JP3987709B2

JP3987709B2 - Inkjet head

Info

Publication number: JP3987709B2
Application number: JP2001331140A
Authority: JP
Inventors: 洋一元
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2001-10-29
Filing date: 2001-10-29
Publication date: 2007-10-10
Anticipated expiration: 2021-10-29
Also published as: JP2003127380A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、インクジェットプリンタに組み込まれ、記録紙に対してインク滴を所定パターンに付着させることにより画像を記録する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】
従来より、記録紙に画像を形成するための記録デバイスとしてインクジェットヘッドが用いられている。
【０００３】
インクジェットヘッドの記録方式には、インク滴を記録紙に向けて吐出させるのに発熱抵抗体の発する熱エネルギーを利用するものや圧電素子の変形を利用するもの、更には電磁波の照射に伴って発生する熱を利用するもの等があり、これらの中でも発熱抵抗体の熱エネルギーを利用するサーマルジェットタイプのものは、発熱抵抗体のパターニングが容易である上に、小さな面積の発熱抵抗体であっても比較的大きな熱エネルギーを発生させることができることから、高密度記録への対応に適したものとして注目されている。
【０００４】
かかるサーマルジェットタイプのインクジェットヘッドとしては、例えば図４に示す如く、単結晶シリコンから成るベースプレート２２の上面に酸化珪素から成る絶縁層２３、複数個の発熱抵抗体２４及び保護膜２５を順次、形成してなるヘッド基板２１上に、発熱抵抗体２４と１対１に対応する複数個のインク吐出孔２７を有する天板２６を、間に、隣接する発熱抵抗体間２４−２４を隔てる隔壁部材２８を介して載置させるとともに、前記ヘッド基板２１−天板２６間で、隔壁部材２８の存在しない領域にインク２９を充填した構造のものが知られており、記録紙を天板２６の外表面に沿って搬送しながら、ヘッド基板２１上の発熱抵抗体２４を外部からの画像データに基づいて個々に選択的にジュール発熱させ、発熱抵抗体２４上のインク２９中で気泡Ａを発生させるとともに、該発生した気泡Ａによる圧力でもって発熱抵抗体２４上のインク２９をインク吐出孔２７側へ押し上げ、インク２９の一部をインク吐出孔２７より記録紙に向かって吐出させることにより所定の画像が記録される。
【０００５】
尚、上述したインクジェットヘッドの隔壁部材２８は、インク２９中で発生する気泡Ａからの圧力が主走査方向（発熱抵抗体２４の配列方向）に分散するのを防止するためのものであり、エポキシ樹脂等の樹脂材料によって所定形状をなすように形成され、その下面をヘッド基板２１の保護膜２５の表面に、上面を天板２６の内表面にそれぞれ接着させた状態でヘッド基板２１−天板２６間に介在される。
【０００６】
また一方、前記ヘッド基板２１の絶縁層２３は、ベースプレート２２と発熱抵抗体２４等とを電気的に絶縁するとともに、その内部で発熱抵抗体２４の発した熱の一部を蓄積してインクジェットヘッドの熱応答特性を高めるためのものであり、かかる絶縁層２３の形成には、従来周知の熱酸化法等が採用され、ベースプレート２２を形成するシリコンの一部を酸化させることによって絶縁層２３が形成される。
【０００７】
そしてヘッド基板２１の発熱抵抗体２４は、従来周知の薄膜手法、具体的には、ベースプレート２２の表面を被覆する絶縁層２３の上面全体にわたってＴａＳｉＯ等の抵抗材料を従来周知のスパッタリング等により所定厚みに被着させ、これを従来周知のフォトエッチング、即ち、フォトリソグラフィー及びエッチングを採用し微細加工することによって所定パターンに形成される。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した従来のインクジェットヘッドにおいては、ベースプレート２２の表面を被覆する絶縁層２３がエッチング液（フッ酸、硝酸、燐酸等の混合液）による浸蝕を受け易い酸化珪素により形成されていることから、ヘッド基板２１上の発熱抵抗体２４を従来周知のフォトリソグラフィー及びエッチング等によってパターン形成する際、発熱抵抗体２４等を正確にパターニングしようとするとエッチング液に晒される時間が長くなって絶縁層２３までオーバーエッチングされてしまうことがある。この場合、隣接する発熱抵抗体間の絶縁層２３が凹状に深く抉られた形となるため、その上に被着される保護膜２５の表面にも絶縁層２３の上面と同様の大きな凹部が形成されてしまい、隔壁部材２８を保護膜２５の表面に対し良好に接着することが不可となってインクジェットヘッドの組み立て精度が著しく低下する欠点を有していた。
【０００９】
また上述した従来のインクジェットヘッドを用いて高速で記録動作を行った場合、発熱抵抗体２４は短時間で多量の熱を発生することとなり、ベースプレート２２の温度は、発熱抵抗体２４の直下領域のみならず、隣接する発熱抵抗体間の領域においても高温となる。ところが、上述したインクジェットヘッドのヘッド基板２１に対し、隣接する発熱抵抗体間の領域で接着されている隔壁部材２８はエポキシ樹脂等の熱に弱い樹脂材料から成っているため、この隔壁部材２８にベースプレート２２中の熱が多量に伝達されると、隔壁部材２８が局所的に高温となって軟化・変形することがあり、インクジェットヘッドの全体構造を保持することが困難になる欠点も有していた。
【００１０】
本発明は上記欠点に鑑み案出されたもので、その目的は、高速で記録動作を行う場合であっても、全体構造を良好に保持することが可能で、しかも組み立て精度を向上させることができる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。
【００１１】
【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、ベースプレートと、該ベースプレートの上面に形成され且つ酸化珪素を主成分とする絶縁層と、該絶縁層上に配列形成される複数の発熱抵抗体と、少なくとも前記発熱抵抗体を被覆する保護膜とを有してなるヘッド基板と、前記複数の発熱抵抗体における隣接する発熱抵抗体間の領域に位置する前記保護膜上に少なくとも一部が載置される樹脂製の隔壁部材と、前記隔壁部材上に載置され、前記ヘッド基板の上面と前記隔壁部材の壁面とで囲まれる領域にインク流路を設けるための天板と、を備えてなるインクジェットヘッドであって、前記ヘッド基板における前記絶縁層は、前記隣接する発熱抵抗体間の領域に凹部を有しており、前記凹部には、熱伝導率が２００Ｗ／ｍ℃以上の無機質材料により形成され且つ前記保護膜に被覆されるダミーパターンが埋設されていることを特徴とするものである。
【００１２】
本インクジェットヘッドにおいて前記無機質材料は、アルミニウム、銅、金の少なくとも１種からなるのが好ましい。
【００１３】
本インクジェットヘッドにおいて前記ダミーパターンの上面の高さは、前記発熱抵抗体の形成領域に位置する前記絶縁層の上面と同等もしくはそれ以上の高さに位置設定されているのが好ましい。本インクジェットヘッドでは、前記複数の発熱抵抗体の配列方向に対して交差する副走査方向において、前記ダミーパターンの両端部が該ダミーパターンの両側に配されている発熱抵抗体の両端部より外側まで延在しているのが好ましい。本インクジェットヘッドは、前記発熱抵抗体と前記ダミーパターンとの間に電機絶縁材料からなる短絡防止層を更に備えてなるのが好ましい。
【００１４】
本発明のインクジェットヘッドによれば、隣接する発熱抵抗体間に、発熱抵抗体よりも縦長で、熱伝導率２００Ｗ／ｍ℃以上の金属からなるダミーパターンを配設するようにしたことから、インクジェットヘッドの記録動作を高速で行った場合にベースプレート中に蓄積される多量の熱が隣接する発熱抵抗体間の領域を介して隔壁部材に伝達しようとしても、これらの熱はダミーパターンの長手方向に素早く拡散され、十分に低い温度となってから隔壁部材に伝達されるようになる。このため、樹脂製の隔壁部材がヘッド基板からの熱によって局部的に軟化・変形することはなく、インクジェットヘッドの全体構造を良好に保持することが可能となる。
【００１５】
また本発明のインクジェットヘッドによれば、上記ダミーパターンは、隣接する発熱抵抗体間の絶縁層上面に設けられる凹部の中に埋設されており、保護膜の下地に大きな凹部等は存在しないことから、従来周知の薄膜手法等によって保護膜を形成する際、保護膜の表面に大きな凹部等が形成されることもない。従って、隔壁部材を隣接する発熱抵抗体間の領域で保護膜表面に対し良好に接着することができ、インクジェットヘッドの組み立て精度を向上させることが可能となる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を添付図面に基づいて詳細に説明する。
図１は本発明の一実施形態に係るインクジェットヘッドの斜視図、図２（ａ）は図１のインクジェットヘッドの縦断面図、図２（ｂ）は図１のインクジェットヘッドの横断面図、図３は図１のインクジェットヘッドに使用されるヘッド基板の平面図であり、１はヘッド基板、８は隔壁部材、９は天板、１１はインクである。
【００１７】
前記ヘッド基板１は、矩形状をなすように形成されたベースプレート２の上面に絶縁層３を形成し、該絶縁層３上に複数個の発熱抵抗体４を直線状に被着・配列させるとともに、隣接する発熱抵抗体間の絶縁層３上にダミーパターン６を配設し、これらの発熱抵抗体４やダミーパターン６を単一の保護膜７で共通に被覆した構造を有している。
【００１８】
前記ベースプレート２は、単結晶シリコンから成り、その上面で絶縁層３や発熱抵抗体４，ダミーパターン６，保護膜７等を支持するための支持母材として機能するものであり、まず従来周知のチョコラルスキー法（引き上げ法）等を採用することによって単結晶シリコンのインゴット（塊）を形成し、これを所定厚みにスライスした上、外形加工することにより製作される。
【００１９】
また前記ベースプレート２の上面に設けられる絶縁層３は、ベースプレート２を形成する単結晶シリコンと発熱抵抗体４等とを電気的に絶縁するとともに、その内部で発熱抵抗体４の発する熱の一部を蓄積してインクジェットヘッドの熱応答特性を高めるためのものであり、酸化珪素（ＳｉＯ₂）を主成分とする無機質材料により所定の厚みに形成される。
【００２０】
このような絶縁層３の上面で、隣接する発熱抵抗体間の領域には更に、凹部３ａが設けられており、各凹部３ａの幅寸法は例えば１５μｍ〜６０μｍに、深さは例えば０．２μｍ〜１．０μｍに設定され、その内部には後述するダミーパターン６が収容される。
【００２１】
尚、前記絶縁層３は、従来周知の熱酸化法等を採用し、ベースプレート２を形成する単結晶シリコンの一部を酸化することにより例えば１μｍ〜３μｍの厚みに形成され、また絶縁層上面の凹部３ａは、後述する発熱抵抗体４を従来周知のフォトエッチングにてパターン形成する際に所定の深さまでオーバーエッチングすることにより所定の深さに形成される。
【００２２】
また前記絶縁層３上の発熱抵抗体４は、例えば６００ｄｐｉ（dot per inch）の密度で主走査方向（ベースプレート２の長手方向）に直線状に配列されており、その各々がＴａＮやＴａＳｉＯ，ＴａＳｉＮＯ，ＴｉＳｉＯ，ＴｉＳｉＣＯ，ＮｂＳｉＯ等の電気抵抗材料により形成されている。
【００２３】
従って、各発熱抵抗体４の副走査方向の両端に電気的に接続される通電用の電極５を介して発熱抵抗体４に電源電力が供給されると発熱抵抗体４がジュール発熱を起こし、インク１１中で気泡Ａを発生させるのに必要な所定の熱エネルギーを発生する。
【００２４】
このような発熱抵抗体４や通電用の電極５は、従来周知の薄膜手法、具体的には、ＴａＮ等の電気抵抗材料とアルミニウム等の金属とを従来周知のスパッタリングによってベースプレート２の上面に順次被着させ、これらを従来周知のフォトエッチング、即ち、フォトリソグラフィー及びエッチング技術を採用し、所定形状に微細加工することによりパターン形成される。
【００２５】
このとき、隣接する発熱抵抗体間の領域で、絶縁層３の上面を、前述した如く所定の深さまでオーバーエッチングすることにより、隣接する発熱抵抗体間に深さ０．２μｍ〜１．０μｍ程度の凹部３ａが形成され、これによって発熱抵抗体４や電極５が正確にパターニングされる。
【００２６】
また前記絶縁層３の凹部３ａ内に埋設されるダミーパターン６は、熱伝導率が２００Ｗ／ｍ℃以上の金属、具体的にはアルミニウム、銅、金等により、先に述べた発熱抵抗体４と電気的に絶縁された状態で、保護膜７の下面と接するようにして配されており、その上面を絶縁層３の上面と同等もしくはそれ以上の高さに位置させるようにして、隣接する発熱抵抗体間に1個ずつ独立して設けられる。
【００２７】
前記ダミーパターン６は、副走査方向の両端部がその両側に配されている発熱抵抗体４の副走査方向の両端よりも外側まで延在するように縦長状に形成されており、アルミニウム等の熱伝導性に優れた金属から成っているため、隣接する発熱抵抗体間のベースプレート２中に蓄積される熱を吸収して、これをダミーパターン６の長手方向に素早く拡散することができる。
【００２８】
尚、ダミーパターン６の熱伝導率を２００Ｗ／ｍ℃以上に設定するのは、ベースプレート２中の熱がダミーパターン６に伝達した際、これらの熱を副走査方向に素早く拡散させるためであり、ダミーパターン６の熱伝導率が２００Ｗ／ｍ℃未満では、先に述べた熱拡散作用が十分に発揮されない。従って、ダミーパターン６を形成する無機質材料の熱伝導率は２００Ｗ／ｍ℃以上に設定しておくことが重要である。
【００２９】
このようなダミーパターン６は、従来周知の薄膜手法、例えば、スパッタリング法、フォトリソグラフィー及びエッチング技術を採用し、上述の金属材料を凹部３ａ内で選択的にパターニングすることによって形成される。このとき、ダミーパターン６の形成に先立って、発熱抵抗体４の表面から凹部３ａの内面にかけて窒化珪素やサイアロン（Ｓｉ-Ａｌ-Ｏ-Ｎ）等の電気絶縁材料から成る短絡防止層を薄く被着させておけば、発熱抵抗体４とダミーパターン６との間に短絡防止層が介在されて、発熱抵抗体４−ダミーパターン６間の電気的短絡が確実に防止される利点もある。従って、ダミーパターン６の形成に先立って、発熱抵抗体４の表面から凹部３ａの内面にかけて電気絶縁材料から成る短絡防止層を薄く被着させておくことが好ましい。
【００３０】
また上述した発熱抵抗体４や電極５，ダミーパターン６等を被覆する保護膜７は、インク１１中に含まれているイオン（ＯＨ^-，Ｋ⁺等）や水分等が発熱抵抗体４や電極５等に接触してこれらを腐食したり、或いは、インク１１中に含まれている染料の固まり等が発熱抵抗体４の表面に付着するのを有効に防止するためのものであり、Ｓｉ₃Ｎ₄（窒化珪素）やＳｉＯ₂（酸化珪素），Ｓｉ-Ｏ-Ｎ等の無機質材料によって例えば０．２μｍ〜２．０μｍの厚みに形成される。
【００３１】
尚、前記保護膜７は、従来周知のスパッタリングや真空蒸着法等を採用し、発熱抵抗体４や電極５，ダミーパターン６等が被着されているベースプレート２の上面に前述の無機質材料を所定厚みに被着させることにより形成される。
【００３２】
この場合、前記ダミーパターン６は、先に述べた絶縁層３の凹部３ａ内に埋設されており、保護膜７を形成する際、その下地に大きな凹部等は存在しないことから、保護膜７の表面にも隣接する発熱抵抗体間に大きな凹部等が形成されることはなく、平坦性に優れた保護膜７が得られる。
【００３３】
そして、上述したヘッド基板１上には、所定形状にパターンニングされた樹脂製の隔壁部材８と、複数個のインク吐出孔１０を有する天板９とが順次、載置され、ヘッド基板１−天板９間で、隔壁部材８の存在しない領域にインク１１が充填される。
【００３４】
前記隔壁部材８は、隣接する発熱抵抗体間に両者を隔てるように配置される複数個の隔壁部と、発熱抵抗体４の配列領域よりも個別電極５側に発熱抵抗体４の配列に沿って帯状に配置される帯状部とで構成される櫛歯状をなしており、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、アクリル樹脂等の比較的硬質の樹脂により例えば５μｍ〜５０μｍの厚みに形成され、その下面をヘッド基板１の上面（保護膜７の上面）に、上面を天板９の内表面にそれぞれ接着させた状態でヘッド基板１−天板９間に介在されている。
【００３５】
この隔壁部材８は、隣接する発熱抵抗体間を隔てるように所定の厚みをもって形成されているため、ヘッド基板１−天板９間の間隔を一定に保つスペーサとして機能するとともに、インク１１中で発生する気泡Ａからの圧力が主走査方向（発熱抵抗体４の配列方向）に分散するのを有効に防止する作用を為し、これによって気泡生成時に発生する圧力の多くをインク滴ｉの吐出に寄与させることができる。
【００３６】
この場合、隔壁部材８の隔壁部が接着されるヘッド基板１の上面、即ち、隣接する発熱抵抗体間の領域には、前述した如く、発熱抵抗体４よりも縦長で、熱伝導特性に優れたダミーパターン６が設けられていることから、インクジェットヘッドの記録動作を高速で行った場合にベースプレート２中に蓄積される多量の熱が隣接する発熱抵抗体間の領域を介して隔壁部材８に伝達しようとしても、これらの熱はダミーパターン６の長手方向に素早く拡散され、十分に低い温度となってから隔壁部材８に伝達されることとなる。このため、樹脂製の隔壁部材８がヘッド基板１からの熱によって局部的に軟化・変形するといった不都合を生じることはなく、インクジェットヘッドの全体構造を良好に保持することができる。
【００３７】
また前記隔壁部材８が接着されるヘッド基板１の保護膜７は、その表面が前述した如く平坦化され、保護膜表面の高さは、隣接する発熱抵抗体間の領域（ダミーパターン６上の領域）が発熱抵抗体４上の領域と同等もしくはそれ以上の高さに位置させてあるため、隔壁部材８を隣接する発熱抵抗体間の領域で保護膜表面に対して接着する際、接着作業の作業性が簡便になり、しかもインクジェットヘッドの組み立て精度が大幅に向上する利点もある。
【００３８】
尚、このような隔壁部材８は、例えば従来周知の射出成形法等によって所定形状をなすように製作され、得られた隔壁部材８を接着剤を介してヘッド基板１上の所定位置に載置させることによってヘッド基板１に対し接着・固定される。
【００３９】
また一方、前記天板９は、ヘッド基板１の上面と隔壁部材８の壁面とで囲まれた領域に設けられるインク流路を塞ぐためのものであり、該天板９のインク吐出孔１０は、ヘッド基板１上の発熱抵抗体４と１対１に対応するようにして設けられ、対応する発熱抵抗体４の真上に位置設定される。
【００４０】
前記インク吐出孔１０は、インクジェットヘッドの記録動作時、インク滴ｉを記録紙に向けて吐出するためのものであり、各々のインク吐出孔１０の直径は１０μｍ〜１００μｍ程度の大きさに設定され、発熱抵抗体４と同じ密度で主走査方向に配列される。
【００４１】
このような天板９は、モリブデン等から成る金属製の板体、アルミナセラミックス等から成るセラミック製の板体、エポキシ樹脂やポリイミド樹脂等の樹脂製の板体、或いは、上記の材料を組み合わせることによって形成され、例えばモリブデンから成る場合、モリブデンのインゴット（塊）を従来周知の金属加工法により板状に成形するとともに該板体の所定箇所に従来周知のエッチング技術等により孔あけを行ってインク吐出孔１０を穿設することにより製作され、得られた天板９を隔壁部材８等を介してヘッド基板１上に載置・接着させることにより天板９がヘッド基板１上の所定位置に固定される。
【００４２】
そして前記ヘッド基板１の上面、天板９の内表面及び隔壁部材８の壁面で囲まれる領域に充填されるインク１１としては、例えば水性染料インク等が好適に使用され、その粘度は、例えば０．３ｍＰａ・ｓ〜３．０ｍＰａ・ｓ（２５℃）に調整される。
【００４３】
このようなインク１１は、図示しないインクタンクからヘッド基板１−天板９間の間隙に供給されるようになっており、前述した発熱抵抗体４からの熱エネルギーによってインク１１中に気泡Ａが発生すると、該気泡発生時の圧力によってインク１１の一部がインク吐出孔１０よりインク滴ｉとなって外部に吐出される。
【００４４】
かくして上述したインクジェットヘッドは、記録紙を天板９の外表面に沿ってインク吐出孔１０の配列方向と直交する方向に搬送しながら、複数個の発熱抵抗体４を外部からの画像データに基づいて個々に選択的に発熱させ、これらの熱エネルギーによって保護膜７上のインク１１中で気泡Ａを発生させるとともに、該発生した気泡Ａによる圧力でもってインク１１をインク吐出孔１０側に押し上げ、インク滴ｉをインク吐出孔１０より記録紙に向けて吐出させることによって記録紙にインクが付着され、所定の画像が記録される。
【００４５】
尚、本発明は上述した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において種々の変更、改良等が可能である。
【００４６】
例えば上述の実施形態においては、隔壁部材８と天板９とを別々に形成した上、これらをヘッド基板１上に順次、載置させることによってインクジェットヘッドを構成するようにしたが、これに代えて、隔壁部材と天板とを同一の樹脂材料等で一体的に形成するようにしても構わない。
【００４７】
また上述の実施形態においては、天板９のインク吐出孔１０を対応する発熱抵抗体４の真上に位置させるようにしたが、これに代えて、インク吐出孔を発熱抵抗体の真上よりずらして配置させたり、或いは、ヘッド基板１の上面と平行な方向にインクを吐出させる“エッジシュータータイプ”のインクジェットヘッドに適用しても良い。
【００４８】
【発明の効果】
本発明のインクジェットヘッドによれば、隣接する発熱抵抗体間に、発熱抵抗体よりも縦長で、熱伝導率２００Ｗ／ｍ℃以上の金属からなるダミーパターンを配設するようにしたことから、インクジェットヘッドの記録動作を高速で行った場合にベースプレート中に蓄積される多量の熱が隣接する発熱抵抗体間の領域を介して隔壁部材に伝達しようとしても、これらの熱はダミーパターンの長手方向に素早く拡散され、十分に低い温度となってから隔壁部材に伝達されるようになる。このため、樹脂製の隔壁部材がヘッド基板からの熱によって局部的に軟化・変形することはなく、インクジェットヘッドの全体構造を良好に保持することが可能となる。
【００４９】
また本発明のインクジェットヘッドによれば、上記ダミーパターンは、隣接する発熱抵抗体間の絶縁層上面に設けられる凹部の中に埋設されており、保護膜の下地に大きな凹部等は存在しないことから、従来周知の薄膜手法等によって保護膜を形成する際、保護膜の表面に大きな凹部等が形成されることもない。従って、隔壁部材を隣接する発熱抵抗体間の領域で保護膜表面に対し良好に接着することができ、インクジェットヘッドの組み立て精度を向上させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第1の実施形態に係るインクジェットヘッドの斜視図である。
【図２】（ａ）は図１のインクジェットヘッドの縦断面図、（ｂ）は図１のインクジェットヘッドの横断面図である。
【図３】図１のインクジェットヘッドに使用されるヘッド基板の平面図である。
【図４】従来のインクジェットヘッドの断面図である。
【符号の説明】
１・・・ヘッド基板、２・・・ベースプレート、３・・・絶縁層、３ａ・・・凹部、４・・・発熱抵抗体、５・・・通電用の電極、６・・・ダミーパターン、７・・・保護膜、８・・・隔壁部材、９・・・天板、１０・・・インク吐出孔、１１・・・インク、Ａ・・・気泡、ｉ・・・インク滴[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an ink jet head that is incorporated in an ink jet printer and records an image by attaching ink droplets to a predetermined pattern on a recording paper.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, an ink jet head has been used as a recording device for forming an image on recording paper.
[0003]
Ink-jet head recording methods use thermal energy generated by heating resistors to eject ink droplets toward recording paper, those that use deformation of piezoelectric elements, and also occur when electromagnetic waves are irradiated. Among them, the thermal jet type using the heat energy of the heating resistor is easy to pattern the heating resistor and is a heating resistor with a small area. However, since it can generate relatively large heat energy, it is attracting attention as being suitable for high-density recording.
[0004]
As such a thermal jet type inkjet head, for example, as shown in FIG. 4, an insulating layer 23 made of silicon oxide, a plurality of heating resistors 24 and a protective film 25 are sequentially formed on the upper surface of a base plate 22 made of single crystal silicon. On the head substrate 21, the top plate 26 having a plurality of ink discharge holes 27 corresponding to the heating resistors 24 on a one-to-one basis, and the partition member separating the adjacent heating resistors 24-24 therebetween. 28, and a structure in which ink 29 is filled in a region where the partition wall member 28 does not exist between the head substrate 21 and the top plate 26 is known. While transporting along the surface, the heating resistors 24 on the head substrate 21 are selectively Joule-heated individually based on the image data from the outside, and the heating resistors 24 on the heating substrate 24 are A bubble A is generated in the ink cartridge 29, and the ink 29 on the heating resistor 24 is pushed up to the ink discharge hole 27 side by the pressure of the generated bubble A, and a part of the ink 29 is recorded on the recording paper through the ink discharge hole 27. A predetermined image is recorded by discharging toward the front.
[0005]
The partition member 28 of the inkjet head described above is for preventing the pressure from the bubbles A generated in the ink 29 from being dispersed in the main scanning direction (the arrangement direction of the heating resistors 24). The head substrate 21-the top plate are formed so as to have a predetermined shape by a resin material such as a resin, with the lower surface adhered to the surface of the protective film 25 of the head substrate 21 and the upper surface adhered to the inner surface of the top plate 26. 26.
[0006]
On the other hand, the insulating layer 23 of the head substrate 21 electrically insulates the base plate 22 from the heating resistor 24 and the like, and accumulates a part of heat generated by the heating resistor 24 in the interior of the inkjet head. In order to form the insulating layer 23, a conventionally known thermal oxidation method or the like is employed for forming the insulating layer 23, and the insulating layer 23 is formed by oxidizing a part of silicon forming the base plate 22. It is formed.
[0007]
The heating resistor 24 of the head substrate 21 has a predetermined thickness by a conventionally known thin film technique, specifically, a resistance material such as TaSiO is formed on the entire upper surface of the insulating layer 23 covering the surface of the base plate 22 by a conventionally known sputtering method. It is formed into a predetermined pattern by finely processing it by employing well-known photoetching, that is, photolithography and etching.
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the conventional ink jet head described above, the insulating layer 23 covering the surface of the base plate 22 is formed of silicon oxide that is susceptible to erosion by an etching solution (a mixed solution of hydrofluoric acid, nitric acid, phosphoric acid, etc.). When the heating resistor 24 on the head substrate 21 is patterned by a conventionally known photolithography, etching, or the like, if the heating resistor 24 or the like is to be accurately patterned, the time for exposure to the etching solution becomes long, and the insulating layer 23 May be over-etched. In this case, since the insulating layer 23 between adjacent heating resistors is deeply depressed in a concave shape, the surface of the protective film 25 deposited thereon has a large concave portion similar to the upper surface of the insulating layer 23. As a result, the barrier rib member 28 cannot be satisfactorily adhered to the surface of the protective film 25, and the assembly accuracy of the ink jet head is significantly reduced.
[0009]
Further, when a recording operation is performed at a high speed using the above-described conventional inkjet head, the heating resistor 24 generates a large amount of heat in a short time, and the temperature of the base plate 22 is only in the region immediately below the heating resistor 24. In addition, the temperature is high even in the region between the adjacent heating resistors. However, the partition member 28 bonded to the head substrate 21 of the above-described ink jet head in the region between the adjacent heating resistors is made of a heat-sensitive resin material such as an epoxy resin. If a large amount of heat in the base plate 22 is transmitted, the partition wall member 28 may be locally heated to be softened and deformed, which makes it difficult to maintain the entire structure of the inkjet head. It was.
[0010]
The present invention has been devised in view of the above-described drawbacks, and its purpose is to satisfactorily maintain the overall structure even when performing a recording operation at high speed, and to improve the assembly accuracy. An object of the present invention is to provide a highly reliable inkjet head that can be used.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
An ink jet head according to the present invention includes a base plate, an insulating layer formed on an upper surface of the base plate and mainly composed of silicon oxide, a plurality of heating resistors arranged on the insulating layer, and at least the heating resistor. a head substrate formed by organic and protective film covering the plurality of at least partially made of placed on Ru resin partition walls on the protective film located in the region between the heating resistor adjacent the heating resistor and the member is mounted to said partition wall member, an ink jet head comprising a top plate for providing an ink flow path in a region surrounded by the wall surface of the partition member and the upper surface of the head substrate, wherein the insulating layer in the head substrate has a recess in the region between the heating resistor the adjacent, to the recess, is formed by thermal conductivity of 200 W / m ° C. or more inorganic materials And it is characterized in that it is and the dummy pattern buried coated on the protective film.
[0012]
The inorganic material in the inkjet head include aluminum, copper, that ing from at least one of gold preferred.
[0013]
The height of the upper surface of the dummy pattern in the inkjet head is preferably is positioned set to the upper surface equal to or greater than a height of the insulating layer located in the formation region of the heating resistor. In the inkjet head, in the sub-scanning direction intersecting with the arrangement direction of the plurality of heating resistors, both end portions of the dummy pattern extend to outside of both end portions of the heating resistors arranged on both sides of the dummy pattern. Preferably it extends. The inkjet head preferably further includes a short-circuit prevention layer made of an electric insulating material between the heating resistor and the dummy pattern.
[0014]
According to the inkjet head of the present invention, a dummy pattern made of a metal having a longitudinal length longer than that of the heating resistor and having a thermal conductivity of 200 W / m ° C. or more is disposed between adjacent heating resistors. Even if a large amount of heat accumulated in the base plate is transferred to the partition member through the region between adjacent heating resistors when the recording operation of the head is performed at high speed, these heat is transmitted in the longitudinal direction of the dummy pattern. It diffuses quickly and reaches a sufficiently low temperature before being transmitted to the partition member. Therefore, the resin partition member is not locally softened or deformed by the heat from the head substrate, and the entire structure of the inkjet head can be satisfactorily maintained.
[0015]
Further, according to the inkjet head of the present invention, the dummy pattern is embedded in a recess provided on the upper surface of the insulating layer between adjacent heating resistors, and there is no large recess or the like under the protective film. When a protective film is formed by a conventionally known thin film method or the like, a large recess or the like is not formed on the surface of the protective film. Therefore, the partition member can be satisfactorily adhered to the surface of the protective film in the region between the adjacent heating resistors, and the assembly accuracy of the ink jet head can be improved.
[0016]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
1 is a perspective view of an inkjet head according to an embodiment of the present invention, FIG. 2A is a longitudinal sectional view of the inkjet head of FIG. 1, and FIG. 2B is a transverse sectional view of the inkjet head of FIG. 3 is a plan view of a head substrate used in the ink jet head of FIG. 1, wherein 1 is a head substrate, 8 is a partition member, 9 is a top plate, and 11 is ink.
[0017]
In the head substrate 1, an insulating layer 3 is formed on the upper surface of a base plate 2 formed in a rectangular shape, and a plurality of heating resistors 4 are linearly deposited and arranged on the insulating layer 3. The dummy pattern 6 is disposed on the insulating layer 3 between the adjacent heating resistors, and the heating resistor 4 and the dummy pattern 6 are covered with a single protective film 7 in common.
[0018]
The base plate 2 is made of single crystal silicon, and functions as a support base material for supporting the insulating layer 3, the heating resistor 4, the dummy pattern 6, the protective film 7 and the like on the upper surface thereof. A single crystal silicon ingot is formed by adopting a chocolate ski method (pull-up method) or the like, sliced into a predetermined thickness, and then processed into an outer shape.
[0019]
The insulating layer 3 provided on the upper surface of the base plate 2 electrically insulates the single crystal silicon forming the base plate 2 from the heating resistor 4 and a part of the heat generated by the heating resistor 4 therein. In order to improve the thermal response characteristics of the inkjet head, and is formed to a predetermined thickness with an inorganic material mainly composed of silicon oxide (SiO ₂ ).
[0020]
On the upper surface of the insulating layer 3, a recess 3a is further provided in a region between adjacent heating resistors. The width of each recess 3a is, for example, 15 μm to 60 μm, and the depth is, for example, 0.2 μm. The dummy pattern 6 which will be described later is accommodated therein.
[0021]
The insulating layer 3 is formed to have a thickness of 1 μm to 3 μm, for example, by oxidizing part of the single crystal silicon forming the base plate 2 using a conventionally known thermal oxidation method or the like. The concave portion 3a is formed to a predetermined depth by over-etching to a predetermined depth when a heating resistor 4 to be described later is patterned by conventionally known photoetching.
[0022]
The heating resistors 4 on the insulating layer 3 are linearly arranged in the main scanning direction (longitudinal direction of the base plate 2) at a density of 600 dpi (dot per inch), for example, each of which is TaN, TaSiO, TaSiNO. , TiSiO, TiSiCO, NbSiO or the like.
[0023]
Therefore, when power is supplied to the heating resistors 4 via the energizing electrodes 5 electrically connected to both ends of each heating resistor 4 in the sub-scanning direction, the heating resistors 4 cause Joule heating, Predetermined thermal energy necessary for generating bubbles A in the ink 11 is generated.
[0024]
Such a heating resistor 4 and energizing electrode 5 are formed on the upper surface of the base plate 2 by a conventionally well-known thin film technique, specifically, an electrically resistive material such as TaN and a metal such as aluminum sequentially on the upper surface of the base plate 2. These are deposited, and a pattern is formed by microfabricating them into a predetermined shape by employing conventionally known photoetching, that is, photolithography and etching techniques.
[0025]
At this time, the upper surface of the insulating layer 3 is over-etched to a predetermined depth as described above in the region between the adjacent heating resistors, so that the depth between adjacent heating resistors is about 0.2 μm to 1.0 μm. The recess 3a is formed, whereby the heating resistor 4 and the electrode 5 are accurately patterned.
[0026]
The dummy pattern 6 embedded in the recess 3a of the insulating layer 3 is made of a metal having a thermal conductivity of 200 W / m ° C. or higher, specifically aluminum, copper, gold, etc., and the heating resistor 4 described above. In contact with the lower surface of the protective film 7, and the upper surface of the protective film 7 is adjacent to the upper surface of the insulating layer 3. One piece is provided independently between each heating resistor.
[0027]
The dummy pattern 6 is formed in a vertically long shape so that both end portions in the sub-scanning direction extend outward from both ends in the sub-scanning direction of the heating resistor 4 arranged on both sides thereof. Since it is made of a metal having excellent thermal conductivity, heat accumulated in the base plate 2 between adjacent heating resistors can be absorbed and quickly diffused in the longitudinal direction of the dummy pattern 6.
[0028]
The reason why the thermal conductivity of the dummy pattern 6 is set to 200 W / m ° C. or more is to quickly diffuse the heat in the base plate 2 in the sub-scanning direction when the heat in the base plate 2 is transmitted to the dummy pattern 6. When the thermal conductivity of the dummy pattern 6 is less than 200 W / m ° C., the above-described thermal diffusion action is not sufficiently exhibited. Therefore, it is important to set the thermal conductivity of the inorganic material forming the dummy pattern 6 to 200 W / m ° C. or higher.
[0029]
Such a dummy pattern 6 is formed by selectively patterning the above-mentioned metal material in the recess 3a by employing a conventionally well-known thin film technique such as sputtering, photolithography, and etching techniques. At this time, prior to the formation of the dummy pattern 6, a short-circuit prevention layer made of an electrically insulating material such as silicon nitride or sialon (Si—Al—O—N) is applied thinly from the surface of the heating resistor 4 to the inner surface of the recess 3a. If worn, there is an advantage that an electrical short circuit between the heating resistor 4 and the dummy pattern 6 is surely prevented by interposing a short-circuit preventing layer between the heating resistor 4 and the dummy pattern 6. Therefore, prior to the formation of the dummy pattern 6, it is preferable to apply a thin short-circuit prevention layer made of an electrically insulating material from the surface of the heating resistor 4 to the inner surface of the recess 3a.
[0030]
Further, the protective film 7 covering the heating resistor 4, the electrode 5, the dummy pattern 6, and the like described above has ions (OH ⁻ , K ^+, etc.), moisture, etc. contained in the ink 11 so that the heating resistor 4 and the electrode are included. corrodes them in contact with the 5 like, or provided for mass such dyes contained in the ink 11 can effectively be prevented from adhering to the surface of the heating resistor 4, Si ₃ It is formed to a thickness of, for example, 0.2 μm to 2.0 μm by an inorganic material such as N ₄ (silicon nitride), SiO ₂ (silicon oxide), Si—O—N, or the like.
[0031]
The protective film 7 employs a well-known sputtering or vacuum deposition method, and the above-described inorganic material is predetermined on the upper surface of the base plate 2 on which the heating resistor 4, the electrode 5, the dummy pattern 6, etc. are deposited. It is formed by depositing on the thickness.
[0032]
In this case, the dummy pattern 6 is embedded in the concave portion 3a of the insulating layer 3 described above, and when the protective film 7 is formed, there is no large concave portion or the like in the underlying layer. A large recess or the like is not formed between adjacent heating resistors on the surface, and the protective film 7 having excellent flatness can be obtained.
[0033]
On the above-described head substrate 1, a resin partition member 8 patterned into a predetermined shape and a top plate 9 having a plurality of ink ejection holes 10 are sequentially placed, and the head substrate 1- Ink 11 is filled in the area where the partition member 8 does not exist between the top plates 9.
[0034]
The partition wall member 8 includes a plurality of partition wall portions arranged so as to be separated between adjacent heating resistors, and the arrangement of the heating resistors 4 on the individual electrode 5 side from the arrangement region of the heating resistors 4. And is formed in a thickness of, for example, 5 μm to 50 μm with a relatively hard resin such as an epoxy resin, a polyimide resin, or an acrylic resin. The head substrate 1 is interposed between the head substrate 1 and the top plate 9 with the top surface adhered to the inner surface of the top plate 9 on the top surface of the head substrate 1 (the top surface of the protective film 7).
[0035]
Since the partition member 8 is formed with a predetermined thickness so as to separate the adjacent heating resistors, the partition member 8 functions as a spacer that keeps the distance between the head substrate 1 and the top plate 9 constant, and in the ink 11. It acts to effectively prevent the pressure from the generated bubbles A from being dispersed in the main scanning direction (the direction in which the heating resistors 4 are arranged), thereby discharging most of the pressure generated during the generation of the bubbles to the ink droplets i. Can contribute.
[0036]
In this case, the upper surface of the head substrate 1 to which the partition wall portion of the partition wall member 8 is bonded, that is, the region between the adjacent heating resistors is longer than the heating resistor 4 and has excellent heat conduction characteristics as described above. Since the dummy pattern 6 is provided, a large amount of heat accumulated in the base plate 2 when the recording operation of the inkjet head is performed at high speed is applied to the partition wall member 8 through the region between the adjacent heating resistors. Even if the heat is to be transmitted, the heat is quickly diffused in the longitudinal direction of the dummy pattern 6 and is transferred to the partition member 8 after the temperature becomes sufficiently low. Therefore, there is no inconvenience that the resin partition member 8 is locally softened and deformed by the heat from the head substrate 1, and the entire structure of the ink jet head can be satisfactorily maintained.
[0037]
Further, the surface of the protective film 7 of the head substrate 1 to which the partition wall member 8 is bonded is flattened as described above, and the height of the surface of the protective film is a region between adjacent heating resistors (on the dummy pattern 6). When the partition member 8 is bonded to the surface of the protective film in the region between the adjacent heating resistors, the bonding operation is performed. This has the advantage that the workability of the inkjet head is simplified and the assembly accuracy of the inkjet head is greatly improved.
[0038]
Such a partition member 8 is manufactured to have a predetermined shape by, for example, a conventionally known injection molding method, and the obtained partition member 8 is placed at a predetermined position on the head substrate 1 with an adhesive. By doing so, it is bonded and fixed to the head substrate 1.
[0039]
On the other hand, the top plate 9 is for closing an ink flow path provided in a region surrounded by the upper surface of the head substrate 1 and the wall surface of the partition wall member 8, and the ink discharge holes 10 of the top plate 9 are The heating resistor 4 on the head substrate 1 is provided so as to correspond to the heating resistor 4 on a one-to-one basis, and is positioned right above the corresponding heating resistor 4.
[0040]
The ink ejection holes 10 are for ejecting ink droplets i toward the recording paper during the recording operation of the inkjet head, and the diameter of each ink ejection hole 10 is set to a size of about 10 μm to 100 μm. These are arranged in the main scanning direction at the same density as the heating resistors 4.
[0041]
Such a top plate 9 is made of a metal plate made of molybdenum or the like, a ceramic plate made of alumina ceramic or the like, a resin plate such as epoxy resin or polyimide resin, or a combination of the above materials. In the case of molybdenum, for example, molybdenum ingots (lumps) are formed into a plate shape by a conventionally known metal processing method, and holes are formed at predetermined positions of the plate body by a conventionally known etching technique or the like. The top plate 9 is manufactured by drilling the discharge holes 10 and the obtained top plate 9 is placed on and bonded to the head substrate 1 via the partition wall member 8 or the like, so that the top plate 9 is placed at a predetermined position on the head substrate 1. Fixed.
[0042]
As the ink 11 filled in the area surrounded by the upper surface of the head substrate 1, the inner surface of the top plate 9 and the wall surface of the partition member 8, for example, water-based dye ink is preferably used, and the viscosity thereof is, for example, 0 It is adjusted to 3 mPa · s to 3.0 mPa · s (25 ° C.).
[0043]
Such ink 11 is supplied from an ink tank (not shown) to the gap between the head substrate 1 and the top plate 9, and bubbles A are formed in the ink 11 by the heat energy from the heating resistor 4 described above. When generated, a part of the ink 11 is ejected as an ink droplet i from the ink ejection hole 10 to the outside by the pressure at the time of the bubble generation.
[0044]
Thus, the above-described ink jet head conveys the plurality of heating resistors 4 based on image data from the outside while conveying the recording paper along the outer surface of the top plate 9 in the direction orthogonal to the arrangement direction of the ink discharge holes 10. And generating heat bubbles selectively in the ink 11 on the protective film 7 by these heat energies, and pushing up the ink 11 to the ink discharge hole 10 side by the pressure of the generated bubbles A. By ejecting the ink droplets i toward the recording paper from the ink ejection holes 10, the ink adheres to the recording paper and a predetermined image is recorded.
[0045]
In addition, this invention is not limited to embodiment mentioned above, A various change, improvement, etc. are possible in the range which does not deviate from the summary of this invention.
[0046]
For example, in the above-described embodiment, the partition wall member 8 and the top plate 9 are separately formed, and these are sequentially placed on the head substrate 1 to constitute the ink jet head. Thus, the partition wall member and the top plate may be integrally formed of the same resin material or the like.
[0047]
In the above-described embodiment, the ink discharge hole 10 of the top plate 9 is positioned directly above the corresponding heating resistor 4. Instead, the ink discharge hole is positioned above the heating resistor. The present invention may be applied to an “edge shooter type” ink jet head that is arranged in a shifted manner or that ejects ink in a direction parallel to the upper surface of the head substrate 1.
[0048]
【The invention's effect】
According to the inkjet head of the present invention, a dummy pattern made of a metal having a thermal conductivity of 200 W / m ° C. or more is disposed between adjacent heating resistors, which is vertically longer than the heating resistors. Even if a large amount of heat accumulated in the base plate is transferred to the partition member through the region between adjacent heating resistors when the recording operation of the head is performed at high speed, these heat is transmitted in the longitudinal direction of the dummy pattern. It diffuses quickly and reaches a sufficiently low temperature before being transmitted to the partition member. Therefore, the resin partition member is not locally softened or deformed by the heat from the head substrate, and the entire structure of the inkjet head can be satisfactorily maintained.
[0049]
Further, according to the inkjet head of the present invention, the dummy pattern is embedded in a recess provided on the upper surface of the insulating layer between adjacent heating resistors, and there is no large recess or the like under the protective film. When the protective film is formed by a conventionally known thin film method or the like, a large recess or the like is not formed on the surface of the protective film. Therefore, the partition member can be satisfactorily adhered to the surface of the protective film in the region between the adjacent heating resistors, and the assembly accuracy of the ink jet head can be improved.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a perspective view of an ink jet head according to a first embodiment of the present invention.
2A is a longitudinal sectional view of the inkjet head of FIG. 1, and FIG. 2B is a transverse sectional view of the inkjet head of FIG.
3 is a plan view of a head substrate used in the inkjet head of FIG. 1;
FIG. 4 is a cross-sectional view of a conventional inkjet head.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Head substrate, 2 ... Base plate, 3 ... Insulating layer, 3a ... Recessed part, 4 ... Heat generating resistor, 5 ... Electrode for electricity supply, 6 ... Dummy pattern, DESCRIPTION OF SYMBOLS 7 ... Protective film, 8 ... Partition member, 9 ... Top plate, 10 ... Ink ejection hole, 11 ... Ink, A ... Bubble, i ... Ink drop

Claims

A base plate, an insulating layer formed on an upper surface of the base plate and mainly composed of silicon oxide, a plurality of heating resistors arranged on the insulating layer, and a protective film covering at least the heating resistor Yes to a head substrate comprising,
And at least a part of Ru is placed made of a resin partition wall member on the protective film located in the region between the heating resistor adjacent in the plurality of heating resistors,
An ink- jet head comprising: a top plate mounted on the partition member and provided with an ink flow path in a region surrounded by an upper surface of the head substrate and a wall surface of the partition member;
The insulating layer in the head substrate has a recess in the region between the heating resistor the adjacent,
Wherein the concave portion, wherein the dummy pattern thermal conductivity is coated and the protective film is formed by 200 W / m ° C. or more inorganic materials are embedded, the ink jet head.

The inorganic material is characterized by aluminum, copper, Rukoto such at least one gold, ink jet head according to claim 1.

The height of the upper surface of the dummy pattern is characterized by being located set on the upper surface equal to or greater than a height of the insulating layer located in the formation region of the heating resistor, according to claim 1, wherein Item 3. The inkjet head according to Item 2.

In the sub-scanning direction intersecting with the arrangement direction of the plurality of heating resistors, both end portions of the dummy pattern extend outward from both end portions of the heating resistors disposed on both sides of the dummy pattern. The ink jet head according to claim 1, wherein the ink jet head is provided.

5. The inkjet head according to claim 1, further comprising a short-circuit prevention layer made of an electric insulating material between the heating resistor and the dummy pattern.