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JPH11240156A - Ink jet recording head, substrate for the ink jet recording head, ink jet cartridge, and ink jet recording apparatus - Google Patents

Ink jet recording head, substrate for the ink jet recording head, ink jet cartridge, and ink jet recording apparatus

Info

Publication number
JPH11240156A
JPH11240156A JP36104198A JP36104198A JPH11240156A JP H11240156 A JPH11240156 A JP H11240156A JP 36104198 A JP36104198 A JP 36104198A JP 36104198 A JP36104198 A JP 36104198A JP H11240156 A JPH11240156 A JP H11240156A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
ink jet
recording head
ink
jet recording
head according
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP36104198A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Masahiko Kubota
雅彦 久保田
Mitsuji Kitani
充志 木谷
Masami Kasamoto
雅己 笠本
Shuji Koyama
修司 小山
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Canon Inc
Original Assignee
Canon Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Canon Inc filed Critical Canon Inc
Priority to JP36104198A priority Critical patent/JPH11240156A/en
Publication of JPH11240156A publication Critical patent/JPH11240156A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B41PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
    • B41JTYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
    • B41J2202/00Embodiments of or processes related to ink-jet or thermal heads
    • B41J2202/01Embodiments of or processes related to ink-jet heads
    • B41J2202/13Heads having an integrated circuit

Landscapes

  • Particle Formation And Scattering Control In Inkjet Printers (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To bubble recording liquid stably by retarding adhesion of an insoluble substance onto a heating element thereby suppressing lowering of thermal conversion efficiency. SOLUTION: The element substrate 2 of an ink jet recording head has a resistive layer 104 being heated upon application of a voltage through a wiring 105. A region on the resistive layer 104 where the wiring 105 is not formed functions as a heating element, i.e., a part 108 for applying heat to ink. A cavitation resistant film 107 comprising a protective film 106 and Ta is formed, as a protective layer for the heating element, on the wiring 105. A water repellent film 109 is formed at a part of the cavitation resistant film 107 serving as the heat applying part 108.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、記録用の液体
(「インク」とも称する)を、熱エネルギーを利用して
吐出口から吐出して被記録媒体に付着させることで記録
を行うインクジェット記録ヘッド、該ヘッド用基体、イ
ンクジェットカートリッジ及びインクジェット記録装置
に関する。本発明は特に、この種のインクジェット記録
ヘッドに用いられ、熱エネルギーを発生する発熱部が配
されたインクジェット記録ヘッド用基体、該基体を用い
て形成されたインクジェット記録ヘッド、インクジェッ
トカートリッジ及びインクジェット記録装置に関するも
のである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an ink jet recording head for performing recording by discharging a recording liquid (also referred to as "ink") from a discharge port using thermal energy and attaching the liquid to a recording medium. And a head substrate, an ink jet cartridge and an ink jet recording apparatus. In particular, the present invention is used for this type of ink jet recording head, and is provided with a substrate for an ink jet recording head provided with a heat generating portion for generating thermal energy, an ink jet recording head formed using the substrate, an ink jet cartridge, and an ink jet recording apparatus. It is about.

【0002】[0002]

【従来の技術】熱エネルギーをインクに与えることで、
気泡の発生を伴う急峻な状態変化をインクに生じさせ、
この状態変化に基づく作用力によって吐出口からインク
を吐出し、これを被記録媒体上に付着させて記録を行う
インクジェット記録方法、いわゆるバブルジェット記録
方法が従来知られている。
2. Description of the Related Art By applying heat energy to ink,
Causing a steep state change with the generation of air bubbles in the ink,
There has been conventionally known an ink jet recording method in which ink is ejected from an ejection port by an acting force based on this state change, and the ink is attached onto a recording medium to perform recording, a so-called bubble jet recording method.

【0003】このバブルジェット記録方法を用いるイン
クジェット記録装置には、インクを吐出するための吐出
口と、この吐出口に連通するインク路と、インク路に配
されインクに熱エネルギーを与えるための発熱体とを有
するインクジェット記録ヘッドが一般的に用いられる。
発熱体は、シリコンからなる基板上に半導体ウェハプロ
セス技術を用いて形成される。発熱体が形成された基板
上に、吐出口および吐出口と連通した溝が形成された天
板部材を、発熱体と溝とが対応するように位置合わせし
て接合することで、インク路が構成される。
[0003] An ink jet recording apparatus using this bubble jet recording method includes an ejection port for ejecting ink, an ink path communicating with the ejection port, and a heat source disposed in the ink path for applying thermal energy to the ink. An ink jet recording head having a body is generally used.
The heating element is formed on a substrate made of silicon by using a semiconductor wafer process technique. The ink path is formed by aligning and joining a top plate member having a discharge port and a groove communicating with the discharge port formed on the substrate on which the heating element is formed so that the heating element and the groove correspond to each other. Be composed.

【0004】このような記録方法によれば、品位の高い
画像等を高速、低騒音で記録することができるととも
に、記録ヘッドにおいては吐出口を高密度に配列するこ
とができるため、小型の装置で高解像度の記録画像、さ
らにはカラー画像をも容易に得ることができるという多
くの優れた点を有している。このため、この記録方法
は、近年、プリンタ、複写機、ファクシミリ等の多くの
オフィス機器に利用されている。
According to such a recording method, a high-quality image or the like can be recorded at high speed and with low noise, and in the recording head, the ejection openings can be arranged at a high density. Therefore, it is possible to easily obtain a high-resolution recorded image and also a color image. For this reason, this recording method has recently been used in many office devices such as printers, copiers, and facsimile machines.

【0005】しかし、上記のインクジェット記録装置に
おいても、例えばフルライン化を高密度で実現しようと
すると、その記録ヘッドの構造上の設計的問題や記録精
度、および記録の確実性と耐久性等に直接影響する記録
ヘッドの製造上および生産性・量産性の点において、一
層高水準の技術を達成することが求められている。特開
昭57−72867号公報や特開昭57−72868号
公報には、高密度・高速記録化を図るために、発熱体を
駆動するためのドライバや発熱体の駆動を制御するため
の種々の回路を構成する機能素子を、発熱体と同一の基
板に設けたインクジェット記録ヘッドが開示されてい
る。
However, even in the above-described ink jet recording apparatus, for example, if it is attempted to realize full line at a high density, the structural problems of the recording head, the recording accuracy, the recording reliability and the durability, etc. are reduced. There is a demand for achieving a higher level of technology in terms of the production of print heads that directly affect and the productivity and mass productivity. JP-A-57-72867 and JP-A-57-72868 disclose various drivers for driving a heating element and controlling the driving of the heating element in order to achieve high-density and high-speed recording. An ink jet recording head in which the functional elements constituting the above circuit are provided on the same substrate as the heating element is disclosed.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、特開昭
57−72867号公報や特開昭57−72868号公
報に開示されたインクジェット記録ヘッドは、発熱体や
発熱体に対して設けられる機能素子を同一基板に設け、
集積度を上げた構造になるために、各素子のサイズや電
気配線の幅および配線間隔が狭くなっている。このた
め、特開昭60−159060号公報に開示されている
ように、発熱体の上に、第1保護膜として無機絶縁体
を、第2保護膜として無機材料を設けた構成をとると、
第1保護膜の成膜プロセスによって発生する欠陥や、第
2保護膜を成膜する際に発生する膜応力による欠陥等に
よって、電気配線材と第2保護膜間で電気的短絡不良が
発生し易くなる。
However, the ink jet recording heads disclosed in JP-A-57-72867 and JP-A-57-72868 have a heating element and a functional element provided for the heating element. Provided on the same substrate,
In order to achieve a structure with an increased degree of integration, the size of each element, the width of electric wiring, and the wiring interval are becoming narrower. For this reason, as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 60-159060, when a configuration is adopted in which an inorganic insulator is provided as a first protective film and an inorganic material is provided as a second protective film on a heating element,
An electrical short-circuit failure occurs between the electrical wiring member and the second protective film due to a defect generated by the film forming process of the first protective film, a defect due to a film stress generated when forming the second protective film, and the like. It will be easier.

【0007】また、特開昭57−72867号公報や特
開昭57−72868号公報に記載されているインクジ
ェット記録ヘッドの場合、基板に多数の発熱体や機能素
子を同時に形成するため、基板の製造過程において、基
板上では各層の形成と、形成された層の一部除去が繰り
返し行われる。そのため、上部層が形成される段階では
その表面はステップウエッジ部(段差部)のある微細な
凹凸状となっており、この段差部における上部層の被覆
性(ステップカバレージ性)が重要となる。つまり、こ
の段差部の被覆性が悪いと、記録ヘッドとして使用した
とき、その部分でインク等の記録液が浸透し、電蝕ある
いは電気的絶縁破壊を起こす要因となる。また、形成さ
れる上層部がその製法上において欠陥部の生ずる確率が
少なくない場合には、その欠陥部を通じて記録液が浸透
し、発熱体および電気配線の寿命を著しく低下させる要
因となっている。
In the case of the ink jet recording head described in JP-A-57-72867 and JP-A-57-72868, a large number of heating elements and functional elements are formed on the substrate at the same time. In the manufacturing process, formation of each layer and partial removal of the formed layer are repeatedly performed on the substrate. Therefore, at the stage when the upper layer is formed, the surface thereof has a fine uneven shape with a step wedge portion (step portion), and the coverage (step coverage) of the upper layer at this step portion is important. In other words, if the stepped portion has poor coverage, when used as a recording head, a recording liquid such as ink penetrates into that portion, causing electrical erosion or electrical breakdown. Further, if the probability of occurrence of a defective portion in the upper layer portion to be formed is not small in the manufacturing method, the recording liquid permeates through the defective portion, which is a factor that significantly reduces the life of the heating element and the electric wiring. .

【0008】そこで、配線の幅および配線間隔が狭くな
っても第2保護膜での段差部の被覆性を向上させるため
に、第1保護膜が設けられているが、これでは、発熱体
から発生した熱が、第2保護膜の表面に伝達される効率
が低下する。第2保護膜表面での熱エネルギーを維持す
るには、第1保護膜で損失する熱エネルギー分だけ発熱
体に印加する電圧を高くする必要があり、結果的に、電
気・熱変換に伴う効率が低下する。この効率を向上させ
るには、発熱体上に形成される保護膜をできる限り薄く
すればよい。しかし、保護膜を薄くすると、段差部での
被覆性を維持すること、および欠陥が発生する確率を実
用上無視し得る程度まで低くすることは困難になる。さ
らに、基板の構成から、少なくとも1層の絶縁膜が必要
である。また、使用されるインクは、各種の用途から、
pH3〜10までのインクが使用されるので、インクと
接触する保護膜としては、pH3〜10において溶解す
るものであってはならない。
Therefore, the first protective film is provided in order to improve the coverage of the step portion with the second protective film even when the width of the wiring and the distance between the wirings are reduced. The efficiency with which the generated heat is transferred to the surface of the second protective film decreases. In order to maintain the thermal energy on the surface of the second protective film, it is necessary to increase the voltage applied to the heating element by an amount corresponding to the thermal energy lost in the first protective film. Decrease. In order to improve the efficiency, the protective film formed on the heating element may be made as thin as possible. However, when the thickness of the protective film is reduced, it becomes difficult to maintain the coverage at the step portion and to reduce the probability of occurrence of defects to a practically negligible level. Further, at least one insulating film is required due to the structure of the substrate. In addition, the used ink is used for various purposes.
Since an ink having a pH of 3 to 10 is used, a protective film that comes into contact with the ink must not dissolve at a pH of 3 to 10.

【0009】機械的強度が比較的優れ、かつ、Ta等の
金属材料で構成される耐キャビテーション膜との密着性
のよいSiO2膜が、第1保護膜として使用されるが、
このSi02膜は、強アルカリ水溶液で溶解されるた
め、Ta等の耐キャビテーション膜に欠陥が生じた場
合、アルカリ性のインクと接触すると溶解し、その後、
電極材料のAlも溶解し、最終的には電気的断線を起こ
す原因となる。
An SiO 2 film having relatively excellent mechanical strength and good adhesion to a cavitation-resistant film made of a metal material such as Ta is used as the first protective film.
The Si0 2 film, because it is dissolved in a strong alkaline aqueous solution, if a defect occurs in the anti-cavitation film of Ta or the like, was dissolved upon contact with an alkaline ink, then,
The electrode material Al also dissolves and eventually causes electrical disconnection.

【0010】また、SiO2膜と同様の理由で、Si3
4膜も第1保護膜として使用されることがある。Si3
4膜は、主にCVD法により成膜されるため、成膜温度
が300〜400℃と、スパッタリング法と比較して高
温で成膜される。200〜300℃の低温でSi34
を成膜することも可能であるが、発熱体材料であるTa
N等の金属窒化物との密着性が低下する。そこで、30
0〜400℃の高温でSi34膜を成膜すると、その
際、電極材料であるAl層上にヒロック(突起)がSi
34膜中に成長し、その後成膜されるTa等の金属材料
で構成される第2保護膜と短絡することがある。
[0010] For the same reason as the SiO 2 film, Si 3 N
Four films may also be used as the first protective film. Si 3 N
Since the four films are mainly formed by the CVD method, the film is formed at a film formation temperature of 300 to 400 ° C., which is higher than that of the sputtering method. Although it is possible to form a Si 3 N 4 film at a low temperature of 200 to 300 ° C., Ta which is a heating element material is used.
Adhesion with metal nitrides such as N decreases. So 30
When a Si 3 N 4 film is formed at a high temperature of 0 to 400 ° C., hillocks (projections) are formed on the Al layer which is an electrode material.
3 N 4 film grown during the sometimes short-circuited with the second protective film composed of a metal material such as Ta, which is then deposited.

【0011】更に言えば、発熱体を駆動すると、発熱体
上の液体は、加熱され膜沸騰を生起して気化され、即座
に凝縮する。この結果、発熱体近傍では、毎秒数千回の
高頻度で発泡と凝縮とが繰り返されており、このときの
圧力変化(キャビテーション・コロージョン)は、基板
を破壊することがなくもない。
Furthermore, when the heating element is driven, the liquid on the heating element is heated, causing film boiling and vaporized, and immediately condenses. As a result, in the vicinity of the heating element, bubbling and condensation are repeated at a high frequency of several thousand times per second, and the pressure change (cavitation corrosion) at this time does not destroy the substrate.

【0012】ところで最近は、インクタンクと一体化し
てカートリッジタイプとしたインクジェット記録ヘッド
も多く販売されている。このようなインクジェット記録
ヘッドでは、インクタンク内のインクがなくなるまでの
耐久性を最低限維持できればよい。一方、インクジェッ
ト記録装置の需要の拡大によって、多種多様の用途への
展開が図られている。それに伴って、それぞれの用途に
応じた記録液を使用する必要性が生じてきている。とこ
ろが、上述したように、記録液を気化させるために、発
熱体を非常に短時間で高温に加熱するので、記録液に含
まれる色材や含有物等が分子レベルで分解されて難溶性
の物質となり、発熱体上に固着する現象が発生する。こ
のように、発熱体上に難溶性の有機物や無機物が固着す
ると、発熱体から記録液への熱伝導が不均一となり、記
録液の発泡が不安定となる。
Recently, many ink jet recording heads of a cartridge type integrated with an ink tank have been sold. In such an ink jet recording head, it is sufficient that the durability until the ink in the ink tank runs out can be maintained at a minimum. On the other hand, the demand for ink jet recording apparatuses has been expanded, so that the ink jet recording apparatuses have been developed for various uses. Accordingly, it has become necessary to use a recording liquid corresponding to each application. However, as described above, in order to evaporate the recording liquid, the heating element is heated to a high temperature in a very short time, so that the coloring materials and the contents contained in the recording liquid are decomposed at the molecular level and are hardly soluble. It becomes a substance and sticks to the heating element. As described above, when the hardly soluble organic or inorganic substance is fixed on the heating element, the heat conduction from the heating element to the recording liquid becomes uneven, and the foaming of the recording liquid becomes unstable.

【0013】本発明の目的は、発熱体上に難溶性の物質
が固着しにくく、それにより熱変換効率の低下を抑え、
かつ記録液の安定した発泡が可能なインクジェット記録
ヘッド、該ヘッド用基体、インクジェットカートリッジ
及びインクジェット記録装置を提供することである。
An object of the present invention is to prevent a hardly soluble substance from sticking to a heating element, thereby suppressing a decrease in heat conversion efficiency.
An object of the present invention is to provide an ink jet recording head capable of stably foaming a recording liquid, a head substrate, an ink jet cartridge, and an ink jet recording apparatus.

【0014】本発明の他の目的は、記録液が安定して発
泡することにより、高品位の画像を記録可能なインクジ
ェット記録ヘッド、該ヘッド用基体、インクジェットカ
ートリッジ及びインクジェット記録装置を提供すること
である。
Another object of the present invention is to provide an ink jet recording head capable of recording a high quality image by stably foaming a recording liquid, a substrate for the head, an ink jet cartridge and an ink jet recording apparatus. is there.

【0015】[0015]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
本発明のインクジェット記録ヘッドは、インクを吐出す
る吐出口に連通するインク路が設けられ、該インク路の
内面壁には前記吐出口から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発熱部が配されているイ
ンクジェット記録ヘッドであって、前記インク路の内面
壁のうち前記発熱部に対応する領域のみに、撥液処理が
施されていることを特徴とする。
In order to achieve the above object, an ink jet recording head according to the present invention is provided with an ink path communicating with a discharge port for discharging ink, and an inner wall of the ink path is formed from the discharge port. An ink jet recording head provided with a heat generating portion that generates heat energy used for discharging ink, wherein only a region corresponding to the heat generating portion on an inner surface wall of the ink path is subjected to liquid repellent treatment. It is characterized by having been given.

【0016】また、本発明のインクジェット記録ヘッド
用基体は、インクを吐出する吐出口に連通するインク路
に対応して配されるところの、前記吐出口からインクを
吐出するために利用される熱エネルギーを発生する発熱
部が設けられているインクジェット記録ヘッド用基体で
あって、前記発熱部に対応する領域のみに、撥液処理が
施されていることを特徴とする。
Further, the substrate for an ink jet recording head according to the present invention is arranged so as to correspond to an ink path communicating with a discharge port for discharging ink, and is used for discharging ink from the discharge port. A substrate for an ink jet recording head provided with a heat generating portion for generating energy, wherein only a region corresponding to the heat generating portion is subjected to a liquid repellent treatment.

【0017】このように、インク路の内壁面のうち発熱
部に対応する領域のみに、撥液処理を施すことにより、
インクに含まれる色材等が分解されて難溶性の物質にな
っても、発熱部に対応する領域には固着しにくくなる。
その結果、発熱部の熱はインクに均一に伝達され、イン
クの吐出が安定する。
As described above, by performing the liquid repellent treatment only on the area corresponding to the heat generating portion on the inner wall surface of the ink path,
Even if the coloring material or the like contained in the ink is decomposed into a hardly soluble substance, it is difficult to adhere to the area corresponding to the heat generating portion.
As a result, the heat of the heat generating portion is uniformly transmitted to the ink, and the ejection of the ink is stabilized.

【0018】インク路の内壁面は、発熱部に対応する領
域を除いて親液性を有することが好ましい。これによ
り、インクの供給特性が良好に維持される。
It is preferable that the inner wall surface of the ink path has lyophilic property except for a region corresponding to the heat generating portion. As a result, the ink supply characteristics are favorably maintained.

【0019】発熱部に対応する領域は、代表的には、一
対の電極間に位置する発熱抵抗層とその近傍とに対応す
るインク路の内壁面である。また、発熱部に対応する領
域は、代表的には、発熱部に設けられた複数の保護膜の
うちの最上層に形成されている。この最上層としては、
タンタル含有膜であることが好ましい。また、撥液処理
により有機膜が形成されているのも、好ましい形態であ
る。
The region corresponding to the heat generating portion is typically the inner wall surface of the ink path corresponding to the heat generating resistive layer located between the pair of electrodes and the vicinity thereof. The region corresponding to the heat generating portion is typically formed on the uppermost layer of a plurality of protective films provided in the heat generating portion. As this top layer,
It is preferably a tantalum-containing film. It is also a preferable embodiment that an organic film is formed by a liquid repellent treatment.

【0020】撥液処理としては、フッ素を用いる処理で
あることが好ましい。また、発熱部への難溶性の物質の
固着を効果的に抑制するために、撥液処理として、イン
クとの接触角が80°以上、特には100°以上とする
処理を行うことが好ましい。発熱部で発生した熱をより
効果的にインクに伝達させるために、撥液処理膜の厚さ
は5000Å以下であることが好ましい。
The liquid repelling treatment is preferably a treatment using fluorine. In addition, in order to effectively suppress the adhesion of the hardly soluble substance to the heat generating portion, it is preferable to perform, as the liquid repellent treatment, a treatment in which the contact angle with the ink is 80 ° or more, particularly 100 ° or more. In order to transfer the heat generated in the heat generating portion to the ink more effectively, it is preferable that the thickness of the liquid-repellent treatment film is 5000 ° or less.

【0021】さらに本発明は、上述のインクジェット記
録ヘッドを備えるインクジェットカートリッジ及びイン
クジェット記録装置を提供するものである。
Further, the present invention provides an ink jet cartridge and an ink jet recording apparatus provided with the above ink jet recording head.

【0022】本発明のインクジェットカートリッジは、
上記本発明のインクジェット記録ヘッドと、このインク
ジェット記録ヘッドに供給されるインクを収納するため
のインクタンクとを有する。
The ink jet cartridge of the present invention comprises:
The ink jet recording head according to the present invention includes an ink tank for storing ink supplied to the ink jet recording head.

【0023】本発明のインクジェット記録装置は、上記
本発明のインクジェット記録ヘッドを備えるか、あるい
は上記本発明のインクジェットカートリッジを着脱可能
に保持するための保持手段を備え、さらに、インクジェ
ット記録ヘッドを駆動するための記録信号を供給するた
めの記録信号供給手段を備え、記録信号に基づいてイン
クジェット記録ヘッドからインクを吐出して記録を行う
ものである。
The ink jet recording apparatus of the present invention includes the above ink jet recording head of the present invention or a holding means for detachably holding the above ink jet cartridge of the present invention, and further drives the ink jet recording head. And a recording signal supply unit for supplying a recording signal for printing by ejecting ink from an ink jet recording head based on the recording signal.

【0024】[0024]

【発明の実施の形態】次に、本発明の実施形態について
図面を参照して説明する。
Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

【0025】(実施例1)図1は、本発明のインクジェ
ット記録ヘッドの一実施例を示す模式的斜視図である。
また、図2は、図1に示したインクジェット記録ヘッド
の液流路方向に沿った模式的側断面図である。
(Embodiment 1) FIG. 1 is a schematic perspective view showing an embodiment of the ink jet recording head of the present invention.
FIG. 2 is a schematic side sectional view of the ink jet recording head shown in FIG. 1 along the liquid flow direction.

【0026】本実施形態のインクジェット記録ヘッド1
は、インクに気泡を発生させるための熱エネルギーを与
える複数個(図2では1つのみ示す)の発熱体3が並列
に設けられた素子基板2と、この素子基板上に接合され
た天板4とを有する。素子基板2には、各発熱体3を駆
動するための電気信号を外部から入力するための複数の
電極パッド9が設けられている。素子基板2は、シリコ
ン材料をベースとする基板であり、各発熱体3や、電極
パッド9と発熱体3とを電気的に接続するための電気配
線や、発熱体3を駆動するドライバ回路等を構成する機
能素子は、半導体ウェハプロセス技術を用いて素子基板
2上に形成されている。
The ink jet recording head 1 of the present embodiment
Is an element substrate 2 provided with a plurality of heating elements 3 (only one is shown in FIG. 2) for applying thermal energy for generating bubbles to ink, and a top plate joined on the element substrate. And 4. The element substrate 2 is provided with a plurality of electrode pads 9 for externally inputting an electric signal for driving each heating element 3. The element substrate 2 is a substrate based on a silicon material, and includes each heating element 3, electric wiring for electrically connecting the electrode pad 9 and the heating element 3, a driver circuit for driving the heating element 3, and the like. Are formed on the element substrate 2 by using a semiconductor wafer process technology.

【0027】天板4には、各発熱体3に対応した複数の
液流路5および各液流路5にインクを供給するための共
通液室6を構成する溝が形成されており、天板4は、素
子基板2と接合されることで液流路5および共通液室6
が構成される。素子基板2と天板4との接合時には、液
流路5を構成する溝が発熱体3と一致するように両者が
位置合わせされ、これにより、それぞれ発熱体3を有す
る液流路5が構成される。また、天板4には、インクを
吐出するために各液流路5にそれぞれ連通する複数の吐
出口7、および外部から共通液室6にインクを供給する
ためのインク供給口8が開口している。
The top plate 4 is formed with a plurality of liquid flow paths 5 corresponding to the respective heating elements 3 and grooves forming common liquid chambers 6 for supplying ink to the respective liquid flow paths 5. The plate 4 is joined to the element substrate 2 to form the liquid flow path 5 and the common liquid chamber 6.
Is configured. When the element substrate 2 and the top plate 4 are joined, they are aligned so that the groove forming the liquid flow path 5 coincides with the heating element 3, whereby the liquid flow path 5 having the heating element 3 is formed. Is done. The top plate 4 has a plurality of discharge ports 7 communicating with the respective liquid flow paths 5 for discharging ink, and an ink supply port 8 for supplying ink to the common liquid chamber 6 from the outside. ing.

【0028】次に、このインクジェット記録ヘッド1の
素子基板2について、図3及び図4を参照してより詳細
に説明する。図3は、図1に示したインクジェット記録
ヘッドの素子基板の発熱部の辺りを示す模式的側断面図
である。図4は、図3に示したインクジェット記録ヘッ
ドの素子基板の発熱部の辺りを示す模式的上面図であ
る。図4の、X1−X2の一点鎖線で切断した模式的側断
面図が図3である。
Next, the element substrate 2 of the ink jet recording head 1 will be described in more detail with reference to FIGS. FIG. 3 is a schematic side sectional view showing the vicinity of a heat generating portion of the element substrate of the ink jet recording head shown in FIG. FIG. 4 is a schematic top view showing the vicinity of a heat generating portion of the element substrate of the ink jet recording head shown in FIG. FIG. 3 is a schematic side sectional view taken along a dashed line of X 1 -X 2 in FIG.

【0029】素子基板1のベースとなるシリコン基板1
01上には、蓄熱層である熱酸化膜102、酸化シリコ
ン(SiO2)または窒化シリコン(Si34)からな
り蓄熱層を兼ねる層間膜103が積層されている。層間
膜103の上には、発熱抵抗層104と、AlまたはA
l−Si,Al−Cu等のAl合金からなる配線105
とがそれぞれパターニングされ、その上にやはり酸化シ
リコン(SiO2)または窒化シリコン(Si34)か
らなる保護膜106と、発熱抵抗層104の発熱に伴う
化学的・物理的衝撃から保護膜106を守るためのTa
からなる耐キャビテーション膜107が積層されてい
る。なお、発熱抵抗層104上の配線105が形成され
ていない領域、すなわち一対の電極である配線105間
の発熱抵抗層104の部分が、発熱体として機能する。
符号108はインクに熱が作用する熱作用部108であ
る。このように、半導体製造技術により、シリコン基板
上に各層が形成されて、インクジェット記録ヘッド用基
体が構成されている。
Silicon substrate 1 serving as base of element substrate 1
A thermal oxide film 102 as a heat storage layer and an interlayer film 103 made of silicon oxide (SiO 2 ) or silicon nitride (Si 3 N 4 ) and also serving as a heat storage layer are laminated on the heat storage layer 01. On the interlayer film 103, a heating resistance layer 104, Al or A
Wiring 105 made of Al alloy such as l-Si or Al-Cu
Are respectively patterned, and a protective film 106 also made of silicon oxide (SiO 2 ) or silicon nitride (Si 3 N 4 ) is formed thereon, and a protective film 106 is formed from chemical and physical impacts caused by heat generation of the heat generating resistance layer 104. Ta to protect
The anti-cavitation film 107 made of is laminated. Note that a region on the heating resistor layer 104 where the wiring 105 is not formed, that is, a portion of the heating resistor layer 104 between the pair of electrodes 105 functions as a heating element.
Reference numeral 108 denotes a heat acting portion 108 in which heat acts on the ink. As described above, the respective layers are formed on the silicon substrate by the semiconductor manufacturing technology, and the base for the inkjet recording head is configured.

【0030】さらに、熱作用部108における耐キャビ
テーション膜107の上には、撥水膜109が形成され
ている。
Further, a water-repellent film 109 is formed on the anti-cavitation film 107 in the heat acting section 108.

【0031】発熱抵抗層104は、TaN0.8を含む構
成となっている。このTaN0.8を含む発熱抵抗層10
4は、製造上のばらつきが少なく、同一基板に多数の発
熱体3を形成しても機能効果が安定している。さらに、
通電条件を変化させても抵抗変化が少なく、多数の発熱
体3の機能が安定して同等の作用を発揮することができ
る。
The heating resistance layer 104 has a structure containing TaN 0.8 . Heat generation resistance layer 10 containing TaN 0.8
In No. 4, there is little variation in manufacturing, and the functional effects are stable even when a large number of heating elements 3 are formed on the same substrate. further,
Even if the energization conditions are changed, the resistance change is small, and the functions of the large number of heating elements 3 can be stably exhibited to the same effect.

【0032】図5は、図1に示したインクジェット記録
ヘッドの素子基板を縦断するように切断した模式的側断
面図が示してある。
FIG. 5 is a schematic side sectional view of the element substrate of the ink jet recording head shown in FIG.

【0033】一般的なMos(メタル・オキサイド・シリ
コン)プロセスを用い、イオンプラテーション等の不純
物導入および拡散を行なって、p導電体のシリコン基板
401のn型ウェル領域402上にp−Mos450
が、p型ウェル領域403上にn−Mos451がそれ
ぞれ構成される。このp−Mos450およびn−Mo
s451は、それぞれ厚さ数百Åのゲート絶縁膜408
を介して4000Å以上5000Å以下の厚さにCVD
法で堆積したポリシリコンからなるゲート配線415、
n型あるいはp型の不純物導入をしたソース領域40
5、ドレイン領域406等で構成され、これらのp−M
osとn−MosによりC−Mosロジックが構成され
る。
Using a general Mos (metal oxide silicon) process, impurities such as ion plating are introduced and diffused to form p-Mos 450 on the n-type well region 402 of the p-conductive silicon substrate 401.
However, n-Mos451 is formed on the p-type well region 403, respectively. This p-Mos450 and n-Mo
s451 is a gate insulating film 408 each having a thickness of several hundreds of square meters.
CVD to a thickness of 4000 to 5000 mm
A gate wiring 415 made of polysilicon deposited by a method
Source region 40 doped with n-type or p-type impurities
5, the drain region 406 and the like.
os and n-Mos constitute a C-Mos logic.

【0034】また、p型ウェル領域403中には、やは
り不純物導入および拡散等の工程により形成されたドレ
イン領域411、ソース領域412、ゲート配線413
等で構成される素子駆動用n−Mosトランジスタが設
けられている。
In the p-type well region 403, a drain region 411, a source region 412, and a gate wiring 413 also formed by steps such as impurity introduction and diffusion.
An n-Mos transistor for driving an element is provided.

【0035】ここで、素子駆動ドライバにn−Mosト
ランジスタを使うと、1つのトランジスタを構成するド
レインゲート間の距離Lは、最小値で約10μmであ
る。10μmの内訳は、ソースとドレインのコンタクト
であるAl電極417が2×2μmであるが、実際には
その半分は隣のトランジスタと兼用であるのでその1/
2であり、Al電極417とゲート配線413間が2×
2μmで4μm、ゲート配線413が4μmであり、合
計で10μmとなる。
Here, when an n-Mos transistor is used for the element driving driver, the distance L between the drain and the gate constituting one transistor is about 10 μm at the minimum. The breakdown of 10 μm is that the Al electrode 417, which is the source-drain contact, is 2 × 2 μm.
2 and the distance between the Al electrode 417 and the gate wiring 413 is 2 ×
2 μm is 4 μm, and the gate wiring 413 is 4 μm, for a total of 10 μm.

【0036】各素子間には、フイールド酸化により50
00Å〜10000Åの厚さの酸化膜分離領域453が
形成されて、各素子がそれぞれ分離されている。このフ
イールド酸化膜は、熱作用部108下においては一層目
の蓄熱層414として作用する。
The distance between each element is 50 by field oxidation.
An oxide film isolation region 453 having a thickness of 00 to 10,000 is formed, and each element is isolated. This field oxide film functions as a first heat storage layer 414 below the heat application section 108.

【0037】各素子が形成された後、CVD法により約
7000Åの厚さに形成されたPSG(Phospho-Silica
te Glass)、BPSG(Boron-doped Phospho-Silicate
Glass)膜等からなる層間絶縁膜416が設けられてい
る。さらに、この層間絶縁膜416が熱処理により平坦
化等の処理がなされてから、コンタクトホールを介し、
第1の配線層となるAl電極417による配線が行われ
ている。その後、プラズマCVD法により10000Å
〜15000Åの厚さに形成されたSiO2膜等からな
る層間絶縁膜418が設けられ、さらに、約1000Å
の厚さのTaN 0.8膜からなる発熱抵抗層104がDC
スパッタ法により形成されている。この発熱抵抗層10
4は、スルーホールを介して、Al電極417と一部接
触している。その後、図示しないが、各発熱体ヘの配線
となる第2の配線層となるAl電極が形成されている。
After each element is formed, a CVD method is used.
PSG (Phospho-Silica) formed to a thickness of 7000 mm
te Glass), BPSG (Boron-doped Phospho-Silicate)
 An interlayer insulating film 416 made of a glass or the like is provided.
You. Further, the interlayer insulating film 416 is flattened by the heat treatment.
After processing such as conversion, through the contact hole,
Wiring is performed by the Al electrode 417 serving as the first wiring layer.
ing. After that, 10,000Å by plasma CVD method.
SiO formed to a thickness of ~ 15000mmTwoFrom a membrane, etc.
An interlayer insulating film 418 is further provided.
TaN of thickness 0.8The heating resistance layer 104 made of a film is DC
It is formed by a sputtering method. This heating resistance layer 10
4 is partially connected to the Al electrode 417 through the through hole.
I'm touching. Then, although not shown, wiring to each heating element
An Al electrode serving as a second wiring layer is formed.

【0038】次に、プラズマCVD法により約1000
0Åの厚さに形成されたSi34膜からなる保護膜10
6が設けられる。保護膜106の上に、Ta等からなる
約2500Åの厚さの耐キャビテーション膜107が堆
積される。
Next, about 1000 by plasma CVD.
Protective film 10 made of Si 3 N 4 film formed to a thickness of 0 °
6 are provided. An anti-cavitation film 107 made of Ta or the like and having a thickness of about 2500 ° is deposited on the protective film 106.

【0039】そして、保護膜106の熱作用部108上
に、撥水膜109としてフッ素樹脂膜が形成されてい
る。本実施例では、フッ素化合物としてフルオロアルキ
ルシラン(CF3(CF25(CH2)Si(OM
e)3)を用い、これを1としてイソプロピルアルコー
ルを50及び硝酸1で希釈し、ガラスシャーレに滴下
し、電気炉で300℃に加熱して熱分解させた後、常温
でのCVD法で膜厚を約500Åとして形成した。この
撥水膜109のインク接触角は、110°であった。本
実施例では、撥水膜を形成する前にフォトリソグラフィ
等の方法によって発熱作用部108及びその周辺部上以
外にレジストをパターニングしておき、撥水材料を一面
に設け、その後にレジストを剥離するリフトオフ法を用
いて、パターン状の撥水膜を形成した。なお、先に撥水
材料を保護膜106上一面に設けた後、これをパターニ
ングすることにより、パターン状の撥水膜を形成しても
よい。
Then, a fluororesin film is formed as a water-repellent film 109 on the heat acting portion 108 of the protective film 106. In this embodiment, a fluoroalkylsilane (CF 3 (CF 2 ) 5 (CH 2 ) Si (OM) is used as the fluorine compound.
e) Using 3 ), dilute isopropyl alcohol with 50 and nitric acid 1 with 1 as above, drop it into a glass Petri dish, heat it to 300 ° C in an electric furnace to thermally decompose it, and then use a CVD method at room temperature to form a film. The thickness was set to about 500 °. The ink contact angle of the water-repellent film 109 was 110 °. In the present embodiment, before forming the water-repellent film, the resist is patterned by a method such as photolithography other than on the heat-generating portion 108 and its peripheral portion, a water-repellent material is provided on one surface, and then the resist is removed. A patterned water-repellent film was formed by using a lift-off method. Note that a water-repellent material may be first provided over the entire surface of the protective film 106 and then patterned to form a patterned water-repellent film.

【0040】なお、本実施例では、溶媒希釈を行った
が、これを行わずに乾式のCVD法を用いてもよい。こ
のような撥水膜の形成方法としては、例えば、フルオロ
アルキルトリメトキシラン(Rf−Si(OCH33
Rf=CF3(CF27CH2CH2)を真空中で気化さ
せ、プラズマ雰囲気中で成膜を行えばよい。この結果、
Rf−Si基が網目状に結合した撥水膜を形成すること
ができる。
In this embodiment, the solvent is diluted, but a dry CVD method may be used without performing the dilution. As a method for forming such a water-repellent film, for example, fluoroalkyl trimethoxysilane (Rf-Si (OCH 3) 3,
Rf = CF 3 (CF 2 ) 7 CH 2 CH 2 ) may be vaporized in a vacuum and the film may be formed in a plasma atmosphere. As a result,
A water-repellent film in which Rf-Si groups are bonded in a network can be formed.

【0041】また、n−Mosトランジスタを使った構
成で説明しているが、複数の発熱体を個別に駆動できる
能力を持ち、且つ上述したような微細構造を達成できる
機能をもつトランジスタであれば用いることができる。
ただし、このような基板内の駆動回路は、本発明にとっ
て必ずしも必須ではない。
Although the description has been given of the configuration using the n-Mos transistor, any transistor having the capability of individually driving a plurality of heating elements and having the function of achieving the fine structure as described above can be used. Can be used.
However, such a drive circuit in the substrate is not necessarily essential to the present invention.

【0042】以上説明したような構造を有する素子基板
1上に、図1および図2に示したような天板4を、液流
路5を構成する溝が発熱体3と一致するように位置合わ
せして素子基板1に対面させて接合することで、インク
ジェット記録ヘッド1が完成する。
The top plate 4 as shown in FIGS. 1 and 2 is positioned on the element substrate 1 having the structure described above such that the grooves constituting the liquid flow path 5 coincide with the heating elements 3. The ink jet recording head 1 is completed by joining together and facing and joining the element substrate 1.

【0043】(実施例2)上述した例では、撥水膜10
9をCVD法によって成膜した例を示したが、撥水膜1
09は、撥水性を有する樹脂のコーティングによって形
成してもよい。樹脂のコーティングによる撥水膜109
の形成方法としては、例えば、熱作用部108上のみに
スピンコート法によって、フッ素ヘテロ環構造を有する
フッ素ポリマー膜を約2000Åの膜厚でコーティング
する方法がある。フッ素樹脂としては、「サイトップC
TX−105」(商品名、旭硝子製)や、「AF160
0」(商品名、デュポン製)、あるいは「テフロンA
F」(商品名、デュポン製)などが挙げられる。この撥
水膜のインク接触角は、100°であった。本実施例で
は、撥水膜を形成する前にフォトリソグラフィ等の方法
によって熱作用部108及びその周辺部上意外にレジス
トをパターニングしておき、撥水材料を一面に設け、そ
の後にレジストを剥離するリフトオフ法を用いて、パタ
ーン状の撥水膜を形成した。なお、先に撥水材料を保護
膜106上一面に設けた後、これをパターニングするこ
とにより、パターン状の撥水膜を形成してもよい。
(Embodiment 2) In the above example, the water-repellent film 10
9 was formed by the CVD method.
09 may be formed by coating with a resin having water repellency. Water-repellent film 109 by resin coating
For example, there is a method in which a fluorine polymer film having a fluorine heterocyclic structure is coated to a thickness of about 2000 ° only on the heat acting portion 108 by spin coating. As a fluororesin, "CYTOP C
TX-105 "(trade name, manufactured by Asahi Glass) and" AF160
0 ”(trade name, manufactured by DuPont) or“ Teflon A ”
F "(trade name, manufactured by DuPont) and the like. The ink contact angle of this water-repellent film was 100 °. In this embodiment, before forming the water-repellent film, the resist is unexpectedly patterned by applying a method such as photolithography to the heat-acting portion 108 and the periphery thereof, a water-repellent material is provided on one surface, and then the resist is removed. A patterned water-repellent film was formed by using a lift-off method. Note that a water-repellent material may be first provided over the entire surface of the protective film 106 and then patterned to form a patterned water-repellent film.

【0044】(実施例3)図6は、本実施例に係るイン
クジェット記録ヘッドの素子基板の発熱部の辺りを示す
模式的側断面図である。本実施例では、撥水膜を形成す
るために、イオン注入法を用いる。結果として、耐キャ
ビテーション膜107の膜厚2500Åのうち、表面の
500Åのみを撥水層109aに改質することができ
る。
(Embodiment 3) FIG. 6 is a schematic side sectional view showing the vicinity of a heating portion of an element substrate of an ink jet recording head according to the present embodiment. In this embodiment, an ion implantation method is used to form a water-repellent film. As a result, out of the thickness of 2500 の of the anti-cavitation film 107, only the surface of which is 500 に can be modified into the water-repellent layer 109 a.

【0045】一面に設けたレジストのうち複数の発熱部
及びその周辺部に対応する部分を、フォトリソグラフィ
プロセスを用いて窓あけ除去し、イオン注入法(イオン
プランテーション)を用いてフッ素原子をTaからなる
耐キャビテーション膜107中に打ち込んだ。フッ素原
子はガス状の化合物としてイオン源に導入され、電子ビ
ームによってイオン化される。約100kVの高圧電源
で加速されたイオンは、質量分析器で選択され、フッ素
原子のみが耐キャビテーション膜107中に打ち込まれ
る。本実施例では、フッ素原子を1.0×1014〜1.
0×1016atoms/cm2注入した。その後、レジ
ストを除去した。
Portions of the resist provided on one surface corresponding to the plurality of heat-generating portions and their peripheral portions are removed by windowing using a photolithography process, and fluorine atoms are removed from Ta by ion implantation (ion plantation). Into the anti-cavitation film 107. Fluorine atoms are introduced as a gaseous compound into an ion source and ionized by an electron beam. Ions accelerated by a high-voltage power supply of about 100 kV are selected by a mass analyzer, and only fluorine atoms are implanted into the anti-cavitation film 107. In this embodiment, the fluorine atom is set to 1.0 × 10 14 to 1.0.
0 × 10 16 atoms / cm 2 was injected. After that, the resist was removed.

【0046】このように高速で打ち込まれたフッ素原子
は、耐キャビテーション膜107中でTa原子と弾性衝
突するか、もしくは電子とのクローン相互作用によって
減速する。フッ素原子は比較的軽い原子のため、Taの
結晶表面に浅く侵入している。熱拡散によってフッ素原
子をTaの表面に安定的に静止させるために、300℃
〜500℃で10〜100分程度のアニールプロセスを
行った。
The fluorine atoms thus implanted at a high speed collide with Ta atoms in the anti-cavitation film 107 or are decelerated by Clone interaction with electrons. Since fluorine atoms are relatively light atoms, they penetrate shallowly into the Ta crystal surface. 300 ° C. in order to stabilize fluorine atoms on the surface of Ta by thermal diffusion.
An annealing process was performed at about 500 ° C. for about 10 to 100 minutes.

【0047】以上のプロセスにより、発熱部のみにフッ
素原子が配列された結晶構造をもつ撥水面を形成した。
この撥水面の接触角は、90°であった。
By the above process, a water-repellent surface having a crystal structure in which fluorine atoms are arranged only in the heat generating portion was formed.
The contact angle of the water-repellent surface was 90 °.

【0048】以上説明したような構造を有する素子基板
2上に、図1及び図2に示したような天板4を、液流路
5を構成する溝が発熱体3と一致するように位置合わせ
して素子基板1に対面させて接合することで、インクジ
ェット記録ヘッド1が完成する。
On the element substrate 2 having the structure described above, the top plate 4 as shown in FIGS. 1 and 2 is positioned so that the groove forming the liquid flow path 5 coincides with the heating element 3. The ink jet recording head 1 is completed by joining together and facing and joining the element substrate 1.

【0049】なお、以上述べた各実施例における天板の
材料としては、ポリサルフォン(インク接触角:60
°)、シリコン(インク接触角:70°)、あるいはガ
ラス(インク接触角:70°)等を用いるのが好まし
い。また、例えばTaからなる耐キャビテーション膜1
07のインク接触角は、60°程度である。インク路の
内壁面は、発熱部に対応する領域を除いて親液性を有す
ることが好ましい。これにより、インク路におけるイン
クの供給特性を良好に維持することができる。ただし、
インク接触角はインクの種類等によって多少変わるが、
これまで述べた実施例では表面張力が30dyn/cm
の水系インクを使って測定した値を示した。以上の構成
をもつインクジェット記録ヘッドにおいて、インク供給
口8から共通液室6に供給されて一時的に貯えられたイ
ンクは、毛管現象により液流路5に侵入し、吐出口7で
メニスカスを形成して液液路5を満たした状態を保つ。
このとき、電極(不図示)を介して発熱体3が通電され
て発熱すると、発熱体3上のインクが急激に加熱されて
液液路5内には膜沸騰に基づく気泡が発生し、この気泡
の成長により吐出口7からインクが吐出される。
In each of the embodiments described above, the material of the top plate is polysulfone (ink contact angle: 60).
°), silicon (ink contact angle: 70 °), glass (ink contact angle: 70 °), or the like. Further, for example, an anti-cavitation film 1 made of Ta
The ink contact angle of No. 07 is about 60 °. It is preferable that the inner wall surface of the ink path has lyophilic property except for a region corresponding to the heat generating portion. This makes it possible to maintain good ink supply characteristics in the ink path. However,
The ink contact angle varies slightly depending on the type of ink, etc.
In the embodiment described so far, the surface tension is 30 dyn / cm.
The values measured using the water-based ink No. were shown. In the ink jet recording head having the above configuration, the ink supplied from the ink supply port 8 to the common liquid chamber 6 and temporarily stored enters the liquid flow path 5 by capillary action, and forms a meniscus at the discharge port 7. To maintain the state where the liquid-liquid path 5 is filled.
At this time, when the heating element 3 is energized through an electrode (not shown) and generates heat, the ink on the heating element 3 is rapidly heated and bubbles are generated in the liquid passage 5 due to film boiling. Ink is ejected from the ejection port 7 by the growth of bubbles.

【0050】ここで、発熱体3の加熱により、インクに
含まれる色材や含有物などが分子レベルで分解され、難
溶性の物質が生成されることがある。発熱体3を構成す
る熱作用部108の最上層には撥水膜109が形成され
ているので、インクとしてどのような種類のものを用い
ても、この難溶性の物質は発熱体3上には固着しにくく
なる。したがって、長期にわたって使用しても熱変換効
率が低下しにくくなり、発熱体3で発生した熱はインク
へ均一に伝達されるので、気泡の発生および成長も安定
したものとなり、結果的に、長期にわたって、安定した
吐出が達成される。
Here, the heating of the heating element 3 may decompose the coloring material and the contents contained in the ink on a molecular level, and may generate a hardly soluble substance. Since the water-repellent film 109 is formed on the uppermost layer of the heat acting portion 108 constituting the heating element 3, this hardly soluble substance is deposited on the heating element 3 regardless of what kind of ink is used. Becomes difficult to adhere. Therefore, even when used for a long period of time, the heat conversion efficiency is unlikely to decrease, and the heat generated by the heating element 3 is uniformly transmitted to the ink, so that the generation and growth of bubbles are also stable, and as a result, , Stable ejection is achieved.

【0051】(更なる実施例)次に、上述したインクジ
ェット記録ヘッド1が搭載されるインクジェット記録装
置について、図7を参照して説明する。
(Further Embodiment) Next, an ink jet recording apparatus equipped with the above-described ink jet recording head 1 will be described with reference to FIG.

【0052】図7は、本発明のインクジェット記録装置
の一例の概略斜視図である。図7において、本体フレー
ム551には、螺旋溝553が刻まれたリードスクリュ
ー552が回転自在に軸支されている。リードスクリュ
ー552は、駆動モータ559の正逆回転に連動し、駆
動力伝達ギア560,561を介して回転駆動される。
さらに、本体フレーム551には、キャリッジ555を
摺動自在に案内する案内レール554が固定されてい
る。キャリッジ555には、螺旋溝553に係合するピ
ン(不図示)が設けられており、駆動モータ559の回
転によりリードスクリュー552を回転させることで、
キャリッジ555が図示矢印a,b方向に往復移動でき
るようになっている。紙押え板572は、キャリッジ5
55の移動方向にわたって、被記録媒体590をプラテ
ンローラ573に対して押圧する。キャリッジ555に
は、インクジェット記録ヘッドカートリッジ580が搭
載される。インクジェット記録ヘッドカートリッジ58
0は、上述したインクジェット記録ヘッドをインクタン
クと一体化したものである。また、このインクジェット
記録ヘッドカートリッジ580は、キャリッジ555に
設けられている位置決め手段および電気的接点によって
キャリッジ555に固定支持されるとともに、キャリッ
ジ555に対して着脱可能に設けられている。
FIG. 7 is a schematic perspective view of an example of the ink jet recording apparatus of the present invention. In FIG. 7, a lead screw 552 in which a spiral groove 553 is cut is rotatably supported on a main body frame 551. The lead screw 552 is driven to rotate via driving force transmission gears 560 and 561 in conjunction with forward / reverse rotation of the drive motor 559.
Further, a guide rail 554 for slidably guiding the carriage 555 is fixed to the main body frame 551. The carriage 555 is provided with a pin (not shown) that engages with the spiral groove 553. By rotating the lead screw 552 by the rotation of the drive motor 559,
The carriage 555 can reciprocate in the directions indicated by arrows a and b. The paper holding plate 572 is connected to the carriage 5
The recording medium 590 is pressed against the platen roller 573 over the movement direction of the recording medium 55. An ink jet recording head cartridge 580 is mounted on the carriage 555. Inkjet recording head cartridge 58
Numeral 0 indicates that the above-described ink jet recording head is integrated with an ink tank. The inkjet recording head cartridge 580 is fixedly supported on the carriage 555 by positioning means and electrical contacts provided on the carriage 555, and is detachably provided on the carriage 555.

【0053】フォトカプラ557,558は、キャリッ
ジ555のレバー556のこの域での存在を確認して駆
動モータ559の回転方向の逆転等を行うためのホーム
ポジション検知手段を構成する。インクジェット記録ヘ
ッドの前面(吐出口が開口した面)をキャップするキャ
ップ部材567は、支持部材562によって支持され、
さらに吸引手段566を備え、キャップ内開口568を
介してインクジェット記録ヘッドの吸引回復を行う。本
体支持板564には支持板565が取り付けられてお
り、この支持板565に摺動自在に支持されたクリーニ
ングブレード563は、図示しない駆動手段によって前
後方向に移動される。クリーニングブレード563の形
態は図示するものに限られず、公知のものが適用できる
ことはいうまでもない。レバー570は、インクジェッ
ト記録ヘッドの吸引回復動作を開始するためのもので、
キャリッジ555と当接するカム571の移動に伴って
移動し、駆動モータ559から駆動力がギアやラッチ切
換え等の公知の伝達手段によって移動制御される。
The photocouplers 557 and 558 constitute a home position detecting means for confirming the presence of the lever 556 of the carriage 555 in this area and performing reverse rotation of the driving motor 559 in the rotation direction. A cap member 567 for capping the front surface of the inkjet recording head (the surface on which the discharge port is opened) is supported by a support member 562,
Further, a suction unit 566 is provided to perform suction recovery of the ink jet recording head through the opening 568 in the cap. A support plate 565 is attached to the main body support plate 564, and the cleaning blade 563 slidably supported by the support plate 565 is moved in the front-rear direction by a driving unit (not shown). The form of the cleaning blade 563 is not limited to the illustrated one, and it goes without saying that a known one can be applied. The lever 570 is for starting a suction recovery operation of the inkjet recording head.
It moves with the movement of the cam 571 in contact with the carriage 555, and the driving force from the drive motor 559 is controlled by a known transmission means such as a gear or a latch switch.

【0054】これらのキャッピング、クリーニング、吸
引回復の各処理は、キャリッジ555がホームポジショ
ン側領域に移動したときにリードスクリュー552の作
用によって、それぞれの対応位置で行われるようになっ
ている。周知のタイミングで所望の動作を行うようにす
れば、本例にはいずれも適用できる。
The capping, cleaning and suction recovery processes are performed at corresponding positions by the action of the lead screw 552 when the carriage 555 moves to the home position side area. If a desired operation is performed at a known timing, any of the embodiments can be applied.

【0055】以上説明したインクジェット記録装置にお
いては、搭載したインクジェット記録ヘッドの電気熱変
換体を駆動するための記録信号をインクジェット記録ヘ
ッドに与える記録信号供給手段を有し、インクジェット
記録装置の動作を司る制御部を備えている。
The ink jet recording apparatus described above has a recording signal supply means for supplying a recording signal for driving the electrothermal transducer of the mounted ink jet recording head to the ink jet recording head, and controls the operation of the ink jet recording apparatus. It has a control unit.

【0056】本実施形態のインクジェット記録装置は、
上述したインクジェット記録ヘッドを搭載しているので
長期にわたってインクの吐出が安定し、その結果、画像
品位の劣化が少なく高品位の画像記録を達成することが
できる。なお、本実施形態ではキャリッジ555にイン
クジェット記録ヘッドカートリッジ580が着脱可能に
搭載される例を示したが、これに限らず、インクジェッ
ト記録ヘッドをキャリッジ555に一体化し、インクタ
ンクのみを着脱可能に搭載する構成としてもよい。
The ink jet recording apparatus according to the present embodiment
Since the above-described ink jet recording head is mounted, the ejection of ink is stabilized for a long period of time, and as a result, high quality image recording can be achieved with little deterioration of image quality. In this embodiment, an example is shown in which the ink jet recording head cartridge 580 is detachably mounted on the carriage 555. However, the present invention is not limited to this. The ink jet recording head is integrated with the carriage 555, and only the ink tank is detachably mounted. It is good also as composition which performs.

【0057】[0057]

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
インク路の内壁面のうち発熱部に対応する領域のみに撥
液処理を施すことで、使用するインクの種類にかかわら
ず、長期にわたって使用しても発熱素子で発生した熱を
インクに均一に伝達させることができ、インクを安定し
て吐出させることができる。その結果、高品位の画像記
録を長期にわたって維持することができる。
As described above, according to the present invention,
By applying lyophobic treatment only to the area corresponding to the heat generating portion of the inner wall of the ink path, regardless of the type of ink used, the heat generated by the heat generating element is uniformly transmitted to the ink even after long-term use. And the ink can be stably ejected. As a result, high-quality image recording can be maintained for a long period of time.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明のインクジェット記録ヘッドの一実施例
の模式的斜視図である。
FIG. 1 is a schematic perspective view of one embodiment of an ink jet recording head of the present invention.

【図2】図1に示したインクジェット記録ヘッドの液流
路方向に沿った模式的側断面図である。
FIG. 2 is a schematic side sectional view taken along a liquid flow direction of the ink jet recording head shown in FIG.

【図3】図1に示したインクジェット記録ヘッドの素子
基板の発熱部の辺りを示す模式的側断面図である。
FIG. 3 is a schematic side sectional view showing the vicinity of a heating section of an element substrate of the ink jet recording head shown in FIG.

【図4】図3に示したインクジェット記録ヘッドの素子
基板の発熱部の辺りを示す模式的上面図である。
FIG. 4 is a schematic top view showing the vicinity of a heating section of an element substrate of the ink jet recording head shown in FIG.

【図5】図1に示したインクジェット記録ヘッドの素子
基板を縦断するように切断した模式的側断面図である。
FIG. 5 is a schematic side sectional view of the element substrate of the ink jet recording head shown in FIG.

【図6】本発明の他の実施例に係るインクジェット記録
ヘッドの素子基板の発熱部の辺りを示す模式的側断面図
である。
FIG. 6 is a schematic side sectional view showing the vicinity of a heating section of an element substrate of an ink jet recording head according to another embodiment of the present invention.

【図7】本発明のインクジェット記録装置の一例の要部
を示す模式的斜視図である。
FIG. 7 is a schematic perspective view showing a main part of an example of the ink jet recording apparatus of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 インクジェット記録ヘッド 2 素子基板 3 発熱体 4 天板 5 液流路 6 共通液室 7 吐出口 8 インク供給口 9 電極パッド 101 シリコン基板 102 熱酸化膜 103 層間膜 104 発熱抵抗層 105 配線 106 保護膜 107 耐キャビテーション膜 108 熱作用部 109 撥水膜 551 本体フレーム 552 リードスクリュー 554 案内レール 555 キャリッジ 559 駆動モータ 573 プラテンローラ 580 インクジェット記録ヘッドカートリッジ DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Ink jet recording head 2 Element substrate 3 Heating element 4 Top plate 5 Liquid flow path 6 Common liquid chamber 7 Discharge port 8 Ink supply port 9 Electrode pad 101 Silicon substrate 102 Thermal oxide film 103 Interlayer film 104 Heating resistance layer 105 Wiring 106 Protective film 107 Anti-cavitation film 108 Heat acting part 109 Water repellent film 551 Body frame 552 Lead screw 554 Guide rail 555 Carriage 559 Drive motor 573 Platen roller 580 Ink jet recording head cartridge

フロントページの続き (72)発明者 小山 修司 東京都大田区下丸子3丁目30番2号 キヤ ノン株式会社内(72) Inventor Shuji Koyama 3-30-2 Shimomaruko, Ota-ku, Tokyo Inside Canon Inc.

Claims (26)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 インクを吐出する吐出口に連通するイン
ク路が設けられ、該インク路の内面壁には前記吐出口か
らインクを吐出するために利用される熱エネルギーを発
生する発熱部が配されているインクジェット記録ヘッド
であって、 前記インク路の内面壁のうち前記発熱部に対応する領域
のみに、撥液処理が施されていることを特徴とするイン
クジェット記録ヘッド。
An ink path communicating with a discharge port for discharging ink is provided, and a heat generating portion for generating thermal energy used for discharging ink from the discharge port is provided on an inner wall of the ink path. An ink jet recording head, wherein a liquid repellent treatment is applied only to a region corresponding to the heat generating portion on the inner wall of the ink path.
【請求項2】 前記インク路の内面壁は、前記発熱部に
対応する領域を除いて親液性を有する請求項1に記載の
インクジェット記録ヘッド。
2. The ink jet recording head according to claim 1, wherein an inner wall of the ink path has lyophilic property except for a region corresponding to the heat generating portion.
【請求項3】 前記発熱部に対応する領域は、一対の電
極間に位置する発熱抵抗層とその近傍とに対応する前記
インク路の内壁面である請求項1に記載のインクジェッ
ト記録ヘッド。
3. The ink jet recording head according to claim 1, wherein the region corresponding to the heat generating portion is an inner wall surface of the ink path corresponding to a heat resistive layer located between a pair of electrodes and the vicinity thereof.
【請求項4】 前記発熱部に対応する領域は、前記発熱
部に設けられた複数の保護層のうちの最上層に形成され
ている請求項1に記載のインクジェット記録ヘッド。
4. The ink jet recording head according to claim 1, wherein a region corresponding to the heat generating portion is formed on an uppermost layer of a plurality of protective layers provided on the heat generating portion.
【請求項5】 前記最上層はタンタル含有膜である請求
項4に記載のインクジェット記録ヘッド。
5. The ink jet recording head according to claim 4, wherein said uppermost layer is a tantalum-containing film.
【請求項6】 前記撥液処理により有機膜が形成されて
いる請求項1に記載のインクジェット記録ヘッド。
6. The ink jet recording head according to claim 1, wherein an organic film is formed by the liquid repellent treatment.
【請求項7】 前記撥液処理は、フッ素を用いる処理で
ある請求項1に記載のインクジェット記録ヘッド。
7. The ink jet recording head according to claim 1, wherein the liquid repelling treatment is a treatment using fluorine.
【請求項8】 前記撥液処理は、インクとの接触角を8
0°以上とする処理である請求項1に記載のインクジェ
ット記録ヘッド。
8. The liquid-repellent treatment is performed by setting the contact angle with ink to 8
The inkjet recording head according to claim 1, wherein the processing is performed at 0 ° or more.
【請求項9】 前記撥液処理は、インクとの接触角を1
00°以上とする処理である請求項8に記載のインクジ
ェット記録ヘッド。
9. The liquid-repellent treatment is performed by setting the contact angle with ink to 1
9. The ink jet recording head according to claim 8, wherein the processing is performed at a temperature of not less than 00 °.
【請求項10】 前記撥液処理が施された膜の厚さは5
000Å以下である請求項1に記載のインクジェット記
録ヘッド。
10. The thickness of the film subjected to the lyophobic treatment is 5
2. The ink jet recording head according to claim 1, wherein the temperature is not more than 000 °.
【請求項11】 前記発熱部が配された素子基板には、
前記発熱部を駆動するための機能素子が形成されている
請求項1に記載のインクジェット記録ヘッド。
11. The element substrate on which the heat generating portion is disposed,
2. The ink jet recording head according to claim 1, wherein a functional element for driving the heat generating portion is formed.
【請求項12】 前記発熱部が発生した熱エネルギーに
よってインクに膜沸騰を生起させ、これに基づいてイン
クを吐出する請求項1に記載のインクジェット記録ヘッ
ド。
12. The ink jet recording head according to claim 1, wherein a film boiling occurs in the ink by the heat energy generated by the heat generating portion, and the ink is discharged based on the film boiling.
【請求項13】 インクを吐出する吐出口に連通するイ
ンク路に対応して配されるところの、前記吐出口からイ
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
る発熱部が設けられているインクジェット記録ヘッド用
基体であって、 前記発熱部に対応する領域のみに、撥液処理が施されて
いることを特徴とするインクジェット記録ヘッド用基
体。
13. A heat-generating portion, which is arranged corresponding to an ink path communicating with an ink discharge port for discharging ink and generates heat energy used for discharging ink from said discharge port, is provided. A substrate for an ink jet recording head, wherein only a region corresponding to the heat generating part is subjected to a liquid repellent treatment.
【請求項14】 前記発熱部に対応する領域を除いて親
液性を有する請求項13に記載のインクジェット記録ヘ
ッド。
14. The ink jet recording head according to claim 13, wherein the ink jet recording head has lyophilic property except for a region corresponding to the heat generating portion.
【請求項15】 前記発熱部に対応する領域は、一対の
電極間に位置する発熱抵抗層とその近傍とに対応する前
記インク路の内壁面である請求項13に記載のインクジ
ェット記録ヘッド。
15. The ink jet recording head according to claim 13, wherein the region corresponding to the heat generating portion is an inner wall surface of the ink path corresponding to a heat resistive layer located between a pair of electrodes and the vicinity thereof.
【請求項16】 前記発熱部に対応する領域は、前記発
熱部に設けられた複数の保護層のうちの最上層に形成さ
れている請求項13に記載のインクジェット記録ヘッ
ド。
16. The ink jet recording head according to claim 13, wherein a region corresponding to said heat generating portion is formed on an uppermost layer of a plurality of protective layers provided on said heat generating portion.
【請求項17】 前記最上層はタンタル含有膜である請
求項16に記載のインクジェット記録ヘッド。
17. The ink jet recording head according to claim 16, wherein the uppermost layer is a tantalum-containing film.
【請求項18】 前記撥液処理により有機膜が形成され
ている請求項13に記載のインクジェット記録ヘッド。
18. The ink jet recording head according to claim 13, wherein an organic film is formed by the liquid repelling treatment.
【請求項19】 前記撥液処理は、フッ素を用いる処理
である請求項13に記載のインクジェット記録ヘッド。
19. The ink jet recording head according to claim 13, wherein the liquid repelling treatment is a treatment using fluorine.
【請求項20】 前記撥液処理は、インクとの接触角を
80°以上とする処理である請求項13に記載のインク
ジェット記録ヘッド。
20. The ink jet recording head according to claim 13, wherein the liquid-repellent treatment is a treatment for setting a contact angle with ink to 80 ° or more.
【請求項21】 前記撥液処理は、インクとの接触角を
100°以上とする処理である請求項20に記載のイン
クジェット記録ヘッド。
21. The ink jet recording head according to claim 20, wherein the liquid-repellent treatment is a treatment for setting a contact angle with ink to 100 ° or more.
【請求項22】 前記撥液処理が施された膜の厚さは5
000Å以下である請求項13に記載のインクジェット
記録ヘッド。
22. The thickness of the film subjected to the liquid repellent treatment is 5
14. The ink jet recording head according to claim 13, wherein the temperature is not more than 000 °.
【請求項23】 前記発熱部が配された素子基板には、
前記発熱部を駆動するための機能素子が形成されている
請求項13に記載のインクジェット記録ヘッド。
23. An element substrate on which the heat generating section is provided,
14. The ink jet recording head according to claim 13, wherein a functional element for driving the heating unit is formed.
【請求項24】 請求項1ないし12のいずれか1項に
記載のインクジェット記録ヘッドと、該インクジェット
記録ヘッドに供給されるインクを収納するためのインク
タンクとを有するインクジェットカートリッジ。
24. An ink jet cartridge comprising: the ink jet recording head according to claim 1; and an ink tank for storing ink supplied to the ink jet recording head.
【請求項25】 請求項1ないし12のいずれか1項に
記載のインクジェット記録ヘッドと、該インクジェット
記録ヘッドを駆動するための記録信号を供給するための
記録信号供給手段とを備え、前記記録信号に基づいて前
記インクジェット記録ヘッドからインクを吐出して記録
を行うインクジェット記録装置。
25. The recording signal comprising: the inkjet recording head according to claim 1; and recording signal supply means for supplying a recording signal for driving the inkjet recording head. An ink jet recording apparatus that performs recording by ejecting ink from the ink jet recording head based on the information.
【請求項26】 請求項24に記載のインクジェットカ
ートリッジを着脱可能に保持するための保持手段と、前
記インクジェット記録ヘッドを駆動するための記録信号
を供給するための記録信号供給手段とを備え、前記記録
信号に基づいて前記インクジェット記録ヘッドからイン
クを吐出して記録を行うインクジェット記録装置。
26. A printing apparatus, comprising: holding means for detachably holding the ink jet cartridge according to claim 24; and recording signal supply means for supplying a recording signal for driving the ink jet recording head. An inkjet recording apparatus that performs recording by discharging ink from the inkjet recording head based on a recording signal.
JP36104198A 1997-12-22 1998-12-18 Ink jet recording head, substrate for the ink jet recording head, ink jet cartridge, and ink jet recording apparatus Pending JPH11240156A (en)

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1090763A2 (en) 1999-10-05 2001-04-11 Canon Kabushiki Kaisha Ink jet recording head substrate, ink jet recording head, ink jet recording unit, and ink jet recording apparatus
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CN101544101B (en) 2008-03-25 2013-05-08 富士胶片株式会社 Image forming method and apparatus
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