CN1636735A - 喷墨头、该喷墨头的驱动方法和喷墨记录装置 - Google Patents

喷墨头、该喷墨头的驱动方法和喷墨记录装置 Download PDF

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Abstract

本发明提供喷墨头、该喷墨头的驱动方法和喷墨记录装置。在基板上依次地形成储热层、产生用于喷出墨汁的热能的发热体和保护上述发热体的保护膜的喷墨头用的基体，上述保护膜的上述发热体的上面部分的总厚度大于等于0.2μm小于等于0.6μm，上述保护膜的上述发热体的上面部分的热阻值大于等于5×10－9m2·K/W小于等于50×10－9m2·K/W，并且，上述储热层的上述发热体的下面部分的热阻值大于等于上述保护膜的上述发热体的上面部分的热阻值的2倍。

Description

喷墨头、该喷墨头的 驱动方法和喷墨记录装置
技术领域
本发明涉及按照喷墨方式喷出墨汁在记录媒体上进行记录的喷墨头的驱动方法和喷墨记录装置，特别是涉及为了喷出墨汁利用热能的技术。
此外，本发明中的所谓“记录”指的是不仅将如文字和图形等那样持有意义的图像赋予被记录媒体，而且也将图案等那样不持有意义的图像赋予被记录媒体。
背景技术
近年来，在对纸、线、纤维、布、金属、塑料、玻璃、木材、陶瓷等的记录媒体进行记录的、打印机、复印机、具有通信系统的传真机、具有打印机单元的文字处理器等的装置，进一步与各种处理装置复合地组合起来的记录装置中，使用许多记录装置。对于这些记录装置，要求高速记录、高图像分辨率、高图像品质、低噪声等。作为与这种要求相应的记录装置，可以举出喷墨记录装置。喷墨记录装置，用具有喷出口的喷墨头，从该喷出口喷出墨汁(记录液)液滴使其飞行，附着在记录媒体上进行记录。在喷墨记录装置中，因为喷墨头与记录媒体是非接触的，所以能够得到非常稳定的记录图像等。
在这种喷墨头中，利用热能喷出墨汁的喷墨头，除了因为高密度地配列了许多喷出口所以能够进行高图像分辨率的记录外，还具有容易实现紧凑化等的优点。
利用热能的已有喷墨头，一般通过将多个发热电阻列状地配列在硅等的基体上达到高密度化，又，具有对于多个发热电阻共同的储热层和电绝缘膜的构成(请参照日本特开2001-171127号专利公报、日本特开2002-11886号专利公报)。
图15表示在利用热能的已有喷墨头的，一个发热电阻的部分的模式剖面图。
如图15所示，喷墨头100具有形成发热电阻(加热器)123的基体120、和在基体120上接合的喷嘴部件110。基体120具有在由硅构成的基板的表面上由热氧化膜等的多个层构成的储热层122、在储热层122上部分地形成的发热电阻123、用于向发热电阻123供给电功率的电极配线124、125、覆盖发热电阻123和储热层122地形成的电绝缘膜126、和在电绝缘膜126上形成的，由Ta构成的耐气泡(cavitation)膜127。将电绝缘膜126和耐气泡膜127结合起来构成保护膜128。在基体120上接合喷嘴部件110，形成将发热电阻123的上方作为墨汁室112的液路。又，在喷嘴部件110中，在与发热电阻123对置的位置上形成喷出口111。
在墨汁室112中充满墨汁，在该状态中通过电极配线124、125将电压加到发热电阻123上使发热电阻123发热。由于发热电阻123的发热急剧地加热墨汁室112内的墨汁，使墨汁沸腾。因此在墨汁中产生气泡，由根据该气泡成长产生的压力，从喷出口111喷出墨汁。
为了将在发热电阻123中产生的热能高效率地传送给墨汁，关于基体120的膜构成至今已经提出了各种方法。
参照图16，我们说明由发热电阻123的发热引起的传热原理。在图16中，通过使发热电阻123通电，加上热量Q。该热量Q扩散到发热电阻123的上下，成为Q1、Q2。扩散到上方的热量Q1传送到由电绝缘膜和耐气泡膜构成的保护膜128上的墨汁130。因此，在墨汁130中产生气泡131，如上所述地进行喷出。
发明内容
本发明的目的是不降低保护膜的绝缘可靠性，又不降低耐气泡(cavitation)性，最大限度地使到墨汁的热传导效率最佳化。
本发明的特征是在基板上依次地形成储热层、产生用于喷出墨汁的热能的发热体和保护上述发热体的保护膜的喷墨头用的基体，上述保护膜的上述发热体的上面部分的总厚度大于等于0.2μm小于等于0.6μm，上述保护膜的上述发热体的上面部分的热阻值大于等于5×10-9m2·K/W小于等于50×10-9m2·K/W，并且，上述储热层的上述发热体的下面部分的热阻值大于等于上述保护膜的上述发热体的上面部分的热阻值的2倍.
附图说明
图1是表示说明本发明的概要的，通过模拟得到的热阻和临界发泡脉冲宽度的关系的曲线图。
图2是表示说明本发明的概要的，通过模拟得到的导热率和临界发泡脉冲宽度的关系的曲线图。
图3是表示说明本发明的概要的，通过模拟得到的发热电阻的表面温度分布的曲线图。
图4是表示说明本发明的概要的，当在0.8μs中驱动发热电阻时，由从驱动脉冲施加时刻开始的发热电阻的表面温度的时间经过引起的变化的关系的，通过模拟得到的曲线图。
图5是表示说明本发明的概要的，通过模拟得到的储热层的厚度和发热电阻的每单位面积的墨汁临界发泡能量的关系的曲线图。
图6是表示说明本发明的概要的，储热层的厚度和储热层/保护膜的热阻比的关系的曲线图。
图7是能够适用于本发明的喷墨头的一个例子的，从喷出口侧看的主要部分平面图。
图8是放大表示图7所示的一个发热电阻的基体平面图。
图9表示图7所示的喷墨头的B-B前剖面图。
图10是能够适用于本发明的喷墨头的其它例子的，与图9相同的剖面图。
图11是能够适用于本发明的喷墨头的另一个其它例子的，与图9相同的剖面图。
图12是应用本发明的边缘支板(シュ-タ)型的喷墨头的一个例子的剖面图。
图13是表示本发明的喷墨记录装置的一个例子的模式斜视图。
图14是控制图13所示的喷墨记录装置的工作的控制电路的一个例子的方框图。
图15是在已有的喷墨头的，一个发热电阻的部分的模式剖面图。
图16是说明在喷墨头中的传热原理的模式图。
具体实施方式
关于发热电阻上的层，为了将热均匀地传给墨汁，作为导热率比较低并且厚度比较薄的膜形成保护膜。保护膜也兼备与墨汁的绝缘功能。当保护膜的厚度不到0.2μm时，存在着由于在电极配线和发热电阻的境界部分产生的保护膜的厚度量的段差，容易在保护膜中产生断裂的可能性。与此相反，当保护膜的厚度过厚时，难以将在发热电阻中产生的热传到墨汁中，使能量效率恶化。
另一方面，由制造方法和发热电阻的耐久性等决定发热电阻下侧的层。又，从记录速度高速化的观点出发，要在缩短发热电阻的驱动通电时间(脉冲宽度)上下工夫。例如，如果用驱动频率30kHz进行16分割驱动，则必须在约小于等于2μs进行驱动。当也考虑驱动上的容限时，更短的脉冲是令人满意的。通过缩短驱动通电时间，提高热通量，能够得到更稳定的发泡，稳定的发泡，在使气泡与大气连通的喷出方式中效果是绝大的，在高品位记录的喷墨头中形成驱动通电时间必须约为0.5～1.2μs的构成。进一步，通过将驱动脉冲分割成多个，形成双脉冲、三脉冲，能够进一步提高喷出效率。
随着记录装置的高品质记录化的进展，喷出液滴的尺寸也日益变小，现在形成了称为数p1的极小液滴。因此，与已有技术比较需要使对投入能量的喷出量，即喷出效率提高约数倍～10倍，这成为一个困难的问题。
为了回避该问题，也可以采取使发热电阻上的保护膜薄的方式，但是当为了如上所述地在配线的段差部分高可靠性地维持绝缘状态，也要考虑制造上的零散性等时，即便使发热电阻变薄也存在着0.2μm左右的界限。又，即便将导热性良好的材料用于保护膜，也存在着绝缘性不足够，热在保护膜的表面上沿面内方向扩展的情形。这导致使效率进一步降低的恶性循环，不能够很好了解保护膜的适当厚度和导热率等。
又，为了防止因墨汁的热化学反应和墨汁的组成物的碳化产生的“焦炭”附着导致的喷出恶化，用Ta等的耐气泡膜形成保护膜的表面。即便关于这种膜材料，为了提高耐气泡性，也研讨了表示出高耐久性的Ir等的贵金属材料。但是，Ir等，因为导热性高，为了得到充分的覆盖性而使膜厚变厚时，在发热电阻中产生的热能沿膜的面内方向逃逸，所以使效率降低那样的弊病也就成为了问题，不能够很好了解耐气泡膜的适当厚度和导热率等。
进一步，为了拟似地提高发热电阻的效率和耐久性，也存在着增加发热电阻的数量的方法。但是，增加发热电阻的数量，需要相应地增加为此的驱动电路和存储器等的数量，由于不仅使基体的尺寸变大，而且也使驱动变得烦杂，使记录装置主体的驱动用IC的高集成化和软件复杂化等，结果导致成本上升。
本发明就是鉴于上述问题提出的，下面我们参照附图说明本发明的实施方式。
在本说明书中，“(数值A)～(数值B)”表示“大于等于数值A，小于等于数值B”的范围。又，发热体或发热电阻指的不仅是在储热层上形成的整个层，而且是它的一部分的，使由通电产生的热作用于墨汁的区域的部分，即如果没有保护膜则直接与墨汁接触对墨汁进行加热的部分。
(本发明的喷墨头的概要(由本发明者们进行的研讨))
一开始，我们说明本发明的概要。本发明使发热电阻上的保护膜形成具有适当的热阻的构成。首先，本发明者们，在具有图15那样的膜构成的喷墨头中，关于发热电阻上的保护膜的厚度，从绝缘可靠性和耐气泡性的观点出发，从经验上假定最佳厚度为0.3μm(3000)～0.5μm(5000 )，通过改变它的导热率，使保护膜的总热阻变化，用3维热传导模拟计算因而发生的发泡效率的变化。其结果如图1所示。
图1是表示保护膜的热阻值和成为热导效率的指标的，作为为了喷出墨汁所需的最低限度的通电驱动时间的临界发泡脉冲宽度的关系的曲线图。作为这时的条件，使发热电阻的厚度为0.05μm，电极配线的厚度为0.2μm，材料为Al。又，作为热通量，使发热电阻中每单位体积的投入能量为4.55×1016W/m3。这与在一边为26μm的正方形的发热电阻中，电阻值为100Ω流过120mA的电流的情形相当。这时，计算在发热电阻中心正上面的常温的水达到300℃的时间，将该时间称为临界发泡脉冲。在图1中，因为该临界发泡脉冲宽度越小，可以用越少的能量进行发泡，所以发热电阻的发泡效率越好。
如从图1可以看到的那样，在膜厚0.3μm(3000)、0.4μm(4000)和0.5μm(5000)的情形中全都表示出同样的倾向，我们发现当保护膜的热阻值约为5～10×10-9m2·K/W时，存在着临界发泡脉冲宽度达到极小，即发热电阻的发泡效率达到最大的极点。在已有的，由SiN构成的膜厚0.3μm的电绝缘膜和由Ta构成的膜厚0.23μm的耐气泡膜构成的保护膜中，热阻值约为2.5×10-7m2·K/W。这表示在膜厚为0.3μm～0.5μm那样的膜厚薄的保护膜中，即便使热阻值降低到上述范围，在发热电阻中产生的热能也不沿保护膜的面内方向发散，结果提高了发泡效率。
当使热阻值进一步从上述范围下降时，临界发泡脉冲宽度转而上升，发泡效率恶化。这表示即便在膜厚为0.3μm～0.5μm那样的膜厚薄的保护膜中，在发热电阻中产生的热能也沿保护膜的面内方向发散。
进一步，我们从图1看到，临界发泡脉冲宽度成为极小的区域是比较宽的，从10×10-9m2·K/W进一步增高到约50×10-9m2·K/W，发泡效率没有太大变化。当然，最令人满意的热阻值在上述的5～10×10-9m2·K/W的范围内。
又，在图1中表示了在保护膜的膜厚为0.3μm～0.5μm的范围内进行模拟的结果，但是在本模拟中确认在保护膜的膜厚为0.2μm～0.6μm的范围内都表示出同等的特性。
下面，我们计算为了实现上述热阻值，保护膜的导热率应该达到何种程度。作为这时的条件，以尽可能不变更已有的喷墨头的方式，保持图15所示的构成中的耐气泡膜不变(材料：Ta，膜厚：0.23μm)，而改变绝缘膜的膜厚(0.1μm(1000)、0.2μm(2000)、0.3μm(3000))和导热率，再次进行计算。这是因为我们考虑到构成耐气泡膜的Ta的导热率比构成绝缘膜的SiN大，对发泡效率没有太大影响，即，发泡效率主要与绝缘膜有关。作为在该模拟中用的具体的导热率的值，虽然薄膜的导热率也与厚度和成膜工艺等有关，但是我们用从文献等一般得到的值：薄膜Ta的导热率＝54W/m·K，薄膜SiN的导热率＝1.2W/m·K。例如使薄膜SiN的导热率在约1.2～32W/m·K的范围内变化，但是即便如此也比Ta的导热率小。
图2表示如上求得的导热率和临界发泡脉冲宽度的关系。如从图2可以看到的那样，绝缘膜的导热率在10～200W/m·K的范围内时临界发泡脉冲宽度达到极小。我们看到在该范围内，临界发泡脉冲宽度几乎不变，能够得到良好的发泡效率，又，在图2中表示了使绝缘膜的膜厚在0.1～0.3μm的范围内进行模拟的结果，但是即便绝缘膜的膜厚在0.3～0.4μm的范围内也表示出同等的特性。
进一步，在绝缘膜的膜厚为0.3μm的情形中，当使绝缘膜的导热率在2～500W/m·K的范围内变化，发热电阻正上方的水在300℃附近时，即在发泡前，与水接触的保护膜上的温度分布如图3所示。如从图3可以看到的那样，导热率越高，达到300℃的发热电阻的表面面积越小。这是因为如上所述，导热率高时，在发热电阻中产生的热能沿面内方向发散。如果根据图3，则导热率直到约100W/m·K，也不大向面内方向发散，与已有的喷墨头中的绝缘膜的导热率比较也没有大的变化。但是，我们看到当导热率达到约500W/m·K时，300℃的平衡区域几乎消失，热能沿面内方向发散。
从以上所述可见，在保护膜具有绝缘膜和由Ta构成的耐气泡膜的构成的情形中，为了提高发泡效率，绝缘膜的导热率为10～200W/m·K是令人满意的，更好为10～100W/m·K，最好为10～50W/m·K。
再次参照图1、图2，临界发泡脉冲宽度约为0.2～0.6μs。但是，实际上在使墨汁发泡进行喷出的情形中，因为也考虑到喷墨头的制造上的零散性等，给予在该临界发泡脉冲宽度中以一定比例增加了的驱动脉冲，所以如上所述，存在着为了在使气泡与大气连通的喷出方式中进行稳定喷出的高热流速的适当条件：0.5～1.2μs，大致与已有的驱动条件等同。进一步，当不仅考虑到喷墨头的制造上的零散性，而且也考虑到实际使用喷墨头的温度环境等时，如果使用于喷出墨汁的驱动脉冲宽度为0.2～2.0μs，则大体上没有问题。
进一步，本发明者们研讨了储热层对墨汁的热传导效率的影响。首先，我们用3维热传导模拟计算在具有图15那样的膜构成的喷墨头中，在保护膜为膜厚0.3μm的SiN膜(绝缘膜)和膜厚为0.23μm的Ta膜(耐气泡膜)的条件下，关于使储热层为膜厚2.5μm的SiO2膜的情形和膜厚1.5μm的SiO2膜的情形，当用0.8μs的驱动脉冲宽度驱动发热电阻时，在从发热电阻上加上驱动脉冲的时刻开始的表面温度的时间经过中发生的变化。其结果如图4所示。
如从图4可以看到的那样，当比较2类储热层时，最大加热器温度对于两者都约为500℃大致相同，但是此后的温度，膜厚薄的一方迅速下降。从该结果可以认为，即便使储热层的厚度变薄也不会降低到墨汁的热传导效率。
其次，我们用3维热传导模拟计算在不降低到墨汁的热传导效果的条件下能够使储热层减薄到何种程度。其结果如图5所示。
图5是表示由上述模拟得到的，储热层的厚度和发热电阻的每单位面积的墨汁临界发泡能量的关系的曲线图。发热电阻的每单位面积的墨汁临界发泡能量成为到墨汁的热传导效率的指标。墨汁临界发泡能量是为了使发热电阻的表面温度超过作为墨汁发泡温度的300℃所需的临界热能值，该值越大，意味着热传导效率越坏。计算是在作为驱动通电时间的热能施加时间(Pw)在0.5μs～3.0μs的范围内变化时进行的。从喷墨头的记录速度的观点出发，该热能施加时间是在需要高速驱动并且从驱动脉冲精度来看不过短的条件下得到的适当时间。又，该时间包含为了在使气泡与大气连通的喷出方式中进行稳定喷出的高热通量的适当条件，即上述的0.5～1.2μs的驱动通电时间。
如从图5可以看到的那样，当储热层的厚度比约0.7μm薄时，到墨汁的热传导效率急剧恶化。从中我们得知最好使储热层的厚度大于等于0.7μm。又，要稳定地形成厚度比0.7μm薄的储热层膜是困难的。
进一步从图5可见，热能施加时间(Pw)越长，热传导效率越坏，又，Pw越长，由储热层的厚度产生的影响越大。具体地说，当Pw为1.2～2μs，储热层的厚度大于等于1.0μm，又，作为高热通量的条件的Pw小于等于1.2μs时，即便储热层的厚度大于等于0.7μm，效率也不会降低而具有适当的值。
从以上所述可见，在保护膜为膜厚0.3μm的SiN膜和膜厚为0.23μm的Ta膜的情形中，为了具有良好的热传导效率，使由SiO2构成的储热层的厚度大于等于1.0μm是适合的，进一步，可以说在驱动通电时间Pw小于等于1.2μs时，储热层的厚度大于等于0.7μm是适合的。驱动通电时间Pw不限于是1个脉冲的情形，也可以是分割成多个的脉冲驱动，这时各脉冲宽度的合计通电时间与Pw相当。即便在上述的试作喷头中，也能够得到图5所示的关系与模拟一致的结果。
这里，具体地例示了保护膜和储热层的材料、膜厚，但是本发明不限于此。因为本发明能够高效率地将所加热能传输给墨汁，所以能够将上述条件置换成保护膜和储热层的热阻比。
该置换的结果如图6所示。图6是表示将上述保护膜条件中的储热层条件置换成储热层和保护膜的热阻比的，储热层的厚度和储热层/保护膜的热阻比的关系的曲线图。这时的各膜的导热率，薄膜SiN和薄膜Ta取上述值，而令薄膜SiO2为1.38W/m·K。该值也可以用从文献等中一般得到的值。当令构成薄膜的材料的导热率为K，膜厚为d时，给出薄膜热阻值Rs为Rs＝d/K。又，叠层膜的热阻值是将各膜的热阻值加起来得到的值。
如从图6可以看到的那样，能够将由膜厚0.3μm的SiN膜和膜厚为0.23μm的Ta膜构成的保护膜中的储热层的膜厚条件，在大于等于0.7μm时置换成储热层/保护膜的热阻比约大于等于2倍。从中我们可以看到储热层的热阻与保护膜的热阻之比约大于等于2倍是适合的。
通过模拟我们得到了以上说明的关系，但是实际上即便在试作的喷墨头中，关于导热率和发泡效率也与模拟不完全相同，但是能够得到与用模拟验证的结果相同的结果。
(喷墨记录装置)
下面，我们参照图13说明搭载本发明的喷墨头的喷墨记录装置。
图13是表示本发明的喷墨记录装置的一个例子的模式斜视图。在图13中，在主体框中可以自由旋转地通过轴支持着刻有螺旋沟5005的引导螺杆5004。引导螺杆5004与驱动马达5013的正反旋转连动，经过驱动力传递齿轮5009～5011而受到旋转驱动。
进一步，将自由滑动地引导托架HC的导轨5003固定在主体框中。在托架HC中设置与螺旋沟5005系合的销钉(图中未画出)，通过驱动马达5013的旋转使引导螺杆5004旋转，能够使托架HC沿图示箭头a、b的方向往复移动。压纸板5002在托架HC的移动方向将记录媒体P压在压纸卷筒5000上。
将喷墨记录单元IJC搭载在托架HC上。喷墨记录单元IJC既可以具有使上述喷墨头与墨盒IT一体化的支架形式，也可以具有将它们作为相互不同的个体可以取出和组装的形式。又，通过设置在托架HC上的位置决定部件和电接点将该喷墨记录单元IJC固定支持在托架HC上，并且可以对托架HC装上卸下地进行设置。
光耦合器5007、5008构成用于确认托架HC的控制杆5006存在于该区域中而使驱动马达5013的旋转方向反转等的主位置检测部件。盖住喷墨头的前面(喷出口开口的面)的盖罩部件5022被支持部件5016所支持，进一步备有吸引部件5015，经过盖内开口5023进行喷墨头的吸引回复。将支持板5019安装在主体支持板5018中，由图中未画出的驱动部件使可以自由滑动地支持在该支持板5019上的清洁板5017沿前后方向移动。清洁板5017的形态不限于图中所示的，能够应用众所周知的形态，这是不言而喻的。控制杆5021用于开始喷墨头的吸引回复工作，伴随着与托架HC相接的凸轮5020的移动而移动，用齿轮5010和锁闭切换等众所周知的传递方法对来自驱动马达5013的驱动力进行移动控制。
通过当托架HC在主位置侧区域中移动时引导螺杆5004的作用，使这些盖罩、清洁、吸引回复的各个处理在各个对应位置上进行，但是如果为了在众所周知的定时进行所要的工作，则都能够应用于本例中。
图14表示控制上述喷墨记录装置的工作的控制电路的方框图。图14所示的控制电路具有从计算机等的外部装置输入记录信号的接口1700、根据经过接口1700输入的记录信号，控制喷墨记录装置的工作的控制单元、用于驱动记录头(喷墨头)1708的喷墨头驱动器1705、用于驱动运送记录媒体(使图13所示的压纸卷筒5000旋转)的运送马达1709的马达驱动器1706、和用于驱动运载马达1710(与图13的驱动马达5013相当)的马达驱动器1707。
控制单元具有接受来自接口1700的记录信号，对向记录头1708供给记录数据进行控制的门阵列(G.A.)1704、MPU1701、存储MPU1701实施的控制程序的ROM1702、和保存上述记录信号和供给记录头1708的记录数据等的各种数据的DRAMU1703。门阵列1704也进行MPU1701和DRAMU1703之间的数据传送控制。
当将记录信号输入到接口1700时，在门阵列1704和MPU1701之间，将记录信号变换成记录用的记录数据。而且，用由各马达驱动器1706、1707驱动运送马达1709和运载马达1710，并且按照传送给喷墨头驱动器1705的记录数据驱动记录头1708，进行记录。上述的发热电阻的驱动通电时间也由MPU1701进行控制。
(喷墨头)
下面，我们说明能够适用于本发明的喷墨头的例子。
图7是能够适用于本发明的喷墨头的一个例子的，从喷出口侧看的主要部分平面图。又图8是放大表示图7所示的一个发热电阻的基体平面图。此外，在图7中，为了了解内部构造，在透视喷嘴部件10的状态中进行表示。
喷墨头1具有形成多个发热电阻23的基体20、和与基体20接合的喷嘴部件10。将发热电阻23并列地配置成一列。但是，在彩色用喷墨头的情形中，也能够对每种颜色配置成多列。在喷嘴部件10中，在与各发热电阻23对置的位置上分别形成其中心位于发热电阻23的中心上的喷出口11。进一步通过在喷嘴部件10中形成隔开邻接的发热电阻23之间的喷嘴壁13，接合基体20和喷嘴部件10，在每个发热电阻23中，形成喷出口11分别开口的液路。
在基体20上，为了从该喷墨头1的外部向各发热电阻23上供给墨汁，贯通基体20地形成供给口(图中未画出)。在与各流路共通的墨汁室上开出供给口。又，在墨汁室和各流路之间，为了阻止异物侵入流路内，设置作为柱状结构物的过滤器29。共同覆盖排成列状的全部发热电阻23地设置绝缘膜(在图8中未画出)和耐气泡膜27。进一步，如图5所示，电极配线25与发热电阻23连接。
从供给口向流路内供给墨汁，墨汁在发热电阻23上流动。在该状态中通过电极配线25使发热电阻23通电产生热能，使发热电阻23上的墨汁发泡，因而从喷出口11喷出墨汁。本例的喷墨头1是使发热电阻23和喷出口11对置的，所谓的侧面支板(シュ-タ)型的喷墨头。关于侧面支板(シュ-タ)型的喷墨头1的喷出方式，大致可以分成由发热电阻23的驱动使产生的气泡与大气连通的方式、和不使气泡与大气连通的方式。本发明可以应用于它们中的任何一种。在后者的喷出方式中，产生的气泡不与大气连通地消失。
图9表示图7所示的喷墨头的B-B前剖面图。我们参照图9，以基体20的层构成为中心说明本例的喷墨头1。
基体20具有由硅构成的基板21、在其表面上形成的，兼用作电绝缘膜的储热层22、在储热层22上部分地形成的发热电阻23、用于向发热电阻23供给电功率的电极配线24、25、覆盖发热电阻23和储热层22地形成的绝缘膜26、和在绝缘膜26的一部分上形成的耐气泡膜27。储热层22具有从基板21侧开始顺序地叠层热氧化膜22a、层间膜22b、22c的3层构造。在本例中，这些热氧化膜22a、层间膜22b、22c都由SiO2构成，以储热层22的总热阻为覆盖发热电阻23地形成的膜(绝缘膜26和耐气泡膜27)即保护膜的总热阻的2倍或其以上的方式设定储热层22整体的厚度。但是，在总热阻满足上述条件的范围内可以任意地变更构成储热层22的这些膜的材料、储热层22的层数和构造。例如，也能够使储热层22的至少1层为SiO2膜和BPSG(Boro-phospho silicate glass)膜，又，关于它的制膜方法，也能够用热氧化法和CVD法等的任意方法。
在本例中发热电阻23由TaSiN构成。又，电极配线24、25由AlCu构成。但是电极配线24、25不限于此，也可以由Al和其它的Al合金构成。又，厚度可以为0.1～1.0μm。
绝缘膜26具有在SiN膜26a上形成SiC膜26b的2层构造。SiN膜26a的膜厚为0.05μm，SiC膜26b的膜厚为0.2μm。这样通过由多层构成绝缘膜26，关于在电极配线25的段差部分上的覆盖，能够使它的热阻小，并且使绝缘可靠性最佳化。但是，绝缘膜26的构造不限于此，也可以大于等于3层，SiC膜26b的膜厚大于等于0.2μm，SiN膜26a的膜厚大于等于0.05μm。关于耐气泡膜27，材料用Ta，膜厚为0.23μm。即，在本例中，发热电阻23上的保护膜整体的厚度为0.48μm。
在基体20上接合喷嘴部件10，在发热电阻23和喷出口11之间形成墨汁室12。
这里重要的是要使作为发热电阻23上的保护膜的绝缘膜26和耐气泡膜27的热阻值适当。在图15所示的已有喷墨头的构成中，保护膜由膜厚0.3μm的SiN构成的绝缘膜和由膜厚0.23μm的Ta构成的耐气泡膜构成。关于薄膜的导热率，令薄膜Ta的导热率为54W/m·K，薄膜SiN的导热率为1.2W/m·K。薄膜SiC的导热率为70W/m·K，计算已有的喷墨头中的保护膜的热阻值，约为2.5×10-7m2·K/W。对此在本例的喷墨头1中，热阻值约为48×10-9m2·K/W。另一方面，在储热层22中，令热氧化膜22a、层间膜22b、22c的膜厚分别为1.0μm、0.8μm、0.7μm。当薄膜SiO2的导热率为1.38W/m·K时，储热层22的热阻值约为1.81×10-6m2·K/W。从而，在本例中，储热层22的总热阻值约为保护层的总热阻值的39倍。
又，发热电阻23的平面尺寸，在本例中为26μm×26μm的正方形。但是，发热电阻23的尺寸不限于此，已经确认至少在从16μm×16μm到39μm×39μm的范围内没有问题。又，发热电阻23的形状不限于正方形，也能够是长方形。进一步，每一个喷出口11的发热电阻23的数量为多个，例如能够形成将10μm×24μm的长方形连接成2个直列的构成。
如上所述，通过使保护膜的厚度和热阻值具有适当的值，即便喷出方式为使气泡与大气连通的方式和不使气泡与大气连通的方式中的某一个，在不降低保护膜的绝缘可靠性和耐气泡性，最大限度地使到墨汁的热传导效率最佳化方面，能够得到没有大的差别，同等优异的效果。
(喷墨头的构成例2)
图10是能够适用于本发明的喷墨头的其它例子的，与图9相同的剖面图。此外，在图10中，在与图9相同的构成上附加与图9相同的标号。
本例的喷墨头与喷墨头的构成例1不同，绝缘膜26是单层，耐气泡膜27是2层。其它构成与喷墨头的构成例1相同。
在本例中，绝缘膜26由SiN构成，其膜厚为0.35μm。又，耐气泡膜27具有从绝缘膜26侧叠层Ta膜27a和Ir膜27b的构成。Ta膜27a的膜厚为0.2μm，Ir膜27b的膜厚为0.05μm。所以，在发热电阻23上的保护膜的总厚度为0.6μm。
这样，通过使耐气泡膜27具有2层构造，如上所述能够一面维持覆盖性一面减小热阻，并且能够防止由于墨汁的热化学反应和墨汁的组成物的碳化产生的“焦炭”使喷出特性降低。这里我们表示耐气泡膜27具有2层构造，但是也可以大于等于3层。又，耐气泡膜27的一部分由Ir构成，但是代替它，也能够用膜厚大于等于0.05μm的Pt等的贵金属及其合金。
在本例中，当令薄膜Ir的导热率为127W/m·K进行计算时，保护膜的热阻值约为9.1×10-9m2·K/W。又，因为储热层22的总电阻值与喷墨头的构成例1相同，所以在本例中，储热层22的总热阻值约为保护层的总热阻值的199倍。
(喷墨头的构成例3)
图11是能够适用于本发明的喷墨头的另一个其它例子的，与图9相同的剖面图。此外，在图11中，也在与图9相同的构成上附加与图9相同的标号。
在本例中，绝缘膜26和耐气泡膜27分别是单层这一点与上述喷墨头的构成例1、2不同。具体地说，绝缘膜是由SiC构成的膜厚0.35μm的膜，耐气泡膜27是由Ta构成的膜厚0.2μm的膜。从而，在发热电阻23上的保护膜的总厚度为0.55μm。
在本例中，当计算保护膜的热阻值时，约为8.7×10-9m2·K/W，在喷墨头的构成例1～3中是最小的。即，在本例中，可以说在喷墨头的构成例1～3中发泡效率最适合。但是，如果考虑到电极配线24、25的段差部分中的由绝缘膜26产生的覆盖可靠性、耐气泡膜27的耐热化学反应性和耐焦炭附着性，能够得到充分的性能，则保护层的总热阻值在5～50×10-9m2·K/W的范围内，如果为更小的值则能够进一步提高发泡效率。又，储热层22的总热阻值约为保护层的总热阻值的208倍。
以上，我们举出优先的实施方式为例说明了适用于本发明的喷墨头。在上述各例中，我们举例说明了在与发热电阻23对置的位置上形成喷出口11的，所谓的侧面支板(シュ-タ)型的喷墨头，但是本发明不限定于此，也能够应用于如图12所示的，所谓的边缘侧支板板(シュ-タ)型的喷墨头30。
边缘支板(シュ-タ)型的喷墨头30也与侧面支板(シュ-タ)型的喷墨头相同，具有基体50和与它接合的喷嘴部件40，但是喷嘴部件40的构造与边缘侧面支板(シュ-タ)型的喷墨头不同。具体地说，喷出口41的位置不在与发热电阻53对置的位置上，而形成在喷嘴部件40的端面上，在与基体50的上面大致平行方向中喷出。
即便在这种边缘支板(シュ-タ)型的喷墨头30中，也能够将上述的本发明的构成应用于在基体50中的包含绝缘膜56和耐气泡膜57的保护膜和储热层52的构成中，能够得到与侧面支板(シュ-タ)型的喷墨头同样的效果。
如以上说明的那样，通过当喷墨头由0.2μs～2.0μs的驱动脉冲宽度进行驱动时，使在上述发热电阻上形成的保护膜的总厚度约为0.2μm～0.6μm，并且使总热阻值为5～50×10-9m2·K/W，进一步，使发热电阻下的储热层的热阻值大于等于上述保护膜的总热阻值的2倍，能够不降低保护膜的绝缘可靠性，又不降低耐气泡性，最大限度地使到墨汁的热传导效率最佳化。又，因为如果热阻值在上述范围内则无论什么样的膜构成都没有关系，所以也同时具有如果能够维持发热电阻的覆盖可靠性则能够用各种不同的材料，能够提高设计的自由度那样的效果。进一步，也能够形成更多地提高覆盖可靠性的膜构造，也具有降低成本的效果。又，即便关于耐气泡性，因为能够以使热阻值在上述范围内的方式自由地设计膜构成，所以也能够形成进一步提高耐热化学反应性和耐焦炭附着性的膜构造，不仅能够提高设计的自由度，而且同时持有提高耐久性的效果。

Claims (17)

1.一种喷墨头用的基体，该喷墨头用的基体在基板上依次形成储热层、产生用于喷出墨汁的热能的发热体和保护上述发热体的保护膜，其特征在于：
上述保护膜的上述发热体的上面部分的总厚度大于等于0.2μm小于等于0.6μm，上述保护膜的上述发热体的上面部分的热阻值大于等于5×10-9m2·K/W小于等于50×10-9m2·K/W，并且，上述储热层的上述发热体的下面部分的热阻值大于等于上述保护膜的上述发热体的上面部分的热阻值的2倍。
2.根据权利要求1所述的喷墨头用的基体，其特征在于：上述保护膜的总热阻值大于等于5×10-9m2·K/W小于等于10×10-9m2·K/W。
3.根据权利要求1所述的喷墨头用的基体，其特征在于：上述保护膜由多层薄膜形成。
4.根据权利要求1所述的喷墨头用的基体，其特征在于：上述保护膜包含膜厚大于等于0.2μm的SiC膜。
5.根据权利要求1所述的喷墨头用的基体，其特征在于：上述保护膜包含膜厚大于等于0.05μm的SiN膜。
6.根据权利要求1所述的喷墨头用的基体，其特征在于：上述保护膜包含膜厚大于等于0.2μm的Ta膜。
7.根据权利要求6所述的喷墨头用的基体，其特征在于：上述保护膜具有膜厚大于等于0.1μm小于等于0.4μm、并且导热率大于等于10W/m·K小于等于200W/m·K的绝缘膜；和在该绝缘膜上形成的、包含上述Ta膜的耐气泡膜。
8.根据权利要求7所述的喷墨头用的基体，其特征在于：上述绝缘膜包含膜厚大于等于0.2μm的SiC膜。
9.根据权利要求8所述的喷墨头用的基体，其特征在于：上述绝缘膜进一步包含SiN膜。
10.根据权利要求7所述的喷墨头用的基体，其特征在于：上述耐气泡膜进一步包含由贵金属或其合金构成的薄膜。
11.根据权利要求1所述的喷墨头用的基体，其特征在于：上述保护膜包含膜厚大于等于0.05μm的由贵金属或其合金构成的薄膜。
12.根据权利要求1所述的喷墨头用的基体，其特征在于：上述储热层是由SiO2构成的至少1层的薄膜，并且总厚度大于等于0.7μm。
13.根据权利要求1所述的喷墨头用的基体，其特征在于：上述储热层是由多层薄膜形成的，其中至少1层是SiOx膜或BPSG膜。
14.根据权利要求1所述的喷墨头用的基体，其特征在于：用于使上述发热体通电的电极配线由Al或其合金构成，并且厚度大于等于0.1μm小于等于1.0μm。
15.一种喷墨头，该喷墨头具有在基板上依次形成储热层、产生用于喷出墨汁的热能的发热体和保护上述发热体的保护膜的基体，与上述发热体对应地设置用于喷出墨汁的喷出口，其特征在于：
上述保护膜的上述发热体的上面部分的总厚度大于等于0.2μm小于等于0.6μm，上述保护膜的上述发热体的上面部分的热阻值大于等于5×10-9m2·K/W小于等于50×10-9m2·K/W，并且，上述储热层的上述发热体的下面部分的热阻值大于等于上述保护膜的上述发热体的上面部分的热阻值的2倍。
16.一种喷墨头的驱动方法，其特征在于：
该方法使用喷墨头，该喷墨头具有在基板上依次形成储热层、产生用于喷出墨汁的热能的发热体和保护上述发热体的保护膜的基体，与上述发热体对应地设置用于喷出墨汁的喷出口，上述保护膜的上述发热体的上面部分的总厚度大于等于0.2μm小于等于0.6μm，上述保护膜的上述发热体的上面部分的热阻值大于等于5×10-9m2·K/W小于等于50×10-9m2·K/W，并且，上述储热层的上述发热体的下面部分的热阻值大于等于上述保护膜的上述发热体的上面部分的热阻值的2倍；
以大于等于0.2μs小于等于2μs的驱动通电时间驱动上述发热体而从上述喷出口喷出墨汁。
17.一种喷墨记录装置，其特征在于具备：
一喷墨头，具有在基板上依次形成储热层、产生用于喷出墨汁的热能的发热体和保护上述发热体的保护膜的基体，与上述发热体对应地设置用于喷出墨汁的喷出口，上述保护膜的上述发热体的上面部分的总厚度大于等于0.2μm小于等于0.6μm，上述保护膜的上述发热体的上面部分的热阻值大于等于5×10-9m2·K/W小于等于50×10-9m2·K/W，并且，上述储热层的上述发热体的下面部分的热阻值大于等于上述保护膜的上述发热体的上面部分的热阻值的2倍；和
一驱动部件，以大于等于0.2μs小于等于2μs的驱动通电时间驱动上述发热体。
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