して得た酸化
被膜の保護層が形成され、また電極ヒに陽極酸化被膜が
形成されている。この印字装置は、ＩＣ製造技術やその
装置をそのまま利用して製造できるという利点を有する
が、装置が大がかりとなり、その操作も複雑であるうえ
に、面積の大きいいわゆるフルマルチタイプのインクジ
ェット記録ヘッドをより単純な装置で作業性良く製造す
るのには向いていない。

他方、米国特許第４５：ｌ５３４３号にも、発熱抵抗体
表面及び電極表面に陽極酸化被膜を設けた熱インクジェ
ット・プリントヘッドが開示されている。

しかしながらこのヘッドにおいても、上記の特開昭６０
−１５７８７２号公報に記載に記録ヘッドと同様の問題
点がある。

本発明は以上述べた問題点に鑑みなされたものであり、
その目的は陽極酸化皮膜の特性を電気熱変換体の保護層
に有効に利用した高性能で信頼性の高いインクジェット
記録ヘッドを提供することにある。

本発明の他の目的は、大がかりな装置を用いなくてもす
み、より簡易な作業工程で製造可能な保護層を有するイ
ンクジェット記録ヘッドを提供することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

Ｌ記目的は以下の本発明によって達成することができる
。

すなわち、本発明は、基体と、該基体上に設けられた発
熱抵抗体と、所定間隔をおいて前記発熱抵抗体に電気的
に接続された一対の電極と、前記発熱抵抗体の所定間隔
内の表面を陽極酸化して設けられた酸化皮膜と、前記電
極とに前記酸化皮膜の表面の少なくとも〜・部が露出さ
れた状態で設けられている４１機絶縁膜とを有する電気
熱変換体を備えたことを特徴とするインクジェット記録
ヘッド用基板、およびインクを吐出させるためのオリフ
ィスと、前記インクを吐出するために利用される熱エネ
ルギーを発生するための電気熱変換体とを有するインク
ジェット記録ヘッドにおいて、該電気熱変換体が、基体
と、該基体りに設けられた発熱抵抗体と、所定間隔をお
いて前記発熱抵抗体に電気的に接続された一対の電極と
、前記発熱抵抗体の所定間隔内の表面を陽極酸化して設
けられた酸化皮膜と、前記電極上に前記酸化皮膜の表面
の少なくとも一部が露出された状態で設けられている有
機絶縁膜とを有することを特徴とするインクジェット記
録ヘッドである。

本発明のインクジェット記録ヘッド用基板を用いた記録
ヘッドにおいては、電気熱変換体を構成する発熱抵抗体
表面の主要部に陽極酸化皮膜からなる保護層が設けられ
ており、熱による発熱抵抗体の酸化や、リーク電流によ
る発熱抵抗体のインクとの反応が効果的に防止される。

更に、電気熱変換体の発熱抵抗体表面の陽極酸化被膜の
電極側の縁部Ｆから電極上におよぶ有機絶縁膜が設けら
れ、良好な保護性能を有する保護層の形成が困難とされ
ていた発熱抵抗体と電極の境界部がこの（１機絶縁膜に
覆われ効果的に保護されており、その上陽極酸化被膜と
有機絶縁膜の境界部においては、これらが重複して設け
られ、宍。

種の保護層の境界における保護性能の低下の危険性が［
分に排除されており、その信頼性が大幅に向ｌニジてい
る。

以下、図面を用いてその製造工程をおいつつ本発明のイ
ンクジェット記録ヘッド用基板及び該基板を用いた記録
ヘッド構成を詳細に説明する。

第１図（ａ）〜（ｈ）は、本発明のインクジェット記録
ヘッド用基板を製造する際に、基体上に電気熱変換体を
設ける工程の一例を基体の断面部分で示した工程図であ
る。

本発明のインクジェット記録ヘッド用基板を製造するに
は、まず、第１図（ｂ）に示すように基体１１：に発熱
抵抗体層２と電極層３をこの順に、スパッタリングなど
の方法により積層した後、これらを所定の形状に第１図
（Ｃ）に示しようにフォトリソ工程などを利用してパタ
ーニングし、例えば第２図（ｂ）に示されたような折返
し構造で構成された一対の電極３間に発熱抵抗体９を設
ける。

なお、基体１、発熱抵抗体層２および電極層３に用いる
材料としては、インクジェット記録ヘッドのこれら部分
に用いることができる材料のいずれも制限なく利用でき
る。更に、基体表面には蓄熱層が設けられていても良い
。

また、ここまでの操作には、上記のような積層とパター
ニングの組合せによる方法のみならず種々の方法を適宜
選択して用いることができる。

次に、基体上に、例えばパターニングが容易であり、後
に行なう陽極酸化処理でマスクとして機能できる感光性
樹脂などからなるレジスト膜１２を第１図（ｄ）に示す
ように積層する。

なお、ここで用いるレジスト膜に、感光性ポリイミド樹
脂、具体的には、ポリイミドイソインドロキナゾリンジ
オン（商品名：ＰＩＱ、日立化成社製）、ポリイミド樹
脂（商品名：　ＰＹＲＡＬＩＮ、デュポン社製）、環化
ブタジェン（商品名：　ＪＳＲ−ＣＢＲ、（：ＢＲ−Ｍ
２Ｏ３、日本合成ゴム社製）、フォトニース（商品名、
東し社製）などのように、Ｆ記の特性に加えて、電極３
および発熱抵抗体９Ｆに設けられる保護膜としての性能
に優れた被膜を形成できるものを用いても良い。

次に、レジスト膜１２を第１図（ｅ）に示すように、電
極３の一部（電極取り出し部３ａ）と、発熱抵抗体９の
表面の陽極酸化被膜を設ける部分が露出するようにフォ
トリソ−Ｆ程などによってパターニングする。

ここで、陽極酸化処理用の溶液と露出した発熱抵抗体表
面とを接触させた状態で、電極取り出し部に露出させた
電極端部を電源の陽極に接続し、所定時間反応させて発
熱抵抗体９の露出部分に陽極酸化被膜１３を第１図（［
）　に示したように形成させる。

なお、この陽極酸化処理に用いる方法としては、発熱抵
抗体９を構成する材料を陽極酸化して−Ｌ述したような
保護層としての特性に優れた陽極酸化被膜を形成できる
方法であれば特に限定されない。例えば、＾Ｉｔ、　Ｍ
ｇ、　Ｔｉ、　Ｔａ等の金属材料を酸化処理する方法と
して一般に用いられている、あるいは知られている方法
などを利用すれば良い。

更に、このようにして陽極酸化被膜１３を形成したとこ
ろで、レジスト膜１２が保護膜としてそのまま利用でき
ないものであれば、それを基体１）：から除去する。な
お、感光性ポリイミド樹脂のような保護層として利用で
きるものであれば点線で示したようにそのまま残してお
いてもかまわない。

次に、第１図（ｇ）に示すように基体１上に更に先に挙
げた感光性ポリイミド樹脂等の保護層として利用可能な
樹脂などからなる有機絶縁膜１４を積層し、再度すでに
形成した陽極酸化液ＷＡ１３の主要部が露出され、かつ
電極取り出し部３ａが形成されるようにフォトリソ工程
などによって第１図（ｈ）に示したようにパターニング
し本発明のインクジェット記録ヘッド用基板を得る。な
お、第１図（ｉ）に陽極酸化部分を斜線で示した基板の
平面部分図を示す。

最後に、保護層１３．１４を有する電気熱変換体が形成
された基板上に、例えば第２図（ｂ）に示したような流
路及び液室を有する天板を、流路内の所定の位置に発熱
抵抗体が配列されるように位置合せしつつ接合し、更に
必要に応じてこの接合体の発熱抵抗体の下ｔ＆側の所定
位置を切断してオリフィスを形成し、本発明のインクジ
ェット記録ヘッドが完成される。

（実施例〕 以下、実施例にしたがって本発明を更に詳細に説明する
。

実施例１ 電気熱変換体の形成を第１図に示した工程にしたがって
行ない本発明のインクジェット記録ヘッド用基板および
該基板を用いた３己録ヘツドの製造を以下のようにして
実施した。

まず、Ｓｔウェハーの表面を熱酸化して、厚さ３μｍの
５ｉ０２被膜を形成して基体を得た。次に、基体の５ｉ
０２被膜形成面七にスパッタリングによって、発熱抵抗
体層としての厚さ３０００人のＴａ層と、電極層として
の厚さ５０００人のへ２層をこの順に積層した。

次に、Ｔａ層とへ２層をフォトリソ−ｒ程によって順次
バターニングして、第２図（ｂ）に示された折返し電極
と、一対の電極間にＴａ層が露出してなる発熱抵抗体（
５０ｇｍ　ｘ　１５０　ＪＬＩＩ）を８　　ｄｏｔ／ｍ
ｅの配列密度で形成した。

次に、感光性ポリイミド樹脂［フォトニース（東し社製
）］を２−程度の厚みとなるようにスピンコードし、更
にフォトリソ工程によフて、発熱抵抗体表面トおよび電
極取出し部となる部分りから樹脂を取り除いた。

ここで、ホウ酸０．５をｎｏ　Ｘ　／　Ｉｔの濃度で、
四ホウ酸ナトリウムを０．０５ｍｏｊ！　／　４２の濃
度で含む水溶液に、先に形成した発熱抵抗体表面露出部
分を浸消した状態で、電極取出し部に露出した電極端部
を２００Ｖの電源の陽極に接続し２０秒間陽８ｉ酸化処
理を行なった。

陽極酸化終了後、反応液からヘッドを取り出し、１分に
洗浄して乾燥させた後、−上記と同様の感光性ポリイミ
ド樹脂を基体の発熱抵抗体及び電極を設けた面の全面に
スピンコードし、続いてフォトリソ工程によフて、発熱
抵抗体表面に設けられた陽極酸化被膜の−Ｆ要部および
電極取り出し部となる部分が露出し、少なくとも陽極酸
化被膜の電極側縁部トに陽極酸化被膜と有機絶縁膜との
２層構造か形成され、かつ該有機絶縁膜が陽極酸化被膜
の縁部トから電極と発熱抵抗体の境界部を経由して電極
上におよぶように有機絶縁膜をパターニングした。

最後に、第２図（ｂ）に示めされた流路及び液室を有す
るガラスらなる天板を、流路内の所定の位置に発熱抵抗
体が配列されるように位置合せしつつエポキシ樹脂によ
り接合し、更にこの接合体の発熱抵抗体の下流側の所定
位置をダイシングソーにより切断してオリフィスを形成
し、本発明のインクジェット記録ヘッドを完成した。

更に、以上の操作を縁り返して本発明のインクジェット
記録ヘッドを多数製造し、以下に示した記録条件で耐久
性テストを行ないこれを評価し、その結果のワイブルプ
ロットを第３図に■で示した。

駆動電圧＝１．２Ｘ発泡電圧 駆動周波数　３にＨｚ パルス幅　　２μｓｅｃ なお、第３図で■で示された結果は、比較のために、打
機樹脂保護層を設けない以外は、すなわち保護層が電極
と発熱抵抗体の表面を陽極酸化して形成した陽極酸化皮
膜層のみからなる以外は上記の実施例で得た記録ヘッド
と同様の構成を有する従来のインクジェット記録ヘッド
を用いて同様の評価を行なった結果である。

〔発明の効果〕

本発明においてはは、電気熱変換体を構成する発熱抵抗
体表面の主要部に陽極酸化皮膜からなる保護層が設けら
れており、熱による発熱抵抗体の酸化や、リーク電流に
よる発熱抵抗体のインクとの反応が防止される。

更に、電気熱変換体の発熱抵抗体表面の陽極酸化皮Ｄｉ
の電極側の縁部トから電極りにおよぶ有機絶縁膜が設け
られ、良好な保護性能を有する保護層の形成が困難とさ
れていた発熱抵抗体と電極の境界部がこの有機絶縁膜に
覆われ効果的に保護されており、そのＬ陽極酸化皮膜と
有機絶縁膜の境界部においては、これらがｍＰＡして設
けられ、異種の保護層の境界における保護性能の低下の
危険性が１−分に排除されており、その信頼性が大幅に
向トしている。

更に、本発明における陽極酸化処理においては発熱抵抗
体１種類を良好に酸化できる条件を設定すれば良くその
制御が容易である。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）〜（ｉ）は本発明のインクジェット記録ヘ
ッド用基板を形成するための方法の一例の主要工程図で
ある。第２図はインクジェット記録ヘッドの代表的構成
を示す図であり、第２図（ａ）は流路に沿フた断面部分
、第２図（ｂ）は天板と基体との位置関係を示す展開部
分図である。また、第３図は実施例において得られだ記
録ヘッドの評価結果を示すグラフである。 １：基体　　　　　　　２：発熱抵抗体層３：電極（層
）　　　　４：保護層 ５：天板　　　　　　　６：流路 ７：オリフィス　　　　９：発熱抵抗体１０：インク供
給口　　　１１：液室 １２ニレジストＪ］５！　　　　　１３：陽極酸化皮膜
１４：有機絶縁膜

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）基体と、該基体上に設けられた発熱抵抗体と、所定
   間隔をおいて前記発熱抵抗体に電気的に接続された一対
   の電極と、前記発熱抵抗体の所定間隔内の表面を陽極酸
   化して設けられた酸化皮膜と、前記電極上に前記酸化皮
   膜の表面の少なくとも一部が露出された状態で設けられ
   ている有機絶縁膜とを有する電気熱変換体を備えたこと
   を特徴とするインクジェット記録ヘッド用基板。 ２）前記基体と前記発熱抵抗体との間に蓄熱層を有する
   特許請求の範囲第１項に記載のインクジェット記録ヘッ
   ド用基板。 ３）インクを吐出させるためのオリフィスと、前記イン
   クを吐出するために利用される熱エネルギーを発生する
   ための電気熱変換体とを有するインクジェット記録ヘッ
   ドにおいて、該電気熱変換、体が、基体と、該基体上に
   設けられた発熱抵抗体と、所定間隔をおいて前記発熱抵
   抗体に電気的に接続された一対の電極と、前記発熱抵抗
   体の所定間隔内の表面を陽極酸化して設けられた酸化皮
   膜と、前記電極上に前記酸化皮膜の表面の少なくとも一
   部が露出された状態で設けられている有機絶縁膜とを有
   することを特徴とするインクジェット記録ヘッド。 ４）前記基体と前記発熱抵抗体との間に蓄熱層を有する
   特許請求の範囲第３項に記載のインクジェット記録ヘッ
   ド。