JPH1076649A - Heat-generating unit substrate and liquid jet recording head using the substrate - Google Patents
Heat-generating unit substrate and liquid jet recording head using the substrateInfo
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- JPH1076649A JPH1076649A JP23434196A JP23434196A JPH1076649A JP H1076649 A JPH1076649 A JP H1076649A JP 23434196 A JP23434196 A JP 23434196A JP 23434196 A JP23434196 A JP 23434196A JP H1076649 A JPH1076649 A JP H1076649A
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、発熱体基板または
液体噴射記録ヘッドに関し、より詳細には、基板上に設
けた発熱体の熱エネルギーを利用して記録を行う記録ヘ
ッドの発熱体基板、あるいは、その発熱体基板の熱エネ
ルギーを利用してインク流路のインク中で気泡を発生さ
せ、その作用力でインクを噴射して記録する液体噴射記
録ヘッドに関し、更には、それらに設けられた発熱体
が、多数配列された発熱体基板もしくは該発熱体基板を
用いた液体噴射記録ヘッドに関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a heating element substrate or a liquid jet recording head, and more particularly, to a heating element substrate of a recording head for performing recording by using thermal energy of a heating element provided on the substrate. Alternatively, the present invention relates to a liquid jet recording head that generates bubbles in ink in an ink flow path by using thermal energy of the heating element substrate, and ejects and records ink by the action force thereof, and further includes a liquid jet recording head provided therein. The present invention relates to a heating element substrate in which a large number of heating elements are arranged or a liquid jet recording head using the heating element substrate.
【０００２】[0002]
【従来の技術】ノンインパクト記録法は、記録時におけ
る騒音の発生が無視し得る程度に極めて小さいという点
において、最近の記録技術の主流になっている。ノンイ
ンパクト記録には、感熱記録技術やインクジェット記録
（液体噴射記録）技術がある。感熱記録技術としては、
いわゆる、サーマルヘッドと呼ばれる発熱体基板を通電
加熱しながら感熱紙に押し付け発色させて記録を行う方
式や、インクリボンを紙に押し付け、サーマルヘッドで
インクリボンを加熱してインクリボンのインクを溶融さ
せ、インクを紙に転写させて記録を行う方式がある。2. Description of the Related Art The non-impact recording method has become the mainstream of recent recording technology in that the generation of noise during recording is extremely small to a negligible level. Non-impact recording includes thermal recording technology and ink jet recording (liquid jet recording) technology. As thermal recording technology,
A method in which a so-called thermal head, which is a heating element substrate, is heated and heated to apply color to the thermal paper while recording, or the ink ribbon is pressed against the paper, and the thermal head heats the ink ribbon to melt the ink in the ink ribbon. There is a method of performing recording by transferring ink to paper.
【０００３】一方、インクジェット記録技術としては、
例えば、本出願人により提案された特公昭５６−９４２
９号公報に記載されたインクジェットヘッド装置があ
る。該インクジェットヘッド装置は、液室内のインクを
加熱して気泡を発生させてインクに圧力上昇を生じさ
せ、その圧力により微細な毛細管ノズルからインク滴を
飛び出させて記録するものであり、その加熱手段とし
て、上述のような発熱体基板が利用される。[0003] On the other hand, as an ink jet recording technique,
For example, Japanese Patent Publication No. 56-942 proposed by the present applicant.
There is an ink jet head device described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-99. The ink jet head device is configured to heat ink in a liquid chamber to generate air bubbles to generate a pressure rise in the ink, and to eject ink droplets from a fine capillary nozzle by the pressure to perform recording. As described above, a heating element substrate as described above is used.
【０００４】ところで、このような発熱体基板は、従
来、基板材料としてアルミナやＳiウエハを用いてい
た。アルミナを用いた発熱体基板は、いわゆる、半導体
プロセスと同様のプロセス技術を駆使して、例えば、ア
ルミナ基板にグレーズ層と呼ばれる平滑なガラス質の層
を設け、その上に発熱材料や電極材料を設けて製作され
る。このような方法によって製作されるサーマルヘッド
は、紙幅全域をカバーする印写ができる、いわゆる、ラ
ージアレイタイプのヘッドとして知られている。[0004] By the way, such a heating element substrate has conventionally used an alumina or Si wafer as a substrate material. The heating element substrate using alumina, for example, using a process technology similar to the so-called semiconductor process, for example, a smooth glassy layer called a glaze layer is provided on the alumina substrate, and a heating material and an electrode material are formed thereon. Installed and manufactured. A thermal head manufactured by such a method is known as a so-called large array type head capable of printing over the entire paper width.
【０００５】一方、Ｓiウエハを用いた発熱体基板は、
ＩＣ，ＬＳＩ等の製造方法と同じように、Ｓiウエハ上
に、発熱材料，電極材料を設けて製作する方法が知られ
ている。現状では、上述のようなインクジェット記録技
術として使用される物の大部分は、この方法によるもの
である。On the other hand, a heating element substrate using a Si wafer is
A method of providing a heat generating material and an electrode material on a Si wafer and manufacturing the same as in a method of manufacturing an IC or an LSI is known. At present, most of the objects used as the ink jet recording technique as described above are based on this method.
【０００６】[0006]
【発明が解決しようとする課題】アルミナを用いた場合
は、上述のように、ラージアレイタイプの発熱体基板を
製造することができる長所をもっているがコストが高い
という欠点がある。また、Ｓiウエハを用いた発熱体基
板に較べて熱応答特性が良くないという欠点も持ってい
る。また、グレーズ層の平面精度があまり良くなく、Ｓ
iウエハを用いて製作されているものに較べてあまり高
精細，高密度配列の発熱体列を形成できないという欠点
も持っている。When alumina is used, as described above, there is an advantage that a large array type heating element substrate can be manufactured, but there is a disadvantage that the cost is high. It also has the disadvantage that the thermal response characteristics are not as good as those of the heating element substrate using the Si wafer. Also, the plane accuracy of the glaze layer is not very good, and S
It also has the drawback that it is not possible to form a heating element array with a much higher definition and a higher density compared to those manufactured using an i-wafer.
【０００７】これに対し、Ｓiウエハを用いた発熱体基
板は、Ｓiの熱伝導率がアルミナに較べて１桁高いの
で、完成した発熱体基板の熱応答特性が良く、また、Ｓ
iウエハ上には、非常に微細なパターンが形成でき、高
精細，高密度配列の発熱体列を形成できるという点が優
れている。On the other hand, in the heating element substrate using the Si wafer, the thermal conductivity of the completed heating element substrate is good because the thermal conductivity of Si is one order of magnitude higher than that of alumina.
An excellent feature is that a very fine pattern can be formed on the i-wafer, and a heating element array having high definition and high density can be formed.
【０００８】しかしながら、この方法で発熱体基板を製
作する場合には、Ｓiウエハサイズによる制約を受け、
紙幅全域をカバーできる、いわゆる、ラージアレイタイ
プのヘッドを製作することができないという欠点があ
る。従って、例えば、紙幅全域をカバーできるようなヘ
ッドが必要とされる場合には、特開平６−２５５０９８
号公報に記載のインクジェット記録装置の、図８に示さ
れたように小さいヘッドをつなぎ合わせて紙幅全域をカ
バーする必要がある。しかし、その場合は、つなぎ合わ
せの精度の問題やアセンブルコストが高いという問題が
ある。近年、Ｓiウエハのサイズも大きくなり、例え
ば、φ８インチクラスのＳiウエハも入手できるように
なり、Ａ４の紙の横幅をカバーできるヘッドもできない
ことはないが、丸いＳiウエハ１枚からは、せいぜい２
〜３個のヘッドが取れるだけであり、コスト的に採算が
取れない。However, when a heating element substrate is manufactured by this method, there is a restriction due to the Si wafer size.
There is a disadvantage that a so-called large array type head that can cover the entire paper width cannot be manufactured. Therefore, for example, when a head which can cover the entire width of the paper is required, Japanese Patent Application Laid-Open No. 6-255098
As shown in FIG. 8, it is necessary to connect the small heads of the ink jet recording apparatus described in Japanese Patent Application Laid-Open Publication No. H11-157, so as to cover the entire paper width. However, in this case, there is a problem of the joining accuracy and a problem of high assembling cost. In recent years, the size of Si wafers has also increased, and for example, Si wafers of φ8 inch class have become available, and there is no head that can cover the width of A4 paper, but from a single round Si wafer, at most. 2
Only three heads can be obtained, which is not profitable in terms of cost.
【０００９】本発明は、上述の実情に鑑みなされたもの
であり、発熱体基板の基板材料をＳiウエハと同等な熱
特性を有し、且つ、ラージアレイヘッドに適用できる大
きさのものを安価で同時多量に製作可能とし、更には、
該発熱体を用いた液体噴射記録ヘッドを提供することを
目的とする。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above-described circumstances, and it is possible to use a heating element substrate having a thermal characteristic equivalent to that of a Si wafer and having a size applicable to a large array head at a low cost. Can be manufactured in large quantities at the same time.
It is an object to provide a liquid jet recording head using the heating element.
【００１０】[0010]
【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、基板
と、該基板上に、該基板材料よりも熱伝導率の高い材料
によりなる高熱伝導率層と、蓄熱層と、熱エネルギー発
生部と、該熱エネルギー発生部に通電するための電極を
形成し、さらに前記熱エネルギー発生部および前記電極
を保護する保護層を設けたことを特徴とし、もって、熱
特性が従来と同等で、ラージアレイヘッドに適用できる
新規な構成の発熱体基板を低コストで提供できるように
したものである。According to the first aspect of the present invention, there is provided a substrate, a high thermal conductivity layer made of a material having a higher thermal conductivity than the substrate material, a heat storage layer, and a heat energy generating layer. Part, forming an electrode for energizing the thermal energy generating part, further characterized by providing a protective layer for protecting the thermal energy generating part and the electrode, the thermal characteristics are equivalent to the conventional, A heating element substrate having a novel configuration applicable to a large array head can be provided at low cost.
【００１１】請求項２の発明は、請求項１に記載の発熱
体基板において、前記基板はガラスであり、前記高熱伝
導率層はアルミニウムであることを特徴とし、もって、
高コストなＳiウエハと同等の熱特性の発熱体基板を、
低コストで提供できるようにしたものである。According to a second aspect of the present invention, in the heating element substrate according to the first aspect, the substrate is made of glass, and the high thermal conductivity layer is made of aluminum.
Heating substrate with the same thermal characteristics as high cost Si wafer,
It can be provided at low cost.
【００１２】請求項３の発明は、液室内の記録液体に熱
エネルギーを作用させるための熱エネルギー発生手段を
有し、前記熱エネルギーの作用により、前記記録液体中
の熱エネルギー作用部に気泡を生じせしめ、該気泡の体
積増加にともなう作用力で吐出口より前記記録液体を液
滴として飛翔させ、該液滴を被記録面に付着させて記録
を行う液体噴射記録ヘッドにおいて、前記熱エネルギー
作用部は、請求項１又は２記載の発熱体基板を用いたこ
とを特徴とし、もって、ラージアレイヘッドに適用でき
る新規な液体噴射記録ヘッドを安価に提供できるように
したものである。According to a third aspect of the present invention, there is provided a thermal energy generating means for applying thermal energy to the recording liquid in the liquid chamber, and the action of the thermal energy causes bubbles to be generated in the thermal energy application section in the recording liquid. In the liquid jet recording head, which causes the recording liquid to fly as droplets from an ejection port with an acting force accompanying an increase in the volume of the bubble and adheres the droplet to a recording surface to perform recording, the thermal energy effect The part is characterized by using the heating element substrate according to claim 1 or 2, thereby providing a low-cost liquid jet recording head applicable to a large array head.
【００１３】請求項４の発明は、請求項２に記載の発熱
体基板において、前記アルミニウム層の厚さは、１.２
μm以上であることを特徴とし、もって、発熱体基板の
良好な性能を維持するのに必要な高熱伝導材料層の厚さ
を明確にしたものである。According to a fourth aspect of the present invention, in the heating element substrate according to the second aspect, the thickness of the aluminum layer is 1.2.
The thickness of the high heat conductive material layer required to maintain good performance of the heating element substrate is clarified.
【００１４】請求項５の発明は、請求項２に記載の発熱
体基板において、前記発熱体基板の前記ガラスは、ホウ
ケイ酸ガラスであることを特徴とし、もって、この発熱
体基板を液体噴射記録ヘッドに適用した場合の信頼性を
向上させるようにしたものである。According to a fifth aspect of the present invention, in the heating element substrate according to the second aspect, the glass of the heating element substrate is borosilicate glass. This is to improve the reliability when applied to a head.
【００１５】請求項６の発明は、請求項２又は５に記載
の発熱体基板において、前記ガラスは、前記アルミニウ
ム層が形成される面の表面粗さが０.１ｓ以下であるこ
とを特徴とし、もって、発熱体基板を製作するにあたっ
て、基体となる材料基板に要求される面精度を明確にし
たものである。According to a sixth aspect of the present invention, in the heating element substrate according to the second or fifth aspect, the glass has a surface roughness of 0.1 s or less on a surface on which the aluminum layer is formed. Thus, in manufacturing the heating element substrate, the surface accuracy required for the material substrate serving as the base is clarified.
【００１６】請求項７の発明は、請求項２又は６に記載
の発熱体基板において、前記アルミニウム層は、層形成
後の表面粗さが０.５ｓ以下であることを特徴とし、も
って、発熱体基板を製作するにあたって、基体となる材
料基板に要求される面精度を明確にしたものである。According to a seventh aspect of the present invention, in the heating element substrate according to the second or sixth aspect, the aluminum layer has a surface roughness of 0.5 s or less after the layer is formed. This is to clarify the surface accuracy required for a material substrate serving as a base when manufacturing a body substrate.
【００１７】請求項８の発明は、請求項２又は４又７に
記載の発熱体基板において、前記アルミニウム層は、部
分的にくりぬかれたパターンを有することを特徴とし、
もって、発熱体基板の耐久性を高めるようにしたもので
ある。According to an eighth aspect of the present invention, in the heating element substrate according to the second or fourth or seventh aspect, the aluminum layer has a partially hollow pattern.
Thus, the durability of the heating element substrate is enhanced.
【００１８】請求項９の発明は、請求項２又は４又は７
又は８項に記載の発熱体基板において、前記アルミニウ
ム層は、その一部がヒートシンクに連結していることを
特徴とし、もって、発熱体基板の熱応答特性を向上させ
るようにしたものである。The invention of claim 9 is the invention of claim 2 or 4 or 7
9. The heat generating substrate according to claim 8, wherein a part of the aluminum layer is connected to a heat sink, thereby improving the thermal response characteristics of the heat generating substrate.
【００１９】請求項１０の発明は、請求項２又は５又は
６に記載の発熱体基板において、前記ガラス基板は、そ
の厚さが２mm以上であることを特徴とし、もって、発熱
体基板の取り扱い性を向上させるようにしたものであ
る。According to a tenth aspect of the present invention, in the heating element substrate according to the second, fifth, or sixth aspect, the glass substrate has a thickness of 2 mm or more. This is to improve the performance.
【００２０】請求項１１の発明は、請求項１に記載の発
熱体基板において、前記ガラス基板は、その厚さが１.
５mm以上２mm未満である場合には、裏面に樹脂層をコー
トしたことを特徴とし、もって、このような新規な構成
の発熱体基板の取り扱い性を向上させる別の構成を得る
ようにしたものである。According to an eleventh aspect of the present invention, in the heating element substrate according to the first aspect, the glass substrate has a thickness of 1.
When the thickness is 5 mm or more and less than 2 mm, the back surface is coated with a resin layer, thereby obtaining another configuration for improving the handleability of the heating element substrate having such a new configuration. is there.
【００２１】請求項１２の発明は、請求項１又は３に記
載の発熱体基板または該発熱体基板を用いた前記液体噴
射記録ヘッドは、矩形の基板を出発点として、該基板上
に液体噴射記録に必要な所望の素子および流路を形成し
た後、複数個の発熱体基板または前記液体噴射記録ヘッ
ドユニットとして切断されることを特徴とし、もって、
発熱体基板又は該発熱体を用いた液体噴射記録ヘッドを
製作するにあたり、無駄がなく、効率的に製作できるよ
うな工法を取れるような記録ヘッド構造としたものであ
る。According to a twelfth aspect of the present invention, the heating element substrate according to the first or third aspect or the liquid ejecting recording head using the heating element substrate is configured such that a liquid ejection is performed on a rectangular substrate as a starting point. After forming a desired element and a flow path required for recording, it is characterized by being cut as a plurality of heating element substrates or the liquid jet recording head unit,
In producing a heating element substrate or a liquid jet recording head using the heating element, the recording head structure is such that a construction method capable of efficiently producing without waste is adopted.
【００２２】[0022]
（請求項１，２の発明）請求項１の発明は、発熱体基板
の基板材料を平面度が維持できる所定の剛性をもった平
板（例えば、ガラス板）として、該基板上に該基板材料
より熱伝率の高い材料の高熱伝導率層（例えば、アルミ
ニウム層）を成膜し、該高熱伝導率層上に蓄熱層，発熱
体，該発熱体の電極，該発熱体および電極の保護層を形
成して発熱体基板としたものである。(Inventions of Claims 1 and 2) According to the invention of claim 1, the substrate material of the heating element substrate is formed as a flat plate (for example, a glass plate) having a predetermined rigidity capable of maintaining flatness, and the substrate material is formed on the substrate. A high thermal conductivity layer (for example, an aluminum layer) of a material having higher thermal conductivity is formed, and a heat storage layer, a heating element, an electrode of the heating element, and a protective layer of the heating element and the electrode are formed on the high thermal conductivity layer. Formed as a heating element substrate.
【００２３】図１は、請求項１の本発明の発熱体基板の
実施形態例を説明するための図で、図１（Ａ）は斜視
図、図１（Ｂ）は図１（Ａ）の矢視Ａ−Ａ線断面図で、
発熱体部近傍の詳細を示す断面図であり、図中、１は発
熱体基板、２は第１電極（制御電極）、３は第２電極
（アース電極）、４，５はボンディングパット、６は基
板、７は高熱伝導材料層、８は蓄熱層（SiO2）、９は発
熱体（HfB2）、１０は電極（Ａl）、１１は保護層（SiO
2）、１２は電極保護層（Resin）、１３はさらに別の保
護層、１４は発熱体部、１５は電極部である。なお、煩
雑を避けるため図１（Ａ）には要部となる発熱体と電極
部のみを示している。FIG. 1 is a view for explaining an embodiment of a heating element substrate according to the present invention, wherein FIG. 1 (A) is a perspective view, and FIG. 1 (B) is a view of FIG. 1 (A). FIG.
FIG. 2 is a cross-sectional view showing details of the vicinity of a heating element portion, in which 1 is a heating element substrate, 2 is a first electrode (control electrode), 3 is a second electrode (earth electrode), 4, 5 are bonding pads, 6 Is a substrate, 7 is a high thermal conductive material layer, 8 is a heat storage layer (SiO 2 ), 9 is a heating element (HfB 2 ), 10 is an electrode (Al), and 11 is a protective layer (SiO 2 ).
2 ) and 12 are electrode protection layers (Resin), 13 is another protection layer, 14 is a heating element, and 15 is an electrode. Note that FIG. 1A shows only a main part of a heating element and an electrode part to avoid complexity.
【００２４】発熱体基板１は、図１（Ｂ）に示すよう
に、ある程度の剛性があり、平面度が維持できる基板６
上に、該基板材料よりも熱伝導率の高い材料よりなる層
７を設け、その上にスパッタリングなどの薄膜形成技術
やフォトエッチングなどのパターン形成技術により、蓄
熱層（Sio2）８，発熱体（HfB2）９，電極１０，保護層
（SiO2）１１，電極保護層１２，別の保護層１３を順次
形成し、表面部に発熱部１４と電極部１５を構成してい
る。各発熱体９は、図１（Ａ）に示すように、それぞれ
第１電極（制御電極）２，第２電極（アース電極）３に
接続され、また、それぞれの電極は、その端部に第１電
極２にはボンディングパット４が、第２電極３にはボン
ディングパッド５を有し、該ボンディングパット４，５
は、外の画像情報入力手段（図示せず）に接続され、各
々の発熱体９は独立に駆動可能である。なお、第２電極
３は、複数個の発熱体９すなわち（第１電極）２に対し
て１つの共通の第２電極とすることも可能である。この
ような発熱体９の列は、例えば、その配列密度は、４０
０dpi〜８００dpiとされ、また、必要とされる記録幅に
応じて、数１００〜数１０００個設けられる。As shown in FIG. 1B, the heating element substrate 1 has a certain degree of rigidity and can maintain a flatness.
A layer 7 made of a material having a higher thermal conductivity than the substrate material is provided thereon, and a heat storage layer (Sio 2 ) 8 and a heating element are formed thereon by a thin film forming technique such as sputtering or a pattern forming technique such as photoetching. An (HfB 2 ) 9, an electrode 10, a protective layer (SiO 2 ) 11, an electrode protective layer 12, and another protective layer 13 are sequentially formed, and a heating section 14 and an electrode section 15 are formed on the surface. As shown in FIG. 1A, each heating element 9 is connected to a first electrode (control electrode) 2 and a second electrode (earth electrode) 3, respectively. One electrode 2 has a bonding pad 4 and the second electrode 3 has a bonding pad 5.
Are connected to external image information input means (not shown), and each heating element 9 can be driven independently. Note that the second electrode 3 can be a common second electrode for the plurality of heating elements 9, that is, the (first electrode) 2. The row of such heating elements 9 has, for example, an array density of 40
0 dpi to 800 dpi, and several hundreds to several thousand are provided depending on the required recording width.
【００２５】基板６は、ある程度の剛性をもち、平面度
が維持できる板状体で、具体的な基板材料としては、ガ
ラスが用いられる。また、高熱伝導材料層７は、ガラス
よりも熱伝導率の高い各種の金属材料が利用できる。The substrate 6 is a plate-like body having a certain degree of rigidity and capable of maintaining flatness, and glass is used as a specific substrate material. Further, for the high thermal conductive material layer 7, various metallic materials having higher thermal conductivity than glass can be used.
【００２６】ここで、各材料の熱伝導率を比較してみ
る。表１は、材料と熱伝導率（単位は、Ｗ・ｍ-1・
Ｋ-1）を示したものである。 表１ アルミナ（Ａｌ2Ｏ3）……２１（常温で） シリコン（Ｓi） …………１６８（０℃で） ガラス（パイレックス）…１.１（３０〜７５℃の範囲で） ガラス（石英）……………１.４〜１.９（０〜１００℃の範囲で） ガラス（ソーダ）…………０.５５〜０.７５（常温で） ガラス（鉛）………………０.６（１５℃で） アルミニウム（Ａl） ……２３６〜２３３（０〜３００℃の範囲で） 黄銅…………………………１０６〜１４６（０〜３００℃の範囲で） 金（Ａu） …………………３１９〜２９９（０〜３００℃の範囲で） 銀（Ａg） …………………４２８〜４０７（０〜３００℃の範囲で） タングステン（Ｗ）………１７７〜１３９（０〜３００℃の範囲で） 銅（Ｃu） …………………４０３〜３８１（０〜３００℃の範囲で） ベリリウム（Ｂe） ………２１８〜１２９（０〜３００℃の範囲で） マグネシウム（Ｍg） ……１５７〜１５０（０〜３００℃の範囲で） モリブデン（Ｍo） ………１３９〜１２７（０〜３００℃の範囲で）Here, the thermal conductivity of each material will be compared. Table 1 shows the materials and thermal conductivity (unit: W · m -1 ·
K -1 ). Table 1 Alumina (Al 2 O 3 ) 21 (at room temperature) Silicon (Si) 168 (at 0 ° C.) Glass (Pyrex) 1.1 (at 30 to 75 ° C.) Glass (quartz) ) …… 1.4 to 1.9 (in the range of 0 to 100 ° C) Glass (soda) ……… 55 to 0.75 (at room temperature) Glass (lead) ……… … 0.6 (at 15 ° C) Aluminum (Al)… 236-233 (0-300 ° C) Brass ……………… 106-146 (0-300 ° C) Gold (Au) 319 to 299 (0 to 300 ° C) Silver (Ag) 428 to 407 (0 to 300 ° C) Tungsten (W) ……… 177 to 139 (in the range of 0 to 300 ° C) Copper (Cu) …………… 403 to 381 (in the range of 0 to 300 ° C) Lium (Be) 218 to 129 (in the range of 0 to 300 ° C) Magnesium (Mg) 157 to 150 (in the range of 0 to 300 ° C) Molybdenum (Mo) 139 to 127 (0 to (In the range of 300 ° C)
【００２７】発熱体基板の材料としては、上述のよう
に、放熱性が優れたものが選ばれる。表１にあげられた
基板６の材料をみると、Ｓiやアルミナがガラスに較べ
て熱伝導率が高く放熱性が良いので、従来、これらの材
料が発熱体基板の材料として用いられているのも理解で
きる。一方、他の材料として、例えば、各種の金属材料
をみてみると、これらも高い熱伝導率を持つ材料であ
り、放熱性が優れてすることがわかる。しかし、このよ
うな金属材料は、金属材料そのものを、紙幅全域をカバ
ーできるような細長くて厚さの薄い発熱体基板１の材料
とすると、剛性が不足のために、平面度（フラットネ
ス）が確保できず、現実問題として無理である。本発明
は、この点に鑑みてなされたものであり、前述のよう
に、剛性はガラスに持たせ、放熱性という機能は、ガラ
ス面に形成し、ガラスよりも熱伝導率の高い材料である
各種の金属材料層に持たせている。As described above, a material having excellent heat dissipation is selected as the material of the heating element substrate. Looking at the materials of the substrate 6 shown in Table 1, Si and alumina have high thermal conductivity and good heat dissipation as compared with glass. Therefore, these materials are conventionally used as the material of the heating element substrate. Can understand. On the other hand, for example, when looking at various metal materials as other materials, it is understood that these are also materials having high thermal conductivity and have excellent heat dissipation. However, if such a metal material is used as the material of the heating element substrate 1 which is thin and thick so as to cover the entire width of the paper, the flatness (flatness) is reduced due to insufficient rigidity. It cannot be secured, and it is impossible as a real problem. The present invention has been made in view of this point. As described above, the rigidity is given to glass, and the function of heat dissipation is formed on the glass surface, and is a material having higher thermal conductivity than glass. Various metal material layers are provided.
【００２８】以下に、発熱体基板１を構成する材料の詳
細ならびに、発熱体基板１の全体の製作方法を説明す
る。Hereinafter, details of the material forming the heating element substrate 1 and a method of manufacturing the entire heating element substrate 1 will be described.
【００２９】（基板６）基板６の材料としてのガラス
は、基本的には、ほぼどのようなものでも使用すること
ができる。しかしながら、用途によっては、ある特定の
材料を選ぶ必要がある。具体的には、発熱体基板を単に
サーマルヘッドとして空気中で使用するのであれば、入
手も容易で最も一般的な、ソーダガラスのようなもので
もよいが、液体噴射記録ヘッドの発熱体基板として使用
するのであれば、耐インク腐食性を考慮して、石英ガラ
ス，ホウケイ酸ガラスが望ましい。特に、米コーニング
社より、パイレックスガラスの商品名で売り出されてい
るホウケイ酸ガラスが、入手のしやすさやコスト面の優
位さから好適に利用できる。(Substrate 6) Almost any glass can be used as the material of the substrate 6. However, certain applications require the selection of certain materials. Specifically, if the heating element substrate is simply used in the air as a thermal head, it is easily available and the most common, such as soda glass, may be used as the heating element substrate of the liquid jet recording head. If used, quartz glass and borosilicate glass are desirable in consideration of ink corrosion resistance. In particular, borosilicate glass sold under the trade name of Pyrex glass by Corning Incorporated in the United States can be suitably used from the viewpoint of availability and cost.
【００３０】（高熱伝導材料層７）基板６の上面に形成
する基板６よりも高熱伝導率を有する高熱伝導材料は金
属材料であるが、表１に示したように、各種の金属材料
は高い熱伝導率を有しているので、基本的にはどの金属
材料を用いても可能ではあるが、現実問題としては、材
料の入手のしやすさ、ガラス基板上への金属層の形成の
しやすさ、コスト面を考慮して選ばれる。良好な材料と
しては、Ａｌ，Ａｕ，Ｃｕなどがあげられるが、中でも
Ａｌが最も好適な材料としてあげられる。(High Thermal Conductive Material Layer 7) The high thermal conductive material having a higher thermal conductivity than the substrate 6 formed on the upper surface of the substrate 6 is a metal material, but as shown in Table 1, various metallic materials are high. Since it has thermal conductivity, it is basically possible to use any metal material, but as a practical matter, the availability of materials and the formation of a metal layer on a glass substrate are difficult. It is selected in consideration of ease and cost. Examples of good materials include Al, Au, and Cu. Among them, Al is the most preferable material.
【００３１】基板６への具体的な高熱伝導材料層７の形
成方法は、最初に基板６が良好に研摩され、平面度およ
び表面粗さが管理され、清浄化されたガラス、例えばパ
イレックスガラスを準備し、このパイレックスガラス基
板上に、Ａｌをスパッタリングによって数μm形成す
る。A specific method of forming the high heat conductive material layer 7 on the substrate 6 is as follows. First, the substrate 6 is polished well, the flatness and the surface roughness are controlled, and the cleaned glass, for example, Pyrex glass is used. Prepare and form Al to a thickness of several μm on this Pyrex glass substrate by sputtering.
【００３２】（蓄熱層８）パイレックスガラスの基板６
に形成した高熱伝導材料層７としてのＡｌ層上に、蓄熱
層８を形成する。この蓄熱層８は、後述の発熱体９で発
生した熱が基板６の方へ逃げないようにするためのもの
である。つまり、発熱体基板１を、いわゆるサーマルヘ
ッドとして使用する場合には発生した熱が効率良く、感
熱紙あるいはインクリボンの方に伝達するようにするた
めのものであり、また発熱体基板１を、いわゆる液体噴
射記録ヘッドに使用する場合には発生した熱を効率良く
インクの方に伝達し、インク中で安定した気泡を発生さ
せるようにするためのものである。通常、蓄熱層８とし
ては、ＳiＯ2が用いられ、ＳiＯ2をスパッタリング等の
成膜技術を用い１μm〜５μmの膜厚に形成する。(Heat storage layer 8) Pyrex glass substrate 6
The heat storage layer 8 is formed on the Al layer as the high thermal conductive material layer 7 formed in the step (1). The heat storage layer 8 is for preventing the heat generated by the heating element 9 described below from escaping to the substrate 6. That is, when the heating element substrate 1 is used as a so-called thermal head, the generated heat is efficiently transmitted to the thermal paper or the ink ribbon. When used in a so-called liquid jet recording head, this is for efficiently transmitting the generated heat to the ink so as to generate stable bubbles in the ink. Usually, as the heat storage layer 8, SiO 2 is used to form a SiO 2 film thickness of 1μm~5μm using a deposition technique such as sputtering.
【００３３】（発熱体９）図１に示すように、蓄積層
（ＳｉＯ2）８の上には発熱体９の層が形成されるが、
該発熱体９を構成する材料として有用なものには、タン
タル−ＳｉＯ2の混合物，窒化タンタル，ニクロム，銀
−パラジウム合金，シリコン半導体、あるいはハフニウ
ム，ランタン，ジルコニウム，チタン，タンタル，タン
グステン，モリブデン，ニオブ，クロム，バナジウム等
の金属の硼化物があげられる。金属の硼化物のうち最も
特性の優れているのは、硼化ハフニウム（HfB2)であ
り、次いで、硼化ジルコニウム,硼化ランタン,硼化タン
タル,硼化バナジウム,硼化ニオブの順となっている。(Heating Element 9) As shown in FIG. 1, a layer of the heating element 9 is formed on the storage layer (SiO 2 ) 8.
Useful materials for the heating element 9 include tantalum-SiO 2 mixture, tantalum nitride, nichrome, silver-palladium alloy, silicon semiconductor, or hafnium, lanthanum, zirconium, titanium, tantalum, tungsten, molybdenum, Boride of a metal such as niobium, chromium, and vanadium; Hafnium boride (HfB 2 ) has the best properties among metal borides, followed by zirconium boride, lanthanum boride, tantalum boride, vanadium boride, and niobium boride. ing.
【００３４】発熱体９は、前述の材料を用いて、電子ビ
ーム蒸着やスパッタリング等の手法により形成すること
ができる。発熱体９の膜厚は、単位時間当りの発熱量が
所望通りとなるように、その面積や材質および熱作用部
分の形状および大きさ、さらには実際面での消費電力等
にしたがって決定されるものであるが、通常の場合、膜
厚は、０.００１μm〜５μm、好適には０.０１μm〜１
μmとされる。本発明の実施例では、ＨｆＢ2を２０００
Å（０.２μm）の厚さにスパッタリングした例を示し
た。The heating element 9 can be formed from the above-described materials by a technique such as electron beam evaporation or sputtering. The film thickness of the heating element 9 is determined according to its area, material, shape and size of the heat acting portion, actual power consumption, and the like so that the amount of heat generated per unit time is as desired. The thickness is usually 0.001 μm to 5 μm, preferably 0.01 μm to 1 μm.
μm. In the embodiment of the present invention, HfB 2 is set to 2000
An example in which sputtering was performed to a thickness of Å (0.2 μm) was shown.
【００３５】（電極１０）電極１０を構成する材料とし
ては、通常使用されている電極材料の多くのものが有効
に使用され、具体的には、例えば、Ａｌ，Ａｇ，Ａｕ，
Ｐｔ，Ｃｕ等があげられる。これらを使用して、蒸着等
の手法で所定位置に所定の大きさ，形状，厚さで設けら
れる。本発明では、Ａｌをスパッタリングにより１.４
μm形成した。(Electrode 10) As the material constituting the electrode 10, many commonly used electrode materials are effectively used, and specifically, for example, Al, Ag, Au,
Pt, Cu and the like can be mentioned. Using these, it is provided at a predetermined position in a predetermined size, shape, and thickness by a method such as vapor deposition. In the present invention, Al is sputtered by 1.4.
μm was formed.
【００３６】（保護層１１）保護層１１に要求される特
性は、発熱体基板１をいわゆるサーマルヘッドとして使
用する場合には、発熱体９の酸化防止や、感熱紙やイン
クリボンとの接触による耐摩耗性であり、また、発熱体
基板１をいわゆる液体噴射記録ヘッドに使用する場合に
は、耐インク腐食性や、気泡の消滅による衝撃力からの
保護（耐キャビテーション性）であるとともに、発熱体
９で発生させた熱を、感熱紙やインクリボン、あるいは
記録液体であるインクに効果的に伝達することである。(Protective Layer 11) The characteristics required for the protective layer 11 are as follows: when the heating element substrate 1 is used as a so-called thermal head, the heating element 9 is prevented from being oxidized, and is contacted with thermal paper or an ink ribbon. When the heating element substrate 1 is used for a so-called liquid jet recording head, it is not only resistant to ink corrosion and protection from impact force due to disappearance of bubbles (cavitation resistance), but also generates heat. The purpose is to effectively transfer the heat generated by the body 9 to thermal paper, an ink ribbon, or ink that is a recording liquid.
【００３７】保護層１１を構成する材料として有用なも
のには、例えば、酸化シリコン，窒化シリコン，酸化マ
グネシウム，酸化アルミニウム，酸化タンタル，酸化ジ
ルコニウム等があげられ、電子ビーム蒸着やスパッタリ
ング等の手法を用いて形成することができる。また、炭
化ケイ素，酸化アルミニウム（アルミナ）等のセラミッ
ク材料も好適に用いられる材料である。Useful materials for forming the protective layer 11 include, for example, silicon oxide, silicon nitride, magnesium oxide, aluminum oxide, tantalum oxide, zirconium oxide and the like. It can be formed using. Ceramic materials such as silicon carbide and aluminum oxide (alumina) are also preferably used materials.
【００３８】保護層１１の膜厚は、通常０.０１μm〜１
０μm、好適には０.１μm〜５μm、最適には０.１μm〜
３μmとされるのが望ましい。本発明では、スパッタリ
ングにより、ＳｉＯ2を１.２μm形成した。The thickness of the protective layer 11 is usually 0.01 μm to 1 μm.
0 μm, preferably 0.1 μm to 5 μm, optimally 0.1 μm to
Desirably, it is 3 μm. In the present invention, 1.2 μm of SiO 2 was formed by sputtering.
【００３９】（電極保護層１２，別の保護層１３）図１
（Ｂ）には、さらに別の保護層１３の例を示している
が、保護層１３の材料は前述のように、サーマルヘッド
として使うのか、液体噴射記録ヘッドとして使うのか発
熱体基板の使用方法の違いにより定められ、サーマルヘ
ッドとして使う場合は耐摩耗性を考慮した窒化シリコン
であったり、液体噴射記録ヘッドとして使う場合、耐キ
ャビテーション性を考慮したタンタル（Ｔａ）であった
りする。例えば、液体噴射記録ヘッドとして使う場合に
は、発熱体領域を気泡発生によるキャビテーション破壊
から保護するために、Ｔａをスパッタリングにより４０
００Å（０.４μm）形成することにより、良好な性能が
得られる。また、電極保護層１２としてＲｅｓｉｎ層を
２μm形成しているが、これを必要に応じて設けられ、
必ずしも必要ではなく省略してもよい。(Electrode protection layer 12, another protection layer 13) FIG.
(B) shows still another example of the protective layer 13. As described above, the material of the protective layer 13 is used as a thermal head, a liquid jet recording head, or a method of using a heating element substrate. When used as a thermal head, silicon nitride considering wear resistance is used, and when used as a liquid jet recording head, tantalum (Ta) considering cavitation resistance is used. For example, when used as a liquid jet recording head, Ta is sputtered to protect the heating element region from cavitation destruction due to air bubble generation.
A good performance can be obtained by forming the thickness of 00 ° (0.4 μm). Further, a Resin layer is formed as 2 μm as the electrode protection layer 12, but this is provided as needed,
It is not always necessary and may be omitted.
【００４０】前述のように、上述の発熱体基板１を用い
て液体噴射記録ヘッドを構成することができる。液体噴
射記録ヘッドは、液室内のインク（記録液体）を加熱し
て気泡を発生させ、発生した気泡の体積増加によりイン
クに上昇圧力を生じさせ、この圧力により微細な毛細管
ノズルからインクを液滴として飛翔させ、被記録面へ付
着させることにより記録するものであり、発熱体基板１
を熱エネルギー発生手段として用いインクを加熱して気
泡を発生させる。As described above, a liquid jet recording head can be formed by using the above-described heating element substrate 1. The liquid jet recording head heats the ink (recording liquid) in the liquid chamber to generate air bubbles, and generates a rising pressure in the ink due to an increase in the volume of the generated air bubbles. The pressure causes the ink to be ejected from fine capillary nozzles. The recording medium is recorded by flying as a
Is used as thermal energy generating means to heat the ink to generate bubbles.
【００４１】（請求項３の発明）図２は、請求項３の発
明の液体噴射記録ヘッドの一例を説明するための部分斜
視図であり、図中、１６は流路、１７は吐出口、１８は
共通液室、１９は天井板、２０は接合層、２１は流路障
壁であり、図１の場合と同様の作用をする部分には図１
と同じ参照番号を付してある。(Invention of Claim 3) FIG. 2 is a partial perspective view for explaining an example of the liquid jet recording head of the invention of Claim 3, in which 16 is a flow path, 17 is a discharge port, Reference numeral 18 denotes a common liquid chamber, 19 denotes a ceiling plate, 20 denotes a bonding layer, and 21 denotes a flow path barrier.
The same reference numerals as in FIG.
【００４２】図２に示した液体噴射記録ヘッドは、上記
のような発熱体基板１を用いて構成した例であり、基板
６の上面に成膜された高熱伝導材料層７を有する発熱体
基板１上の発熱体９の近傍に、流路障壁２１で区画され
た流路１６を設けている。流路１６の一端は、記録液体
を貯留する共通液室１８に連通し、他端は吐出口１７と
なっている。なお、発熱体基板１には、煩雑を避けるた
め蓄熱層８，電極１０，保護層１１，１３、別の電極保
護層１２の図示を省いてある。また、図２に示した液体
噴射記録ヘッドには、発熱体９、およびそれに対応する
流路１６，吐出口１７などが３つしか描かれていない
が、実際には、上記のように必要とされる記録幅に応じ
て、数１００〜数１０００個設けられた、いわゆるラー
ジアレイタイプのヘッドとして製作される。The liquid jet recording head shown in FIG. 2 is an example in which the heating element substrate 1 as described above is used, and has a heating element substrate having a high thermal conductive material layer 7 formed on the upper surface of a substrate 6. A flow path 16 partitioned by a flow path barrier 21 is provided in the vicinity of the heating element 9 on 1. One end of the flow path 16 communicates with a common liquid chamber 18 that stores the recording liquid, and the other end is a discharge port 17. In the heating element substrate 1, illustration of the heat storage layer 8, the electrode 10, the protective layers 11, 13 and another electrode protective layer 12 is omitted to avoid complication. Although only three heating elements 9 and corresponding three flow paths 16 and discharge ports 17 are illustrated in the liquid jet recording head shown in FIG. 2, it is actually necessary as described above. The head is manufactured as a so-called large array type head provided with several hundreds to several thousands according to the recording width to be formed.
【００４３】このような流路１６，共通液室１８等を有
する液体噴射記録ヘッドは、図３に示すような工程で形
成することができる。A liquid jet recording head having such a flow path 16, a common liquid chamber 18, and the like can be formed by the steps shown in FIG.
【００４４】図３は、本発明による液体噴射記録ヘッド
の製作工程の実施形態例を説明するための図で、図中、
１９は天井板、２０は接合層、２１は流路障壁、２２は
フォトレジスト、２３はフォトマスクで、図１，図２と
同様の作用をする部分には、図１と同じ参照番号を付し
てある。液体噴射記録ヘッドの製作工程は、 （Ａ）発熱体基板を用意する（図３（Ａ）） 発熱体基板１は、上面に高熱伝導率層７を有する基板６
に発熱体９と発熱体９を保護絶縁する薄膜１１が形成さ
れている。FIG. 3 is a diagram for explaining an embodiment of the manufacturing process of the liquid jet recording head according to the present invention.
Reference numeral 19 denotes a ceiling plate, 20 denotes a bonding layer, 21 denotes a flow path barrier, 22 denotes a photoresist, and 23 denotes a photomask. Parts having the same functions as those in FIGS. I have. The manufacturing process of the liquid jet recording head is as follows: (A) Prepare a heating element substrate (FIG. 3 (A)) The heating element substrate 1 has a substrate 6 having a high thermal conductivity layer 7 on the upper surface.
In addition, a heating element 9 and a thin film 11 for protecting and insulating the heating element 9 are formed.
【００４５】（Ｂ）発熱体基板にフォトレジストをコー
ティングする（図３（Ｂ）） 図３（Ａ）に示した発熱体基板１の上に、例えば、粘度
が１０００〜２０００cP（センチポアーズ）のフォトレ
ジスト２２をスピンコーティング，ディップコーティン
グあるいはローラーコーティングによって１０μm〜１
００μm程度の厚さにコートする。この厚さは、最終的
に流路障壁２１の高さになり、発熱体９の配列密度（印
写密度）によってその高さも変わってくる。３０μm以
上の厚さのフォトレジスト２２の層を得たい場合には、
液状のフォトレジストではなく、ドライフィルムタイプ
のフォトレジストを用いればよい。ドライフィルムタイ
プのフォトレジストを使用すれば、厚さ１００μm程度
のレジスト層まで形成することができる。その場合に
は、熱と圧力をかけて基板６上にラミネートすることに
よってフォトレジスト２２が得られる。続いて、図３
（Ｂ）に示すように、発熱体基板１面に設けたフォトレ
ジスト２２上に所定のパターンを有するフォトマスク２
３を重ね合わせた後、該フォトマスク２３の上部から露
光を行う。このとき、発熱体９の設置位置と前記パター
ンの位置合わせを行っておく必要がある。(B) Coating a Photoresist on the Heating Element Substrate (FIG. 3 (B)) On the heating element substrate 1 shown in FIG. 3 (A), for example, a photo having a viscosity of 1000 to 2000 cP (centipoise) is applied. The resist 22 is spin-coated, dip-coated or roller-coated to a thickness of 10 μm to 1 μm.
Coat to a thickness of about 00 μm. This thickness finally becomes the height of the flow path barrier 21, and the height changes depending on the arrangement density (printing density) of the heating elements 9. To obtain a layer of the photoresist 22 having a thickness of 30 μm or more,
Instead of a liquid photoresist, a dry film type photoresist may be used. If a dry film type photoresist is used, a resist layer having a thickness of about 100 μm can be formed. In that case, the photoresist 22 is obtained by laminating on the substrate 6 by applying heat and pressure. Subsequently, FIG.
As shown in (B), a photomask 2 having a predetermined pattern on a photoresist 22 provided on the surface of the heating element substrate 1
After 3 are superimposed, exposure is performed from above the photomask 23. At this time, it is necessary to align the installation position of the heating element 9 with the pattern.
【００４６】（Ｃ）流路障壁を形成する（図３（Ｃ）） フォトレジスト２２、露光したフォトレジスト２２の未
露光部を炭酸ナトリウム水溶液などのアルカリ現像液に
より除去し、流路障壁２１を形成する。除去部分は発熱
体３１を有する凹部となり、流路１６，共通液室１８を
構成する。(C) Forming a Channel Barrier (FIG. 3C) The photoresist 22 and the unexposed portions of the exposed photoresist 22 are removed with an alkali developing solution such as an aqueous solution of sodium carbonate to remove the channel barrier 21. Form. The removed portion becomes a concave portion having the heating element 31 and forms the flow path 16 and the common liquid chamber 18.
【００４７】（Ｄ）流路ならびに共通液室の天井となる
基板を作成する（図３（Ｄ）） 流路１６，共通液室１８の天井となる基板は、接合層２
０とガラス基板１９とが接合したもので、ガラス基板１
９は天井板となる。(D) Producing a substrate serving as the ceiling of the flow path and the common liquid chamber (FIG. 3D) The substrate serving as the ceiling of the flow path 16 and the common liquid chamber 18 is made of the bonding layer 2
0 and the glass substrate 19 are joined together.
9 is a ceiling plate.
【００４８】（Ｅ）基板を流路障壁に接合する（図３
（Ｅ）） 発熱体基板１と天井板１９となるガラス基板とをフォト
レジスト２２と接合層２０を向かい合わせて接合する。
その際、熱硬化処理（例えば、１５０℃〜２５０℃で３
０分〜６０分加熱）、または柴外線照射（例えば、５０
mW/cm2〜２００mW/cm2、またはそれ以上の柴外線強度）
を行い、耐インク性向上ならびに接合強度向上をはか
る。(E) Joining the substrate to the flow path barrier (FIG. 3)
(E)) The heating element substrate 1 and the glass substrate serving as the ceiling plate 19 are joined with the photoresist 22 and the joining layer 20 facing each other.
At that time, a thermosetting treatment (for example, 3
0 minutes to 60 minutes of heating), or irradiation with a Shiba outside ray (for example, 50 minutes)
mW / cm 2 ~200mW / cm 2 or more Shiba external strength)
To improve the ink resistance and the bonding strength.
【００４９】（Ｆ）吐出口を形成する（図３（Ｆ）） 最後に、発熱体９側の開口近傍のａ−ａ線の部分を、ダ
イシングによって切断し、吐出口部１７を形成し、液体
噴射記録ヘッドとして完成する。なお、以上は、１個の
液体噴射記録ヘッドに注目して、その製造方法を説明し
ているが、実際には、後述するように、大きなガラス基
板から、複数個（後述の例では、１０個）液体噴射記射
ヘッドを切り出すという方法が採用される。その切り出
しの際同時に、あるいは切り出し後、上記矢印Ｙ−Ｙ線
の部分をダイシングにより削除し吐出口部１７形成が行
われる。(F) Forming a discharge port (FIG. 3 (F)) Finally, the portion of the line aa near the opening on the side of the heating element 9 is cut by dicing to form a discharge port portion 17. This is completed as a liquid jet recording head. In the above, the manufacturing method has been described by focusing on one liquid jet recording head. However, in practice, as described later, a plurality of liquid crystal recording heads (10 A method of cutting out a liquid jet recording head is adopted. Simultaneously with or after the cutting, the portion indicated by the arrow Y-Y is deleted by dicing, and the discharge port portion 17 is formed.
【００５０】次に、このような液体噴射記録ヘッドによ
るインク噴射の原理を、図４によって簡単に説明する。
図中、３１はインク、３２は気泡、３３は吐出口、３４
は流路、３５は発熱体基板、３６は発熱体、３７は第１
電極（制御電極）、３８は第２電極（アース電極）、３
９はインク滴である。発熱体３６には、第１電極３７、
第２電極３８を介し画像情報に応じて信号パルスが入力
され、該入力パルスに応じてインク中で気泡３２が発生
し、該気泡の作用力により、流路３４のインク１の一部
が、吐出口３３より、インク滴３９として噴射され、被
記録体（例えば紙）に記録するというものである。Next, the principle of ink ejection by such a liquid ejection recording head will be briefly described with reference to FIG.
In the figure, 31 is ink, 32 is bubbles, 33 is a discharge port, 34
Is a flow path, 35 is a heating element substrate, 36 is a heating element, and 37 is a first heating element.
Electrode (control electrode), 38 is a second electrode (earth electrode), 3
9 is an ink droplet. The heating element 36 includes a first electrode 37,
A signal pulse is input via the second electrode 38 according to the image information, and a bubble 32 is generated in the ink in accordance with the input pulse. The ink is ejected from the ejection port 33 as an ink droplet 39 and is recorded on a recording medium (for example, paper).
【００５１】ここで、信号パルスの継続時間は、数μs
〜１０数μsが望ましく、長くても３０μsまでとされ
る。これは、いったん発熱体３６上に気泡３２が発生す
ると、その後は発熱体３６の熱を気泡３２がブロックし
てしまうため、気泡３２の大きさはほとんど変化するこ
とがなく、不必要に長時間通電しても、無駄になるだけ
でなく、発熱体３６を破損せしめるからである。通電を
止めた後、気泡３２は、発熱体基板３５および周囲のイ
ンク１により、熱を奪われ、収縮して消滅する。この説
明から明らかなように、本発明にインク噴射原理に作用
する気泡３２は、非常に短時間の間に急激に加熱される
ことによって得られる気泡であり、伝熱工学の分野で、
いわゆる膜沸騰と呼ばれている現象の気泡であり、発生
〜消滅の繰り返し再現性が非常に良いものである。Here, the duration of the signal pulse is several μs.
Desirably, the length is up to 30 μs. This is because once the bubbles 32 are generated on the heating element 36, since the bubbles 32 block the heat of the heating element 36 thereafter, the size of the bubbles 32 hardly changes, and the bubbles 32 needlessly extend for a long time. This is because, even if the power is supplied, the heating element 36 is damaged as well as being wasted. After the energization is stopped, the bubbles 32 are deprived of heat by the heating element substrate 35 and the surrounding ink 1 and contract and disappear. As is clear from this description, the bubbles 32 acting on the principle of ink ejection in the present invention are bubbles obtained by being rapidly heated in a very short time, and in the field of heat transfer engineering,
This is a bubble having a phenomenon called so-called film boiling, and has extremely good reproducibility of repeated occurrence and disappearance.
【００５２】上述のように、本発明は、サーマルヘッ
ド、あるいは液体噴射記録ヘッドに適用される発熱体基
板１を、基板６と、該基板６上に該熱板よりも熱伝導率
の高い高熱伝導率層７を形成することにより、安価に、
しかも熱特性を好適に維持し、更に、ラージアレイタイ
プのヘッドを実現できる技術に関すものである。基板６
をガラスとし、高熱伝導率材料７をＡｌとしたとき、基
板ガラスやＡｌ層の表面粗さと板厚または膜厚との関
係、あるいは、基板ガラスとＡｌとの熱膨張差等の熱特
性によりインク噴射特性や耐久性等の差が生ずる。本発
明者らは、評価試験により、上記特性の最適条件を求め
た。以下、本発明のより特徴的なものをあげこれを説明
する。As described above, according to the present invention, the heating element substrate 1 applied to the thermal head or the liquid jet recording head includes the substrate 6 and the high heat having a higher thermal conductivity than the heating plate on the substrate 6. By forming the conductivity layer 7, inexpensively,
In addition, the present invention relates to a technique for maintaining the thermal characteristics appropriately and realizing a large array type head. Substrate 6
Is made of glass, and the high thermal conductivity material 7 is made of Al. Differences such as injection characteristics and durability occur. The present inventors determined the optimum conditions for the above characteristics by an evaluation test. Hereinafter, the more characteristic features of the present invention will be described.
【００５３】（請求項４の発明）請求項４の発明は、例
えば、Ａｌ層をパイレックスガラス基板上に形成したと
き、Ａｌ層の厚さを最適に選び、インク噴射特性を評価
し熱特性が得られる条件を求めるものである。(Invention of Claim 4) According to the invention of Claim 4, for example, when an Al layer is formed on a Pyrex glass substrate, the thickness of the Al layer is optimally selected, the ink ejection characteristics are evaluated, and the thermal characteristics are evaluated. It is for obtaining the conditions obtained.
【００５４】（被試験液体噴射記録ヘッド） ・使用したガラス基板：２２０mm×１６mm（厚さｔｇ＝
３mm）のパイレックスガラス。 ＊これは、２２０mm×１７０mmの基板から１０個の基板
として切り出した（１０個取り）もので、成膜技術、フ
ォトエッチング技術などを行って、発熱体などを形成し
て液体噴射記録ヘッドを製作し、最終的なヘッド基板と
なった時の大きさである。 ・形成したＡｌ層 ：０.３μm，０.６μm，１.２μ
m，２μm，２.８μm，４μmと変化させて、発熱体基板
を試作した。 ・蓄熱層 ：２μm（ＳｉＯ2） ・保護層 ：１.２μm（ＳｉＯ2） ・耐キャビテーション保護層：４０００Å（Ｔａ） ・発熱体サイズ、配列密度および数：２６μm×９０μm
（抵抗値１０２Ω）の大きさの発熱体を、４００dpiの
配列密度で、１列に３０７２個形成したもの（発熱体の
短手方向は、発熱体の配列方向）。 ・吐出口、流路および液室：図３に示した方法で、厚さ
２７μmのフォトレジスト層で、パターン形成を行い、
発熱体基板上に流路などを形成した。吐出口サイズは、
２７μm×２７μmである。(Liquid-jet recording head to be tested) Glass substrate used: 220 mm × 16 mm (thickness tg =
3mm) Pyrex glass. * This is a substrate cut out from a 220 mm x 170 mm substrate as 10 substrates (10 substrates are taken out). A film-forming technology, a photo-etching technology, etc., are used to form a heating element, etc. to manufacture a liquid jet recording head. It is the size of the final head substrate.・ Al layer formed: 0.3 μm, 0.6 μm, 1.2 μm
The heating element substrate was prototyped by changing to m, 2 μm, 2.8 μm, and 4 μm. · Thermal storage layer: 2 µm (SiO 2 ) · Protective layer: 1.2 µm (SiO 2 ) · Cavitation resistant protective layer: 4000４ (Ta) · Heating element size, array density and number: 26 µm x 90 µm
3072 heating elements having a size of (resistance 102 Ω) are formed in one row at an arrangement density of 400 dpi (the short direction of the heating elements is the arrangement direction of the heating elements). -Discharge port, flow path and liquid chamber: A pattern is formed with a photoresist layer having a thickness of 27 μm by the method shown in FIG.
A flow path and the like were formed on the heating element substrate. The discharge port size is
It is 27 μm × 27 μm.
【００５５】（試験条件） ・使用したインク ：グリセリン：４５wt%、エチル
アルコール：４.８wt%、水４８wt%、ダイレクトブラッ
ク１５４（染料）：２.２wt%。 ・発熱体駆動条件 ：駆動電圧Ｖ0＝２５Ｖ、駆動パ
ルス幅Ｐｗ＝６μmとし、３０７２個の発熱体を４８分
割駆動した（同時に駆動される発熱体は６４個）。この
条件で、１個の発熱体の連続駆動周波数は、Ｆ0＝０.５
kHz〜２０kHzまで変化させた。上記条件で、インク噴射
を行い、各飛翔インク滴の速度Ｖｊを測定した。(Test conditions)-Ink used: glycerin: 45 wt%, ethyl alcohol: 4.8 wt%, water 48 wt%, direct black 154 (dye): 2.2 wt%. Heating Element Driving Conditions: The driving voltage V 0 = 25 V, the driving pulse width Pw = 6 μm, and 3072 heating elements were driven in 48 divisions (64 heating elements are driven simultaneously). Under this condition, the continuous driving frequency of one heating element is F 0 = 0.5.
kHz to 20 kHz. Under the above conditions, ink ejection was performed, and the speed Vj of each flying ink droplet was measured.
【００５６】（試験結果） ・Ａｌ層の厚さが０.３μm〜０.６μmの液体噴射記録ヘ
ッドの場合 ・Ｆ0＝１kHz末満の時、各吐出口の飛翔インク滴は、Ｖ
ｊ＝１１m/s〜１３m/sとなり、ほぼ均一で安定した飛翔
が得られた。 ・Ｆ0＝１kHz〜１.５kHzでは、各吐出口の飛翔インク滴
は、Ｖｊ＝５m/s〜１０m/sというようにバラツキ、均一
性がなくなり不安定な飛翔になった。 ・Ｆ0＝２kHz以上では、インク滴の空打ちが生じるよう
になり、安定した噴射は得られなくなった。 ・Ａｌ層の厚さが１.２μmの液体噴射記録ヘッドの場合 ・Ｆ0＝１kHz末満の時、各吐出口の飛翔インク滴は、Ｖ
ｊ＝１１m/s〜１３m/sとなり、ほぼ均一で安定した飛翔
が得られた。 ・連続駆動周波数を徐々に上げられていったところ、Ｆ
0＝１５kHz（最大値）まで、安定した飛翔が得られ、各
吐出口の飛翔インク滴は、Ｖｊ＝１２m/s〜１３m/sであ
った。 ・Ａｌ層の厚さが２μm，２.８μm，４μmの液体噴射記
録ヘッドの場合 ・連続駆動周波数を徐々に上げていったところ、Ｆ0＝
１７kHz（最大値）まで、安定した飛翔が得られ、各吐
出口の飛翔インク滴は、Ｖｊ＝１２m/〜１３.５m/sであ
った。しかし、Ａｌ層の厚さが１.２μmの液体噴射記録
ヘッドの場合に較べて大きな変化はなかった。(Test Results) In the case of a liquid jet recording head in which the thickness of the Al layer is 0.3 μm to 0.6 μm. When F 0 = 1 kHz or less, the flying ink droplet of each ejection port is V
j = 11 m / s to 13 m / s, and almost uniform and stable flight was obtained. At F 0 = 1 kHz to 1.5 kHz, the flying ink droplets at the respective ejection ports were uneven and non-uniform as Vj = 5 m / s to 10 m / s. -When F 0 = 2 kHz or more, the ink droplets were hit at an idle speed, and stable ejection could not be obtained. In the case of a liquid jet recording head having an Al layer thickness of 1.2 μm. When F 0 = 1 kHz or less, the flying ink droplet at each ejection port is V
j = 11 m / s to 13 m / s, and almost uniform and stable flight was obtained.・ When the continuous drive frequency was gradually increased, F
A stable flight was obtained up to 0 = 15 kHz (maximum value), and the flying ink droplet at each ejection port was Vj = 12 m / s to 13 m / s. In the case of a liquid jet recording head in which the thickness of the Al layer is 2 μm, 2.8 μm, and 4 μm, F 0 =
Up to 17 kHz (maximum value), stable flying was obtained, and the flying ink droplet at each ejection port was Vj = 12 m / -13.5 m / s. However, there was no significant change as compared with the case of the liquid jet recording head in which the thickness of the Al layer was 1.2 μm.
【００５７】比較試験用液体噴射記録ヘッドの概要およ
び評価結果 （比較試験用液体噴射記録ヘッド）発熱体基板として、
Ｓｉウエハを用い、Ｓｉウエハ上に上記とほぼ同じ蓄熱
層、発熱体、保護層等を形成し発熱体および吐出口は６
４個としたものである。 （試験結果）発熱体および吐出口すべてを同時駆動し、
連続駆動周波数を徐々に上げていったところＦ0＝１６k
Hz（最大値）まで、安定した飛翔が得られ、各吐出口の
飛翔インク滴は、Ｖｊ＝１１m/〜１３m/sであった。Overview and Evaluation Results of Liquid Jet Recording Head for Comparative Test (Liquid Jet Recording Head for Comparative Test)
Using a Si wafer, a heat storage layer, a heating element, a protective layer, and the like, which are substantially the same as those described above, are formed on the Si wafer.
The number is four. (Test result) Simultaneously drive all heating elements and discharge ports,
When the continuous drive frequency was gradually increased, F 0 = 16k
Up to Hz (maximum value), stable flying was obtained, and the flying ink droplet at each ejection port was Vj = 11 m // 13 m / s.
【００５８】（評価）本発明による液体噴射記録ヘッド
の発熱体基板のガラス基板表面に形成したＡｌ層の厚さ
が１.２μmから４μmのときの駆動周波数とインク滴の
飛翔速度特性は、比較試験の場合と略等しく本発明のよ
うにガラス基板に表面にＡｌ層を形成した基板に発熱体
を形成してなる記録ヘッドであっても、放熱特性を考慮
してＡｌ層の厚さを適切に選べば、Ｓｉウエハ上に発熱
体を形成してなる記録ヘッドと較べて、遜色のない特性
が得られることがわかった。(Evaluation) When the thickness of the Al layer formed on the glass substrate surface of the heating element substrate of the liquid jet recording head according to the present invention is 1.2 μm to 4 μm, the driving frequency and the flying speed characteristics of ink droplets are compared. Even in the case of a recording head in which a heating element is formed on a substrate in which an Al layer is formed on a glass substrate as in the present invention, the thickness of the Al layer is appropriately adjusted in consideration of heat radiation characteristics, as in the case of the test. It was found that the characteristics comparable to those of a recording head having a heating element formed on a Si wafer could be obtained.
【００５９】（請求項５の発明）請求項５の発明は、基
板６のガラスをホウケイ酸ガラスとし、発熱体基板１を
特に液体噴射記録ヘッドとして使用するとき、耐インク
腐食性を与えて信頼性を高めるものである。(Invention of Claim 5) According to the invention of claim 5, the glass of the substrate 6 is made of borosilicate glass, and when the heating element substrate 1 is used in particular as a liquid jet recording head, it imparts ink corrosion resistance to provide reliability. It enhances the character.
【００６０】ガラスは、基本的には、ほぼどのようなも
のでも使用することができる。しかしながら、使用用途
によっては、ある特定の材料を選ぶ必要がある。具体的
には、発熱体基板を単にサーマルヘッドとして、空気中
で使用するのであれば、入手も容易で最も一般的な、ソ
ーダガラスのようなものでもよいが、液体噴射記録ヘッ
ドの発熱体基板として使用するのであれば、耐インク腐
食性を考慮して、石英ガラス、ホウケイ酸ガラスが、望
ましい。特に米コーニング社より、パイレックスガラス
の商品名で売り出されているホウケイ酸ガラスが、入手
のしやすさ、コスト面の優位さから、好適に利用でき
る。Basically, almost any glass can be used. However, it is necessary to select a specific material depending on the use application. Specifically, if the heating element substrate is simply used as a thermal head in the air, it can be easily obtained and most commonly used, such as soda glass. If used, quartz glass and borosilicate glass are preferable in consideration of ink corrosion resistance. In particular, borosilicate glass sold under the trade name of Pyrex glass by Corning Incorporated in the United States can be suitably used due to its availability and superior cost.
【００６１】（請求項６，７の発明）請求項６，７の発
明は、発熱体基板の耐久性を実用上充分にするための基
板面精度（表面粗さ）と、基板面上に蒸着形成されたＡ
ｌ層の面精度を定めるものである。(Inventions of Claims 6 and 7) The invention of Claims 6 and 7 relates to a substrate surface accuracy (surface roughness) for making the durability of the heating element substrate practically sufficient, and vapor deposition on the substrate surface. A formed
This is to determine the surface accuracy of the l layer.
【００６２】前述のように、本発明では、発熱体基板を
入手容易で、ラージアレイヘッドが製作できるガラス基
板を使用して、製作するが、この時問題になるのは、発
熱体などのパターンが形成される基板面の面精度であ
る。面精度が、悪ければ、高精度で良好なパターンが、
作製できないばかりでなく、仮に、一見良好そうなパタ
ーンに見えても、長期の信頼性が得られないということ
もある。本発明者らは、この点に注目して、本発明に使
用される、基板に要求される面精度（表面粗さ）を検討
した。As described above, according to the present invention, the heating element substrate is manufactured using a glass substrate from which a large array head can be easily manufactured. Is the surface accuracy of the substrate surface on which is formed. If surface accuracy is bad, high accuracy and good pattern
Not only cannot it be manufactured, but even if the pattern looks good at first glance, long-term reliability may not be obtained. The present inventors have paid attention to this point and have studied the surface accuracy (surface roughness) required for the substrate used in the present invention.
【００６３】（ガラス基板とガラス基板上のＡｌ層の表
面粗さに対する液体噴射ヘッドの耐久性試験記録）種々
の表面粗さとなるように研磨条件を変える。 ガラス基板：バイレックスガラス Ａｌ層 ：上記パイレックスガラス基板上に、Ａｌを
スパッタリング条件（堆積スピード、真空度）を変えて
１.５μm形成し、最終的なＡｌ面の表面粗さの異なる基
板を準備する。以上のＡｌ層を形成したパイレックスガ
ラス基板を用いて、前述の方法と同様な方法で、液体噴
射記録ヘッドを製作してある。ここでは、単なる耐久試
験用のヘッドなので、ラージアレイではなく、前述のＳ
ｉウエハを用いて製作したものと同じ、６４個の発熱
体、吐出口を有する微小液体記録ヘッドとした（ヘッド
チップは、１０mm×８mmである）。配列密度等は、同じ
４００dpiである。(Durability Test Record of Liquid Jet Head for Surface Roughness of Glass Substrate and Al Layer on Glass Substrate) Polishing conditions are changed so as to obtain various surface roughnesses. Glass substrate: Virex glass Al layer: Al is formed on the Pyrex glass substrate at a thickness of 1.5 μm by changing sputtering conditions (deposition speed, degree of vacuum), and a substrate having a final Al surface having a different surface roughness is prepared. I do. Using the Pyrex glass substrate on which the Al layer is formed, a liquid jet recording head is manufactured in the same manner as described above. Here, since the head is merely a durability test, it is not a large array, but the above-described S.
A micro liquid recording head having 64 heating elements and discharge ports, which was the same as that manufactured using the i-wafer (head chip is 10 mm × 8 mm). The array density and the like are the same 400 dpi.
【００６４】（試験条件） ・使用したインク ：グリセリン：４５wt%、エチル
アルコール：４.８wt%、水：４８wt%、ダイレクトブラ
ック１５４（染料）：２.２wt%。 ・発熱体駆動条件 ：駆動電圧Ｖ0＝２５Ｖ、駆動パ
ルス幅Ｐｗ＝６μsとし、６４個の発熱体のうち、１０
個のみを使用し、１個の発熱体の連続駆動周波数をＦ0
＝１６kHzとした。耐久試験は、各記録ヘッドとも１０
個の発熱体で行い、発熱体が破損するまで連続試験を行
った。(Test Conditions) Ink used: glycerin: 45 wt%, ethyl alcohol: 4.8 wt%, water: 48 wt%, direct black 154 (dye): 2.2 wt%. Heating element driving conditions: driving voltage V 0 = 25 V, driving pulse width Pw = 6 μs, and 10 out of 64 heating elements
And the continuous driving frequency of one heating element is set to F 0
= 16 kHz. The durability test was performed for each recording head with 10
The test was performed on each heating element, and a continuous test was performed until the heating element was damaged.
【００６５】 （試験結果） ガラス面表面粗さ(s) Al面表面粗さ(s) 耐久性 0.05 0.05 109回以上の耐久性あり(実用上充分) 0.05 0.1 109回以上の耐久性あり(実用上充分) 0.05 0.3 109回以上の耐久性あり(実用上充分) 0.05 0.5 109回以上の耐久性あり(実用上充分) 0.05 0.7 3×108回以上の耐久性あり （実用上やや不充分） 0.05 1 107回以下の耐久性しかない (非実用的)(Test Results) Glass Surface Roughness (s) Al Surface Roughness (s) Durability 0.05 0.05 10 9 times or more (sufficient for practical use) 0.05 0.1 10 9 times or more (Sufficient for practical use) 0.05 0.3 10 Durability of 9 times or more (Sufficient for practical use) 0.05 0.5 10 Durability of 9 or more times (Sufficient for practical use) 0.05 0.7 3 × 10 8 or more times of durability (For practical use (Slightly inadequate) 0.05 1 10 Only less than 7 times durability (impractical)
【００６６】 ガラス面表面粗さ(s) Al面表面粗さ(s) 耐久性 0.08 0.1 109回以上の耐久性あり(実用上充分) 0.08 0.3 109回以上の耐久性あり(実用上充分) 0.08 0.5 109回以上の耐久性あり(実用上充分) 0.08 0.7 2〜3×108回の耐久性あり (実用上やや不充分) 0.08 1 107回以下の耐久性しかない (非実用的)Glass surface roughness (s) Al surface roughness (s) Durability 0.08 0.1 10 Durability of 9 times or more (sufficient for practical use) 0.08 0.3 10 Durability of 9 times or more (sufficient for practical use) ) 0.08 0.5 10 Durability of 9 or more times (sufficient for practical use) 0.08 0.7 2 to 3 × 10 8 Durability of 8 times (slightly insufficient for practical use) 0.08 1 10 Only less than 7 times of durability (non-practical) Target)
【００６７】 ガラス面表面粗さ(s) Al面表面粗さ(s) 耐久性 0.1 0.1 109回以上の耐久性あり(実用上充分) 0.1 0.3 109回以上の耐久性あり(実用上充分) 0.1 0.5 109回以上の耐久性あり(実用上充分) 0.1 0.7 2〜2.5×108回以上の耐久性あり (実用上やや不充分) 0.1 1 107回以下の耐久性しかない (非実用的)Glass surface roughness (s) Al surface roughness (s) Durability 0.1 0.1 10 9 times or more (sufficient for practical use) 0.1 0.3 10 9 times or more (sufficient for practical use) ) 0.1 0.5 10 Durability of 9 times or more (sufficient for practical use) 0.1 0.7 2 to 2.5 × 10 Durability of 8 times or more (slightly insufficient for practical use) 0.1 1 10 Only less than 7 times of durability (non (Practical)
【００６８】 ガラス面表面粗さ(s) Al面表面粗さ(s) 耐久性 0.3 0.3 109回以上の耐久性あり(実用上充分) 0.3 0.5 109回以上の耐久性あり(実用上充分) 0.3 0.7 2.5×108回以上の耐久性あり (実用上やや不充分) 0.3 1 107回以下の耐久性しかない (非実用的) 0.7 0.7 107回以上の耐久性あり (実用的上不充分) 0.7 1 107回以下の耐久性しかない (非実用的)Glass surface roughness (s) Al surface roughness (s) Durability 0.3 0.3 10 Durability of 9 times or more (sufficient for practical use) 0.3 0.5 10 Durability of 9 times or more (sufficient for practical use) ) 0.3 0.7 2.5 × 10 Durability of 8 times or more (slightly insufficient for practical use) 0.3 1 10 Only durability of 7 times or less (impractical) 0.7 0.7 10 Durability of 7 times or more (practical (Insufficient) 0.7 1 10 Only durability of 7 times or less (impractical)
【００６９】（評価）以上の結果により、本発明に使用
される基板に要求される表面粗さとしては、最初のガラ
ス基板の時点では、０.１s以下が要求され、その後、Ａ
ｌ層を形成した後のＡｌ面では、０.５sを以下になるよ
うに成膜条件をコントロールしないと、実用的に充分な
耐久性（１０9回以上の耐久性）が得られないことがわ
かる。(Evaluation) From the above results, the surface roughness required for the substrate used in the present invention is required to be 0.1 s or less at the time of the first glass substrate.
On the Al surface after the formation of the l layer, practically sufficient durability (durability of 10 9 times or more) may not be obtained unless the film formation conditions are controlled so that 0.5 s or less is obtained. Recognize.
【００７０】（請求項８の発明）請求項８の発明は、ラ
ージアレイヘッド用の発熱体基板のガラス基板上に形成
したＡｌ層が、長期間のヒートサイクルを加えられるこ
とにより、ガラスとＡｌの熱膨張係数差による繰り返し
熱応力のため剥離する課題を熱ひずみを小さくして防ぐ
ようにしたものである。(Invention of claim 8) The invention of claim 8 is that the Al layer formed on the glass substrate of the heating element substrate for the large array head is subjected to a long-term heat cycle so that the glass and the Al The problem of peeling due to repeated thermal stress due to the difference in thermal expansion coefficient is prevented by reducing thermal strain.
【００７１】ガラス基板上にＡｌ層を形成してラージア
レイヘッド用の発熱体基板を形成するとガラス基板の広
範な領域にＡｌ層を形成し、液体噴射記録ヘッドとして
完成した後は、発熱体基板には過酷なヒートサイクルが
加わるため、ガラスとＡｌという２種類の材料の熱膨張
率の違いにより、Ａｌ層の剥離等による耐久性が、問題
となる。もちろん前述の耐久試験で使用したような６４
個の発熱体を有する微小な液体噴射記録ヘッド（前述の
場合ヘッドチップは、１０mm×８mmであった。）では、
さほど問題にならなが、紙幅全域をカバーするようなラ
ージアレイヘッドでは、重要な問題となる。When a heating element substrate for a large array head is formed by forming an Al layer on a glass substrate, an Al layer is formed over a wide area of the glass substrate, and after completing a liquid jet recording head, the heating element substrate is formed. Since a severe heat cycle is applied to, a difference in thermal expansion coefficient between two types of materials, glass and Al, causes a problem of durability due to peeling of the Al layer or the like. Of course, 64 as used in the above-mentioned durability test
In a minute liquid jet recording head having a plurality of heating elements (the head chip was 10 mm × 8 mm in the case described above).
This is not a serious problem, but it is an important problem in a large array head that covers the entire paper width.
【００７２】図５は、請求項８の発明の実施形態を説明
するためのＡｌ層の斜視図で、図５（Ａ）はスリット、
図５（Ｂ）はスリット状開口を示し、図中、４１はスリ
ット、４２はスリット状開口で、図１と同様の作用をす
る部分には図１と同じ参照番号を付してある。FIG. 5 is a perspective view of an Al layer for explaining an embodiment of the invention of claim 8, and FIG.
FIG. 5B shows a slit-shaped opening, in which 41 is a slit and 42 is a slit-shaped opening, and portions having the same operation as in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals as in FIG.
【００７３】図５（Ａ）に示すスリット４１、図５
（Ｂ）に示すスリット状開口４２は共に基板６上に熱ス
トレスを逃がすための構造として、Ａｌ層の長手方向に
所々に設けられた幅２〜１０μmのスリット４１、ある
いはスリット状の開口４２でスリット４１は基板６の発
熱体９が配列された側に開口している。なおこの例で
は、考え方を示しているだけであり、図中のパターン
は、実寸とは異なる。また、この例では、発熱体基板１
上の発熱体９などのパターンは省略しており、基板６上
のＡｌ層（高層伝導材料層７）のパターンのみ示してい
る（斜線部）。このようなスリットは、Ａｌ層を形成し
た後、リン酸水溶液等によるエッチング液を用い簡単に
形成できる。The slit 41 shown in FIG.
Both of the slit-shaped openings 42 shown in FIG. 2B have a structure having a width of 2 to 10 μm or a slit-shaped opening 42 provided in some places in the longitudinal direction of the Al layer as a structure for releasing thermal stress on the substrate 6. The slit 41 is open on the side of the substrate 6 where the heating elements 9 are arranged. In this example, only the concept is shown, and the pattern in the figure is different from the actual size. In this example, the heating element substrate 1
The pattern of the upper heating element 9 and the like is omitted, and only the pattern of the Al layer (higher conductive material layer 7) on the substrate 6 is shown (hatched portion). Such a slit can be easily formed by using an etching solution such as a phosphoric acid aqueous solution after forming the Al layer.
【００７４】以下に、このようなスリットを設けた場合
とそれがない場合の、比較検討した結果を示す。 （試作液体噴射記録ヘッド）前述のラージアレイヘッド
（２２０mm×１６mm（厚さｔｇ＝３mm））と同じであ
り、このラージアレイヘッドで、Ａｌ層にスリット状の
開口４１のあるものとないものを準備し、前述ラージア
レイヘッドの噴射条件と同じ（３０７２個の発熱体を４
８分割駆動した（同時に駆動される発熱体は６４個））
でインク噴射を行い、耐久試験を行った。スリット状の
開口４２を設けた液体噴射記録ヘッドのスリットのディ
メンションは、５μm×１０mmで、図５（Ａ）に示すよ
うに、発熱体列に近い方に１０mm間隔で、２０個形成し
た。The results of a comparative study with and without such a slit are shown below. (Prototype liquid jet recording head) The same as the large array head (220 mm × 16 mm (thickness tg = 3 mm)) described above. This large array head has an Al layer with or without a slit-shaped opening 41 in the Al layer. Prepare and use the same jetting conditions for the large array head (3072 heating elements
Driving by 8 (64 heating elements driven simultaneously)
, And an endurance test was performed. The dimension of the slit of the liquid jet recording head provided with the slit-shaped opening 42 was 5 μm × 10 mm, and as shown in FIG. 5A, 20 slits were formed at intervals of 10 mm closer to the row of heating elements.
【００７５】（比較結果）これら２種類の液体噴射記録
ヘッドを比較したところ、スリット状の開口４１を設け
た方は、各発熱体９は、１０9回以上の耐久性があり、
安定したインク噴射が得られた。一方、スリットを設け
ていない方は、１０5回あたりから、インク噴射が乱れ
る吐出口や発熱体が現われ始め、信頼性が低いことが判
明した。耐久試験後、この液体噴射記録ヘッドを分解し
て、この発熱体基板を調べたところ、ガラス基板上のＡ
ｌ層の数ヶ所にうきが見うけられ、Ａｌ層が破損してい
ることが判明した。(Comparative Results) When these two types of liquid jet recording heads were compared, it was found that, when the slit-shaped opening 41 was provided, each heating element 9 had a durability of 10 9 times or more.
Stable ink ejection was obtained. Meanwhile, which is not provided with the slits, from around 105 times, beginning appear discharge port and the heat generating element in which the ink ejection is disturbed, it has been found unreliable. After the durability test, the liquid jet recording head was disassembled and the heating element substrate was examined.
Drift was observed in several places of the l layer, and it was found that the Al layer was damaged.
【００７６】（請求項９の発明）請求項９の発明は、ガ
ラス基板上にＡｌ層を形成したラージアレイヘッドに蓄
熱された余剰熱を逃がすヒートシンクをＡｌ層に接触さ
せ、放熱量を多くし高速記録を可能とするようにしたも
のである。According to a ninth aspect of the present invention, a heat sink for releasing excess heat stored in a large array head having an Al layer formed on a glass substrate is brought into contact with the Al layer to increase the amount of heat radiation. This enables high-speed recording.
【００７７】本発明では、前述のように、ガラス基板上
にＡｌ層を形成したラージアレイヘッド用の発熱体基板
１を形成する発明であり、前述のように、Ａｌ層の厚さ
を適切に選ぶことにより、Ｓｉウエハを基板としたもの
と、放熱特性のうえで遜色ない結果が得られるが、ここ
では、さらに放熱特性を、更に向上させる構成について
説明する。各発熱体９より発生する熱は、サーマルヘッ
ドでは、感熱紙、インクリボンを加熱し、あるいは、液
体噴射記録ヘッドの場合は、気泡を発生させるためにイ
ンクを加熱するのに消費されるが、発熱体９で発生した
全ての熱が記録に寄与するわけではなく、一部もしくは
多くが、余剰熱として、サーマルヘッド本体、あるいは
液体噴射記録ヘッド内のインクあるいは記録ヘッド本体
に蓄積されてくる。高い応答波数による高速記録を行う
には、それらの記録等に使われない余剰熱は、効果的に
記録ヘッド本体から、逃がしてやる必要がある。In the present invention, as described above, the heating element substrate 1 for a large array head in which an Al layer is formed on a glass substrate is formed. As described above, the thickness of the Al layer is appropriately adjusted. By selecting this, a result comparable to that using a Si wafer as a substrate can be obtained in terms of heat radiation characteristics. Here, a configuration for further improving the heat radiation characteristics will be described. The heat generated from each heating element 9 is consumed to heat the thermal paper and the ink ribbon in the thermal head, or is consumed to heat the ink to generate bubbles in the case of the liquid jet recording head. Not all the heat generated by the heating element 9 contributes to printing, and a part or a large amount is accumulated in the thermal head main body, the ink in the liquid ejection recording head, or the print head main body as surplus heat. In order to perform high-speed recording with a high response wave number, surplus heat not used for the recording or the like must be effectively released from the recording head body.
【００７８】図６は、請求項９の発明の実施形態を説明
するための斜視図であり、図中、４３はヒートシンクで
あり、図１（Ａ）と同様の作用をする部分には図１
（Ａ）と同じ参照番号を付してある。FIG. 6 is a perspective view for explaining an embodiment of the ninth aspect of the present invention. In FIG. 6, reference numeral 43 denotes a heat sink, and parts having the same functions as those in FIG.
The same reference numerals as in FIG.
【００７９】図６に示す発熱体基板１において、ガラス
基板（基板６）上の高熱伝導率層（Ａｌ層）７にヒート
シンク４３を接触させ、熱的なカップリングを行ったも
ので、発熱体基板１で発生した熱の一部をＡｌ層７，ヒ
ートシンク４３を介して大気に放熱する。以下に、この
ようなヒートシンク４３を設けた場合と、ヒートシンク
４３がない場合の比較結果を示す。In the heating element substrate 1 shown in FIG. 6, a heat sink 43 is brought into contact with a high thermal conductivity layer (Al layer) 7 on a glass substrate (substrate 6) to perform thermal coupling. Part of the heat generated in the substrate 1 is radiated to the atmosphere via the Al layer 7 and the heat sink 43. Hereinafter, a comparison result between the case where the heat sink 43 is provided and the case where the heat sink 43 is not provided will be described.
【００８０】（ヒートシンク４３なしの記録ヘッド）前
述の３０７２個の発熱体９および吐出口１７を有するラ
ージアレイヘッドであり、インク噴射等の各条件は、前
述の条件と同じである。(Recording Head without Heat Sink 43) This is a large array head having the aforementioned 3072 heating elements 9 and discharge ports 17, and the conditions such as ink ejection are the same as those described above.
【００８１】（ヒートシンク４３を設けた記録ヘッド）
記録ヘッド試作の際に、ガラス基板上にＡｌ層を形成し
た後、その後の各種成膜，パターン形成の工程で、２２
０mm×１６mmの基板の両端の８mm×１６mmの領域のＡｌ
層表面に、不要な膜が付着しないようにして液体噴射記
録ヘッドを製作したものである。そして、最後に露出し
ているＡｌ層表面に直接図示したようなヒートシンク４
３を付け、ヒートシンク４３付きの記録ヘッドとして完
成させたものである。なお、Ａｌ層の厚さは、ともに
１.２μmである。(Recording head provided with heat sink 43)
After forming an Al layer on a glass substrate at the time of trial production of a recording head, the subsequent various film formation and pattern formation steps are performed.
Al of 8 mm x 16 mm area at both ends of 0 mm x 16 mm substrate
The liquid jet recording head is manufactured so that an unnecessary film does not adhere to the layer surface. Then, the heat sink 4 as shown in the drawing is directly provided on the surface of the Al layer which is finally exposed.
3 to complete a recording head with a heat sink 43. The thickness of each of the Al layers is 1.2 μm.
【００８２】（試験方法）この２種類の記録ヘッドで、
インク噴射を行い、連続駆動周波数Ｆ0を徐々に上げて
いって、飛翔インク滴速度を測定した。 （試験結果） （ヒートシンクなしの記録ヘッド）各吐出口１７の飛翔
インク滴速度が、Ｖｊ＝１１m/s〜１３m/sで、ほぼバラ
ツキのない飛翔が得られる連続駆動周波数Ｆ0の上限
は、Ｆ0＝１５〜１５.５kHzであった。これよりも高い
連続駆動周波数Ｆ0でも、インク噴射は可能であった
が、各吐出口１７の飛翔インク滴速度Ｖｊのバラツキが
大きくなり、実用的なインク噴射ではなかった。 （ヒートシンク４３を設けた記録ヘッド）各吐出口１７
の飛翔インク滴速度が、Ｖｊ＝１２m/s〜１４m/sで、ほ
ぼバラツキのない飛翔が得られる連続駆動周波数Ｆ0の
上限がＦ0＝１７〜１８kHzとなって、ヒートシンク４３
なしの記録ヘッドに較べて、ヒートシンク４３を設けた
記録ヘッドは、高速駆動ができることがわかった。(Test Method) With these two types of recording heads,
Perform ink jet, it went up gradually the continuous drive frequency F 0, to measure the flying ink droplet speed. (Test Results) (Recording Head without Heat Sink) The upper limit of the continuous drive frequency F 0 at which the flying ink droplet velocity of each ejection port 17 is Vj = 11 m / s to 13 m / s and the flying with almost no variation is obtained. It was a F 0 = 15~15.5kHz. Even at a higher continuous drive frequency F 0 , ink ejection was possible, but the dispersion of the flying ink droplet velocities Vj of the respective ejection ports 17 became large, and this was not a practical ink ejection. (Recording head provided with heat sink 43) Each ejection port 17
When the flying ink droplet velocity is Vj = 12 m / s to 14 m / s, the upper limit of the continuous driving frequency F 0 at which a substantially uniform flight can be obtained is F 0 = 17 to 18 kHz, and the heat sink 43
It was found that the recording head provided with the heat sink 43 can be driven at a higher speed than the recording head without the recording head.
【００８３】（請求項１０の発明）請求項１０の発明
は、製作途中あるいは製作後に、破損させないため、ガ
ラス基板の厚さの限界を定めたものである。(Invention of Claim 10) In the invention of claim 10, the thickness of the glass substrate is limited so as not to be damaged during or after the production.
【００８４】本発明では、前述のように、ガラス基板上
にＡｌ層を形成してラージアレイヘッド用の発熱体基板
１を形成する発明であるが、たとえば、前述のように、
２２０mm×１６mmのラージアレイヘッド、あるいはそれ
以上の大きさのラージアレイヘッドをガラス基板で製作
する場合、製作途中、あるいは作製後の取り扱いに注意
しないと、簡単に破損するという問題点が出てくる。こ
れは、極端に厚いガラス基板を用いて製作すれば解決で
きる話ではあるが、コストおよび小型軽量化の面からみ
て、必要かつ充分な強度が得られる厚さを決めることは
重要なことである。In the present invention, as described above, the heating element substrate 1 for a large array head is formed by forming an Al layer on a glass substrate.
When a large array head of 220 mm x 16 mm or a larger array head of a larger size is manufactured on a glass substrate, there is a problem that the glass is easily broken unless care is taken during or after the manufacturing. . Although this can be solved by manufacturing using an extremely thick glass substrate, it is important to determine the thickness at which necessary and sufficient strength is obtained from the viewpoint of cost and reduction in size and weight. .
【００８５】本発明者らは、この点に鑑み、いくつかの
厚さの異なるガラス基板を用いてラージアレイヘッド用
の発熱体基板１を製作し、どのくらいの厚さのガラス基
板を用いたら、ほぼ問題がなくなる（製作途中、あるい
は作製後の取り扱い中に破損しない）かを見い出した。
以下、液体噴射記録ヘッドのガラス基板厚さと最終製作
工程における歩溜りの状況を説明する。In view of this point, the present inventors manufactured a heating element substrate 1 for a large array head using glass substrates having several different thicknesses. It has been found that there is almost no problem (there is no damage during production or during handling after production).
Hereinafter, the thickness of the glass substrate of the liquid jet recording head and the yield in the final manufacturing process will be described.
【００８６】（被評価液体噴射記録ヘッド）実験試作に
使用したガラス基板は、前述の１０個取り用の２２０mm
×１７０ｍｍのパイレックスガラスであり、厚さをｔｇ
＝０．５mm、１mm、１.５mm、２mm、２.５mm、３mm、４
mm、５mmと変えたものを準備し、前述の液体噴射記録ヘ
ッドを製作する一通りのプロセスを行い、各基板から２
２０mm×１６mmの液体噴射記録ヘッドを１０個ずつ製作
した。なお、この時形成したＡｌ層は、１.２μmであ
る。また、１枚の基板から、１０個の液体噴射記録ヘッ
ドを取る（切り出す）工程は、前述（図２，図３参照）
のように、天井板１９となるガラス基板を接合し、さら
に熱硬化処理、または紫外線照射を行った後である。(Evaluated Liquid Ejection Recording Head) The glass substrate used for the experimental trial production was a 220 mm
X 170mm Pyrex glass with thickness of tg
= 0.5mm, 1mm, 1.5mm, 2mm, 2.5mm, 3mm, 4
mm and 5 mm were prepared, and the same process for manufacturing the above-described liquid jet recording head was performed.
Ten 20 mm × 16 mm liquid jet recording heads were manufactured. The Al layer formed at this time is 1.2 μm. Also, the step of taking (cutting out) ten liquid jet recording heads from one substrate is described above (see FIGS. 2 and 3).
After bonding the glass substrate to be the ceiling plate 19 and further performing the heat curing treatment or the ultraviolet irradiation as shown in FIG.
【００８７】（歩留り状況）以下に、各ガラス基板厚さ
の場合で、最終製作プロセスまで行った場合の液体噴射
記録ヘッドの歩留り状況（破損しなかった液体噴射記録
ヘッド数）を示す。 ガラス厚さｔｇ(mm) 破損しなかった液体噴射記録ヘッド数 ０.５ ０(最終製作プロセスへ行く前に破損） １ ０(最終製作プロセスへ行く前に破損） １.５ ３ ２ ９ ２.５ １０ ３ １０ ４ １０ ５ １０ （評価）以上の結果より、少なくともＡ４用紙横幅をカ
バーできるラージアレイヘッドを歩留り良く製作するに
は、ガラス基板厚さｔｇを、ｔｇ＝２mm以上とする必要
があることがわかる。(Yield Status) The yield status (the number of unbroken liquid jet recording heads) of the liquid jet recording head when the process up to the final manufacturing process is performed for each glass substrate thickness is shown below. Glass thickness tg (mm) Number of liquid jet recording heads that were not damaged 0.5 0 (damaged before going to final manufacturing process) 10 0 (damaged before going to final manufacturing process) 1.5 3 2 9 2. 5 10 3 10 4 10 5 10 (Evaluation) From the above results, in order to produce a large array head capable of covering at least the width of A4 paper with good yield, the glass substrate thickness tg needs to be tg = 2 mm or more. You can see that.
【００８８】（請求項１１の発明）請求項１１の発明
は、ガラス基板の裏面に樹脂等の補強材料を塗布して破
断強度を増し、ガラス基板厚さｔｇをｔｇ＜２mmであっ
ても高歩留りが得られるようにしたものである。すなわ
ち、上記の実験試作結果では、ガラス基板厚さｔｇを、
ｔｇ＝２mm以上とする必要があることがわかったが、こ
こでは、ガラス基板を補強して破損を防ぐ手段を提案す
るもので以下にその前提となる評価試験を説明する。(Invention of claim 11) The invention of claim 11 is to increase the breaking strength by applying a reinforcing material such as resin on the back surface of the glass substrate, and to increase the breaking strength even if the thickness tg of the glass substrate is tg <2 mm. It is intended to obtain a yield. That is, in the above experimental trial production results, the glass substrate thickness tg is
It has been found that tg needs to be 2 mm or more, but here, means for reinforcing the glass substrate to prevent breakage is proposed, and an evaluation test as a premise thereof will be described below.
【００８９】（被評価液体噴射記録ヘッド）前記実験試
作と同様に、ガラス基板の厚さｔｇを、ｔｇ＝０.５m
m、１mm、１.５mm、２mm、２.５mmと変えたものを準備
した。そして、それらの裏面に液状のフォトレジストを
塗布し、１５０℃で１時間熱硬化処理を行った後、同様
の液体噴射記録ヘッドを製作するプロセスを一通り行っ
た。(Liquid Ejection Recording Head to be Evaluated) Similarly to the experimental prototype, the thickness tg of the glass substrate was set to tg = 0.5 m.
m, 1 mm, 1.5 mm, 2 mm, and 2.5 mm were prepared. Then, a liquid photoresist was applied to the rear surfaces thereof, and a thermosetting treatment was performed at 150 ° C. for 1 hour. Then, a similar process of manufacturing a similar liquid jet recording head was performed.
【００９０】 （歩留り状況） ガラス厚さｔｇ(mm) 破損しなかった液体噴射記録ヘッド数 ０.５ ０(最初のフォトレジスト塗布時に破損) １ ２ １.５ １０ ２ １０ ２.５ １０ （評価）以上の結果より、ガラス基板の厚さｔｇが多少
薄くても、樹脂等の材料を裏面に塗布してやれば、それ
が補強に効果的であり、歩留りが向上することがわか
る。つまり、ガラス基板の厚さｔｇが、ｔｇ＝１.５mm
〜２mmであったとしても、樹脂等の材料を裏面に塗布し
て補強してやれば、取り扱い性が向上して破損もなくな
り、歩留りが向上することがわかる。(Yield Status) Glass Thickness tg (mm) Number of Liquid Jet Recording Heads Not Damaged 0.50 (Damage at First Photoresist Coating) 1 2 1.5 10 2 10 2.5 10 (Evaluation) From the above results, it can be seen that even if the thickness tg of the glass substrate is somewhat thin, if a material such as resin is applied to the back surface, it is effective for reinforcement and the yield is improved. That is, when the thickness tg of the glass substrate is tg = 1.5 mm
Even if it is about 2 mm, it is understood that if a material such as a resin is applied to the back surface and reinforced, the handleability is improved, the breakage is eliminated, and the yield is improved.
【００９１】（請求項１２の発明）請求項１２の発明
は、一枚の矩形のガラス基板に複数列、複数段の発熱体
基板あるいは液体噴射記録ヘッドを形成してから各々を
分離するようにしたものである。すなわち、本発明は、
紙幅をカバーできるようなラージアレイヘッドを、小さ
いヘッドチップのつなぎ合わせで製作するのではなく、
１枚板のガラス基板で製作するというものである。(Invention of claim 12) The invention of claim 12 is to form a plurality of rows, a plurality of stages of heating element substrates or liquid jet recording heads on a single rectangular glass substrate and then separate them from each other. It was done. That is, the present invention
Rather than making a large array head that can cover the paper width by joining small head chips,
It is manufactured using a single glass substrate.
【００９２】図７は、請求項１２の実施形態を説明する
ためのガラス基板で、図中、４４はガラス基板（横幅２
２０×縦幅１７０）であり、図１と同様の作用をする部
分には、図１と同じ参照番号を付してあり、ラージアレ
イヘッドは、前述の例のように、例えば、２２０mm×１
６mmというように、非常に細長い形状となる。そこで、
最終的にこのような非常に細長い形状となるような記録
ヘッドを製作するには、始めのガラス基板６の大きさを
この大きさにしてから製作するのではなく、前述の試作
例で示したように、複数個（前述の例では１０個）の記
録ヘッドが、図７に示す切り出せるような大きさのガラ
ス基板４４で製作し、最後の方で、各記録ヘッドに分離
するようにしたほうが、取り扱いが楽であり、また製作
時間の節約にもなり、大量生産の点からも有利である。
図７に示すガラス基板に縦寸法は、例えば、吐出口１７
を形成するため１６mm×１０よりも長い１７０mmに選ん
でいる。FIG. 7 shows a glass substrate for explaining the twelfth embodiment. In the figure, reference numeral 44 denotes a glass substrate (width 2 mm).
The same reference numerals as in FIG. 1 denote parts having the same operation as in FIG. 1 and the large array head is, for example, 220 mm × 1 as in the above-described example.
It has a very elongated shape, such as 6 mm. Therefore,
In order to finally manufacture such a recording head having a very elongated shape, the size of the glass substrate 6 is not made after the size of the glass substrate 6 is increased to the above size. As described above, a plurality of (10 in the above example) recording heads are manufactured on the glass substrate 44 having a size that can be cut out as shown in FIG. 7, and are separated into the respective recording heads at the end. This is easier to handle, saves production time, and is advantageous in terms of mass production.
The vertical dimension of the glass substrate shown in FIG.
Is selected to be 170 mm longer than 16 mm × 10.
【００９３】このような理由から、本発明では、前述の
図２，図３の説明のところで述べたように、複数個取り
ができる大きなガラス基板４４で製作を始め、発熱体等
の各種パターンを形成した後、１個１個のサーマルヘッ
ドを切り出す、あるいは液体噴射記録ヘッドの場合は、
さらに流路を形成し、天井板１ａとなるガラス基板を接
合し、さらに熱硬化処理、または紫外線照射を行った後
に、１個１個の液体噴射記録ヘッドを切り出すようにし
ている。さらに、本発明では、このような始めのガラス
基板４４の形状を矩型としている。こうすることによ
り、Ｓｉウエハのように丸い形状の基板から製作した場
合に生じる無駄（丸い形状の基板から長方形形状のヘッ
ドチップを製作しようとすると、どうしても無駄に廃棄
しなければならない部分ができる）をなくし、ガラス基
板４４を有効に使うことができ、低コストが実現でき
る。For this reason, according to the present invention, as described in the description of FIG. 2 and FIG. After formation, cut out each thermal head, or in the case of a liquid jet recording head,
Further, a flow path is formed, a glass substrate serving as a ceiling plate 1a is joined, and after a thermosetting treatment or ultraviolet irradiation is performed, a liquid jet recording head is cut out one by one. Further, in the present invention, the shape of the initial glass substrate 44 is rectangular. By doing so, waste produced when the substrate is manufactured from a round substrate such as a Si wafer (when a rectangular head chip is manufactured from a round substrate, there is a part that must be discarded in vain). , The glass substrate 44 can be used effectively, and low cost can be realized.
【００９４】[0094]
請求項１に対応する効果 基板と、該基板上に、順次、該基板材料よりも熱伝導率
の高い材料によりなる高熱伝導率層と、蓄熱層と、熱エ
ネルギー発生部と、該熱エネルギー発生部に通電するた
めの電極を形成し、さらに前記熱エネルギー発生部およ
び前記電極を保護する保護層を形成したので、従来より
ある発熱体基板と同等の熱的特性が得られ、さらに従来
より低コストで、しかもラージアレイヘッドに適用でき
る大きな発熱体基板を小さなチップのつなぎ合わせで得
るのではなく、１枚の板で得ることが可能となった。The substrate according to claim 1, a high thermal conductivity layer made of a material having a higher thermal conductivity than the substrate material, a heat storage layer, a thermal energy generation unit, and the thermal energy generation layer. Since an electrode for energizing the portion is formed, and a protective layer for protecting the thermal energy generating portion and the electrode is further formed, the same thermal characteristics as those of a conventional heating element substrate can be obtained, and furthermore, a lower heat-generating substrate can be obtained. This makes it possible to obtain a large heating element substrate which can be applied to a large array head at a low cost, by using a single plate, instead of by connecting small chips.
【００９５】請求項２に対応する効果 請求項１に記載の発熱体基板において、前記基板はガラ
スであり、前記高熱伝導率層は４アルミニウムとしたの
で、低コストで、ラージアレイヘッドが１枚板構成で実
現できるようになった。とりわけ基板としてガラスを採
用した効果として、ある程度の剛性があるため、細長い
ラージアレイヘッドであっても、基板がたわんで、ヘッ
ドの性能が悪くなる、あるいは真直度が落ちて、印写精
度が落ちるということがなく、高精度のラージアレイヘ
ッドが得られるという点があげられる。また、Ａｌ層を
設けたことによる効果として、非常に熱的に優れたヘッ
ド（とりわけ、放熱特性が良いので、連続駆動の応答周
波数が高い）が得られるようになった点があげられる。
また、ガラスの上にＡｌ層という組み合せにより、低コ
ストでありながら高コストのＳｉウエハと同等の熱的特
性が得られるようになった。According to the second aspect of the present invention, in the heating element substrate according to the first aspect, the substrate is made of glass and the high thermal conductivity layer is made of 4 aluminum. It can be realized with a board configuration. In particular, as a result of the use of glass as the substrate, since the substrate has a certain degree of rigidity, even in the case of a long and slender large array head, the substrate warps and the performance of the head deteriorates, or the straightness decreases, and the printing accuracy decreases. That is, a high-precision large array head can be obtained. Another advantage of the provision of the Al layer is that an extremely thermally excellent head (in particular, a high response frequency of continuous driving due to good heat radiation characteristics) can be obtained.
Further, by combining an Al layer on glass, thermal characteristics equivalent to those of a low-cost but high-cost Si wafer can be obtained.
【００９６】請求項３に対応する効果 液室内の記録液体に熱エネルギーを作用させるための熱
エネルギー発生手段を有し、熱エネルギーの作用によ
り、前記記録液体中の熱エネルギー作用部に気泡を生じ
させて、該気泡の体積増加にともなう作用力で吐出口よ
り前記記録液体を液滴として飛翔させ、該液滴を被記録
面に付着させて記録を行う液体噴射記録ヘッドにおい
て、基板と、該基板上に、順次、該基板材料よりも熱伝
導率の高い材料によりなる高熱伝導率層と、蓄熱層と、
熱エネルギー発生部と、該熱エネルギー発生部に通電す
るための電極を形成し、さらに前記熱エネルギー発生部
および前記電極を保護する保護層を設けた発熱体基板と
し、更には前記基板をガラスとし、前記高熱伝導率層を
Ａｌとしたので、従来よりあるＳｉウエハ基板を用いた
液体噴射記録ヘッドと同等の熱的特性およびインク噴射
特性が得られ、さらに従来より低コストで、しかもラー
ジアレイヘッドが、小さなヘッドチップのつなぎ合わせ
で得るのではなく、１枚板の構成で得ることが可能とな
った。According to a third aspect of the present invention, there is provided a thermal energy generating means for applying thermal energy to the recording liquid in the liquid chamber. By the action of thermal energy, bubbles are generated in the thermal energy application section in the recording liquid. In a liquid jet recording head that performs recording by causing the recording liquid to fly as droplets from an ejection port with an acting force accompanying an increase in the volume of the bubble and causing the droplet to adhere to a recording surface, a substrate; On the substrate, sequentially, a high thermal conductivity layer made of a material having a higher thermal conductivity than the substrate material, and a heat storage layer,
A heat energy generating portion, an electrode for supplying electricity to the heat energy generating portion, a heating element substrate further provided with a protective layer for protecting the heat energy generating portion and the electrode, and further, the substrate is made of glass Since the high thermal conductivity layer is made of Al, the same thermal characteristics and ink jetting characteristics as those of a conventional liquid jet recording head using a Si wafer substrate can be obtained. However, instead of connecting small head chips, it is possible to obtain a single plate configuration.
【００９７】請求項４に対応する効果 請求項２に記載の発熱体基板において、前記アルミニウ
ム層の厚さは、１.２μm以上とし、Ａｌ層を最適化した
ので、サーマルヘッドの場合は熱的な性能、および液体
噴射記録ヘッドの場合は、それによるインク噴射特性が
良好なものとなった。According to the fourth aspect of the present invention, in the heating element substrate according to the second aspect, the thickness of the aluminum layer is set to 1.2 μm or more and the Al layer is optimized. In the case of the liquid ejecting recording head, the ink ejecting characteristics were good.
【００９８】請求項５に対応する効果 請求項２に記載の発熱体基板において、前記ガラスは、
ホウケイ酸ガラスとしたので、低コストかつ入手が容易
で、しかも耐薬品性に強いので、液体噴射記録ヘッドに
適用した場合、インク腐食に強く、高い信頼性を得るこ
とができるようになった。According to a fifth aspect of the present invention, in the heating element substrate according to the second aspect, the glass comprises:
Since it is made of borosilicate glass, it is low-cost, easily available, and has high chemical resistance. Therefore, when applied to a liquid jet recording head, it is resistant to ink corrosion and high reliability can be obtained.
【００９９】請求項６に対応する効果 請求項２又は５に記載の発熱体基板において、前記ガラ
スは、前記アルミニウム層が形成される面の表面粗さが
０.１ｓ以下としたので、実用的に充分な発熱体の耐久
性が得られるようになった。According to the sixth aspect of the present invention, in the heating element substrate according to the second or fifth aspect, since the surface roughness of the surface on which the aluminum layer is formed is 0.1 s or less, the glass is practically usable. As a result, sufficient durability of the heating element can be obtained.
【０１００】請求項７に対応する効果 請求項２又は６に記載の発熱体基板において、前記アル
ミニウム層は、層桂成後の表面粗さが０.５ｓ以下とし
たので、実用的に充分な発熱体の耐久性が得られるよう
になった。According to the seventh aspect of the present invention, in the heating element substrate according to the second or sixth aspect, the aluminum layer has a surface roughness of 0.5 s or less after forming the aluminum layer. The durability of the heating element can be obtained.
【０１０１】請求項８に対応する効果 請求項２又は４又は７に記載の発熱体基板において、前
記アルミニウム層は、部分的にくりぬかれたパターンを
設けたので、Ａｌ層の熱ストレスの逃がしＡｌ層が、剥
離したり、うきが出てくるということがなく、耐久性の
高く、長期信頼性の高い発熱体基板、あるいは液体噴射
記録ヘッドを得ることができるようになった。According to the eighth aspect of the present invention, in the heating element substrate according to the second or fourth or seventh aspect, since the aluminum layer has a partially hollowed pattern, the heat stress of the Al layer is released. It is possible to obtain a durable heating element substrate or a liquid jet recording head which has high durability and high long-term reliability without peeling or exfoliation of layers.
【０１０２】請求項９に対応する効果 請求項２又は４又は７又は８に記載の発熱体基板におい
て、前記アルミニウム層は、その一部がヒートシンクに
連結したので、熱的特性が向上し、高い連続駆動周波数
が得られるようになった。According to the ninth aspect, in the heating element substrate according to the second, fourth, seventh, or eighth aspect, the aluminum layer is partially connected to the heat sink, so that the thermal characteristics are improved and the aluminum layer is improved. A continuous drive frequency can now be obtained.
【０１０３】請求項１０に対応する効果 請求項２又は５又は６に記載の発熱体基板において、前
記ガラス基板は、その厚さを２mm以上にしたので、記録
ヘッド製作プロセスにおいて、破損がなく、高い歩留り
が得られるようになった。According to the tenth aspect, in the heating element substrate according to the second, fifth, or sixth aspect, the glass substrate has a thickness of 2 mm or more. High yields can now be obtained.
【０１０４】請求項１１に対応する効果 請求項２又は５又は６に記載の発熱体基板又は液体噴射
記録ヘッドにおいて、前記ガラス基板の厚さが１.５mm
以上２mm以未満である場合には、裏面に樹脂層をコート
したので、ガラス基板厚さが薄くても、記録ヘッド製作
プロセスにおいて、破損がなく、高い歩留りが得られる
ようになった。According to the eleventh aspect, in the heating element substrate or the liquid jet recording head according to the second, fifth, or sixth aspect, the thickness of the glass substrate is 1.5 mm.
When the thickness is less than 2 mm or less, since the back surface is coated with a resin layer, even if the thickness of the glass substrate is small, there is no breakage in the recording head manufacturing process and a high yield can be obtained.
【０１０５】請求項１２に対応する効果 請求項１又は３に記載の発熱体基板又は液体噴射記録ヘ
ッドにおいて、前記発熱体基板または該発熱体基板を用
いた前記液体噴射記録ヘッドは、矩形の基板を出発点と
して、該基板上に液体噴射記録に必要な所望の素子およ
び流路を形成した後、複数個の発熱体基板または前記液
体噴射記録ヘッドユニットとして切断，完成するので、
ヘッド製作プロセスの大部分は、最終的な細長形状の基
板としてではなく、大きな基板で取り扱うので、操作が
しやすく、また破損もしにくくすることができ、また、
丸形状の基板ではないので、ガラス基板を無駄なく有効
に使え、低コストが実現できる。According to the twelfth aspect, in the heating element substrate or the liquid ejection recording head according to claim 1 or 3, the heating element substrate or the liquid ejection recording head using the heating element substrate has a rectangular substrate. Starting from the above, after forming desired elements and flow paths required for liquid jet recording on the substrate, the substrate is cut and completed as a plurality of heating element substrates or the liquid jet recording head unit.
Most of the head manufacturing process is handled on a large substrate, not as a final elongated substrate, so it is easy to operate and hard to break,
Since the substrate is not a round substrate, a glass substrate can be used effectively without waste, and low cost can be realized.
【図１】 本発明の発熱体基板の実施形態例を説明する
ための図である。FIG. 1 is a diagram for explaining an embodiment of a heating element substrate according to the present invention.
【図２】 請求項３の発明の液体噴射記録ヘッドの一例
を説明するための部分斜視図である。FIG. 2 is a partial perspective view illustrating an example of a liquid jet recording head according to a third embodiment of the present invention.
【図３】 本発明による液体噴射記録ヘッドの製作工程
の実施形態例を説明するための図である。FIG. 3 is a diagram for explaining an embodiment of a manufacturing process of the liquid jet recording head according to the present invention.
【図４】 液体噴射記録ヘッドによるインク噴射の原理
を説明するための図である。FIG. 4 is a diagram for explaining the principle of ink ejection by a liquid ejection recording head.
【図５】 請求項８の発明の実施形態を説明するための
Ａｌ層の斜視図である。FIG. 5 is a perspective view of an Al layer for describing an embodiment of the invention of claim 8;
【図６】 請求項９の発明の実施形態を説明するための
斜視図である。FIG. 6 is a perspective view for explaining an embodiment of the present invention.
【図７】 請求項１２の実施形態を説明するためのガラ
ス基板である。FIG. 7 is a glass substrate for explaining the embodiment of claim 12;
１…発熱体基板、２…第１電極（制御電極）、３…第２
電極（アース電極）、４，５…ボンディングパット、６
…基板、７…高熱伝導材料層、８…蓄熱層（SiO2）、９
…発熱体（HfB2）、１０…電極（Ａl）、１１…保護層
（SiO2）、１２…電極保護層（Resin）、１３…さらに
別の保護層、１４…発熱体部、１５…電極部、１６…流
路、１７…吐出口、１８…共通液室、１９…天井板、２
０…接合層、２１…流路障壁、２２…フォトレジスト、
２３…フォトマスク、３１…インク、３２…気泡、３３
…吐出口、３４…流路、３５…発熱体基板、３６…発熱
体、３７…第１電極（制御電極）、３８…第２電極（ア
ース電極）、３９…インク滴、４１…スリット、４２…
スリット状開口、４３…ヒートシンク、４４…ガラス基
板（横幅２２０×縦幅１７０）。DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Heating element board, 2 ... 1st electrode (control electrode), 3 ... 2nd
Electrode (earth electrode), 4,5 ... bonding pad, 6
... substrate, 7 ... high thermal conductivity material layer, 8 ... heat storage layer (SiO 2), 9
... heating element (HfB 2), 10 ... electrode (Al), 11 ... protective layer (SiO 2), 12 ... electrode protective layer (Resin), 13 ... yet another protective layer, 14 ... heating element, 15 ... electrode Part, 16: flow path, 17: discharge port, 18: common liquid chamber, 19: ceiling plate, 2
0: bonding layer, 21: flow path barrier, 22: photoresist,
23 photomask, 31 ink, 32 bubbles, 33
.., Discharge port, 34, flow path, 35, heating element substrate, 36, heating element, 37, first electrode (control electrode), 38, second electrode (earth electrode), 39, ink drop, 41, slit, 42 …
Slit-shaped opening, 43: heat sink, 44: glass substrate (width 220 × length 170).
Claims (12)
熱伝導率の高い材料によりなる高熱伝導率層と、蓄熱層
と、熱エネルギー発生部と、該熱エネルギー発生部に通
電するための電極を形成し、さらに前記熱エネルギー発
生部および前記電極を保護する保護層を設けたことを特
徴とする発熱体基板。1. A substrate, a high thermal conductivity layer made of a material having a higher thermal conductivity than the substrate material, a heat storage layer, a thermal energy generator, and a current flowing through the thermal energy generator. A heating element substrate, further comprising an electrode for forming the heat energy generating portion and a protection layer for protecting the electrode.
率層はアルミニウムであることを特徴とする請求項１に
記載の発熱体基板。2. The heating element substrate according to claim 1, wherein the substrate is glass, and the high thermal conductivity layer is aluminum.
させるための熱エネルギー発生手段を有し、前記熱エネ
ルギーの作用により、前記記録液体中の熱エネルギー作
用部に気泡を生じせしめ、該気泡の体積増加にともなう
作用力で吐出口より前記記録液体を液滴として飛翔さ
せ、該液滴を被記録面に付着させて記録を行う液体噴射
記録ヘッドにおいて、前記熱エネルギー作用部は、請求
項１又は２記載の発熱体基板を用いたことを特徴とする
液体噴射記録ヘッド。3. A thermal energy generating means for applying thermal energy to a recording liquid in a liquid chamber, wherein the thermal energy acts to generate air bubbles in a thermal energy application section in the recording liquid. In a liquid jet recording head for performing recording by causing the recording liquid to fly as droplets from an ejection port with an acting force accompanying an increase in volume of the recording medium and causing the droplets to adhere to a recording surface, the thermal energy acting section is characterized in that: A liquid jet recording head using the heating element substrate according to 1 or 2.
以上であることを特徴とする請求項２に記載の発熱体基
板。4. The thickness of the aluminum layer is 1.2 μm.
The heating element substrate according to claim 2, wherein:
イ酸ガラスであることを特徴とする請求項２に記載の発
熱体基板。5. The heating element substrate according to claim 2, wherein the glass of the heating element substrate is borosilicate glass.
成される面の表面粗さが０.１ｓ以下であることを特徴
とする請求項２又は５に記載の発熱体基板。6. The heating element substrate according to claim 2, wherein the glass has a surface roughness of 0.1 s or less on a surface on which the aluminum layer is formed.
粗さが０.５ｓ以下であることを特徴とする請求項２又
は６に記載の発熱体基板。7. The heating element substrate according to claim 2, wherein a surface roughness of the aluminum layer after forming the layer is 0.5 s or less.
かれたパターンを有することを特徴とする請求項２又は
４又は７に記載の発熱体基板。8. The heating element substrate according to claim 2, wherein the aluminum layer has a partially hollowed pattern.
トシンクに連結していることを特徴とする請求項２又は
４又は７又は８に記載の発熱体基板。9. The heating element substrate according to claim 2, wherein a part of the aluminum layer is connected to a heat sink.
上であることを特徴とする請求項２又は５又は６に記載
の発熱体基板。10. The heating element substrate according to claim 2, wherein the glass substrate has a thickness of 2 mm or more.
m以上２mm未満である場合には、裏面に樹脂層をコート
したことを特徴とする請求項２又は５又は６に記載の発
熱体基板。11. The glass substrate has a thickness of 1.5 m.
The heating element substrate according to claim 2, wherein a resin layer is coated on a back surface when the length is not less than m and less than 2 mm.
用いた前記液体噴射記録ヘッドは、前記基板の形状を矩
形として、該基板上に前記発熱体基板又は前記液体噴射
記録に必要な所望の素子および流路を形成した後、複数
個の発熱体基板または前記液体噴射記録ヘッドユニット
として切断されることを特徴とする請求項１又は請求項
３に記載の発熱体基板または該発熱体基板を用いた液体
噴射記録ヘッド。12. The heating element substrate or the liquid jet recording head using the heating element substrate, wherein the substrate has a rectangular shape, and a desired shape required for the heating element substrate or the liquid ejection recording is formed on the substrate. The heating element substrate or the heating element substrate according to claim 1, wherein the heating element substrate or the heating element substrate is cut as a plurality of heating element substrates or the liquid jet recording head unit after forming the element and the flow path. The liquid jet recording head used.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23434196A JPH1076649A (en) | 1996-09-04 | 1996-09-04 | Heat-generating unit substrate and liquid jet recording head using the substrate |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23434196A JPH1076649A (en) | 1996-09-04 | 1996-09-04 | Heat-generating unit substrate and liquid jet recording head using the substrate |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1076649A true JPH1076649A (en) | 1998-03-24 |
Family
ID=16969478
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP23434196A Pending JPH1076649A (en) | 1996-09-04 | 1996-09-04 | Heat-generating unit substrate and liquid jet recording head using the substrate |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH1076649A (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100723414B1 (en) | 2005-12-07 | 2007-05-30 | 삼성전자주식회사 | Thermally driven type inkjet printhead |
| US7585053B2 (en) | 2005-10-04 | 2009-09-08 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Thermal inkjet printhead |
-
1996
- 1996-09-04 JP JP23434196A patent/JPH1076649A/en active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7585053B2 (en) | 2005-10-04 | 2009-09-08 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Thermal inkjet printhead |
| KR100723414B1 (en) | 2005-12-07 | 2007-05-30 | 삼성전자주식회사 | Thermally driven type inkjet printhead |
| US7959265B2 (en) | 2005-12-07 | 2011-06-14 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Thermal inkjet printhead |
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