JP3638359B2

JP3638359B2 - インクジェットヘッド

Info

Publication number: JP3638359B2
Application number: JP33512495A
Authority: JP
Inventors: 徹治兵頭
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 1995-12-22
Filing date: 1995-12-22
Publication date: 2005-04-13
Anticipated expiration: 2015-12-22
Also published as: JPH09174842A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はインクを加熱して発泡させ、インク液滴としてオリフィスより吐出させることで記録をおこなうインクジェットヘッドに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
インクジェットヘッドには普通紙に記録できる簡便性と高画質性とがあって、さらにカラー用としてのシリアルタイプが主流となっている。しかし、１枚のカラー画像を印画するための所要時間が長いという問題点があるので、この問題点を解消するためにラインタイプのインクジェットヘッドが望まれている。
【０００３】
すでに提案されたラインタイプのインクジェットヘッドを図４と図５により説明する。図４はインクジェットヘッド１の要部構成を示す破断面斜視図であり、図５は図４中の切断面線Ｘ−Ｘによる断面図である。
【０００４】
２はＳｉからなる厚み０．５〜１．０ｍｍの長尺状の基板、３は基板２上に設けた厚み１μｍ程度のＳｉＯ₂からなる蓄熱層、４は蓄熱層３上に設けたＴａ−Ａｌやポリシリコンなどからなる厚み１０００〜２０００Å程度の抵抗体層であり、この抵抗体層４上にはＡｌなどからなる厚み１μｍ程度の個別電極５と共通電極６とを対向するように配設し、これによって個別電極５と共通電極６との間に発熱領域７を形成し、かかる発熱領域７を多数配列することによって発熱素子アレイとなす。
【０００５】
また、ＳｉＮなどからなる保護層８を厚み１〜２μｍ程度で被覆し、この保護層８の上にはＴａなどからなる耐キャビテーション層９を厚み０．５〜２μｍ程度で形成し、そして、発熱領域７の周辺にシリコーンやエポキシなどの樹脂からなる流路用の壁１０を設けて、さらにインクドロップレットを排出するための排出口であるオリフィス１１が個々の発熱領域７毎に配列されたＮｉやポリイミド樹脂などからなるオリフィスプレート１２（以下、プレート１２とする）を配設し、これら壁１０とプレート１２などで囲まれた空間領域に水溶性インクを各々の発熱領域７へ導入する、いわゆるインク流路を構成する流路部１３となす。
【０００６】
かくして上記ラインタイプのインクジェットヘッド１によれば、オリフィス１１が５０μｍの径で、３００ＤＰＩの間隔で２０００〜３０００素子になるように配列され、この配列でもって副走査方向に各オリフィス１１が適宜インク液滴を放出し、このような１次元的な印画とともに、インクジェットヘッド１が主走査方向に移動することで、２次元的に印画がおこなわれる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記構成のインクジェットヘッド１においては、従来の感熱記録タイプのサーマルヘッドとくらべて、保護層８の上に耐キャビテーション層９を配しているので、その層９の耐キャビテーション性を高めるために、一定以上の圧縮応力が内在されるように成膜形成している（特開平６−２９７７１３号参照）。
【０００８】
そのため、基板２の長手寸法が２００ｍｍを越えるような長尺状のインクジェットヘッド１を作製した場合には、図６に示すように耐キャビテーション層９に起因して、過大な応力Ｆでもって基板２が湾曲し、さらに基板２の端において最も応力が集中するために、この端付近の耐キャビテーション層９が剥離したり、あるいは保護層８が破断していた。
【０００９】
したがって本発明の目的は耐キャビテーション層の剥離や保護層の破断が生じない高品質かつ高信頼性のインクジェットヘッドを提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明のインクジェットヘッドは、基板上に蓄熱層と抵抗体層とを順次形成し、この抵抗体層上に個別電極と共通電極とを対向配置して発熱素子となし、この発熱素子を複数個配列して発熱素子アレイを構成し、この発熱素子アレイ上に電気的絶縁材料からなる保護層と水素化アモルファスシリコン層とを順次積層し、水素化アモルファスシリコン層上の各発熱素子の直上に耐キャビテーション層を設けたサーマルヘッドと、このサーマルヘッド上に配してオリフィスが設けられたオリフィスプレートと、これらサーマルヘッドとオリフィスプレートとでインク流路をなす流路部とを具備し、そして、流路部に導入されたインクのうち上記発熱素子付近のインクが加熱されて発泡することにより、オリフィスよりインク液滴を吐出するようにしている。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明のインクジェットヘッドを図１と図２により説明する。図１は実施形態のインクジェットヘッド１４の要部構成を示す破断面斜視図、図２はインクジェットヘッド１４のうちサーマルヘッド１５の長手方向にわたる要部断面図である。なお、図４と図５に示すインクジェットヘッド１と同一箇所には同一符号を付す。
【００１２】
インクジェットヘッド１４によれば、主としてサーマルヘッド１５と、サーマルヘッド１５上に配したインク流路を構成する流路部１３と、前記オリフィスプレートとしてのインク液滴を吐出するオリフィス１１が設けられたプレート１２とから構成されている。
【００１３】
上記サーマルヘッド１５においては、Ｓｉからなる厚み０．５〜１．０ｍｍの長尺状の基板２上に厚み１μｍ程度のＳｉＯ₂からなる蓄熱層３、Ｔａ−Ａｌやポリシリコンなどからなる厚み１０００〜２０００Å程度の抵抗体層４とを順次積層し、抵抗体層４上にはＡｌなどからなる厚み１μｍ程度の個別電極５と共通電極６とを対向するように配設し、これによって個別電極５と共通電極６との間に発熱領域７を形成して発熱素子１７となし、このような発熱素子１７を多数配列することによって３００ＤＰＩの間隔で２０００〜３０００素子になる発熱素子アレイを構成する。さらに発熱素子アレイ上に厚み１〜２μｍ程度のＳｉＮなどの電気的絶縁材料からなる保護層８を被覆し、この保護層８上に厚み０．５〜１μｍ程度の水素化アモルファスシリコン層１９を形成し、そして、水素化アモルファスシリコン層１９上の各発熱素子１７の直上に厚み０．５〜２μｍ程度のＴａなどからなる耐キャビテーション層１８を形成している。
【００１４】
この水素化アモルファスシリコン層１９はＣＶＤによって成膜形成できて、ダングリングボンドは水素原子によって終端され、その内部応力は０．１〜１．００×１０⁹Ｎ／ｍ²程度にまで小さくなっている。また、水素化アモルファスシリコン層１９にドーパントを含有して、電気伝導性を具備してもよく、ｎタイプにする場合にはＰを、ｐタイプにする場合にはＢをドープする。
【００１５】
上記層構成については、従来のインクジェットヘッド１を示す図５において、保護層８と耐キャビテーション層９との間に水素化アモルファスシリコン層１９設けた構造となっている。したがって、図６に示す如く、サーマルヘッド１５上に設けたプレート１２と流路部１３は次のような構造になっている。すなわち、発熱領域７の周辺にシリコーンやエポキシなどの樹脂からなる流路用の壁１０を設けて、さらに５０μｍ径のオリフィス１１が個々の発熱領域７毎に配列されたＮｉやポリイミド樹脂などからなるプレート１２を配設し、これら壁１０とプレート１２とでもって流路部１３を構成する。
【００１６】
かくして上記インクジェットヘッド１４によれば、流路部１３に導入されたインクに対して、ある発熱素子１７に電力印加されると、その発熱素子１７付近のインクは熱エネルギーを受けて発泡し、その発熱素子１７に対応するオリフィス１１を通してインク液滴が吐出するが、このような印字において、一定以上の圧縮応力のある耐キャビテーション層１８を設けても、内部応力の小さい水素化アモルファスシリコン層１９を介しているので、その圧縮応力が分散されて、基板２には湾曲が生じなくなり、これによって基板２の端付近の耐キャビテーション層１８が剥離しなくなり、また、保護層８が破断しなくなる。
【００１７】
【実施例】
水素化アモルファスシリコン層１９を配した以外は同じ構成とした本発明のインクジェットヘッド１４および従来技術のインクジェットヘッド１について、基板の端付近における耐キャビテーション層の剥離発生不良率を、基板長さに対して測定したところ、図３に示すような結果が得られた。なお、この不良発生率は、１００個のインクジェットヘッドを同じ条件で作製した場合に、１か所でも剥離などが発生したものを不良と認定して、その割合をあらわす。
【００１８】
図３の結果から明らかなとおり、本発明のインクジェットヘッド１４によれば、基板長さが３４０ｍｍになって、ようやく不良が発生するのであるが、これに対する従来技術のインクジェットヘッド１においては、基板長さが１００ｍｍになって不良が発生した。したがって、本発明は従来と比べて約３．４倍の耐性があることがわかる。そして、本発明のインクジェットヘッド１４を印画幅がＢ４サイズに使用することができる。
【００１９】
また、本発明のインクジェットヘッド１４においては、水素化アモルファスシリコン層１９を介して耐キャビテーション層１８を設けているが、耐キャビテーション層１８に局所的に静電気が発生しても、その静電気は直ちに分散され、静電破壊が生じなくなっていた。
【００２０】
なお、本発明は上記実施例および実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の変更や改良などを何ら差し支えない。たとえば、上記実施例によれば、基板長さが３４０ｍｍ未満で使用できるものであったが、耐キャビテーション層１７や保護層８の幅や厚み、さらに水素化アモルファスシリコン層１９の形状や厚みを適当に変えることで各種サイズの基板に適用できる。
【００２１】
【発明の効果】
かくして本発明のインクジェットヘッドによれば、水素化アモルファスシリコン層を介して耐キャビテーション層を設けているので、耐キャビテーション層に圧縮応力があっても、それが水素化アモルファスシリコン層により分散され、これにより、基板には湾曲が生じなくなり、基板の端付近の耐キャビテーション層が剥離しなくなり、さらにその下の保護層が破断しなくなり、その結果、高品質かつ高信頼性のインクジェットヘッドが提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のインクジェットヘッドの要部構成を示す破断面斜視図である。
【図２】本発明のインクジェットヘッドのうちサーマルヘッドの要部断面図である。
【図３】実施例における剥離などの不良が発生する比率をあらわす線図である。
【図４】従来のインクジェットヘッドの要部構成を示す破断面斜視図である。
【図５】図４中の切断面線Ｘ−Ｘによる断面図である。
【図６】従来のインクジェットヘッドにおける耐キャビテーション層や基板などの湾曲状態を示す断面図である。
【符合の説明】
１、１４インクジェットヘッド
２基板
３蓄熱層
４抵抗体層
５個別電極
６共通電極
７発熱領域
８保護層
９、１８耐キャビテーション層
１０壁
１１オリフィス
１２プレート
１３流路部
１５サーマルヘッド
１７発熱素子
１９水素化アモルファスシリコン層

Claims

基板上に蓄熱層と抵抗体層とを順次形成し、この抵抗体層上に個別電極と共通電極とを対向配置して発熱素子となすとともに、該発熱素子を複数個配列して発熱素子アレイを構成し、この発熱素子アレイ上に電気的絶縁材料からなる保護層と水素化アモルファスシリコン層とを順次積層し、該水素化アモルファスシリコン層上の各発熱素子の直上に耐キャビテーション層を設けたサーマルヘッドと、該サーマルヘッド上に配してオリフィスが設けられたオリフィスプレートと、これらサーマルヘッドとオリフィスプレートとでインク流路をなす流路部とを具備するとともに、該流路部に導入されたインクのうち上記発熱素子付近のインクが加熱されて発泡することにより、オリフィスよりインク液滴を吐出するようにしたインクジェットヘッド。