CN1272176C - 记录头用基体和记录元件 - Google Patents

Abstract

本发明提供对于反复脉冲通电具有耐久性十分高的发热电阻器膜，以及使用了发热电阻器膜的记录头用基体和记录元件。在记录头用基体的热作用部(17)，使在布线(14)流动的电流产生热能的发热电阻器膜(13)是由薄膜电阻为200Ω/□以上400Ω/□以下的非晶质氮化硅钽构成，膜厚在30nm以上80nm以下。

Description

记录头用基体和记录元件

技术领域

本发明涉及在纸、塑料、膜、布、物品等被记录元件上形成文字等图像的记录装置和在该记录装置中使用的记录头，记录头用基体以及发热电阻器。

背景技术

喷墨记录装置是通过油墨以微小液滴从喷出口向被记录部喷出，记录高精细图像。那时，喷墨记录装置是将电能变换成热能，由热能使油墨形成气泡。由气泡的作用力从喷墨记录头顶部的喷出口喷出液滴。从喷出口喷出的液滴在被记录元件上粘着记录图像。一般这样的喷墨记录装置中使用的喷墨记录头具有将电能变换成热能的发热电阻器。

发热电阻器是将电能变换、产生热能的热变换器。发热电阻器通过上部保护层保护不和油墨接触。

图5是喷墨记录头用基体的剖面图。参照图5，在Si的基板51上有SiO₂的层间膜52，在层间膜52上有由TaSiN等构成的发热电阻器53。在发热电阻器53上有A1的布线54，但是有一部分发热电阻器53上有没有布线54的部分。这部分即是热作用部57。还有，具有从油墨保护发热电阻器53和布线54的保护层55，在热作用部57，在保护膜55上有用于从伴随发热的、化学的、物理的破坏中保护保护层55的Ta的耐空蚀(cavitation)膜56。

布线54流动的电流在热作用部57流过发热电阻器53使电能变换成热能，通过该热能记录头向被记录元件喷出油墨。为在被记录元件上记录所需的图像，可以通过开关流过发热电阻器53的电流来控制油墨的喷出。因此，在发热电阻器53中反复流动着脉冲电流。

在记录装置中当然要求高速地记录图像，就必须提高脉冲电流的频率，即发热电阻器53的驱动频率。还有，为了高画质化，每1点的油墨喷出量必须减少、发热电阻器53小型化的同时，要维持记录速度就必须提高驱动频率。

由于反复地施加脉冲电流，导致发热电阻器53的电阻值变化，进一步最后导致产生断线。可以假设发热电阻器53的电阻值变化是由结晶化和表面氧化反应引起的。随发热电阻器的电阻值变化，产生的热能也变化。降低了油墨喷出所需的热能，从喷出口就不能喷出油墨。还有，提高了热能，使油墨在被记录部的较大范围飞溅，不能记录正常的图像。这就是所谓的印字有雾(发虚)。因此，要求发热电阻器53对于反复的脉冲通电具有耐久性。

还有，作为现有的发热电阻器，使用薄膜电阻为25Ω/□-50Ω/□左右的较低电阻值者。还有，为不减少产生的热能、使记录装置消耗电力降低，正在研究使用200Ω/□-400Ω/□左右的电阻值高的发热电阻器。

例如，特开平10-114071号公报中公开了使用比电阻值为4000μΩ·cm以下的由TaSiN、TaSiO或者TaSiC构成的发热电阻器的喷墨记录头。还记载了例如由反应性溅射形成薄膜电阻为270Ω/□、膜厚为100nm的TaSiN的方法。

特开平10-114071号公报中记载的现有发热电阻器在反复脉冲通电的耐久性试验中，脉冲通电反复次数为3.0×10⁸次时，电阻值的变化率为1.0-3.0％左右，具有次数为5.0×10⁹次不产生断线程度的耐久性。另外，电阻的变化率是指相对于反复脉冲通电前的电阻值与反复脉冲通电后的电阻值之间变化的比例。以脉冲通电前的电阻值为A，脉冲通电后的电阻值为A′，电阻变化率表示为(A′-A)/A。

但是，发热电阻器不仅适用于喷墨记录头，而且也适用于和热敏纸和色带直接接触进行图像记录的热记录头。

对于发热电阻器的耐久性要求日渐提高，现在要求作为脉冲通电的反复次数在1.0×10⁹次左右的耐久性。为了减少不能喷出油墨、不发生印字有雾，要求电阻变化率在5.0％以内。因此，在200Ω/□-400Ω/□的电阻值高的发热电阻器中，是需要满足上述要求的。

发明内容

本发明的目的是提供对于脉冲通电的反复具有耐久性充分高的发热电阻器，和提供使用该发热电阻器的记录头用基体、记录头和记录装置。

为实现上述目的，本发明的发热电阻器膜以金属硅氮化物为主成分，在薄膜电阻为200Ω/□以上400Ω/□以下的发热电阻器膜中，其特征是膜厚为30nm以上80nm以下。

由此，发热电阻器在1×10⁹次反复脉冲通电前后的电阻变化率为5％以内，所以对于反复脉冲通电的耐久性高。

根据本发明的发热电阻器膜的一个方案，其特征是由非晶质氮化硅钽构成的。

本发明的记录头用基体，产生用于在被记录元件上记录图像的热能，在以金属硅氮化物为主成分，含有薄膜电阻为200Ω/□以上400Ω/□以下的发热电阻器膜的叠层构造的记录头用基体中，其特征是上述发热电阻器膜的膜厚为30nm以上80nm以下。

根据本发明的记录头用基体的一个方案，其特征是上述发热电阻器膜产生的热能是被用作将油墨喷出到上述被记录部件的。

由此，记录头用基体的发热电阻器膜在1×10⁹次反复脉冲通电前后的电阻变化率为5％以内，所以喷墨方式的记录装置具有充分的耐久性。

还有，根据本发明的记录头用基体的一个方案，其特征是上述发热电阻器膜产生的热能是被用作使上述油墨膜沸腾由喷出口喷出的。

由此，记录头用基体的发热电阻器膜1×10⁹次反复脉冲通电前后的电阻变化率为5％以内，所以使由膜沸腾喷墨方式的记录装置具有充分的耐久性。

根据本发明的记录头用基体的一个方案，其特征是上述发热电阻器膜是由非晶质氮化硅钽构成的。

本发明的记录头以金属硅氮化物为主成分，通过薄膜电阻为200Ω/□以上400Ω/□以下的发热电阻器膜产生的热能，在被记录部件上记录图像的记录头中，其特征是上述发热电阻器膜的膜厚为30nm以上80nm以下。

根据本发明的记录头的一方案，其特征是内部具有油墨流动的油墨流路和与该油墨流路连通的喷出口，通过上述发热电阻器膜产生的热能使上述油墨流路内的油墨从喷出口向上述被记录部件喷出。

还有，根据本发明的记录头的一方案，其特征是由上述发热电阻器膜向上述油墨施加超过膜沸腾的热能而使油墨从喷出口喷出。

根据本发明的记录头的一方案，其特征在于上述发热电阻器膜是由非晶质氮化硅钽构成的。

本发明的记录装置是在具有运送被记录部件的手段，装载有以金属硅氮化物为主成分，在薄膜电阻为200Ω/□以上400Ω/□以下的发热电阻器膜产生的热能，在被记录介质上记录图像的记录头的记录装置，其特征是上述发热电阻器膜的膜厚为30nm以上80nm以下。

根据本发明的记录装置的一方案，其特征是上述记录头内部具有油墨流动的油墨流路和与该油墨流路连通的喷出口，通过上述发热电阻器膜产生的热能使上述油墨流路内的油墨从喷出口向上述被记录部喷出。

还有，根据本发明的记录装置的一方案，上述记录头，其特征是由上述发热电阻器膜向上述油墨施加超过膜沸腾的热能而使油墨从喷出口喷出。

根据本发明的记录装置的一方案，其特征在于上述发热电阻器膜是由非晶质氮化硅钽构成的。

本发明的发热电阻器膜，其特征在于氧原子含量低于3％原子，并且连接着氧化物绝缘体。

附图说明

图1本发明的一实施方案的喷墨记录头用基体的剖面图。

图2形成本实施方案的发热电阻器的方法的一例的说明图。

图3在膜厚变化的多个实施例的耐久性试验中表示电阻变化率的测定值的曲线图。

图4装载有本发明的一实施方案的喷墨记录头的记录装置的外观图。

图5喷墨记录头用基体的剖面体。

具体实施方式

关于本发明的一实施方案，参照附图进行详细说明。

图1是本发明的一实施方案的喷墨记录头用基体的剖面图。使用本实施方案的喷墨记录头用基体的记录头，作为1例具有含发热电阻器膜的喷墨记录头用基体、通过发热电阻器膜产生的热能加热油墨的油墨流路和连通油墨流路的喷出口，由发热电阻器膜的热能使油墨流路内的油墨产生膜沸腾并从喷出口喷出的。

参照图1，在Si的基板11上有由SiO₂等氧化绝缘体构成的层间膜12。该层间膜可以作为适当地蓄积热量的蓄热层发挥功能。在层间膜12上形成由非晶质TaSiN之类的金属硅氮化物作为主成分的发热电阻器13。层间膜12的膜厚可以选择例如280nm，发热电阻器13的膜厚可以选择30nm-80nm的厚度。发热电阻器13由Ta、Si和N元素以一定的比例，具有薄膜电阻为200Ω/□-400Ω/□的材料构成的。为了达到上述薄膜电阻，例如在非晶质TaSiN的情况下，可以以Ta、Si和N分别从25％原子-35％原子、18％原子-25％原子和40％原子-50％原子的范围内选择一定的组合比即可。

例如以Si为约20％原子左右，通过控制Ta和N的比例，达到薄膜电阻所定的值。以Ta为32％原子、Si为21％原子、N为44％原子的非晶质TaSiN时，发热电阻器13的薄膜电阻为300Ω/□。(不满100％原子的部分为非有意混入以及被检出的碳等原子，但氧原子不到3％原子或者在检出限以下。)

还有，以Ta为34％原子、Si为23％原子、N为42％原子的非晶质TaSiN时，发热电阻器13的薄膜电阻为200Ω/□。

进一步，以Ta为29％原子、Si为20％原子、N为46％原子的非晶质TaSiN时，发热电阻器13的薄膜电阻为400Ω/□。

发热电阻器13上有Al的布线14，但有一部分发热电阻器13存在没有布线14的部分。这里正是热作用部17。布线14的膜厚为200nm-600nm。

还有，为了从油墨中保护发热电阻器13和布线14，具有通过等离子体CVD形成氮化硅(P-SiN)等的保护层15，在热作用部17，为了保护伴随发热生成化学的、物理的破坏的保护层15，在保护层15上有由Ta等耐空蚀膜16。保护层15的膜厚例如为300nm-800nm，耐空蚀膜16的膜厚例如为230nm。

图2是形成本实施方案的发热电阻器的方法的一例的说明图。如图2所示，首先，通过排气泵21使成膜室22排气后，氩气和氮气的混合气体由气体导入口23导入成膜室22。此时，通过内部加热器24和外部加热器25使基板温度和气氛温度达到规定的温度。其次，由Ta-Si合金构成的靶26和基板27之间，通过电源28施加电压使产生溅射放电，调整闸门29使在基板27上形成TaSiN薄膜。靶26，例如Ta和Si的比例是60比40。

在此，是通过用合金靶的反应性溅射法使发热电阻器成膜方法进行说明的，但是也可以通过分别用Ta和Si的两个靶、两个同时反应性溅射法使发热电阻器成膜。这种情况下，向各目标施加电压分别控制是可能的。

还有，形成热作用部时，通过在发热电阻器上用溅射法形成Al膜，再通过光刻法形成图形，去除一部分Al膜。接着，在其上通过等离子CVD形成SiN保护层，在热作用部用溅射法形成Ta的耐空蚀层。

上述各层的形成方法仅是一例，本发明并不限于此，通过其它方法同样可以形成就不在话下了。

图3是在膜厚变化的多个实施例的耐久性试验中表示电阻变化率测定值的曲线图。

作为本发明的实施例，首先，在发热电阻器的膜厚20nm-120nm范围内形成多个具有薄膜电阻200Ω/□的发热电阻器的记录头用基体，进行耐久性试验。作为耐久性试验的条件，以驱动频率为10kHz，脉冲幅度为2μm，驱动电压为发泡电压的1.3倍，脉冲通电反复次数为1.0×10⁹次。发泡电压是指通过各实施例的喷墨记录头用基体使油墨开始产生发泡的驱动电压。

接着，测定各实施例反复脉冲通电前后的电阻值，计算电阻变化率。

同样在发热电阻器的膜厚20nm-120nm范围内形成多个具有薄膜电阻300Ω/□和400Ω/□的发热电阻器的记录头用基体，进行耐久性试验。作为耐久性试验的条件，和薄膜电阻为200Ω/□时相同。

参照图3，不管薄膜电阻为200-400Ω/□范围的任何值的发热电阻器，通过1.0×10⁹次反复脉冲通电的耐久性试验判明电阻变化率在±5％范围的是膜厚在30nm-80nm的范围内者。

膜厚比30nm薄，由于金属硅氮化物的氧化，使电阻急剧增大。从曲线图可以看出拐点为30nm。氧化原因被认为是由与发热电阻器膜下面接着的层间膜(氧化硅)。

膜厚比80nm厚，由于非晶质金属硅氮化物的结晶化，使电阻急剧减小。从曲线图可以看出拐点为80nm。膜厚增加可以认为到一定厚度上易于形成晶粒。

使用在上述范围内的喷墨记录用基体，可以以低的电力消耗长期、高速记录高画质的图像。

图4是装载有本发明的一实施方案的喷墨记录头的记录装置外观图。参照图4，喷墨记录头41是装载在喷墨记录装置42的承载器43上。正反旋转驱动旋44的驱动力是通过驱动力传送齿轮45、46来传送，使导杆47正反旋转，承载器43是和导杆47的螺旋槽48连接，与驱动马达44的正反马达转连动使沿导轨49进行箭头a、b的方向往返移动。

通过图中未标示的被记录部件供给装置，运送到进纸卷筒410上的记录用纸在承载器43的移动范围内被压纸板411压贴在进纸卷筒410上。

初始位置的检出手段，具备有发光部和受光部的光电耦合器412、413，是由承载器43突出的杆414进入光电耦合器检出初始位置。初始位置被用做驱动马达44的旋转方向切换等。

帽部件415可将喷墨记录头41戴帽，吸引手段416通过帽部件415内的吸引，进行喷墨记录头41的吸引回复。

清洁刀口417通过移动部件418进行前后方向的移动。清洁刀口417和移动部件418是由本体支持板419支持的。

为吸引回复开始的杆420伴随着承接器43和接合着的模动盘421移动，通过驱动马达44的驱动力使离合器切换等公知的传递手段来进行移动控制。

图中未标示的记录控制部向喷墨记录头41的发热电阻器流动电流，通过驱动控制上述各部件，在记录用纸P上记录图像。图中未标示的被记录部供给装置将记录用纸P运送到进纸圆筒410，记录头41在记录用纸P的全幅内进行往复运动、喷出油墨记录图像。

记录头由于使用图1表示的喷墨记录用基体，所以喷墨记录装置42可以长期、高速地记录高画质的图像。

在以上的说明中，举了非晶质氮化硅钽的例子进行说明，本发明并非限于此，也可以使用非晶质的氮化硅钛、氮化硅钨之类的其它金属氮化硅化物的非晶质材料。

还有，本发明的基体为了使在要求高速驱动的喷墨记录头头中特别有效，在上述说明中以喷墨记录头为例进行了说明，但本发明的基体也可以适用于热记录头。

(实施例)

热氧化硅基板表面，形成膜厚为280nm左右的氧化硅膜。

在此膜上，通过上述反应性溅射形成非晶质氮化硅钽的膜厚约50nm。此时的条件如下述。

靶：Ta/Si＝60/40的TaSi靶，压力：0.5Pa，电极直径：约200mm，输入功率：1kW，氩气流量：63sccm，氮气流量：19sccm。

形成的非晶质氮化硅钽的组成是Ta为32.0％原子、Si为21.2％原子、N为43.8％原子、0为1.5％原子(余量未分析)的非晶质TaSiN，薄膜电阻为300Ω/□。

在此膜上，通过溅射铝铜构成的金属形成约厚600nm左右。

非晶质的TaSiN和通过由溅射蚀刻的铝铜膜形成发热电阻器形状的图案后，在作为热作用部的位置通过湿腐蚀除去铝铜。

接着，通过等离子CVD法形成氮化硅膜约600nm左右。进一步在此之上溅射钽形成厚约230nm，然后再形成图案。

如此制得的发热电阻器的试料进行上述的耐久性试验时，电阻变化率几乎为0％。

Claims (5)

1.具有叠层结构的记录头用基体，其包括硅基板、发热电阻器膜和层间膜，

其中，在硅基板的至少一部分上按顺序叠层氧化硅膜、发热电阻器膜和层间膜，

所述发热电阻器膜产生热能用于在被记录部件上记录图像，具有的薄膜电阻在200Ω/□以上400Ω/□以下，含有氮化硅钽作为主成分，膜厚在30nm以上80nm以下，

所述层间膜含有与所述发热电阻器膜连接着的氧化物绝缘体。

2.权利要求1所述的记录头用基体，还包括在所述发热电阻器膜的至少一部分上设置的保护膜。

3.权利要求1所述的记录头用基体，其中所述记录头用基体具有布置在基体上的多个发热电阻器膜。

4.权利要求1所述的记录头用基体，其中氮化硅钽的^Ta和^N的构成比率为钽25～35％原子和氮40～50％原子。

5.包含权利要求1所述的记录头用基体的记录元件。

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