JPH11240156A

JPH11240156A - インクジェット記録ヘッド、該インクジェット記録ヘッド用基体、インクジェットカートリッジおよびインクジェット記録装置

Info

Publication number: JPH11240156A
Application number: JP36104198A
Authority: JP
Inventors: Masahiko Kubota; 雅彦久保田; Mitsuji Kitani; 充志木谷; Masami Kasamoto; 雅己笠本; Shuji Koyama; 修司小山
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1997-12-22
Filing date: 1998-12-18
Publication date: 1999-09-07

Abstract

(57)【要約】【課題】発熱体上に難溶性の物質を固着しにくくし、
それにより熱変換効率の低下を抑え、記録液を安定して
発泡させる。【解決手段】インクジェット記録ヘッドの素子基板２
は、配線１０５を介しての電圧の印加により発熱する発
熱抵抗層１０４を有し、発熱抵抗層１０４上の配線１０
５が形成されていない領域が、発熱体として機能し、イ
ンクに熱が作用する熱作用部１０８となる。配線１０５
上には、発熱体を保護する保護層として、保護膜１０６
とＴａからなる耐キャビテーション膜１０７とが形成さ
れる。耐キャビテーション膜１０７の熱作用部１０８と
なる部位には、撥水膜１０９が形成される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、記録用の液体
（「インク」とも称する）を、熱エネルギーを利用して
吐出口から吐出して被記録媒体に付着させることで記録
を行うインクジェット記録ヘッド、該ヘッド用基体、イ
ンクジェットカートリッジ及びインクジェット記録装置
に関する。本発明は特に、この種のインクジェット記録
ヘッドに用いられ、熱エネルギーを発生する発熱部が配
されたインクジェット記録ヘッド用基体、該基体を用い
て形成されたインクジェット記録ヘッド、インクジェッ
トカートリッジ及びインクジェット記録装置に関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】熱エネルギーをインクに与えることで、
気泡の発生を伴う急峻な状態変化をインクに生じさせ、
この状態変化に基づく作用力によって吐出口からインク
を吐出し、これを被記録媒体上に付着させて記録を行う
インクジェット記録方法、いわゆるバブルジェット記録
方法が従来知られている。

【０００３】このバブルジェット記録方法を用いるイン
クジェット記録装置には、インクを吐出するための吐出
口と、この吐出口に連通するインク路と、インク路に配
されインクに熱エネルギーを与えるための発熱体とを有
するインクジェット記録ヘッドが一般的に用いられる。
発熱体は、シリコンからなる基板上に半導体ウェハプロ
セス技術を用いて形成される。発熱体が形成された基板
上に、吐出口および吐出口と連通した溝が形成された天
板部材を、発熱体と溝とが対応するように位置合わせし
て接合することで、インク路が構成される。

【０００４】このような記録方法によれば、品位の高い
画像等を高速、低騒音で記録することができるととも
に、記録ヘッドにおいては吐出口を高密度に配列するこ
とができるため、小型の装置で高解像度の記録画像、さ
らにはカラー画像をも容易に得ることができるという多
くの優れた点を有している。このため、この記録方法
は、近年、プリンタ、複写機、ファクシミリ等の多くの
オフィス機器に利用されている。

【０００５】しかし、上記のインクジェット記録装置に
おいても、例えばフルライン化を高密度で実現しようと
すると、その記録ヘッドの構造上の設計的問題や記録精
度、および記録の確実性と耐久性等に直接影響する記録
ヘッドの製造上および生産性・量産性の点において、一
層高水準の技術を達成することが求められている。特開
昭５７−７２８６７号公報や特開昭５７−７２８６８号
公報には、高密度・高速記録化を図るために、発熱体を
駆動するためのドライバや発熱体の駆動を制御するため
の種々の回路を構成する機能素子を、発熱体と同一の基
板に設けたインクジェット記録ヘッドが開示されてい
る。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、特開昭
５７−７２８６７号公報や特開昭５７−７２８６８号公
報に開示されたインクジェット記録ヘッドは、発熱体や
発熱体に対して設けられる機能素子を同一基板に設け、
集積度を上げた構造になるために、各素子のサイズや電
気配線の幅および配線間隔が狭くなっている。このた
め、特開昭６０−１５９０６０号公報に開示されている
ように、発熱体の上に、第１保護膜として無機絶縁体
を、第２保護膜として無機材料を設けた構成をとると、
第１保護膜の成膜プロセスによって発生する欠陥や、第
２保護膜を成膜する際に発生する膜応力による欠陥等に
よって、電気配線材と第２保護膜間で電気的短絡不良が
発生し易くなる。

【０００７】また、特開昭５７−７２８６７号公報や特
開昭５７−７２８６８号公報に記載されているインクジ
ェット記録ヘッドの場合、基板に多数の発熱体や機能素
子を同時に形成するため、基板の製造過程において、基
板上では各層の形成と、形成された層の一部除去が繰り
返し行われる。そのため、上部層が形成される段階では
その表面はステップウエッジ部（段差部）のある微細な
凹凸状となっており、この段差部における上部層の被覆
性（ステップカバレージ性）が重要となる。つまり、こ
の段差部の被覆性が悪いと、記録ヘッドとして使用した
とき、その部分でインク等の記録液が浸透し、電蝕ある
いは電気的絶縁破壊を起こす要因となる。また、形成さ
れる上層部がその製法上において欠陥部の生ずる確率が
少なくない場合には、その欠陥部を通じて記録液が浸透
し、発熱体および電気配線の寿命を著しく低下させる要
因となっている。

【０００８】そこで、配線の幅および配線間隔が狭くな
っても第２保護膜での段差部の被覆性を向上させるため
に、第１保護膜が設けられているが、これでは、発熱体
から発生した熱が、第２保護膜の表面に伝達される効率
が低下する。第２保護膜表面での熱エネルギーを維持す
るには、第１保護膜で損失する熱エネルギー分だけ発熱
体に印加する電圧を高くする必要があり、結果的に、電
気・熱変換に伴う効率が低下する。この効率を向上させ
るには、発熱体上に形成される保護膜をできる限り薄く
すればよい。しかし、保護膜を薄くすると、段差部での
被覆性を維持すること、および欠陥が発生する確率を実
用上無視し得る程度まで低くすることは困難になる。さ
らに、基板の構成から、少なくとも１層の絶縁膜が必要
である。また、使用されるインクは、各種の用途から、
ｐＨ３〜１０までのインクが使用されるので、インクと
接触する保護膜としては、ｐＨ３〜１０において溶解す
るものであってはならない。

【０００９】機械的強度が比較的優れ、かつ、Ｔａ等の
金属材料で構成される耐キャビテーション膜との密着性
のよいＳｉＯ₂膜が、第１保護膜として使用されるが、
このＳｉ０₂膜は、強アルカリ水溶液で溶解されるた
め、Ｔａ等の耐キャビテーション膜に欠陥が生じた場
合、アルカリ性のインクと接触すると溶解し、その後、
電極材料のＡｌも溶解し、最終的には電気的断線を起こ
す原因となる。

【００１０】また、ＳｉＯ₂膜と同様の理由で、Ｓｉ₃Ｎ
₄膜も第１保護膜として使用されることがある。Ｓｉ₃Ｎ
₄膜は、主にＣＶＤ法により成膜されるため、成膜温度
が３００〜４００℃と、スパッタリング法と比較して高
温で成膜される。２００〜３００℃の低温でＳｉ₃Ｎ₄膜
を成膜することも可能であるが、発熱体材料であるＴａ
Ｎ等の金属窒化物との密着性が低下する。そこで、３０
０〜４００℃の高温でＳｉ₃Ｎ₄膜を成膜すると、その
際、電極材料であるＡｌ層上にヒロック（突起）がＳｉ
₃Ｎ₄膜中に成長し、その後成膜されるＴａ等の金属材料
で構成される第２保護膜と短絡することがある。

【００１１】更に言えば、発熱体を駆動すると、発熱体
上の液体は、加熱され膜沸騰を生起して気化され、即座
に凝縮する。この結果、発熱体近傍では、毎秒数千回の
高頻度で発泡と凝縮とが繰り返されており、このときの
圧力変化（キャビテーション・コロージョン）は、基板
を破壊することがなくもない。

【００１２】ところで最近は、インクタンクと一体化し
てカートリッジタイプとしたインクジェット記録ヘッド
も多く販売されている。このようなインクジェット記録
ヘッドでは、インクタンク内のインクがなくなるまでの
耐久性を最低限維持できればよい。一方、インクジェッ
ト記録装置の需要の拡大によって、多種多様の用途への
展開が図られている。それに伴って、それぞれの用途に
応じた記録液を使用する必要性が生じてきている。とこ
ろが、上述したように、記録液を気化させるために、発
熱体を非常に短時間で高温に加熱するので、記録液に含
まれる色材や含有物等が分子レベルで分解されて難溶性
の物質となり、発熱体上に固着する現象が発生する。こ
のように、発熱体上に難溶性の有機物や無機物が固着す
ると、発熱体から記録液への熱伝導が不均一となり、記
録液の発泡が不安定となる。

【００１３】本発明の目的は、発熱体上に難溶性の物質
が固着しにくく、それにより熱変換効率の低下を抑え、
かつ記録液の安定した発泡が可能なインクジェット記録
ヘッド、該ヘッド用基体、インクジェットカートリッジ
及びインクジェット記録装置を提供することである。

【００１４】本発明の他の目的は、記録液が安定して発
泡することにより、高品位の画像を記録可能なインクジ
ェット記録ヘッド、該ヘッド用基体、インクジェットカ
ートリッジ及びインクジェット記録装置を提供すること
である。

【００１５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
本発明のインクジェット記録ヘッドは、インクを吐出す
る吐出口に連通するインク路が設けられ、該インク路の
内面壁には前記吐出口からインクを吐出するために利用
される熱エネルギーを発生する発熱部が配されているイ
ンクジェット記録ヘッドであって、前記インク路の内面
壁のうち前記発熱部に対応する領域のみに、撥液処理が
施されていることを特徴とする。

【００１６】また、本発明のインクジェット記録ヘッド
用基体は、インクを吐出する吐出口に連通するインク路
に対応して配されるところの、前記吐出口からインクを
吐出するために利用される熱エネルギーを発生する発熱
部が設けられているインクジェット記録ヘッド用基体で
あって、前記発熱部に対応する領域のみに、撥液処理が
施されていることを特徴とする。

【００１７】このように、インク路の内壁面のうち発熱
部に対応する領域のみに、撥液処理を施すことにより、
インクに含まれる色材等が分解されて難溶性の物質にな
っても、発熱部に対応する領域には固着しにくくなる。
その結果、発熱部の熱はインクに均一に伝達され、イン
クの吐出が安定する。

【００１８】インク路の内壁面は、発熱部に対応する領
域を除いて親液性を有することが好ましい。これによ
り、インクの供給特性が良好に維持される。

【００１９】発熱部に対応する領域は、代表的には、一
対の電極間に位置する発熱抵抗層とその近傍とに対応す
るインク路の内壁面である。また、発熱部に対応する領
域は、代表的には、発熱部に設けられた複数の保護膜の
うちの最上層に形成されている。この最上層としては、
タンタル含有膜であることが好ましい。また、撥液処理
により有機膜が形成されているのも、好ましい形態であ
る。

【００２０】撥液処理としては、フッ素を用いる処理で
あることが好ましい。また、発熱部への難溶性の物質の
固着を効果的に抑制するために、撥液処理として、イン
クとの接触角が８０°以上、特には１００°以上とする
処理を行うことが好ましい。発熱部で発生した熱をより
効果的にインクに伝達させるために、撥液処理膜の厚さ
は５０００Å以下であることが好ましい。

【００２１】さらに本発明は、上述のインクジェット記
録ヘッドを備えるインクジェットカートリッジ及びイン
クジェット記録装置を提供するものである。

【００２２】本発明のインクジェットカートリッジは、
上記本発明のインクジェット記録ヘッドと、このインク
ジェット記録ヘッドに供給されるインクを収納するため
のインクタンクとを有する。

【００２３】本発明のインクジェット記録装置は、上記
本発明のインクジェット記録ヘッドを備えるか、あるい
は上記本発明のインクジェットカートリッジを着脱可能
に保持するための保持手段を備え、さらに、インクジェ
ット記録ヘッドを駆動するための記録信号を供給するた
めの記録信号供給手段を備え、記録信号に基づいてイン
クジェット記録ヘッドからインクを吐出して記録を行う
ものである。

【００２４】

【発明の実施の形態】次に、本発明の実施形態について
図面を参照して説明する。

【００２５】（実施例１）図１は、本発明のインクジェ
ット記録ヘッドの一実施例を示す模式的斜視図である。
また、図２は、図１に示したインクジェット記録ヘッド
の液流路方向に沿った模式的側断面図である。

【００２６】本実施形態のインクジェット記録ヘッド１
は、インクに気泡を発生させるための熱エネルギーを与
える複数個（図２では１つのみ示す）の発熱体３が並列
に設けられた素子基板２と、この素子基板上に接合され
た天板４とを有する。素子基板２には、各発熱体３を駆
動するための電気信号を外部から入力するための複数の
電極パッド９が設けられている。素子基板２は、シリコ
ン材料をベースとする基板であり、各発熱体３や、電極
パッド９と発熱体３とを電気的に接続するための電気配
線や、発熱体３を駆動するドライバ回路等を構成する機
能素子は、半導体ウェハプロセス技術を用いて素子基板
２上に形成されている。

【００２７】天板４には、各発熱体３に対応した複数の
液流路５および各液流路５にインクを供給するための共
通液室６を構成する溝が形成されており、天板４は、素
子基板２と接合されることで液流路５および共通液室６
が構成される。素子基板２と天板４との接合時には、液
流路５を構成する溝が発熱体３と一致するように両者が
位置合わせされ、これにより、それぞれ発熱体３を有す
る液流路５が構成される。また、天板４には、インクを
吐出するために各液流路５にそれぞれ連通する複数の吐
出口７、および外部から共通液室６にインクを供給する
ためのインク供給口８が開口している。

【００２８】次に、このインクジェット記録ヘッド１の
素子基板２について、図３及び図４を参照してより詳細
に説明する。図３は、図１に示したインクジェット記録
ヘッドの素子基板の発熱部の辺りを示す模式的側断面図
である。図４は、図３に示したインクジェット記録ヘッ
ドの素子基板の発熱部の辺りを示す模式的上面図であ
る。図４の、Ｘ₁−Ｘ₂の一点鎖線で切断した模式的側断
面図が図３である。

【００２９】素子基板１のベースとなるシリコン基板１
０１上には、蓄熱層である熱酸化膜１０２、酸化シリコ
ン（ＳｉＯ₂）または窒化シリコン（Ｓｉ₃Ｎ₄）からな
り蓄熱層を兼ねる層間膜１０３が積層されている。層間
膜１０３の上には、発熱抵抗層１０４と、ＡｌまたはＡ
ｌ−Ｓｉ，Ａｌ−Ｃｕ等のＡｌ合金からなる配線１０５
とがそれぞれパターニングされ、その上にやはり酸化シ
リコン（ＳｉＯ₂）または窒化シリコン（Ｓｉ₃Ｎ₄）か
らなる保護膜１０６と、発熱抵抗層１０４の発熱に伴う
化学的・物理的衝撃から保護膜１０６を守るためのＴａ
からなる耐キャビテーション膜１０７が積層されてい
る。なお、発熱抵抗層１０４上の配線１０５が形成され
ていない領域、すなわち一対の電極である配線１０５間
の発熱抵抗層１０４の部分が、発熱体として機能する。
符号１０８はインクに熱が作用する熱作用部１０８であ
る。このように、半導体製造技術により、シリコン基板
上に各層が形成されて、インクジェット記録ヘッド用基
体が構成されている。

【００３０】さらに、熱作用部１０８における耐キャビ
テーション膜１０７の上には、撥水膜１０９が形成され
ている。

【００３１】発熱抵抗層１０４は、ＴａＮ_0.8を含む構
成となっている。このＴａＮ_0.8を含む発熱抵抗層１０
４は、製造上のばらつきが少なく、同一基板に多数の発
熱体３を形成しても機能効果が安定している。さらに、
通電条件を変化させても抵抗変化が少なく、多数の発熱
体３の機能が安定して同等の作用を発揮することができ
る。

【００３２】図５は、図１に示したインクジェット記録
ヘッドの素子基板を縦断するように切断した模式的側断
面図が示してある。

【００３３】一般的なＭｏｓ（メタル・オキサイド・シリ
コン）プロセスを用い、イオンプラテーション等の不純
物導入および拡散を行なって、ｐ導電体のシリコン基板
４０１のｎ型ウェル領域４０２上にｐ−Ｍｏｓ４５０
が、ｐ型ウェル領域４０３上にｎ−Ｍｏｓ４５１がそれ
ぞれ構成される。このｐ−Ｍｏｓ４５０およびｎ−Ｍｏ
ｓ４５１は、それぞれ厚さ数百Åのゲート絶縁膜４０８
を介して４０００Å以上５０００Å以下の厚さにＣＶＤ
法で堆積したポリシリコンからなるゲート配線４１５、
ｎ型あるいはｐ型の不純物導入をしたソース領域４０
５、ドレイン領域４０６等で構成され、これらのｐ−Ｍ
ｏｓとｎ−ＭｏｓによりＣ−Ｍｏｓロジックが構成され
る。

【００３４】また、ｐ型ウェル領域４０３中には、やは
り不純物導入および拡散等の工程により形成されたドレ
イン領域４１１、ソース領域４１２、ゲート配線４１３
等で構成される素子駆動用ｎ−Ｍｏｓトランジスタが設
けられている。

【００３５】ここで、素子駆動ドライバにｎ−Ｍｏｓト
ランジスタを使うと、１つのトランジスタを構成するド
レインゲート間の距離Ｌは、最小値で約１０μｍであ
る。１０μｍの内訳は、ソースとドレインのコンタクト
であるＡｌ電極４１７が２×２μｍであるが、実際には
その半分は隣のトランジスタと兼用であるのでその１／
２であり、Ａｌ電極４１７とゲート配線４１３間が２×
２μｍで４μｍ、ゲート配線４１３が４μｍであり、合
計で１０μｍとなる。

【００３６】各素子間には、フイールド酸化により５０
００Å〜１００００Åの厚さの酸化膜分離領域４５３が
形成されて、各素子がそれぞれ分離されている。このフ
イールド酸化膜は、熱作用部１０８下においては一層目
の蓄熱層４１４として作用する。

【００３７】各素子が形成された後、ＣＶＤ法により約
７０００Åの厚さに形成されたＰＳＧ（Phospho-Silica
te Glass）、ＢＰＳＧ（Boron-doped Phospho-Silicate
Glass）膜等からなる層間絶縁膜４１６が設けられてい
る。さらに、この層間絶縁膜４１６が熱処理により平坦
化等の処理がなされてから、コンタクトホールを介し、
第１の配線層となるＡｌ電極４１７による配線が行われ
ている。その後、プラズマＣＶＤ法により１００００Å
〜１５０００Åの厚さに形成されたＳｉＯ₂膜等からな
る層間絶縁膜４１８が設けられ、さらに、約１０００Å
の厚さのＴａＮ _0.8膜からなる発熱抵抗層１０４がＤＣ
スパッタ法により形成されている。この発熱抵抗層１０
４は、スルーホールを介して、Ａｌ電極４１７と一部接
触している。その後、図示しないが、各発熱体ヘの配線
となる第２の配線層となるＡｌ電極が形成されている。

【００３８】次に、プラズマＣＶＤ法により約１０００
０Åの厚さに形成されたＳｉ₃Ｎ₄膜からなる保護膜１０
６が設けられる。保護膜１０６の上に、Ｔａ等からなる
約２５００Åの厚さの耐キャビテーション膜１０７が堆
積される。

【００３９】そして、保護膜１０６の熱作用部１０８上
に、撥水膜１０９としてフッ素樹脂膜が形成されてい
る。本実施例では、フッ素化合物としてフルオロアルキ
ルシラン（ＣＦ₃（ＣＦ₂）₅（ＣＨ₂）Ｓｉ（ＯＭ
ｅ）₃）を用い、これを１としてイソプロピルアルコー
ルを５０及び硝酸１で希釈し、ガラスシャーレに滴下
し、電気炉で３００℃に加熱して熱分解させた後、常温
でのＣＶＤ法で膜厚を約５００Åとして形成した。この
撥水膜１０９のインク接触角は、１１０°であった。本
実施例では、撥水膜を形成する前にフォトリソグラフィ
等の方法によって発熱作用部１０８及びその周辺部上以
外にレジストをパターニングしておき、撥水材料を一面
に設け、その後にレジストを剥離するリフトオフ法を用
いて、パターン状の撥水膜を形成した。なお、先に撥水
材料を保護膜１０６上一面に設けた後、これをパターニ
ングすることにより、パターン状の撥水膜を形成しても
よい。

【００４０】なお、本実施例では、溶媒希釈を行った
が、これを行わずに乾式のＣＶＤ法を用いてもよい。こ
のような撥水膜の形成方法としては、例えば、フルオロ
アルキルトリメトキシラン（Ｒｆ−Ｓｉ（ＯＣＨ₃）₃，
Ｒｆ＝ＣＦ₃（ＣＦ₂）₇ＣＨ₂ＣＨ₂）を真空中で気化さ
せ、プラズマ雰囲気中で成膜を行えばよい。この結果、
Ｒｆ−Ｓｉ基が網目状に結合した撥水膜を形成すること
ができる。

【００４１】また、ｎ−Ｍｏｓトランジスタを使った構
成で説明しているが、複数の発熱体を個別に駆動できる
能力を持ち、且つ上述したような微細構造を達成できる
機能をもつトランジスタであれば用いることができる。
ただし、このような基板内の駆動回路は、本発明にとっ
て必ずしも必須ではない。

【００４２】以上説明したような構造を有する素子基板
１上に、図１および図２に示したような天板４を、液流
路５を構成する溝が発熱体３と一致するように位置合わ
せして素子基板１に対面させて接合することで、インク
ジェット記録ヘッド１が完成する。

【００４３】（実施例２）上述した例では、撥水膜１０
９をＣＶＤ法によって成膜した例を示したが、撥水膜１
０９は、撥水性を有する樹脂のコーティングによって形
成してもよい。樹脂のコーティングによる撥水膜１０９
の形成方法としては、例えば、熱作用部１０８上のみに
スピンコート法によって、フッ素ヘテロ環構造を有する
フッ素ポリマー膜を約２０００Åの膜厚でコーティング
する方法がある。フッ素樹脂としては、「サイトップＣ
ＴＸ−１０５」（商品名、旭硝子製）や、「ＡＦ１６０
０」（商品名、デュポン製）、あるいは「テフロンＡ
Ｆ」（商品名、デュポン製）などが挙げられる。この撥
水膜のインク接触角は、１００°であった。本実施例で
は、撥水膜を形成する前にフォトリソグラフィ等の方法
によって熱作用部１０８及びその周辺部上意外にレジス
トをパターニングしておき、撥水材料を一面に設け、そ
の後にレジストを剥離するリフトオフ法を用いて、パタ
ーン状の撥水膜を形成した。なお、先に撥水材料を保護
膜１０６上一面に設けた後、これをパターニングするこ
とにより、パターン状の撥水膜を形成してもよい。

【００４４】（実施例３）図６は、本実施例に係るイン
クジェット記録ヘッドの素子基板の発熱部の辺りを示す
模式的側断面図である。本実施例では、撥水膜を形成す
るために、イオン注入法を用いる。結果として、耐キャ
ビテーション膜１０７の膜厚２５００Åのうち、表面の
５００Åのみを撥水層１０９ａに改質することができ
る。

【００４５】一面に設けたレジストのうち複数の発熱部
及びその周辺部に対応する部分を、フォトリソグラフィ
プロセスを用いて窓あけ除去し、イオン注入法（イオン
プランテーション）を用いてフッ素原子をＴａからなる
耐キャビテーション膜１０７中に打ち込んだ。フッ素原
子はガス状の化合物としてイオン源に導入され、電子ビ
ームによってイオン化される。約１００ｋＶの高圧電源
で加速されたイオンは、質量分析器で選択され、フッ素
原子のみが耐キャビテーション膜１０７中に打ち込まれ
る。本実施例では、フッ素原子を１．０×１０¹⁴〜１．
０×１０¹⁶ａｔｏｍｓ／ｃｍ²注入した。その後、レジ
ストを除去した。

【００４６】このように高速で打ち込まれたフッ素原子
は、耐キャビテーション膜１０７中でＴａ原子と弾性衝
突するか、もしくは電子とのクローン相互作用によって
減速する。フッ素原子は比較的軽い原子のため、Ｔａの
結晶表面に浅く侵入している。熱拡散によってフッ素原
子をＴａの表面に安定的に静止させるために、３００℃
〜５００℃で１０〜１００分程度のアニールプロセスを
行った。

【００４７】以上のプロセスにより、発熱部のみにフッ
素原子が配列された結晶構造をもつ撥水面を形成した。
この撥水面の接触角は、９０°であった。

【００４８】以上説明したような構造を有する素子基板
２上に、図１及び図２に示したような天板４を、液流路
５を構成する溝が発熱体３と一致するように位置合わせ
して素子基板１に対面させて接合することで、インクジ
ェット記録ヘッド１が完成する。

【００４９】なお、以上述べた各実施例における天板の
材料としては、ポリサルフォン（インク接触角：６０
°）、シリコン（インク接触角：７０°）、あるいはガ
ラス（インク接触角：７０°）等を用いるのが好まし
い。また、例えばＴａからなる耐キャビテーション膜１
０７のインク接触角は、６０°程度である。インク路の
内壁面は、発熱部に対応する領域を除いて親液性を有す
ることが好ましい。これにより、インク路におけるイン
クの供給特性を良好に維持することができる。ただし、
インク接触角はインクの種類等によって多少変わるが、
これまで述べた実施例では表面張力が３０ｄｙｎ／ｃｍ
の水系インクを使って測定した値を示した。以上の構成
をもつインクジェット記録ヘッドにおいて、インク供給
口８から共通液室６に供給されて一時的に貯えられたイ
ンクは、毛管現象により液流路５に侵入し、吐出口７で
メニスカスを形成して液液路５を満たした状態を保つ。
このとき、電極（不図示）を介して発熱体３が通電され
て発熱すると、発熱体３上のインクが急激に加熱されて
液液路５内には膜沸騰に基づく気泡が発生し、この気泡
の成長により吐出口７からインクが吐出される。

【００５０】ここで、発熱体３の加熱により、インクに
含まれる色材や含有物などが分子レベルで分解され、難
溶性の物質が生成されることがある。発熱体３を構成す
る熱作用部１０８の最上層には撥水膜１０９が形成され
ているので、インクとしてどのような種類のものを用い
ても、この難溶性の物質は発熱体３上には固着しにくく
なる。したがって、長期にわたって使用しても熱変換効
率が低下しにくくなり、発熱体３で発生した熱はインク
へ均一に伝達されるので、気泡の発生および成長も安定
したものとなり、結果的に、長期にわたって、安定した
吐出が達成される。

【００５１】（更なる実施例）次に、上述したインクジ
ェット記録ヘッド１が搭載されるインクジェット記録装
置について、図７を参照して説明する。

【００５２】図７は、本発明のインクジェット記録装置
の一例の概略斜視図である。図７において、本体フレー
ム５５１には、螺旋溝５５３が刻まれたリードスクリュ
ー５５２が回転自在に軸支されている。リードスクリュ
ー５５２は、駆動モータ５５９の正逆回転に連動し、駆
動力伝達ギア５６０，５６１を介して回転駆動される。
さらに、本体フレーム５５１には、キャリッジ５５５を
摺動自在に案内する案内レール５５４が固定されてい
る。キャリッジ５５５には、螺旋溝５５３に係合するピ
ン（不図示）が設けられており、駆動モータ５５９の回
転によりリードスクリュー５５２を回転させることで、
キャリッジ５５５が図示矢印ａ，ｂ方向に往復移動でき
るようになっている。紙押え板５７２は、キャリッジ５
５５の移動方向にわたって、被記録媒体５９０をプラテ
ンローラ５７３に対して押圧する。キャリッジ５５５に
は、インクジェット記録ヘッドカートリッジ５８０が搭
載される。インクジェット記録ヘッドカートリッジ５８
０は、上述したインクジェット記録ヘッドをインクタン
クと一体化したものである。また、このインクジェット
記録ヘッドカートリッジ５８０は、キャリッジ５５５に
設けられている位置決め手段および電気的接点によって
キャリッジ５５５に固定支持されるとともに、キャリッ
ジ５５５に対して着脱可能に設けられている。

【００５３】フォトカプラ５５７，５５８は、キャリッ
ジ５５５のレバー５５６のこの域での存在を確認して駆
動モータ５５９の回転方向の逆転等を行うためのホーム
ポジション検知手段を構成する。インクジェット記録ヘ
ッドの前面（吐出口が開口した面）をキャップするキャ
ップ部材５６７は、支持部材５６２によって支持され、
さらに吸引手段５６６を備え、キャップ内開口５６８を
介してインクジェット記録ヘッドの吸引回復を行う。本
体支持板５６４には支持板５６５が取り付けられてお
り、この支持板５６５に摺動自在に支持されたクリーニ
ングブレード５６３は、図示しない駆動手段によって前
後方向に移動される。クリーニングブレード５６３の形
態は図示するものに限られず、公知のものが適用できる
ことはいうまでもない。レバー５７０は、インクジェッ
ト記録ヘッドの吸引回復動作を開始するためのもので、
キャリッジ５５５と当接するカム５７１の移動に伴って
移動し、駆動モータ５５９から駆動力がギアやラッチ切
換え等の公知の伝達手段によって移動制御される。

【００５４】これらのキャッピング、クリーニング、吸
引回復の各処理は、キャリッジ５５５がホームポジショ
ン側領域に移動したときにリードスクリュー５５２の作
用によって、それぞれの対応位置で行われるようになっ
ている。周知のタイミングで所望の動作を行うようにす
れば、本例にはいずれも適用できる。

【００５５】以上説明したインクジェット記録装置にお
いては、搭載したインクジェット記録ヘッドの電気熱変
換体を駆動するための記録信号をインクジェット記録ヘ
ッドに与える記録信号供給手段を有し、インクジェット
記録装置の動作を司る制御部を備えている。

【００５６】本実施形態のインクジェット記録装置は、
上述したインクジェット記録ヘッドを搭載しているので
長期にわたってインクの吐出が安定し、その結果、画像
品位の劣化が少なく高品位の画像記録を達成することが
できる。なお、本実施形態ではキャリッジ５５５にイン
クジェット記録ヘッドカートリッジ５８０が着脱可能に
搭載される例を示したが、これに限らず、インクジェッ
ト記録ヘッドをキャリッジ５５５に一体化し、インクタ
ンクのみを着脱可能に搭載する構成としてもよい。

【００５７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
インク路の内壁面のうち発熱部に対応する領域のみに撥
液処理を施すことで、使用するインクの種類にかかわら
ず、長期にわたって使用しても発熱素子で発生した熱を
インクに均一に伝達させることができ、インクを安定し
て吐出させることができる。その結果、高品位の画像記
録を長期にわたって維持することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のインクジェット記録ヘッドの一実施例
の模式的斜視図である。

【図２】図１に示したインクジェット記録ヘッドの液流
路方向に沿った模式的側断面図である。

【図３】図１に示したインクジェット記録ヘッドの素子
基板の発熱部の辺りを示す模式的側断面図である。

【図４】図３に示したインクジェット記録ヘッドの素子
基板の発熱部の辺りを示す模式的上面図である。

【図５】図１に示したインクジェット記録ヘッドの素子
基板を縦断するように切断した模式的側断面図である。

【図６】本発明の他の実施例に係るインクジェット記録
ヘッドの素子基板の発熱部の辺りを示す模式的側断面図
である。

【図７】本発明のインクジェット記録装置の一例の要部
を示す模式的斜視図である。

【符号の説明】

１インクジェット記録ヘッド２素子基板３発熱体４天板５液流路６共通液室７吐出口８インク供給口９電極パッド１０１シリコン基板１０２熱酸化膜１０３層間膜１０４発熱抵抗層１０５配線１０６保護膜１０７耐キャビテーション膜１０８熱作用部１０９撥水膜５５１本体フレーム５５２リードスクリュー５５４案内レール５５５キャリッジ５５９駆動モータ５７３プラテンローラ５８０インクジェット記録ヘッドカートリッジ

フロントページの続き (72)発明者小山修司東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤノン株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】インクを吐出する吐出口に連通するイン
ク路が設けられ、該インク路の内面壁には前記吐出口か
らインクを吐出するために利用される熱エネルギーを発
生する発熱部が配されているインクジェット記録ヘッド
であって、前記インク路の内面壁のうち前記発熱部に対応する領域
のみに、撥液処理が施されていることを特徴とするイン
クジェット記録ヘッド。
【請求項２】前記インク路の内面壁は、前記発熱部に
対応する領域を除いて親液性を有する請求項１に記載の
インクジェット記録ヘッド。
【請求項３】前記発熱部に対応する領域は、一対の電
極間に位置する発熱抵抗層とその近傍とに対応する前記
インク路の内壁面である請求項１に記載のインクジェッ
ト記録ヘッド。
【請求項４】前記発熱部に対応する領域は、前記発熱
部に設けられた複数の保護層のうちの最上層に形成され
ている請求項１に記載のインクジェット記録ヘッド。
【請求項５】前記最上層はタンタル含有膜である請求
項４に記載のインクジェット記録ヘッド。
【請求項６】前記撥液処理により有機膜が形成されて
いる請求項１に記載のインクジェット記録ヘッド。
【請求項７】前記撥液処理は、フッ素を用いる処理で
ある請求項１に記載のインクジェット記録ヘッド。
【請求項８】前記撥液処理は、インクとの接触角を８
０°以上とする処理である請求項１に記載のインクジェ
ット記録ヘッド。
【請求項９】前記撥液処理は、インクとの接触角を１
００°以上とする処理である請求項８に記載のインクジ
ェット記録ヘッド。
【請求項１０】前記撥液処理が施された膜の厚さは５
０００Å以下である請求項１に記載のインクジェット記
録ヘッド。
【請求項１１】前記発熱部が配された素子基板には、
前記発熱部を駆動するための機能素子が形成されている
請求項１に記載のインクジェット記録ヘッド。
【請求項１２】前記発熱部が発生した熱エネルギーに
よってインクに膜沸騰を生起させ、これに基づいてイン
クを吐出する請求項１に記載のインクジェット記録ヘッ
ド。
【請求項１３】インクを吐出する吐出口に連通するイ
ンク路に対応して配されるところの、前記吐出口からイ
ンクを吐出するために利用される熱エネルギーを発生す
る発熱部が設けられているインクジェット記録ヘッド用
基体であって、前記発熱部に対応する領域のみに、撥液処理が施されて
いることを特徴とするインクジェット記録ヘッド用基
体。
【請求項１４】前記発熱部に対応する領域を除いて親
液性を有する請求項１３に記載のインクジェット記録ヘ
ッド。
【請求項１５】前記発熱部に対応する領域は、一対の
電極間に位置する発熱抵抗層とその近傍とに対応する前
記インク路の内壁面である請求項１３に記載のインクジ
ェット記録ヘッド。
【請求項１６】前記発熱部に対応する領域は、前記発
熱部に設けられた複数の保護層のうちの最上層に形成さ
れている請求項１３に記載のインクジェット記録ヘッ
ド。
【請求項１７】前記最上層はタンタル含有膜である請
求項１６に記載のインクジェット記録ヘッド。
【請求項１８】前記撥液処理により有機膜が形成され
ている請求項１３に記載のインクジェット記録ヘッド。
【請求項１９】前記撥液処理は、フッ素を用いる処理
である請求項１３に記載のインクジェット記録ヘッド。
【請求項２０】前記撥液処理は、インクとの接触角を
８０°以上とする処理である請求項１３に記載のインク
ジェット記録ヘッド。
【請求項２１】前記撥液処理は、インクとの接触角を
１００°以上とする処理である請求項２０に記載のイン
クジェット記録ヘッド。
【請求項２２】前記撥液処理が施された膜の厚さは５
０００Å以下である請求項１３に記載のインクジェット
記録ヘッド。
【請求項２３】前記発熱部が配された素子基板には、
前記発熱部を駆動するための機能素子が形成されている
請求項１３に記載のインクジェット記録ヘッド。
【請求項２４】請求項１ないし１２のいずれか１項に
記載のインクジェット記録ヘッドと、該インクジェット
記録ヘッドに供給されるインクを収納するためのインク
タンクとを有するインクジェットカートリッジ。
【請求項２５】請求項１ないし１２のいずれか１項に
記載のインクジェット記録ヘッドと、該インクジェット
記録ヘッドを駆動するための記録信号を供給するための
記録信号供給手段とを備え、前記記録信号に基づいて前
記インクジェット記録ヘッドからインクを吐出して記録
を行うインクジェット記録装置。
【請求項２６】請求項２４に記載のインクジェットカ
ートリッジを着脱可能に保持するための保持手段と、前
記インクジェット記録ヘッドを駆動するための記録信号
を供給するための記録信号供給手段とを備え、前記記録
信号に基づいて前記インクジェット記録ヘッドからイン
クを吐出して記録を行うインクジェット記録装置。