JPH03234536A - 記録ヘッド、記録ヘッド用基板およびインクジェット記録装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野〕 本発明は、複写機、ファクシミリ、ワードプロセッサ、
ホストコンビ二一夕の出力用端末としてのプリンタ、ビ
デオ出力プリンタ等に用いられる記録装置の記録ヘッド
、該ヘッド用基板およびインクジェット記録装置に関し
、特に記録のためのエネルギとして利用される熱エネル
ギを発生する電気熱変換素子と記録用機能素子を同一基
板上に形成した記録ヘッド、該ヘッド用基板およびイン
クジェット記録装置に関する。

［従来の技術］ 従来、記録ヘッドの構成は電気熱変換素子アレイを単結
晶シリコン基板上に形成し、この電気熱変換素子の駆動
回路としてシリコン基板外部にトランジスタアレイ、ダ
イオードアレイ等の電気熱変換素子駆動用機能素子を配
置し、電気熱変換素子とトランジスタアレイ等機能素子
との間の接続をフレキシブルケーブルやワイヤーボンデ
ィング等によって行う構成としていた。

上述したヘッド構成に対して考慮される構造の簡易化、
あるいは製造工程で生ずる不良の低減化、さらには各素
子の特性の均一化および再現性の向上を目的として、特
開昭５７−７２８６７号公報において提案されているよ
うな電気熱変換素子と機能素子とを同一基板上に設けた
インクジェット記録ヘッドが知られている。

第９図は上述した構成による記録ヘッドの一部分を示す
模式的な断面図である。９０１は単結晶シリコンからな
る半導体基板である。９０２はＮ型半導体のコレクタ領
域、９０３は高不純物濃度のＮ型半導体のオーミックコ
ンタクト領域、９０４はＰ型半導体のベース領域、９０
５は高不純物濃度Ｎ型半導体のエミッタ領域であり、こ
れらでバイポーラトランジスタ９２０を形成している。

９０６は蓄熱層および絶縁層としての酸化シリコン層、
９０７は発熱抵抗体層としての硼化八ツニウム（ＨｆＢ
２）層、９０８はアルミニウム（１）電極、９０９と保
護層としての酸化シリコン層であり、以上で記録ヘッド
用の基体９３０を形成している。ここでは９４０が発熱
部となる。天板９１０は基体９３０と協働して液路９５
０を画成している。

［発明が解決しようとする課題］ ところで、上述したような構造が優れているとはいえ、
近年記録装置に対して強く要求される高速駆動化、省エ
ネルギ化、高集積化、低コスト化、高信頼性を満足する
為には未だ改善の余地がある。

まず第１に商業的な成功を収める為には高性能な記録ヘ
ッドを低価格で提供しなければならない。その為には、
機能素子を高密度に集積し、記録ヘッドの基板となるチ
ップの面積を小さくし、低コスト化された記録ヘッドを
構成する必要がある。

そのためには、ダイオードトランジスタ等の機能素子の
小型化を図ることが考えられる。

しかしながら、インクジェット記録ヘッドの場合、これ
に配設される電気熱変換素子を効率的に駆動するには、
２００〜４００ｍＡの電流を流さな（ではならないので
、ダイオード等の小型化を進めると、 （１）電流が部分的に集中し、ある部分の電流密度が異
常増加して接合を破壊するおそれがある。

（２）駆動のための電流を確保するため高電圧が必要と
なり、システム全体を変更せねばならなくなる。

（３）接合部を流れる電流密度が一定値を越えると電流
が飽和し、所望の電流が得られないこともある。

などの問題が生じる。

本発明の目的は上述した技術的課題を解決し、高速記録
、高解像度記録可能な記録ヘッド、記録用ヘッド用基板
およびインクジェット記録装置を提供することにある。

本発明の別の目的は、高集積化され信頼性の高い記録ヘ
ッドおよび記録ヘッド用基板を低価格で提供し、以てイ
ンクジェット記録装置の低廉価に資することにある。

［課題を解決するための手段］ 本発明は、これら問題点を解決することを目的とし、そ
のために、本発明は、インクを吐出する為の吐出口を有
する液吐出部と、該液吐出部に供給されたインクを吐出
する為に利用される熱エネルギを発生する為の電気熱変
換素子と該電気熱変換素子に電気的に接続された機能素
子とが設けられた基体と、を具備する記録ヘッドにおい
て、前記機能素子のアノード電極とカソード電極との接
合面積が、駆動電流が２００ｍＡ以上〜３００ｍＡ未満
のとき５　Ｘ　１０−’ｃｍ２以上で、３００ｍＡ以上
〜４００ＩＩＩＡ未満のときＩ　Ｘ　１０−’ｃｍ２以
上であることを特徴とする。

また、本発明は、熱エネルギを発生する為の電気熱変換
素子と、該電気熱変換素子に電気的に接続された機能素
子と、が同一基板に設けられた記録ヘッド用基板におい
て、前記機能素子のアノード電極とカソード電極との接
合面積が、駆動電流が２００ｍＡ以上〜３００ｍＡ未満
のとき５　Ｘ　１０−’ｃｍ２以上で、３００ｍＡ以上
〜４００ｍＡ未満のときｌＸｌ０−’ｃｍ２以上である
ことを特徴とする。

さらに、本発明インクジェット記録装置は、上記記録ヘ
ッドと、該記録ヘッドにインクを供給するための手段と
、前記記録ヘッドによる記録位置に記録媒体を搬送する
手段とを具えたことを特徴とする。

［作　用］ 本発明では上記接合面積を設定値以上に設計することに
より、機能素子全体の面積を小さくし、コストダウンを
図る上で生ずる前記問題点を解決することができた。す
なわち、従来の駆動電圧を変更することなく、ばらつき
のない少ない駆動電流を得ることができる。そして、低
廉価にして高信頼性を有する電気熱変換素子１機能素子
を内蔵した液体噴射記録ヘッドが得られる。

［実施例］ 以下、図面を参照しながら本発明について詳細に説明す
るが、本発明は以下の実施例に限定されることはなく、
本発明の目的が達成され得るものであればよい。

（実施例１） まず、電気熱変換素子とその駆動用機能素子としてのダ
イオードとの接続、および電気熱変換素子の駆動につい
て説明する。

第１図（ａ）は、本実施例に係る基板を、その配線部を
模式化して示す断面図、第１図（ｂ）は所定数の電気熱
変換素子および機能素子を含む１ブロツクの等価回路図
である。本実施例では、第２図（ｂ）について後述する
ように、コレクタ・ベース共通電極１２がダイオードの
アノードに対応し。

エミッタ電極１３がダイオードのカソードに対応してい
る。そして、電気熱変換素子（ＲＨＩ、　ＲＨ２）の駆
動時には、コレクタ・ベース共通電極１２に接続された
電気熱変換素子に正電位のバイアス（Ｖ、、）を印加す
ることにより、セル内のＮＰＮ　トランジスタがターン
オンし、バイアス電流がコレクタ電流およびベース電流
として、エミッタ電極１３より流出する。

本例のようにベースとコレクタとを短絡した構成にした
結果、電気熱変換素子の熱の立上がり、立ち下がり特性
が良好となり膜沸騰現象の生起、それに伴う気泡の成長
収縮の制御性がよ（なり安定したインクの吐出を行うこ
とが出来た。これは、熱エネルギを利用するインクジェ
ット記録ヘッドではトランジスタの特性と膜沸騰の特性
との結び付きが深く、トランジスタにおける少数キャリ
アの蓄積が少ないためスイッチング特性が速く立上がり
特性が良くなることが予想に大きく影響しているものと
考えられる。また、比較的寄生効果が少な（、素子間の
バラツキがなく、安定した駆動電流が得られるものでも
ある。本実施例については、更に、アイソレーション電
極１４を接地することにより、隣接する他のセルへの電
荷の流入を防ぐことができ、他の素子の誤動作という問
題を防ぐことができる構成となっている。

このような半導体装置においては、Ｎ型コレクタ埋込領
域２の濃度をＩ　Ｘ　１０”ｃｏ＋−”以上とするこお
と、ベース領域５の濃度を５×１０′４〜５ｘｌＯ？ｃ
ｍ−’とすること、さらには、高濃度ベース領域８と電
極との接合面の面積をなるべく小さくすることがのぞま
しい。このようにすれば、ＮＰＮトランジスタからＰ型
シリコン基板１およびアイソレーション領域を経てＧＮ
Ｄにおちる漏れ電流の発生を防止することができる。

上記記録ヘッドの駆動方法についてさらに詳述する。第
１図（ａ）には２つの半導体機能素子（セル）が示され
ているだけであるが、実際にはこのような素子が例えば
１２８個の電気熱変換素子に対応して同数等配置されブ
ロック駆動可能なように電気的にマトリクス接続されて
いる（第１図（ｂ）参照）。

ここでは同一グループにおける２つのセグメントとして
の電気熱抵抗素子ＲＨＩ　、ＲＨ２の駆動について説明
する。

電気熱変換素子ＲＨＩを駆動する為には、まずスイッチ
Ｇ１によるグループの選択がなされると共にスイッチＳ
１により電気熱変換体ＲＨＩが選択されて正電圧ＶＨＩ
が印加される。するとトランジスタ構成のダイオードセ
ルＳＨＩは正バイアスされ電流がエミッタ電極１３より
流出する。かくして電気熱変換体ＲＨＩが発熱し、この
熱エネルギが液体に状態変化を生起させて気泡を発生さ
せ吐出口より液体を吐出する。

同様に電気熱変換体ＲＨ２を駆動する場合も、スイッチ
Ｇｌ、スイッチＳ２を選択的にオンしてダイオードセル
ＳＨ２を駆動し電機熱変換体に電流を供給する。

この時基板１はアイソレーション領域３，４゜６を介し
て接地されている。このように各半導体素子（セル）の
アイソレーション領域３，４．６が接地されることによ
り各素子間の電気的な干渉による誤動作を防止している
。

第２図（ａ）は概ね以上のように構成された記録ヘッド
を示す。かかるヘッドは、図に示すように、複数の吐出
口５００、吐出口に連通ずる液路を形成する為の感光性
樹脂等からなる液路壁部材５０１、天板５０２、インク
供給口５０３とを有する。

なお、液路壁部材５０１と天板５０２とは樹脂モールド
材を利用することにより一体化も可能である。

次に、基板およびその配線部についてさらに詳述する。

第２図（ｂ）は、本実施例による記録ヘッド用基板およ
びその配線部の模式的断面図、すなわち第２図（ａ）の
Ｅ−Ｅ′線断面図である。

図において、１はＰ型シリコン基板、２は機能素子を構
成する為のＮ型コレクタ埋込み領域、３は機能素子分離
の為のＰ型アイソレーション埋込領域、４はＮ型エピタ
キシャル領域、５は機能素子を構成する為のＰ型ベース
領域、６は素子分離の為のＰ型アイソレーション領域、
７は機能素子を構成する為のＮ型コレクタ領域、８は素
子を構成する為の高濃度Ｐ型ベース領域、９は素子分離
の為の高濃度Ｐ型アイソレーション領域、ｌＯは素子を
構成する為のＮ型エミッタ領域、１１は素子を構成する
為の高濃度Ｎ型コレクタ領域、Ｉ２はコレクタ・ベース
共通電極、１３はエミッタ電極、１４はアイソレージジ
ン電極である。ここに、ＮＰＮトランジスタが形成され
ており、２，４，７．１１のコレクタ領域がエミッタ領
域１０とベース領域５．８とを完全に包囲するように形
成している。また、素子分離領域として、Ｐ型アイソレ
ーション埋込領域、Ｐ型アイソレーション領域７、高濃
度Ｐ型アイソレーション領域により各セルが包囲され電
気的に分離されている。

本実施例の記録ヘッド１００には、上述した駆動部を有
する基板上に熱酸化によるＳｉｎ、膜１０１　、および
ＣＶＤ法やスパッタリング法による酸化ＳＬ膜等から成
る蓄熱層１０２上に、スパッタリング法にょるＦＩｆＢ
ｔ等の発熱抵抗層１０３と蒸着法によるＡβ等の電極１
０４とで構成された電気熱変換素子が設けられている。

　ＨｆＢ２等の発熱抵抗層１０３はコレクタ・ベース共
通電極１２およびエミッタ電極１３とＡβ等の配線２０
２および２０１との間にも設置される。

発熱抵抗層としては、ほかにもＰ　ｔ　＋　Ｔａ　＋　
Ｚ　ｒ　Ｂ　ｚ　＊Ｔｉ−１ｆ、　　Ｎｉ−Ｃｒ、　　
丁ａ−ＡＡ　　、　　Ｔａ−３ｔ、　　Ｔａ−Ｍｏ、　
　Ｔａ−１１゜Ｔａ−Ｃｕ、　Ｔａ−Ｎｉ、　Ｔａ−Ｎ
ｉ−ＡＡ２　、　Ｔａ−Ｍｏ−１１１４，Ｔａ−Ｗ−Ｎ
ｉ。

Ｔａ−５ｉ−ＡＡ２　、　Ｔａ−Ｗ−ＡＡ２−Ｎｉ、　
Ｔｉ−５ｉ、　Ｗ、　Ｔｉ、　Ｔｉ−Ｎ。

Ｍｏ、　Ｍｏ−３ｉ、　Ｗ−ＳＬ等がある。更には電気
勢変換素子の発熱部１１０上にはＣＶＤ法による５ｉＯ
ｚ等の保護膜１０５およびＴａ等の保護膜１０６が設け
られている。

ここで蓄熱層１０２を形成するＳｉＯ□膜は駆動部の最
下層配線１２．１４と中間配線としての２０１や２０２
との間の眉間絶縁膜と一体的に設けられている。

また、保護層１０５についても同様に配線２０１と２０
２との間の眉間絶縁膜と一体化されている。

次に、第３図（ａ）〜（ｋ）を用いて本実施例に係る記
録ヘッドの製造工程について説明する。

■ｌＸ１０”〜１０１１１０１３程度の不純物濃度のＰ
型シリコン基板１の表面に、５０００〜２００００人程
度のシリコン酸化膜を形成した。

各セルのコレクタ埋込領域２を形成するべき部分のシリ
コン酸化膜をフォトリングラフイー工程で除去した。

シリコン酸化膜を形成した後、Ｎ型の不純物、例えば、
Ｐ、Ａｓなどをイオン注入し、熱拡散により不純物濃度
Ｉ　Ｘ　１０”ｃｍ−３以上のＮ型コレクタ埋込領域２
を１０〜２０μｍ形成した。このときのシート抵抗は３
０Ω／口以下の低抵抗となるようにした。

続いて、Ｐ型アイソレーション埋込領域３を形成すべき
領域の酸化膜を除去し、１００〜３０００人程度の酸化
膜を形成した後、Ｐ型不純物、例えば、Ｂなどをイオン
注入し、熱拡散によって不純物濃度ｌＸｌ０”〜ｌＯ１
″ｃｍ弓のＰ型アイソレーション埋込領域３を形成した
。（以上第３図（ａ））■全面の酸化膜を除去した後、
１ｘｌＯ＋！〜１０’・ｃｍ−”程度の不純物濃度のＮ
型エピタキシャル領域４を５〜２０μｍ程度エピタキシ
ャル成長させた。

（以上第３図（ｂ）） ０次に、Ｎ型エピタキシャル領域表面に１００〜３００
人程度のシリコン酸化膜を形成し、レジストを塗布し、
バターニングを行い、低濃度ベース領域５を形成すべき
領域にのみＰ型不純物をイオン注入した。レジスト除去
後、熱拡散によって、不純物濃度５　Ｘ　１０”〜５　
Ｘ　１０”ｃｍ−”の低濃度Ｐ型ベース領域５を５〜１
０μｍ形成した。

再び酸化膜を全面除去し、さらに１０００〜１ｏｏｏ。

人程度のシリコン酸化膜を形成した後、Ｐ型アイソレー
ション領域６を形成すべき領域の酸化膜を除去し、ＢＳ
Ｇ膜を全面にＣＶＤ法を用いて堆積し、さらに熱拡散に
よって、Ｐ型アイソレーション埋込領域３に届くように
、不純物濃度１ｘｌｏ１８〜１０”ｃｍ−”のＰ型アイ
ソレーション領域６を１１０１Ｌ程度形成した。（以上
第３図（Ｃ）） ここで、ＢＢｒｉを拡散源として形成することも可能で
ある。

■ＢＳＧ膜を除去した後１０００〜１００００人程度の
シリコン酸化膜を形成し、さらに、Ｎ型コレクタ領域７
を形成すべき領域のみ酸化膜を除去した後、ＰＳＧを形
成することによってどイオンを注入し、熱拡散によって
コレクタ埋込領域５に届（ようにＮ型コレクタ領域７を
形成した。このときのシート抵抗は１００７口以下の低
抵抗とした。また、領域の厚さは約ｌＯμｍとし、不純
物濃度はｌＸｌ０”〜ｌＯ”ｃｍ−”トＬり。

続いて、セル領域の酸化膜を除去後、１００〜３００人
のシリコン酸化膜を形成し、レジストバターニングを行
い、高濃度ベース領域８および高濃度アイソレーション
領域９を形成すべき領域にのみＰ型不純物のイオン注入
を行った。レジスト除去後、Ｎ型エミッタ領域１０およ
び高濃度Ｎ型コレクタ領域１１を形成すべき領域の酸化
膜を除去し、ＰＳＧ膜を全面に形成し、Ｎｏを注入した
後、熱拡散によって、高濃度Ｐ型ベース領域８、高濃度
Ｐ型アイソレージジン領域９、Ｎ型エミッタ領域１０．
高濃度Ｎ型コレクタ領域１１を同時に形成した。なお、
それぞれ、領域の厚さは１．０μｍ以下とし、不純物濃
度はｌＸｌ０’ｇ〜１０”ｃｍ−”とした。

（以上第３図（ｄ）） ■さらに、シリコン酸化膜１０１を形成した後、電極の
接続箇所のシリコン酸化膜を除去し、Ａβ等を全面に堆
積し、電極領域以外の１等を除去した。

（以上第３図（ｄ）） ■そして、スパッタリング法により蓄熱層及び眉間絶縁
膜となるＳｉＯ□膜１０膜上０２に０．４〜１．０μｍ
程度形成した。このＳｉＯ□膜はＣＶＤ法によるもので
あってもよい。

次に、電気的接続をとる為にエミッタ領域及びベース・
コレクタ領域上部にあたる絶縁膜１０２の一部ＣＨをフ
ォトリングラフィ法で開口した。（以上第３図（ｆ）） ■次に、発熱抵抗層１０３としてのＨｆＢ、を、ＳｉＯ
□膜１０膜上０２上び電気的接続をとる為にエミッタ領
域上部の電極とベース・コレクタ領域上部の電極とに１
０００人程堆積させ、パターニングした。（以上第３図
（ｇ）） ■その上に電気熱変換素子の一対の電極１０４、ダイオ
ードのカソード電極配線２０１およびアノード電極配線
２０２としてのｌ材料からなる層を堆積させ、パターニ
ングし、電気熱変換素子とその他配線同時に形成した。

（以上第３図〈ｈ））■こうして発熱抵抗層１０３と同
じ材料からなる層を半導体領域とＡ℃電極との間に介在
させて電気的接続を得た。

その後、スパッタリング法により電気熱変換素子の保護
層および層Ａ℃配線間の絶縁層としてのＳｉＯ□膜１０
５を堆積させた。（第３図（ｉ））［相］そして、電気
熱変換体の発熱部上部には耐キャピテーシ３ンの為の保
護層１０６としてＴａを２０００人程堆積させ、そのほ
かの部分に、保護層１０７として感光性ポリイミドを形
成した。

（第３図（ｊ）） ０以上のようにして作成された電気熱変換素子、半導体
素子を有する基体に、インク吐出部を形成する為の液路
壁部材および天板５０２を配設して、それらの内部にイ
ンク液路を形成した記録ヘッドを製造した。（第３図（
ｋ）） なお、ここでは、エミッタと、ベース・コレクタ共通電
極の一部とにＨｆＢｚを介在させたが、浅く形成された
エミッタ部分での短絡が特に問題となるので少なくとも
この部分に発熱抵抗層と同じ材料の層を介在させた構成
であればよい。

このような記録ヘッドについて、電気熱変換素子をブロ
ック駆動し、記録、動作試験を行った。

動作試験では、１つのセグメントに８個の半導体ダイオ
ードを接続し、それぞれ３００ｍＡ（計２．４Ａ）の電
流を流したが、他の半導体ダイオードは誤動作せず良好
な吐出を行うことができた。

なお、本発明はＰＮＰ接合のトランジスタ構成のものに
も適用できるのは勿論である。

（実験例） 本発明では上述した製造プロセスにより作成したインク
ジェット記録ヘッドと、上述した製造プロセスにより作
成したダイオードを用いたサーマルヘッドと、を複数サ
ンプルづつ作成した。

エミッタ接合面積を５　Ｘ　１０−’、　５　Ｘ　１０
−’８　Ｘ　１０−’　　Ｉ　Ｘ　１０−’　　２　Ｘ
　１０”’　　３　Ｘ　１０−’５　Ｘ　１０−’　　
７　Ｘ　１０−’　　８　Ｘ　１０−″　９　Ｘ　１０
−’Ｉ　Ｘ　１０−’　　２　Ｘ　１０−’　　３　Ｘ
　１０−’　　５　Ｘ　１０−’れらを用いて６４個の
吐出口をもつインクジェット記録ヘッドおよび６４個の
発熱素子をもつサーマルヘッドのサンプルをそれぞれ８
個づつ作成し、インクジェット記録およびサーマル記録
を連続−時間行い、各画素毎の記録ドツトのバラツキを
評価した。その結果を次の表に示す。

なお、エミッタ接合面積とは、第３図（β）の平面図お
よびそのＡ−Ａ′線断面図である同図ｆｍ）に示すよう
に、エミッタ接合長Ｙを有するＸ部分の面積（斜線部）
であり、２部分（側面部分）の面積を加えると１０％大
きくなる。また１表において“Ｉ／Ｊ”とはインクジェ
ット記録ヘッドを、“サーマル”とはサーマルヘッドを
示す。

評価方法は記録紙に付着した、１つの吐出口より吐出さ
れた全ドツトのうち最も間隔の離れたものどうじを選択
し、その値が所望の基準値内のものを合格、基準値をは
ずれたものを不合格とし。

８個のヘッドのうち全吐出口が合格のものを０、吐出口
の１つでも不合格のあったヘッドが２個以下の場合を０
１４個以下の場合を△、６個以上の場合を×とした。基
本的にサーマルヘッドでは感熱記録紙とヘッドとが接触
して発色するので、と ドツトのバラツキはみられなかった。ここで×Ｉあるの
は発色が無いなど異常のものを示す。ここではサーマル
ヘッドとの比較により、Ｉ／Ｊでは単にダイオードの破
損等により記録画像が悪くなるのではなく、インクの吐
出特性に影響を与えていることがわかる。

（記録ヘッドを適用した装置の実施例）第４図乃至第８
図は、以上の構成の記録ヘッドが実施もしくは適用され
て好適なインクジェットユニットＩＪＵ　、インクジェ
ットヘッドＩＪＨ、インクタンクＩＴ、インクジェット
カートリッジＩＪＣ。

インクジェット記録装置本体ＩＪＲＡ、キャリッジＨＣ
のそれぞれ、およびそれぞれの関係を説明するための説
明図である。以下これらの図面を用いて各部構成の説明
を行う。

本例でのインクジェットカートリッジＩＪＣは、第５図
の斜視図から明らかなように、インクの収納割合が大き
くなっているもので、インクタンクＩＴの前方面よりも
わずかにインクジェットユニットＩＪＵの先端部が突出
した形状である。このインクジェットカートリッジＩＪ
Ｃは、インクジェット記録装置本体ＩＪＲＡに載置され
ているキャリッジＨＣ（第８図）の後述する位置決め手
段および電気的接点とによって固定支持されると共に、
該キャリッジＨＣに対して着脱可能なディスポーザブル
タイプである。本例第４図乃至第８図には、本発明の成
立段階において成された数々の発明が適用された構成と
なっているので、これらの構成を簡単に説明しながら、
全体を説明することにする。

（ｉ）インクジェットユニットＩＪＵ構成説明インクジ
ェットユニットＩＪＵは、電気信号に応じて膜沸騰をイ
ンクに対して生じせしめるための熱エネルギを生成する
電気熱変換体を用いて記録を行うバブルジェット方式の
ユニットである。

第４図において、１００はＳＬ基板上に複数の列状に配
された電気熱変換体（吐出ヒータ）と、これに電力を供
給するＡ２等の電気配線とが成膜技術により形成されて
成る上記構成のヒータボードである。　１２００はヒー
タボード１００に対する配線基板であり、ヒータボード
１００の配線に対応する配線（例えばワイヤボンディン
グにより接続される）と、この配線の端部に位置し本体
装置からの電気信号を受けるバッド１２０１とを有して
いる。

１３００は複数のインク流路をそれぞれ区分するための
隔壁や共通液室等を設けた溝付天板で、インクタンクか
ら供給されるインクを受けて共通液室へ導入するインク
受は口１５００と、吐出口を複数有するオリフィスプレ
ート４００を一体成型したものである。これらの一体成
型材料としてはポリサルフォンが好ましいが、他の成型
用樹脂材料でも良い。

３００は配線基板１２００の裏面を平面で支持する例え
ば金属製の支持体で、インクジェットユニットの底板と
なる。５００は押えばねであり、Ｍ字形状でそのＭ字の
中央で共通液室を押圧すると共に前だれ部５０１で液路
の一部を線圧で押圧する。ヒータボード１００および天
板１３００を押えばねの足部が支持体３００の穴３１２
１を通って支持体３００の裏面側に係合することでこれ
らを挟み込んだ状態で両者を係合させることにより、押
えばね５００とその前だれ部５０１の付勢力によってヒ
ータボード１００と天板１３００とを圧着固定する。又
、支持体３００は、インクタンクＩＴの２つの位置決め
凸起１０１２および位置決め且つ熱融着保持用凸起１８
０（１，１８０１に係合する位置決め用穴３１２．１９
００．２０００を有する他、装置本体ＩＪＲＡのキャリ
ッジＨＣに対する位置決め用の突起２５００．２６００
を裏面側に有している。加えて支持体３００はインクタ
ンクからのインク供給を可能とするインク供給管２２０
０　（後述）を貫通可能にする穴３２０をも有している
。支持体３００に対する配線基板２００の取付は、接着
剤等で貼着して行われる。尚、支持体３００の凹部２４
００．２４００は、それぞれ位置決め用突起２５００．
２６００の近傍に設けられており、組立てられたインク
ジェットカートリッジＩＪＣ（第５図）において、その
周囲の３辺を平行溝３０００、３００１の複数で形成さ
れたヘッド先端域の延長点にあって、ゴミやインク等の
不要物が突起２５００、２６００に至ることがないよう
に位置している。この平行溝３０００が形成されている
。蓋部材８００は、第４図でわかるように、インクジェ
ットカートリッジＩＪＣの外壁を形成すると共に、イン
クジェットユニットＩＪＵを収納する空間部を形成して
いる。又、この平行溝３００１が形成されているインク
供給部材６００は、前述したインク供給管２２００に連
続するインク導管１６００を供給管２２００側が固定の
片持ちばっとして形成し、インク導管の固定側とインク
供給管２２００との毛管現象を確保するための封止ビン
６０２が挿入されている。尚、６０１はインクタンクＩ
Ｔと供給管２２００との結合シールを行うパツキン、７
００は供給管のタンク側端部に設けられたフィルターで
ある。

このインク供給部材６００は、モールド成型されている
ので、安価で位置精度が高（形成製造上の精度低下を無
（しているだけでなく、片持ちばりの導管１６００によ
って大量生産時においても導管１６００の上述インク受
は口１５００に対する圧接状態が安定化できる。本例で
は、この圧接状態下で封止用接着剤をインク供給部材側
から流し込むだけで、完全な連通状態を確実に得ること
ができている。尚、インク供給部材６００の支持体３０
０に対する固定は、支持体３００の穴１９０１．１９０
２に対するインク供給部材６００の裏面側ビン（不図示
）を支持体３００の穴１９０１．１９０２を介して貫通
突出せしめ、支持体３００の裏面側に突出した部分を熱
融着することで簡単に行われる。尚、この熱融着された
裏面部のわずかな突出領域は、インクタンクＩＴのイン
クジェットユニットＩＪＵ取付面側壁面のくぼみ（不図
示）内に収められるのでユニットＩＪＵの位置決め面は
正確に得られる。

（ｉｉ）インクタンクＩＴ構成説明 インクタンクは、カートリッジ本体１０００と、インク
吸収体９００とインク吸収体９００をカートリッジ本体
１０００の上記ユニットＩＪＵ取付面とは反対側の側面
から挿入した後、これを封止する蓋部材１１００とで構
成されている。

９００はインクを含浸させるための吸収体であり、カー
トリッジ本体１０００内に配置される。

１２２０は上記各部１００〜６００からなるユニットＩ
ＪＵに対してインクを供給するための供給口であると共
に、当該ユニットをカートリッジ本体１０００の部分１
０１０に配置する前の工程で供給口１２２０よりインク
を注入することにより吸収体９００のインク含浸を行う
ための注入口でもある。

この本例では、インクを供給可能な部分は、大気連通口
とこの供給口とになるが、インク吸収体からのインク供
給性を良好に行うための本体１０００内リブ２３００と
蓋部材１１００の部分リブ２５００゜２４００とによっ
て形成されたタンク内空気存在領域を、大気連通口１４
０１側から連続させてインク供給口１２００から最も遠
い角部域にわたって形成している構成をとっているので
、相対的に良好かつ均一な吸収体へのインク供給は、こ
の供給口１２００側から行われることが重要である。こ
の方法は実用上極めて有効である。このリブ１０００は
、インクタンクの本体１０００の後方面において、キャ
リッジ移動方向に平行なリブを４本有し、吸収体が後方
面に密着することを防止している。また、部分リブ２４
００、２５００は、同様にリブ１０００に対して対応す
る延長上にある蓋部材１１００の内面に設けられている
が、リブ１０００とは異なり分割された状態となってい
て空気の存在空間を前者より増加させている。

尚、部分リブ２５００．２４００は蓋部材１０００の全
面積の半分以下の面に分散された形となっている。これ
らのリブによってインク吸収体のタンク供給口１２００
から最も遠い角部の領域のインクをより安定させつつも
確実に供給０１２００側へ毛管力で導びくことができた
。１４０１はカートリッジ内部を大気に連通ずるために
蓋部材に設けた大気連通口である。１４００は大気連通
口１４０１の内方に配置される撥液材であり、これによ
り大気連通口１４００からのインク漏洩が防止される。

前述したインクタンクＩＴのインク収容空間は長方体形
状であり、その長辺を側面にもつ場合であるので上述し
たリブの配置構成は特に有効であるが、キャリッジの移
動方向に長辺を持つ場合または立方体の場合は、蓋部材
１１００の全体にリブを設けるようにすることでインク
吸収体９００からのインク供給を安定化できる。

また、インクタンクＩＴの上記ユニットＩＪＵの取付面
の構成は第６図によって示されている。オリフィスプレ
ート４００の突出口のほぼ中心を通って、タンクＩＴの
底面もしくはキャリッジの表面の載置基準面に平行な直
線をり、とすると、支持体３００の穴３１２に係合する
２つの位置決め凸起１０１２はこの直線り、上にある。

この凸起１０１２の高さは支持体３００の厚みよりわず
かに低く、支持体３００の位置決めを行う。この図面上
で直線Ｌ１の延長上には、キャリッジの位置決め用フッ
ク４００１の９０°角の係合面４００２が係合する爪２
１００が位置しており、キャリッジに対する位置決めの
作用力がこの直線Ｌ１を含む上記基準面に平行な面領域
で作用するように構成されている。第４図で後述するが
、これらの関係は、インクタンクのみの位置決めの精度
がヘッドの吐出口の位置決め精度と同等となるので有効
な構成となる。

また、支持体３００のインクタンク側面への固定用穴１
９００．２０００にそれぞれ対応するインクタンクの突
起１８００．１８０１は前述の凸起１０１２よりも長く
、支持体３００を貫通して突出した部分を熱融着して支
持体３００をその側面に固定するためのものである。上
述の線り、に垂直でこの突起１８００を通る直線をり１
、突起１８０１を通る直線をＬ２としたとき、直線Ｌ３
上には上記供給口１２００のほぼ中心が位置するので、
供給部の口１２００と供給管２２００との結合状態を安
定化する作用をし、落下や衝撃によってもこれらの結合
状態への負荷を軽減できるので好ましい構成である。ま
た、直線Ｌ２．　Ｌ、は一致していす、ヘッドＩＪＨの
吐出口側の凸起１０１２周辺に突起１８ｏｏ、　１８０
１が存在しているので、さらにヘッドＩＪＨのタンクに
対する位置決めの補強効果を生んでいる。尚、Ｌ４で示
される曲線は、インク供給部材６００の装着時の外壁位
置である。突起１８００゜１８０１はその曲線Ｌ４に沿
っているので、ヘッドＩＪＨの先端側構成の重量に対し
ても充分な強度と位置精度を与えている。尚、２７００
はインクタンクＩＴの先端ツバで、キャリッジの前板４
０００の穴に挿入されて、インクタンクの変位が極端に
悪くなるような異変時に対して設けられている。　２１
０１は、キャリッジＨＣとのさらなる位置決め部との係
合部である。

インクタンクＩＴは、ユニットＩＪＵを装着された後に
蓋８００で覆うことで、ユニットＩＪＵを下方開口を除
いて包囲する形状となるが、インクジェットカートリッ
ジＩＪＣとしては、キャリッジＨＣに載置するための下
方開口はキャリッジＨＣと近接するため、実質的な４方
包囲空間を形成してしまう。

従って、この包囲空間内にあるヘッドＩＪＨからの発熱
はこの空間内の保温空間として有効となるものの長期連
続使用としては、わずかな昇温となる。このため本例で
は、支持体の自然放熱を助けるためにカートリッジＩＪ
Ｃの上方面に、この空間よりは小さい幅のスリット１７
００を設けて、昇温を防止しつつもユニットＩＪＵ全体
の温度分布の均一化を環境に左右されないようにするこ
とができた。

インクジェットカートリッジＩＪＣとして組立てられる
と、インクはカートリッジ内部より供給口１２００、支
持体３００に設けた穴３２０および供給タンク６００の
中実面側に設けた導入口を介して供給タンク６００内に
供給され、その内部を通った後、導出口より適宜の供給
管および天板４００のインク導入口１５００を介して共
通液室内へと流入する。以上におけるインク連通用の接
続部には、例えばシリコンゴムやブチルゴム等のパツキ
ンが配設され、これによって封止が行われてインク供給
路が確保される。

尚、本実施例においては天板１３００は耐インク性に優
れたポリサルフオン、ポリエーテルサルフォン、ポリフ
ェニレンオキサイド、ポリプロピレンなとの樹脂を用い
、オリフィスプレート部４００と共に金型内で一体に同
時成型しである。

上述のように一体成型部品は、インク供給部材６００、
天板・オリフィスプレート一体、インクタンク本体１０
００としたので組立て精度が高水準になるばかりでなく
、大量生産の品質向上に極めて有効である。また部品点
数の個数は従来に比較して減少できているので、優れた
所望特性を確実に発揮できる。

（ｉｉｉ）キャリッジＨＣに対するインクジェットカー
トリッジＩＪＣの取付説明 第７図において、５０００はプラテンローラで、記録媒
体Ｐを紙面下方から上方へ案内する。キャリッジＨＣは
、プラテンローラ３０００に沿って移動するもので、キ
ャリッジの前方プラテン側にインクジェットカートリッ
ジＩＪＣの前面側に位置する前板４０００　（厚さ２ｍ
ｍ　）と、カートリッジＩＪＣの配線基板２００のパッ
ド２０１に対応するパッド２０１１を具備したフレキシ
ブルシート４００５およびこれを裏面側から各パッド２
０１１に対して押圧する弾性力を発生するためのゴムパ
ッド４００６を保持する電気接続部用支持板４００３と
、インクジェットカートリッジＩＪＣを記録位置へ固定
するための位置決め用フック４００１とが設けられてい
る。前板４０００は位置決め用突出面４１０をカートリ
ッジの支持体３００の前述した位置決め突起２５００．
２６００にそれぞれ対応して２個有し、カートリッジの
装着後はこの突出面４０１０に向う垂直な力を受ける。

このため、補強用のリブが前板のプラテンローラ側に、
その垂直な力の方向に向っているリブ（不図示）を複数
有している。このリブは、カートリッジＩＪＣ装着時の
前面位置し、よりもわずかに（約０．１ｍｍ程度）プラ
テンローラ側に突出しているヘッド保護用突出部をも形
成している。電気接続部用支持板４００３は、補強用リ
ブ４００４を前記リブの方向ではなく垂直方向に複数有
し、プラテン側からフック４００１側に向って側方への
突出割合が減じられている。これは、カートリッジ装着
時の位置を図のように傾斜させるための機能も果してい
る。また、支持板４００３は電気的接触状態を安定化す
るため、プラテン側の位置決め面４００８とフック側の
位置決め面４００７を有し、これらの間にパッドコンタ
クト域を形成すると共にパッド２０１１対応のボッチ付
ゴムシー）　４００６の変形量を一義的に規定する。こ
れらの位置決め面は、カートリッジＩＪＣが記録可能な
位置に固定されると、配線基板３００の表面に当接した
状態となる０本例では、さらに配線基板３００のパッド
２０１を前述した線Ｌ１に関して対称となるように分布
させているので、ゴムシート４００６の各ボッチの変形
量を均一化してパッド２０１１．２０１の当接圧をより
安定化している０本例のパッド２０１の分布は、上方、
下方２列、縦２列である。

フック４００１は、固定軸４００９に係合する長大を有
し、この長大の移動空間を利用して図の位置から反時計
方向に回動した後、プラテンローラ５０００に沿って左
方側へ移動することでキャリッジＨＣに対するインクジ
ェットカートリッジＩＪＣの位置決めを行う。このフッ
ク４００１の移動はどのようなものでも良いが、レバー
等で行える構成が好ましい。

いずれにしてもこのフック４００１の回動時にカートリ
ッジＩＪＣはプラテンローラ側へ移動しつつ位置決め突
起２５００．２６００が前板の位置決め面４０１Ｏに当
接可能な位置へ移動し、フック４００１の左方側移動に
よって９０°のフック面４００２がカートリッジＩＪＣ
の爪２１００の９０°面に密着しつつカートリッジＩＪ
Ｃを位置決め面２５００．４０１０同志の接触域を中心
に水平面内で旋回して最終的にパッド２０１．２０１１
同志の接触が始まる。そしてフック４００１が所定位置
、即ち固定位置に保持されると、パッド２０１．２０１
１同志の完全接触状態と、位置決め面２５００．４０１
０同志の完全面接触と、９０度面４００２と爪の９０度
面の２面接触と、配線基板３００と位置決め面４００７
．４００８との面接触とが同時に形成されてキャリッジ
に対するカートリッジＩＪＣの保持が完了する。

（ｉｖ）装置本体の概略説明 第８図は本発明が適用できるインクジェット記録装置Ｉ
ＪＲＡの概観図で、駆動モータの５０１３の正逆回転に
連動して駆動力伝達ギア５０１１．５００９を介して回
転するリードスクリュー５００５のら線溝５００４に対
して係合するキャリッジＨＣはビン（不図示）を有し、
矢印ａ、ｂ方向に往復移動される。５００２は紙押え板
であり、キャリッジ移動方向にわたって紙をプラテン５
０００に対して押圧する。５００７．５００８はフォト
カブラでキャリッジのレバー５００６のこの域での存在
を確認してモータの５０１３の回転方向切換等を行うた
めのホームポジション検知手段である。５０１６は記録
ヘッドの前面をキャップするキャップ部材５０２２を支
持する部材で、５０１５はこのキャップ内を吸引する吸
引手段でキャップ内開口５０２３を介して記録ヘッドの
吸引回復を行う。５０１７はクリーニングブレードで、
５０１９はこのブレードを前後方向に移動可能にする部
材であり、本体支持板５０１８にこれらは支持されてい
る。ブレードは、この形態でな（周知のクリーニングブ
レードが本例に適用できることはいうまでもない。また
、５０１２は、吸引回復の吸引を開始するためのレバー
で、キャリッジと係合するカム５０２０の移動に伴って
移動し、駆動モータからの駆動力がクラッチ切換等の公
知の伝達手段で移動制御される。

これらのキャッピング、クリーニング、吸引回復は、キ
ャリッジがホームポジション側領域にきたときにリード
スクリュー５００５の作用によってそれらの対応位置で
所望の処理が行えるように構成されているが、周知のタ
イミングで所望の作動を行うようにすれば、本例には何
れも適用できる。

上述における各構成は単独でも複合的に見ても優れた発
明であり、本発明にとって好ましい構成例を示している
。

（その他） なお、本発明は、特にインクジェット記録方式の中でも
バブルジェット方式の記録ヘッド、記録装置において優
れた効果をもたらすものである。

かかる方式によれば記録の高密度化、高精細化が進み、
前述のような問題が生じつるからである。

その代表的な構成や原理については、例えば、米国特許
第４７２３１２９号明細書、同第４７４０７９６号明細
書に開示されている基本的な原理を用いて行うものが好
ましい。この方式は所謂オンデマンド型、コンティニエ
アス型のいずれにも適用可能であるが、特に、オンデマ
ンド型の場合には、液体（インク）が保持されているシ
ートや液路に対応して配置されている電気熱変換体に、
記録情報に対応していて核沸騰を越える急速な温度上昇
を与える少なくとも１つの駆動信号を印加することによ
って、電気熱変換体に熱エネルギを発生せしめ、記録ヘ
ッドの熱作用面に膜沸騰を生じさせて、結果的にこの駆
動信号に一対一で対応した液体（インク）内の気泡を形
成できるので有効である。この気泡の成長、収縮により
吐出用開口を介して液体（インク）を吐出させて、少な
くとも１つの滴を形成する。この駆動信号をパルス形状
とすると、即時適切に気泡の成長収縮が行われるので、
特に応答性に優れた液体（インク）の吐出が達成でき、
より好ましい。このパルス形状の駆動信号としては、米
国特許第４４６３３５９号明細書、同第４３４５２６２
号明細書に記載されているようなものが適している。な
お、上記熱作用面の温度上昇率に関する発明の米国特許
第４３１３１２４号明細書に記載されている条件を採用
すると、さらに優れた記録を行うことができる。

記録ヘッドの構成としては、上述の各明細書に開示され
ているような吐出口、液路、電気熱変換体の組合せ構成
（直線状液流路または直角液流路）の他に熱作用部が屈
曲する領域に配置されている構成を開示する米国特許第
４５５８３３３号明細書、米国特許第４４５９６００号
明細書を用いた構成も本発明に含まれるものである。加
えて、複数の電気熱変換体に対して、共通するスリット
を電気熱変換体の吐出部とする構成を開示する特開昭５
９−１２３６７０号公報や熱エネルギの圧力波を吸収す
る開孔を吐出部に対応させる構成を開示する特開昭５９
−１３８４６１号公報に基いた構成としても本発明の効
果は有効である。すなわち、記録ヘッドの形態がどのよ
うなものであっても、記録を確実に効率よ（行いつるか
らである。

さらに、記録装置が記録できる記録媒体の最大幅に対応
した長さを有するフルラインタイプの記録ヘッドに対し
ても本発明は有効に適用できる。

そのような記録ヘッドとしては、複数記録ヘッドの組合
せによってその長さを満たす構成や、一体的に形成され
た１個の記録ヘッドとしての構成のいずれでもよい。加
えて、上側のようなシリアルタイプのものでも、装置本
体に装着されることで装置本体との電気的な接続や装置
本体からのインクの供給が可能になる交換自在のチップ
タイプの記録ヘッド、あるいは第４図〜第８図のように
記録ヘッド自体に一体的に設けられたカートリッジタイ
プの記録ヘッドを用いた場合にも本発明は有効である。

また、本発明に記録装置の構成として設けられる、記録
ヘッドに対しての回復手段、予備的な補助手段等を付加
することは本発明の効果を一層安定できるので、好まし
いものである。これらを具体的に挙げれば、記録ヘッド
に対してのキャッピング手段、クリーニング手段、加圧
或は吸引手段、電気熱変換体或はこれとは別の加熱素子
或はこれらの組み合わせによる予備加熱手段、記録とは
別の吐出を行なう予備吐出モードを行なうことも安定し
た記録を行なうために有効である。

また、搭載される記録ヘッドの種類ないし個数について
も、例えば単色のインクに対応して１個のみが設けられ
たものの他、記録色や濃度を異にする複数のインクに対
応して複数個数設けられるものであってもよい。

さらに加えて、本発明適用されるインクジェット記録装
置の形態としては、コンピュータ等の情報処理機器の画
像出力端末として用いられるものの他、リーダ等と組合
せた複写装置、さらには送受信機能を有するファクシミ
リ装置の形態を採るものであってもよい。

さらに、本発明に係る基板は、インクジェット記録ヘッ
ドに適用されるのみならず、サーマルヘッドにも適用で
きるのは勿論である。

【発明の効果］ 以上説明したように、本発明によれば、高耐圧で、かつ
素子毎の電気的分離性に優れた半導体素子を単一基板上
に複数個形成することができる。

したがって、例えばマトリクス接続された回路において
は、素子単体を個別に外付けする必要がなく、工程を削
減することができるので、故障発生箇所を減少させ、得
られる記録ヘッドの高信頼性を確保することができる。

また、本発明によれば、Ｎ型エミッタを流化する上での
半導体素子の接合面積および接合長を規定することによ
り、設計上いかなる形の半導体素子を設計しても同様に
特性ばらつきが少ない信頼性を充分に確保した半導体素
子を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）および（ｂ）は、それぞれ、本発明の一実
施例に係る記録ヘッド用基板をその配線部を模式化して
示した断面図および等価回路図、第２図（ａ）および（
ｂ）は、それぞれ、本発明の一実施例に係る記録ヘッド
の斜視図、およびそのＥ−Ｅ’線断面図、 第３図（ａ）〜（ｋ）は本例による記録ヘッドの製造方
法を説明する為の模式的断面図、 第３図（ｌおよび（ｍ）はエミッタ接合面積を説明する
ための模式図、 第４図は本発明に係る記録ヘッドを適用して構成可能な
カートリッジの分解構成斜視図、第５図は第４図の組み
立て斜視図、 第６図は第４図におけるインクジェットユニットの取り
付は部の斜視図、 第７図は第４図示のカートリッジの装置に対する取り付
は説明図、 第８図は第４図示のカートリッジを適用した装置外観図
、 第９図は従来の記録ヘッドの模式的断面図である。 １・・・Ｐ型シリコン基板、 ２・・・Ｎ型コレクタ埋込領域、 ３・・・Ｐ型アイソレージ目ン埋込領域、４・・・Ｎ型
エピタキシャル領域、 ５・・・Ｐ型ベース領域、 ６・・・Ｐ型アイソレーション領域、 ７・・・Ｎ型コレクタ領域、 ８・・・高濃度Ｐ型ベース領域、 ９・・・高濃度Ｐ型アイソレーション領域、１０・・・
Ｎ型エミッタ領域、 １１・・・高濃度Ｎ型コレクタ領域、 １２・・・コレクタ・ベース共通電極、１３・・・エミ
ッタ電極、 １４・・・アイソレーション電極、 １００・・・記録ヘッド用基板（ヒータボード）、１０
３・・・発熱抵抗層、 １０４・・・電極 １０５、１０６・・・保護層、 ５００・・・吐出口。 第５ 図 手続補正書 平成３年４月２５日

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）インクを吐出する為の吐出口を有する液吐出部と、 該液吐出部に供給されたインクを吐出する為に利用され
   る熱エネルギを発生する為の電気熱変換素子と該電気熱
   変換素子に電気的に接続された機能素子とが設けられた
   基体と、 を具備する記録ヘッドにおいて、 前記機能素子のアノード電極とカソード電極との接合面
   積が、駆動電流が２００ｍＡ以上〜３００ｍＡ未満のと
   き５×１０＾−＾５ｃｍ＾２以上で、３００ｍＡ以上〜
   ４００ｍＡ未満のとき１×１０＾−＾４ｃｍ＾２以上で
   あることを特徴とする記録ヘッド。 ２）該電気熱変換素子に電気的に接続された機能素子と
   、が同一基板に設けられた記録ヘッド用基板において、 前記機能素子のアノード電極とカソード電極との接合面
   積が、駆動電流が２００ｍＡ以上〜３００ｍＡ未満のと
   き５×１０＾−＾５ｃｍ＾２以上で、３００ｍＡ以上〜
   ４００ｍＡ未満のとき１×１０＾−＾４ｃｍ＾２以上で
   あることを特徴とする記録ヘッド。 ３）請求項１記載の記録ヘッドと、 該ヘッドに対してインクを供給するための手段と、 前記記録ヘッドによる記録位置に記録媒体を搬送する手
   段と を具えたことを特徴とするインクジェット記録装置。