JPS63191648A - 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部を形成し、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、
しかも酋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ＩＦ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Ｆ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１１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、一
対の電極３とこわら電極間に位置する発熱抵抗体９とを
イ１゛する電気熱変換体８によって付Ｉｊ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） 上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、７「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、一対の電極
間での電流のリークを防止するなどの［１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、なかでも金属材料を陽極酸化し
て得た陽極酸化被膜は、良好な絶縁性を存し、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
膜の組成や体積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Ｆ−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、ｔ￥Ｌ−の陽極酸
化被膜を形成する場合に比べて大きなル１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、無機絶縁膜を薄膜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
、陽極酸化工程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１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Ｈに陽極酸化液■ｑ
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東線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４５３５３４３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。

本発明は以り二述べた問題点に鑑みなされたものであり
、その［１的は１ＳＸＳ棒酸化被ｎｑ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用基板および該基板を用いたイ
ンクジェット記録ヘッドを提イｊｌ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
ンクジプツト記録ヘッド用基板および該基板を用いたイ
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〕

一上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Ｈ配交熱抵抗体に電気的
に接続された一対の電極と、該電極の表面および前記発
熱抵抗体の所定間隔内の表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、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、該電極の表面および前記
発熱抵抗体の所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被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。

しかも、電気熱変換体の発熱抵抗体表面の陽極酸化液■
ｑの電極側の縁部トから電極トにおよぶ有機絶縁膜が更
に設けられて、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−し、陽
極酸化被膜と有機絶縁膜との２層構造からなる保護層に
よって覆われた発熱抵抗体表面のＲ極酸化被膜の電極側
の縁部および電極表面には、これらの保護性能が相乗的
に発揮されてより良好な保護機能が得られ、その信頼性
が大幅に向上している。

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およびそれを用いた本発
明の記録ヘッドの構成を詳細に説明する。

第１図（ａ）〜（ｆ）は、本発明のインクジェット記録
ヘッド用基板の製造工程の一例を基板の断面部分で示し
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ｉ−Ｈ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！、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。更に基体の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。

ここで、陽極酸化処理用の溶液と、電気熱変換を構成す
る発熱抵抗体９の表面と電極３の所定部分とを接触させ
た状態で、電極の取り出し部３ａとなる部分の電極端部
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表面および電極所定部分に陽極酸化液ＪＩＳ！＋２を
第１図（ｄ）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及び電極３を構成する材料を陽極酸化して１−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、八
２、Ｍｇ、　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。

また、電極３の陽極酸化処理すべき部分は、外部と電気
的接続をするための端子部以外であれば良く、酸化処理
溶液につけるためには基体の発熱抵抗体側半分程度を陽
極酸化すれば良い。

次に、基体１上に、例えば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−１；ＢＲ、ＣＢＲ−Ｍ２Ｏ３
，日本合成ゴム社製）、フォトニース（商品名、東し社
製）等のフォトリソ工程などによりパターニングが容易
であり、電極３および発熱抵抗体９上に設けられる保護
膜としての性能に優れた被膜を形成できる樹脂などから
なる有機絶縁膜１３を第１図（ｅ）に示すように積層す
る。

続いて、第１図（ｆ）に示すように、基体１上の陽極酸
化被膜１３の主要部１２ａ上及び電極取り出し部３ａＦ
からフォトリソ工程などによってを有機絶縁膜を取り除
き、本発明のインクジェット記録ヘッド用基板を得るこ
とができる。なお、陽極酸化被膜部分を斜線で示したそ
の基板の平面部分図を第１図（ｇ）に示す。

最後に、保護層１２．１３を有する電気熱変換体が形成
された基体ｉ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流側の所定
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の製造を以下
のようにして実施した。

まず、Ｓｉウェハーの表面を熱酸化して、厚さ３μの５
ｉ０２被膜を形成して基体を得た。次に、基体の５ｉ０
２被膜形成面上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＾２層をフォトリソ工程によって順次パ
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（５
０鱗×１５０μ）を８　ｄＯＬ／１１１１１の配列密度
で形成した。

ここで、ホウ酸０．５をｍｏｌｄ／ｊ２の濃度で、四ホ
ウ酸ナトリウムを０．１）５ｍｏｆｆｉ　／　ｊ２の濃
度で含む水溶液に、先に形成した発熱抵抗体部分とその
近傍を浸漬した状態で、電極取出し部となる部分にある
電極端部を２００ｖの電源の陽極に接続し２０秒間陽極
酸化処理を行なった。

この陽極酸化処理終了後、反応液から基体を取り出し、
十分に洗浄して乾燥させた後、感光性ポリイミド樹脂［
フォトニース（東し社製）］を２μ程度の厚みとなるよ
うにスピンコードし、これを更にフォトリソＥＬ程によ
って、発熱抵抗体表面に設けられた陽極酸化被膜の主要
部および電極取り出し部となる部分が露出し、かつ発熱
抵抗体表面に形成された陽極酸化被膜の電極側縁部から
、電極と発熱抵抗体の境界部を経由して電極の一部を少
なくとも覆う打機絶縁層が形成されるようにバターニン
グした。

Ｒｆ＆に、第２図（ｂ）に示された流路及び液室を有す
るガラスからなる天板を、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、８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１−の操作を繰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　Ｋ１１ｚ パルス幅　　２μｓｅｃ なお、第３図で■で示された結果は、比較のた成した陽
極酸化被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〕

本発明のインクジェット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もしかも、電気熱変
換体の発熱抵抗体表面の！！！褌酸化被膜の電極側の縁
部上から電極子におよぶ有機絶縁膜が更に設けられて、
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＋１４に覆
われ効果的に保護されており、そのト、陽極酸化被膜と
有機絶縁膜との２層構造からなる保護層によって覆われ
た発熱抵抗体表面の陽極酸化膜Ｈの電極側の縁部および
電極人血には、こわらの保護性能が相乗的に発揮されて
より良好な保護機能が得られ、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
抗体材料に注目し、例えば電極材料］二の陽極酸化膜の
被膜性に充分でない条件であっても使用でき、その制御
が容易で材料の選択の自由度も大きい。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）〜（ｇ）は本発明のインクジェット記録ヘ
ッドの保護膜を形成するための方法の−・例のし要工程
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）は流路に沿った断面
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
た記録ヘッドの評価結果を示すグラフである。 ｌ：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　　　　８：電気熱変換体９：発熱抵抗
体　　　　】０：インク供給［１１１：液室　　　　　
　　１２：陽極酸化被膜１３：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、該電極の表面および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
   電極上に前記発熱抵抗体部分の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、該電極の表面お
   よび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、前記電極上に前記発熱抵抗体部
   分の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。