JP2000289207A - サーマルインクジェットプリンタの発熱抵抗体及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】十分な抵抗率を備えキャビテーションにも耐性
があって保護膜無しで実用に耐え得る使用寿命の長いサ
ーマルインクジェットプリンタの発熱抵抗体を提供す
る。 【解決手段】Ｔａ板に所定の量のＳｉを埋め込んだ又は
ＳｉＯ₂ を焼結したターゲットを用いてスパッタリング
を行う。基板の温度を約２００℃とし、成膜速度を約２
０Å／ｍｉｎとする。この後、４００℃で１０分間の熱
処理（アニール）を行い、Ｓｉ基板１１上に厚さ２４０
０ÅのＴａ−Ｓｉ−Ｏ系の薄膜（発熱抵抗体膜）を得
る。このＴａ−Ｓｉ−Ｏ系の薄膜２６の組成はＳｉとＴ
ａのモル比Ｓｉ／Ｔａが０．３５＜Ｓｉ／Ｔａ≦０．７
５で、Ｏのモル％が２５モル％≦Ｏ≦５５モル％であ
り、抵抗率が３ｍΩｃｍ以上で、耐キャビテーション性
に優れており、保護膜を必要としない。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、十分な抵抗率を備
え保護膜が不要で耐久性に優れたサーマルインクジェッ
トプリンタ用の発熱抵抗体及びその製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、インクジェット方式のプリンタが
広く用いられている。このインクジェット方式によるプ
リンタには、気泡の発生による圧力でインク滴を飛ばす
サーマルジェット方式や、ピエゾ抵抗素子（圧電素子）
の変形による圧力でインク滴を飛ばすピエゾ方式等があ
る。

【０００３】これらは、色材たるインクをインク滴にし
て直接記録紙に向かって吐出するという工程により、粉
末状の印材であるトナーを用いる電子写真方式と比較し
た場合、印字エネルギーが低くて済み、インクの混合に
よってカラー化が容易であり、印字ドットを小さくでき
るので高画質であり、印字に使用されるインクの量に無
駄が無くコストパフォーマンスに優れており、このため
特にパーソナル用プリンタとして広く用いられている印
字方式である。

【０００４】そして、上記のサーマルジェット方式に
は、インク滴の吐出方向により二通りの構成がある。す
なわち、発熱抵抗体の発熱部の発熱面に平行な方向へ吐
出する構成のものと、発熱抵抗体の発熱部の発熱面に垂
直な方向に吐出する構成のものとがある。

【０００５】図１５(a),(b),(c) は、発熱抵抗体の発熱
部の発熱面に平行な方向へ吐出する構成のものであり、
同図(d),(e),(f) は、発熱抵抗体の発熱部の発熱面に垂
直な方向に吐出する構成のものをそれぞれ模式的に示し
ている。尚、同図(a) 〜(f)は発熱抵抗体の発熱部のみ
を示している。同図(a) 又は(d) に示すように、シリコ
ン基板１上には発熱部２が形成されており、不図示の隔
壁層に積層された天板３がシリコン基板１の面に所定の
間隔を置いて対向配置されている。そして、同図(a) で
は発熱部２の側方に、同図(d) では発熱部２に対向し
て、オリフィス４が形成されている。上記の発熱部２は
不図示の電極に接続されており、発熱部２が設けられて
いるインク流路にはインク５が常時供給されている。

【０００６】このオリフィス４からインク滴を吐出させ
るには、先ず、同図(b) 又は(e) に示すように、画像情
報に応じた通電により、発熱部２を熱してこの発熱部
２上に核気泡を発生させ、この核気泡が合体して膜気
泡６が発生し、この膜気泡６が断熱膨脹して成長し周
囲のインクを押し遣り、これによりオリフィス４からイ
ンク５′が押し出され、この押し出されたインク５′
は、同図(c) 又は(f) に示すように、インク滴７となっ
てオリフィス４から紙面に向けて吐出される。この後、
上記の成長した膜気泡が収縮し、ついには膜気泡が
消滅し、次の発熱抵部の加熱を待機する。この一連の工
程〜は、瞬時に行われる。

【０００７】上記の発熱部２の発熱面に平行な方向にイ
ンク滴を吐出する構成のものはサイドシュータ型サーマ
ルインクジェットヘッドと呼称されている。一方、発熱
部２の発熱面に垂直な方向にインク滴を吐出する構成の
ものは、ルーフシュータ型又はトップシュータ型サーマ
ルインクジェットヘッドと呼称されており、消費電力が
極めて小さくて済むことが知られている。また、このル
ーフシュータ型の形式におけるフルカラー用のサーマル
インクジェットヘッドの製法としては、シリコンＬＳＩ
形成技術と薄膜形成技術を利用して、複数の発熱抵抗体
の発熱部と個々の駆動回路とオリフィスを一括してモノ
リシックに形成する方法がある。この方法によれば、例
えば約１０ｍｍの幅の基板に、解像度が３６０ｄｐｉ
（ドット／インチ）の印字ヘッドであれば１２８個の発
熱部と駆動回路とオリフィスが形成され、また、解像度
が７２０ｄｐｉの場合であれば２５６個の発熱部と駆動
回路とオリフィスが形成される。

【０００８】ところで、上記の工程〜には、膜沸騰
現象が利用されている。膜沸騰現象は、例えば鉄の焼き
入れのように高温に加熱された物体を液体中に漬けた場
合と、液体と接する物体の表面温度を急激に上げた場合
とに発現するが、サーマルインクジェットヘッドに用い
られる膜沸騰現象は後者の「液体と接する物体の表面温
度を急激に上げる」方法によっている。この膜沸騰現象
において、上記の液体中に発生した気泡が消滅するとき
に起きる現象は、キャビテーションと呼ばれている。

【０００９】図１６(a),(b) は、上記のインク滴の吐出
に係る気泡の成長と消滅の過程を模式的に示す図であ
る。同図(a) は実験的に水深１ｍｍ（ミリメータ）のオ
ープンプール８に設定した発熱部２と、これによる気泡
の成長と消滅の過程を０〜６μｓ（マイクロ秒）まで、
１μｓ毎に示している。また、同図(b) は発熱部２への
通電タイミングを示している。

【００１０】同図(a) に示すように、０〜１μｓで発熱
部２が加熱され、１〜２μｓで核気泡が成長し、２μｓ
から３μｓに至る間にインク滴を吐出する気泡が発生
し、３μｓでは既にその気泡の収縮が始まっている。そ
して６μｓで気泡が消滅するまでの間、同図の矢印ａ−
１、ａ−２、ａ−３で示すにように負圧を伴うキャビテ
ーションが発生する。そして、このキャビテーションに
よる破壊力は発熱部２を設置面から引き剥がそうとする
力として働く。その衝撃力は、上記の水深１ｍｍのオー
プンプールの場合、１０００ｔｏｎ／ｃｍ² に達すると
言われている。このような発熱部に電極からパルス状の
電力を投入して発熱させる際の加熱速度は、３×１０⁸
℃／秒という急激なものであるから、このままである
と、電蝕による発熱部の経時疲労が増大するだけではな
く、上記のキャビテーションの衝撃による損傷も大きく
なる。つまり、サーマルインクジェットヘッドの使用寿
命が短縮されてしまう。

【００１１】また、発熱抵抗体は、抵抗率が大きくなる
と抵抗の温度変化率が大きくなる傾向がある。発熱抵抗
体の発熱エネルギーを利用する装置の場合、発熱抵抗体
の抵抗値が温度によって大きく変化するようでは発熱抵
抗体を発熱駆動する制御がなかなか困難である。

【００１２】また、他方では、発熱抵抗体の抵抗値は、
発熱抵抗体の駆動回路で許容される電流の上限値からく
る制約があるため、所定値以上の抵抗率を備えることが
要求される。特に、駆動回路と発熱抵抗体が同一基板上
に設置されるモノリシックタイプのインクジェットヘッ
ドでは、ドライバ用トランジスタの電流上限値は１００
ｍＡ程度であるから、例えば使用電力を１パルスあたり
１ワットとすると、抵抗の値としては１００Ω必要とな
る。

【００１３】一般に従来の抵抗体の材料としては、酸化
物や窒化物に金属を加えたものなどが提案されており、
通常の抵抗体は金属的なものが多い。そして、これらの
金属抵抗体は抵抗率が１ｍΩｃｍ以下であるものが多
い。抵抗率が１ｍΩｃｍの抵抗体を発熱抵抗体として用
いる場合には、一般的な抵抗体（発熱部）の形状として
正方形のパターンを形成した場合、抵抗体の厚さを１０
００Å程度に薄く成膜しなければならない。これでは上
述した電蝕やキャビテーション衝撃に対する耐久性が劣
るため、このままでは抵抗体の寿命確保が困難であり、
保護膜が必要となる。

【００１４】したがって、一般にインクジェットプリン
タの発熱抵抗体薄膜の発熱部は、適宜の材料、例えば酸
化シリコン（ＳｉＯ₂ ）、酸化マグネシウム（Ｍｇ
Ｏ）、酸化アルミニウム（Ａｌ₂ Ｏ₃ ）、酸化タンタル
（Ｔａ₂ Ｏ₅ ）又は酸化ジルコニウム（ＺｒＯ）等で形
成された厚さ１００００Å程度の厚い保護膜で覆われて
保護されており、直接にはインクと接触しないように形
成されている。

【００１５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、一般
に、プリンタは印字速度の速いことが要求される。サー
マルインクジェットプリンタも例外ではなく、やはり印
字速度の速いことが要求される。そのようにサーマルイ
ンクジェットプリンタの印字速度を向上させるために
は、発熱部に上述したような保護膜を設けることをせ
ず、インクが直接発熱部に接触するように形成したほう
が良いことはいうまでもない。

【００１６】ところが、上述したように従来のサーマル
インクジェットプリンタの発熱部は耐久性を上げるため
厚い保護膜に覆われて直接にはインクと接触しないよう
に形成されている。したがって、印字速度を上げるため
には、膜沸騰用の熱を厚い保護膜を通して急速にインク
に伝達する必要がある。そして、そのためには大きな電
流を発熱部に通電して発熱量を大きくしてやらなくては
ならない。

【００１７】しかし、これでは、消費電力が大きくなる
ばかりであり、エネルギー効率が悪く、市場が要望する
低消費電力の点で望ましくない。したがって、保護膜を
必要とせず且つより高抵抗率の抵抗体の開発が望まれて
いた。

【００１８】本発明の課題は、上記従来の実情に鑑み、
高い抵抗率を有し保護膜無しでもキャビテーション耐性
が良く使用寿命の長いサーマルインクジェットプリンタ
の発熱抵抗体及びその製造方法を提供することである。

【００１９】

【課題を解決するための手段】以下に、本発明に係わる
のサーマルインクジェットプリンタの発熱抵抗体及びそ
の製造方法について述べる。

【００２０】先ず、請求項１記載の発明のサーマルイン
クジェットプリンタの発熱抵抗体は、基板上に複数個設
けられ、発熱部に供給されたインクとの界面に発熱によ
り気泡を発生させて、対応するノズル孔からインク滴を
吐出するサーマルインクジェットプリンタの発熱部を形
成する発熱抵抗体であって、実質的にＴａとＳｉとＯを
成分元素とし、ＳｉとＴａのモル比Ｒ＝Ｓｉ／Ｔａが
「０．３５≦Ｒ≦０．７５」で且つＯのモル％Ｍが「２
５％≦Ｍ≦５５％」であることを特徴とする。

【００２１】そして、本発明の発熱抵抗体は、例えば請
求項２記載のように、アモルファス構造体をなし、Ｘ線
回折分析において回折角２θが３７．５°以下にブロー
ドな吸収ピークを備えるものであることが好ましい。

【００２２】次に、請求項３記載の発明のサーマルイン
クジェットプリンタの発熱抵抗体は、基板上に複数個設
けられ、発熱部に供給されたインクとの界面に発熱によ
り気泡を発生させて、対応するノズル孔からインク滴を
吐出するサーマルインクジェットプリンタの発熱部を形
成する発熱抵抗体であって、少なくともＴａとＳｉとＯ
を成分元素とし、アモルファス構造体をなし、Ｘ線回折
分析において回折角２θが３７．５°以下にブロードな
吸収ピークを備えるものであることを特徴とする。

【００２３】請求項３の発熱抵抗体は、例えば請求項４
記載のように、成分元素がＴａとＳｉとＯに更にＡｌを
含んで構成しても良い。また、上記発熱部は、例えば請
求項５記載のように、保護膜を有さず、上記インク中に
露出するよう形成されることが好ましく、また、例えば
請求項６記載のように、両端にＴｉ／Ｗから成る電極を
接続されて成るように構成されるのが良い。

【００２４】更に、請求項７記載の発明のサーマルイン
クジェットプリンタの発熱抵抗体の製造方法は、基板上
に複数個設けられ、発熱部に供給されたインクとの界面
に発熱により気泡を発生させて、対応するノズル孔から
インク滴を吐出するサーマルインクジェットプリンタの
発熱抵抗体の製造方法であって、少なくともＴａとＳｉ
とＯを成分元素とし、上記基板の温度が１５０℃〜４０
０℃で且つ成膜速度が１５Å／分〜４０Å／分の条件で
溶射法により成膜し、ＳｉとＴａのモル比Ｒ＝Ｓｉ／Ｔ
ａが「０．３５≦Ｒ≦０．７５」で且つＯのモル％Ｍが
「２５％≦Ｍ≦５５％」の組成となすように構成され
る。

【００２５】そして、請求項８記載のように、上記溶射
法による成膜の後、４００℃にて１０分間の加熱処理を
行うことが好ましい。

【００２６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照しながら説明する。図１(a),(b),(c) 及び図２
(a),(b),(c) は、一実施の形態におけるサーマルインク
ジェットプリンタの印字チップの製造方法を工程順に示
す図である。図１(a),(b),(c) はそれぞれ概略の平面図
と断面図を示しており、図２(a),(b),(c) の上段はそれ
ぞれ図１(a),(b),(c) の平面図を一部拡大して詳細に示
す図であり、中段は上段のＡ−Ａ′断面矢視図（同図
(a) 参照）、下段は上段のＢ−Ｂ′断面矢視図（同図
(a) 参照）である。また、図１(a),(b),(c) のそれぞれ
下に示している断面図は、図２(a),(b),(c) の中段に示
す断面図と同一のものである。

【００２７】尚、これらの図では説明の便宜上、いずれ
も１個の印字チップ即ちモノカラー用の、つまりモノク
ロ用のインクジェットヘッドの構成と同じものを示して
いるが、実際には後述するように、このような印字チッ
プが複数個（通常は４個）横に連なった形状でフルカラ
ーインクジェットヘッドが構成され、そのようなフルカ
ラーインクジェットヘッドが１個のチップ基板上に形成
される。

【００２８】最初に、基本的な製造方法について説明す
る。先ず、工程１として、４インチ以上のシリコン基板
にＬＳＩ形成処理により駆動回路とその端子を形成する
と共に、厚さ１〜２μｍの酸化膜を形成し、次に、工程
２として、薄膜技術を用いて、Ｔａ（タンタル）−Ｓｉ
（シリコン）−Ｏ（酸素）の少なくとも３元素からなる
発熱抵抗体の薄膜が形成され、フォトリソグラフィー技
術によってストライプ状にパターニングされる。そし
て、そのストライプ状の発熱抵抗体の薄膜上の発熱部と
なる領域の両側（図では左右）に、Ｔｉ−Ｗによる電極
膜が形成され、フォトリソグラフィー技術によって同じ
くストライプ状にパターニングされ、一方は個別配線電
極として配置され、他方は共通電極として配置される。
この工程で発熱抵抗体薄膜の発熱部の位置が決められ
る。

【００２９】図１(a) 及び図２(a) は、上記の工程１及
び工程２が終了した直後の状態を示している。すなわ
ち、シリコン基板１１上には共通電極１２、共通電極給
電端子１３（図１(a) 参照）、個別配線電極１４、多数
の発熱部１５、駆動回路１６及び駆動回路端子１７（図
１(a) 参照）が形成されている。

【００３０】続いて、工程３として、個々の発熱部１５
に対応するインク溝を形成すべく感光性ポリイミドなど
の有機材料からなる隔壁部材をコーティングにより高さ
２０μｍ程度に形成し、これをパターン化した後に、３
００℃〜４００℃の熱を３０分〜６０分加えるキュア
（乾燥硬化、焼成）を行い、高さ１０μｍの上記感光性
ポリイミドによる隔壁をシリコン基板上に形成・固着さ
せる。更に、工程４として、ウェットエッチングまたは
サンドブラスト法などにより上記シリコン基板の面に溝
状のインク供給路を形成し、更にこのインク供給路に連
通し下面に開口するインク給送孔を形成する。

【００３１】図１(b) 及び図２(b) は、上述の工程３及
び工程４が終了した直後の状態を示している。すなわ
ち、溝状のインク供給路１８及びインク給送孔２０が形
成され、インク供給路１８の左側に位置する共通電極１
２部分と、右方の個別配線電極１４が配設されている部
分、及び各発熱部１５と発熱部１５の間に、隔壁１９
（１９、１９−１、１９−２）が形成されている。隔壁
１９の上記各発熱部１５間に積層される部分は、個別配
線電極１４上の部分１９−１を櫛の胴とすれば、各発熱
部１５間に伸び出す部分１９−２は櫛の歯に相当する形
状をなしている。

【００３２】これにより、この櫛の歯を仕切り壁とし
て、その歯と歯の間の付け根部分に発熱部１５が位置す
る微細な区画部が、発熱部１５の数だけ形成される。こ
の櫛の歯の長さを変えることにより区画部に流通するイ
ンクのコンダクタンスが変わり、また隣接する区画部を
流動するインク間の干渉にも影響する。

【００３３】この後、工程５として、ポリイミドからな
る厚さ１０〜３０μｍのフィルムのオリフィス板を、そ
の片面に接着剤としての熱可塑性ポリイミドを極薄に例
えば厚さ２〜５μｍにコーテングし、上記積層構造の最
上層に張り付けて、隔壁１９−２によって形成された区
画部に蓋をする。これにより、個別にインク供給路１８
方向を向いて開口する微細なインク加圧室が形成され
る。この後、２００〜３００℃で加熱しながら加圧して
オリフィス板を固着させる。続いて、Ｎｉ、Ｃｕ又はＡ
ｌなどの厚さ０．５〜１μｍ程度の金属膜を形成する。

【００３４】更に、工程６として、オリフィス板の上の
金属膜をパターン化して、ポリイミドを選択的にエッチ
ングするマスクを形成し、続いて、オリフィス板をＥＣ
Ｒなどのドライエッチングなどにより上記の金属膜マス
クに従って４０μｍφ〜２０μｍφの孔空けをして多数
のノズル孔（オリフィス）を一括形成する。尚、孔空け
はエキシマレーザなどを用いて行ってもよく、また、ヘ
リコン波エッチングによってもよい。

【００３５】図１(c) 及び図２(c) は、上述した工程５
と工程６が終了した直後の状態を示している。すなわ
ち、オリフィス板２１が駆動回路１６と給電端子１３及
び１７の部分を除く全領域を覆っており、上記の区画部
も上を覆われて隔壁１９の厚さ１０μｍに対応する高さ
の微細な坑状のインク加圧室２２を形成している。そし
て、オリフィス板２１には、発熱部１５に対応する部分
にオリフィス、つまり吐出ノズル２３がドライエッチン
グによって形成されており、これにより、１列の吐出ノ
ズル２３を備えた印字チップ、つまりモノカラーインク
ジェットヘッド２４が完成する。

【００３６】このようにオリフィス板２１を張り付け
て、その後で、下地のパターンつまり発熱部１５の位置
に合わせて吐出ノズル２３を孔空け加工することは、予
めオリフィス２３を加工したオリフィス板２１を張り合
わせるよりも、遥かに生産性の高い実用性のある方法で
ある。また、ドライエッチングによる場合は、マスクは
Ｎｉ、Ｃｕ、又はＡｌなどの金属膜を使うことで樹脂と
金属膜との選択比が概略１００程度得られる。したがっ
て、２０〜４０μｍのポリイミドフィルムのエッチング
には１μｍ以下の金属膜でマスクを形成することで十分
である。

【００３７】ここまでが、ウエハの状態で処理される。
そして、最後に、工程７として、ダイシングソーなどを
用いてカッテングして、単位毎に個別に分割し、実装基
板にダイスボンデングし、端子接続して、実用単位のイ
ンクジェットヘッドが完成する。

【００３８】尚、上記の例では駆動回路１６が露出した
状態で示されているが実際には保護膜が形成されてい
る。また保護膜を後からわざわざ形成するのではなく、
オリフィス板２１を図１(c) （図２(c) も同様）の右方
に延長して積層するようにして、オリフィス板２１に駆
動回路１６の保護膜を兼用させるようにしてもよい。

【００３９】上記の１列の吐出ノズル２３を備えた印字
チップは、これだけでは上述したようにモノカラーイン
クジェットヘッドの構成であるが、現在ではフルカラー
の印字が主流であり、その場合は減法混色の三原色であ
るイエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）の３
色に、文字や画像の黒部分に専用されるブラック（Ｂ
ｋ）を加えて合計４色のインクを必要とする。したがっ
て最低でも４列のノズル列が必要である。上述した製造
方法によれば、モノカラーインクジェットヘッド２４と
同一の構成を、横に４列、モノリシックに構成して、フ
ルカラーインクジェットヘッドを作成することは可能で
あり、各列の吐出ノズル２３等の位置関係も今日の半導
体の製造技術により正確に配置することが可能である。

【００４０】図３(b) は、上述の図１及び図２に示した
シリコン基板１１、共通電極１２、共通電極給電端子１
３、個別配線電極１４、発熱部１５、駆動回路１６、駆
動回路端子１７、インク供給路１８、隔壁部材１９、イ
ンク供給孔２０、オリフィス板２１、インク加圧室２
２、吐出ノズル２３の各部を１組としてなる素子（モノ
カラーインクジェットヘッド２４の構成）を４列並べて
フルカラーインクジェットヘッド２５を構成した状態を
示す図である。

【００４１】尚、図３(a) には、素子（モノカラーイン
クジェットヘッド２４の構成）が４列並んだ構成を分か
り易く示すため、図１(a) に示した工程１〜工程２まで
終了した状態のものを示している。また、図３(b) に示
す形態は、オリフィス板２１に駆動回路１６の保護膜を
兼用させる形態のものを示している。

【００４２】この図３(a),(b) に示すように、フルカラ
ーインクジェットヘッド２５は、４個の素子２４（モノ
カラーインクジェットヘッド２４ａ、２４ｂ、２４ｃ、
２４ｄ）が並んで配置され、例えばインク供給路１８ａ
からＹインクが素子２４ａのインク加圧室２２（図１
(c) 及び図２(c) 参照）に供給され、インク供給路１８
ｂからＭインクが素子２４ｂのインク加圧室２２に供給
され、インク供給路１８ｃからＣインクが素子２４ｃの
インク加圧室２２に供給され、そしてインク供給路１８
ｄからはＢｋインクが素子２４ｄのインク加圧室２２に
供給される。

【００４３】このようにして得られるフルカラーインク
ジェットヘッド２５は、例えば概略８．５ｍｍ×１９．
０ｍｍの大きさのシリコンチップ上に、解像度が３６０
ｄｐｉの場合であれば、１２８ノズル×４列＝６４０ノ
ズルを備えて形成され、また、解像度が７２０ｄｐｉの
場合であれば、２５６ノズル×４列＝１２８０ノズルを
備えて形成される。

【００４４】このフルカラーインクジェットヘッド２５
は、印字に際しては発熱部１５（図１(c) 及び図２(c)
参照）が印字情報に応じて選択的に通電され、瞬時に発
熱してインク加圧室２２内に膜沸騰現象を発生させ、そ
のインク加圧室２２に対応する吐出ノズル２３からイン
ク滴が吐出される。このようなフルカーインクジェット
ヘッド２５においては、インク滴は吐出ノズル２３の径
に対応する大きさの略球形で吐出され、紙面上に略その
倍の径の大きさとなって印字される。

【００４５】次に、上述したフルカラーインクジェット
ヘッド２５の製造方法の工程２において概略説明した発
熱部１５を形成する前段の発熱抵抗体の薄膜形成につい
て、更に詳しく説明する。

【００４６】図４は、上述した発熱部１５及びその近傍
部分を拡大して示す図である。同図に示すように、シリ
コン基板１１上には発熱抵抗体薄膜２６が形成され、そ
の発熱部１５となる両端に、共通電極１２及び個別配線
電極１４が形成されている。

【００４７】先ず、上記発熱部１５となる発熱抵抗体膜
２６として適切な抵抗率を考察すると、先ず、サーマル
インクジェットの発熱抵抗体は、インク吐出時にキャビ
テーションによる大きな衝撃を受けることは前述した。
したがって、発熱抵抗体の膜厚は、ある程度厚い方が望
ましいといえる。しかし、他方では、モノリシックに形
成したサーマルインクジェットヘッドの場合、発熱抵抗
体を発熱駆動するトランジスタの電流には上限がある。

【００４８】トランジスタの上限電流を１００ｍＡ、使
用電圧を１０Ｖとすると、その場合の抵抗値は２００Ω
となる。保護膜なしの発熱部はキャビテーション耐性の
面から３０００Å以上、好ましくは６０００Å以上の膜
厚が必要とされ、且つ、必要な熱流束を得るにはシート
抵抗で１００Ω／□以上が要求されるから、試みにシー
ト抵抗を１００Ω／□、厚さ３０００Åとして計算する
と、発熱部の抵抗率σ1 は、σ1 ＝１００×０．３×１
０^-4Ωｃｍ＝３ｍΩｃｍである。すなわち、発熱部つま
り抵抗抵抗体膜の抵抗率の好ましい下限値σ1 は３ｍΩ
ｃｍで、より好ましくは、６ｍΩcmである。

【００４９】また、発熱抵抗体の抵抗率の上限値につい
ては、上記のトランジスタの耐電圧を２０Ｖとすれば、
抵抗値は４００Ωになる。すなわち、シート抵抗は４０
０Ω／□ということになるが、これで計算すると、発熱
抵抗体の抵抗率σ2 は、σ2＝４００×０．６×１０^-4
Ωｃｍ＝２４ｍΩｃｍである。すなわち、発熱抵抗体の
抵抗率の上限値σ2 を２４ｍΩｃｍとすることが好まし
いといえる。

【００５０】次に、上述した上限値と下限値の適正範囲
内の抵抗率を備えた発熱抵抗体膜を得るため、Ｔａ−Ｓ
ｉ−Ｏ系の薄膜を各種ターゲット及び装置を用いて作成
して、その組成、及び抵抗率を調査した。

【００５１】先ず、第１の実施形態においては、上記発
熱抵抗体薄膜２６の形成に溶射法（スパッタリング（sp
uttering））を用いるが、このスパッタリング装置の使
用では、Ｔａ（タンタル）板に所定の量のＳｉ（シリコ
ン）を埋め込んだターゲット（例えばＴａ：Ｓｉ＝３：
１）を用い、装置の真空層内を１×１０^-6Ｔｏｒｒ以下
に排気した後に、アルゴンガスを所定量導入し、ＤＣス
パッタリングを行う。

【００５２】このとき基板１１の温度を約２００℃と
し、成膜速度を約２０Å／分とする。この後に、４００
℃で１０分間の熱処理（アニール）を行う。このように
して、ＳｉＯ₂ の熱酸化膜を形成したＳｉ基板１１上に
厚さ７０００ÅのＴａ−Ｓｉ−Ｏ系薄膜を形成する。こ
のＴａ−Ｓｉ−Ｏ系の発熱抵抗体薄膜２６の上に配線用
電極膜を形成し、レジストを塗布し、ウエットエッチン
グして、図４に示したように配線用電極膜をパターニン
グし、共通電極１２及び個別配線電極１４を形成する。
これにより、発熱部１５が画定形成される。このように
して形成される発熱部１５のサイズは、およそ４０μｍ
×５５μｍ、厚さは上述したように７０００Å（＝０．
７μｍ）程度が好ましい。

【００５３】図５(a) は、このパターン化された発熱部
１５に、１０ｋＨｚ、２μｓ、４μＪのパルスを印加し
てオープンプールでの膜沸騰を確認した後、より過酷な
試験であるといわれている大気中での耐パルス試験を行
った結果を示す図である。同図(a) は縦軸に抵抗値を示
しており、横軸に印加パルスの回数を示している。同図
(a) に示すように、１０億パルスの印加後も、抵抗に殆
ど変化がなく、極めて良好な耐パルス特性を示してい
る。

【００５４】ここで、このような特性を有する上述のＴ
ａ−Ｓｉ−Ｏ系の薄膜（発熱抵抗体薄膜２６）を試料と
して種々の調査を行ってみると、先ず、Ｘ線回折によっ
て、このＴａ−Ｓｉ−Ｏ系薄膜はアモルファスであるこ
とが確認された。また、成膜後の抵抗率は５ｍΩｃｍで
あったが、アニールによって５．７ｍΩｃｍに上昇して
いることが判明した。

【００５５】図５(b) は、上記の方法で製造したＴａ−
Ｓｉ−Ｏ系薄膜の組成とアニールによる酸化について調
査したオージェ電子分光法とＸ線電子分光法（ＥＳＣ
Ａ）とによる分析結果を示す図である。同図は、縦軸に
各成分の濃度を％で示し、横軸に膜内の位置（深さ）を
Åで示している。同図(a) に示すように、組成はおよそ
Ｔａが４３％、Ｓｉが２９％、Ｏが２８％であった。

【００５６】ここで引き続き上記のアニールによる酸化
膜の存在や酸素の拡散を調査するために、表面近傍のみ
更に低スパッタレートで、オージェの深さ方向分析を行
ったが、膜厚３０Å〜５０Åは自然酸化膜のみであり、
アニールによる酸化膜や酸素（Ｏ）の拡散は認められな
かった。したがって、アニールによる抵抗率の変化は、
酸化では説明できいないことになる。

【００５７】図６は、上記の抵抗変化について、別の観
点から調査した結果を示す図である。すなわち、同図
は、石英ガラス基板上に上述の方法とほぼ同一の方法
で、厚さ２４００ÅのＴａ−Ｓｉ−Ｏ系薄膜を形成し、
そのアニール前後の抵抗率と光透過率を調べたものであ
る。同図は縦軸に光透過率を示し、横軸に光エネルギー
（ｅＶ）を示している。グラフａはアニール前、グラフ
ｂはアニール後である。また、表面反射の影響を除いて
データを整理して示してある。

【００５８】同図に示すように、アニール前の抵抗率
４．６ｍΩｃｍがアニール後では５．２ｍΩｃｍに大き
く変化している。また、光透過率もアニールによって大
きくなっている。ところが、組成の変化についての分析
結果では、この場合も、アニール後において自然酸化膜
程度の酸化しか認められていない。この程度の組成の変
化では、上記のような光透過率の変化は説明できない。

【００５９】したがって、上記の試験による測定結果を
総合すると、アニールによって、物質の電子状態が変化
したと考えられる。以上のことから、本実施の形態にお
けるＴａ−Ｓｉ−Ｏ系薄膜の新規な特性が上述した組成
に加えてその電子状態にも起因していることが判明す
る。

【００６０】図７は、更にＴａ−Ｓｉ−Ｏ系の組成の割
合を異ならせて作成した発熱抵抗体の試料の調査結果を
示す図表であり、この場合も、作成した各試料の組成の
分析は、オージェ電子分光法によっている。なお、試料
番号１の発熱抵抗体は、上述した第１の実施形態による
発熱抵抗体である。

【００６１】先ず、試料番号２の発熱抵抗体の形成に
は、試料１の場合と同様に通常のＤＣスパッタリング装
置を使用した。この成膜装置を同図ではＡと表記してい
る。ターゲットには、Ｔａ板に所定の量のＳｉを埋め込
んだものを使用した。真空層内を１×１０^-6Ｔｏｒｒ以
下に排気した後に、アルゴンガスを所定量導入し、スバ
ッタリングを行った。基板温度は約２００℃、成膜速度
は約２０Å／ｍｉｎ（分）である。試料１の場合とは、
スパッタリング電力を変えて組成を変化させた。このよ
うにして製造した試料２としての発熱抵抗体の組成は、
Ｔａが４８モル％、Ｓｉが２２モル％、Ｏが２９モル％
であり、成膜後でアニール前の抵抗率は４．５ｍΩcmで
あった。

【００６２】以上の様に、試料番号１及び２の発熱抵抗
体は、夫々、アニール前の抵抗率が５ｍΩｃｍ、４．５
ｍΩｃｍであるが、後述するように、発熱抵抗体のアニ
ール後の抵抗率は、アニール前に比べて２０％程度大き
くなることが判明しているから、上述した発熱抵抗体と
しての抵抗率の好適な範囲条件を充分に満足するもので
あることが分かる。

【００６３】試料番号３、４及び５の発熱抵抗体の形成
には、ＤＣマグネトロンスバッタリング装置を使用し
た。この成膜装置を同図ではＢと表記している。ターゲ
ットには、Ｔａ板に所定の量のＳｉチップを置いたもの
を使用した。基板温度は成り行きとし、成膜速度は約１
００Å／ｍｉｎである。組成変化は、ターゲット内のＳ
ｉの割合を変化させることによって行った。

【００６４】試料番号６及び７の発熱抵抗体の形成に
は、ＲＦマグネトロンスパッタリング装置を使用した。
この成膜装置を同図ではＣと表記している。ターゲット
には、所定の割合のＴａとＳｉＯ₂ の混合ターゲットで
ある。成膜速度は約１００Å／ｍｉｎである。組成変化
は、ターゲット内のＳｉＯ₂ の割合を変化させることに
よって行った。

【００６５】試料番号８、９及び１０の発熱抵抗体の形
成には、同じくＲＦマグネトロンスパッタリング装置を
使用した。この場合における同成膜装置を図５ではＤと
表記している。ターゲットには、所定の割合のＴａとＳ
ｉＯ₂ の混合ターゲットを用いたが、試料番号６及び７
の場合に比べて、ＳｉＯ₂ の割合を大幅に少なくしてい
る。成膜速度は約１００〜２００Å／ｍｉｎである。組
成変化は、スパッタリング電力を変えることによって行
った。

【００６６】図７の図表に示すように、これら発熱抵抗
体のアニール前の抵抗率（ｍΩｈｍ・ｃｍ）は、試料番
号３、４及び５が、０．３４〜０．４ｍΩｃｍであって
一番小さく、試料番号８、９及び１０が、１〜１．３ｍ
Ωｃｍでやや大きく、それよりも試料番号１及び２が、
数倍大きく、４．５及び５ｍΩｃｍである。そして、試
料番号６及び７は、３００及び１００ｍΩｃｍであり、
極めて抵抗率が大きくなっている。

【００６７】試料番号３乃至５は、抵抗率が低すぎて発
熱効率が良くないことが容易に判明する。また、これら
よりも抵抗率がやや大きい試料番号８乃至１０は電力を
消費し過ぎることが予想され、抵抗率が極めて大きい試
料番号６及び７については発熱効率がそれほど良くはな
いと推定されるが、これらは少なくとも発熱させること
はできる。そこで、念のためその特性を調べるために、
試料番号１及び２と共に、オープンプールによる水中通
電試験を行った。

【００６８】先ず、発熱抵抗体を、この場合も試験的に
２４００Åの厚さで成膜し、その両端にＴｉ／Ｗによる
２０００Åの厚さの電極をスパッタリングで成膜し後、
その上に重ねてＡｕによる７０００Åの厚さの電極を成
膜して、２５μｍ□の抵抗体発熱部のパターンを試作し
た。これをオープンプールにおいて、７２個中の任意の
６個の電極に、上述した核沸騰条件のパルスを印加し
た。

【００６９】図８は、試料番号１及び２における上記水
中通電試験の結果を示すグラフであり、縦軸に抵抗変化
の割合を示し、横軸に印字パルス数を示している。オー
プンプールでの試験では結果にバラツキが出るのが特徴
であるが、それでも同図に示すように、試料番号１及び
２のものは、疲労破壊されるまで５０００万〜１億パル
スの印加に耐性を示し、発熱抵抗体として充分に満足で
きるものであった。一方、試料番号８〜１０及び試料番
号６、７のものは、特には図示しないが、１０００万未
満のパルス印加回数で破壊された。これでは寿命の点で
不満足なものである。

【００７０】このことから、試料番号１及び２のもの
は、単に上述したトランジスタの限界電流に対応してい
るばかりでなく、電蝕及びキャビテーション損傷にも高
い耐性のある組成を有した良好な発熱抵抗体であるとう
ことができる。

【００７１】試料２についても、その種々の特性を調査
してみると、Ｘ線回折では、このＴａ−Ｓｉ−Ｏ系薄膜
はアモルファスであることが確認された。また、表面近
傍の低スパッタレートでのオージェの深さ方向分析で
は、膜厚３０Å〜５０Åは自然酸化膜のみであり、アニ
ールによる酸化膜や酸素（Ｏ）の拡散は認められなかっ
た。また、石英ガラス基板上に上記とほぼ同一の方法で
形成した薄膜のアニール前後の抵抗率と光透過率の証左
では、アニール前の抵抗率がアニール後では、２０％近
く上昇していることが判明した。また、光透過率もアニ
ールによって大きくなっている。しかし、この場合もア
ニール後において自然酸化膜程度の酸化しか認められず
組成に大きな変化はない。つまりこの場合もアニールに
よって物質の電子状態が変化したと考えられる。

【００７２】ところで、上述したように、本発明におい
ては、発熱抵抗体を発熱駆動する電極として、発熱抵抗
体に直接接触する下層部にＴｉ／Ｗを用い、これに重ね
て上層部にＡｕを用いている。一般に、配線材料として
は発熱抵抗体と異なり抵抗の小さい材料が望ましく、こ
の点でＡｕは良好な材料であるが、単体であるとＴａ−
Ｓｉ−Ｏ系の発熱抵抗体から剥離しやすいため、下地に
他の材料を用いてこれと組み合わせることが多い。

【００７３】発明者による配線材料の調査では、従来か
ら良い配線材料であることが知られているＮｉ電極を、
試料番号１及び２の発熱抵抗体に、２０００Åの厚さで
成膜した後に、Ａｕを７０００Åの厚さで成膜して、２
５μｍ口の抵抗体パターン（発熱部）と配線電極（共通
電極及び個別配線電極）を作成した場合と、Ｔｉ／Ｗ電
極を同じく試料番号１及び２の発熱抵抗体に２０００Å
の厚さで成膜した後に、Ａｕを７０００Åの厚さで成膜
して、２５μｍ口の抵抗体パターンと配線電極を作成し
た場合とにより、発熱抵抗体の抵抗のバラツキを比較し
た。

【００７４】図９(a) は、下地の電極にＮｉを用いた場
合の抵抗のバラツキを示す図であり、同図(b) は、下地
の電極にＴｉ／Ｗを用いた場合の抵抗のバラツキを示す
図である。尚、同図(a),(b) は、いずれも横軸に７２個
の発熱部の配置場所を示しており、縦軸に標準規格の抵
抗値を示している。

【００７５】同図(a) に示すように、下地の電極にＮｉ
を用いたものは抵抗のバラツキが大きい。これは、Ｎｉ
とＴａ−Ｓｉ−Ｏとの密着強度が弱いためであり、場合
によってはＮｉが簡単に剥離することが判明している。
これに対して、同図(b) に示すように、下地の電極にＴ
ｉ／Ｗを用いたものは、ＮｉとＴａ−Ｓｉ−Ｏとの密着
強度が高く且つＡｕとの密着強度も高いためにむらの無
い通電を行うことができ、Ｎｉの場合に比べて抵抗のバ
ラツキが殆ど無く極めて良好な結果となっている。

【００７６】図１０(a) は、更なるＴａ−Ｓｉ−Ｏ系の
組成の割合が異なる発熱抵抗体試料の調査結果を示す図
表であり、同図(b) は、Ｔａ＋ＳｉＯ₂ ターゲット＋Ａ
ｌチップを使用して得られたＴａ−Ｓｉ−Ｏ−Ａｌ系の
組成の割合が異なる発熱抵抗体試料の調査結果を示す図
表である。尚、これらの試料はいずれもＳｉ基板上に作
成したものである。

【００７７】同図(a) に示す試料番号１１〜２０の発熱
抵抗体は、Ｔａ−ＳｉＯ₂ の焼結体ターゲットを使用
し、雰囲気の酸素の導入量をコントロールすることによ
って作成した幅広い各種組成のＴａ−Ｓｉ−Ｏ系の発熱
抵抗体を示している。ただし、０．１≦Ｓｉ／（Ｔａ＋
Ｓｉ）≦０．４の範囲のものに絞って調査している。

【００７８】同図に示すように、これら発熱抵抗体のア
ニール前の抵抗率（ｍΩｈｍ・ｃｍ）は、試料番号１１
〜１５では抵抗率が最小で３．６ｍΩｃｍ、最大で８．
１ｍΩｃｍの大きな抵抗率を示している。そして、試料
番号１６〜１８では抵抗率は０．２〜０．７ｍΩｃｍで
極めて小さく、そして、試料番号１９及び２０では、抵
抗率が大き過ぎて測定出来なかったことを示している。

【００７９】また、同図(b) に示す試料番号２１では、
抵抗率が１．０２ｍΩｃｍであり、一般的な金属抵抗体
と大差の無い抵抗率となっている。そして、試料番号２
２では、４．５ｍΩｃｍであり、サーマルインクジェッ
トの発熱抵抗体として理想的な抵抗率となっている。な
お、同図(a) にモル％で示す組成の分析には、ＲＢＳ
（ラザフオード後方散乱）を使用した。組成の分析にＲ
ＢＳを使用したのは発熱抵抗体の組成分析の定量性を向
上させるためである。

【００８０】この図１０(a) に示す調査結果によれば、
酸素導入量が５３％以下の場合、酸素導入量が増加する
につれて抵抗率が増加する傾向があることが分かる。ま
た、酸素量が３０％近傍にある場合と５０％近傍にある
場合に、Ｓｉの割合が増加するにつれて抵抗率がやや増
加する傾向にあることも分かる。しかし、図７に示した
酸素モル濃度が３０％近傍にある試料番号１及び２の抵
抗率が、この図１０(a) に示す酸素モル濃度が３３％と
略同程度である試料番号１６の抵抗率よりも高くなって
いる。そこで、このことを調査するために、先ず、比較
用試料を作成し、ＲＢＳにより分析した酸素の定量値
と、ＥＳＣＡ（Ｘ線光電子分光の一種）による酸素の定
量値との差を調査した。

【００８１】図１１は、ＲＢＳにより分析した酸素の定
量値とＥＳＣＡによる酸素の定量値を示す図表である。
尚、同図に示すＥＳＣＡのデータはＳｉ／Ｔａの割合を
最表面の測定から決定したものである。これは、測定試
料をスパッタすることによる組成変動の影響を避けるた
めである。しかし、酸素のみは、最表面のデータを使用
することが不可能であるために、その試料をスパッタ後
に酸素濃度を測定している。

【００８２】同図に示すように、ＲＢＳとＥＳＣＡの定
量分析において、Ｓｉ／Ｔａの比はほとんど一致する
が、酸素濃度は５％程度、ＥＳＣＡによる定量分析の方
が低くでることが判明した。しかし、これだけでは、試
料１，２と試料１６の抵抗率の差を説明するには不十分
である。

【００８３】上述の様に組成が同様な成分領域にある発
熱抵抗体の抵抗率が異なる現象の原因は現在究明中であ
るが、推定では、特定の分析手段で検出が困難な不純物
元素の存在や、２種類以上のアモルファスの準安定状態
等が考えられる。

【００８４】いずれにしても、インクジェットプリンタ
の発熱抵抗体として必要とされる特性は、高抵抗率と耐
キャビテーション性を有することであり、そのような特
性を備えた発熱抵抗体を何等かの方法で特定できれば、
良好な発熱抵抗体を容易に作成することができることに
なる。一般に材料物質を構造的に特定する方法としてＸ
線回折分析がよく用いられるが、上述したように、本例
における発熱抵抗体の材料はアモルファスであるため
に、その構造そのものをＸ線回折だけで決定することは
困難である。そこで、上述した組成分析にＸ線回折分析
を組み合わせ高抵抗率と耐キャビテーション性を有する
発熱抵抗体を特定することを試みた。

【００８５】図１２は、上述した試料番号１〜２２の中
の或る一つの試料に対するＸ線回析の測定例を示す図で
ある。同図に示すＸ線のパターンは回折角２θが３７．
５度程度を中心とするブロードなピークを持っている。
ここでは、一つの試料に対する測定結果しか示していな
いが、実際には試料番号１〜２２の試料におけるＸ線回
折分析の結果では、回折角２θが３０度から４０度の範
囲のところにブロードなピークが出現することを確認で
きた。

【００８６】これは、アモルファスの最隣接原子の配列
を現す構造因子（逆格子空間）を反映するものであり、
３元ＡＢＣ化合物であるとＡ−Ａ、Ａ−Ｂ、Ｂ−Ｂ、Ａ
−Ｃ、Ｂ−Ｃ、Ｃ−Ｃの６種類の構造因子の和となり、
フーリエ変換すると平均原子配列がわかる。

【００８７】このように、Ｘ線回折のブロードなピーク
は最近接原子間の結合を反映するために、発熱抵抗体の
強度や、耐キャビテーション性を反映する可能性が高
い。また抵抗率も試料のバンド構造すなわち原子の結合
状態をある程度反映する。

【００８８】図１３は、上述したＴａ−Ｓｉ−Ｏ膜の成
分比率を変えた試料番号１〜２０及びＴａ−Ｓｉ−Ｏ−
Ａｌ膜の試料番号２１，２２の各試料における上記ピー
ク中心回折角２θ（以下、単に回折角という）の位置と
抵抗率との関係を示す特性図である。同図に示すよう
に、これらの試料、すなわち少なくともＴａ、Ｓｉ、Ｏ
を成分元素とする発熱抵抗体は、その組成の成分比率に
拘わりなく、回折角２θが小さくなるにつれて抵抗率が
大きくなる傾向がある。

【００８９】ここで、前述した成分組成比が略同じであ
るが抵抗率が大きく異なっていた試料１６，１７と試料
１，２について着目すると、試料１６，１７のＸ線回折
における回折角２θは、３７．７度及び３７．７６度と
何れも３７．５度を超えている。従って、組成分析比の
条件にＸ線回折による回折角２θが３７．５度以下であ
るという条件を加えれば、上述した組成分析比では区別
できなかった低抵抗率の発熱抵抗体材料を排除してより
正確に所望の発熱抵抗体材料を特定できるということが
分かる。

【００９０】また、同図に示す試料番号１及び２の発熱
抵抗体は、図７及び図８で説明したように、耐キャビテ
ーション性が良好な試料である。したがって、回折角２
θが３７．５度以下の材料は、抵抗率が３ｍΩｃｍ以上
で、且つ耐キャビテーション性にも優れていると判断で
きる。

【００９１】図１４は、上述したＴａ−Ｓｉ−Ｏ系の発
熱抵抗体材料の内の、試料番号１、２、４、５と、試料
番号１１〜２２の各発熱抵抗体の各成分の組成を示す三
元組成図である。これによれば、本発明のサーマルイン
クジェットヘッド用の発熱抵抗体として必要とされる３
ｍΩｃｍ以上の抵抗率を備えた発熱抵抗体材料の組成比
は、ＳｉとＴａのモル比Ｒ＝Ｓｉ／Ｔａが「０．３５≦
Ｒ≦０．７５」であって、Ｏのモル％Ｍが「２５％≦Ｍ
≦５５％」であるということができる。そして、この組
成比に加えて更に、図１３の特性曲線から、Ｘ線回折分
析のピーク回折角２θが３７．５度以下となるものが、
３ｍΩｃｍ以上の高抵抗率で且つ保護膜なしで耐キャビ
テーション性に優れたＴａ−Ｓｉ−Ｏ系の発熱抵抗体で
あるとより正確に特定することができる。

【００９２】なお、Ｔａ−Ｓｉ−Ｏ系で成立した上記の
Ｘ線回折による回折角と抵抗率の関係は、Ｔａ−Ｓｉ−
Ｏ−Ａｌ系の発熱抵抗体材料に限らず、少なくともＴ
ａ、Ｓｉ、Ｏと他の元素αを成分元素とするＴａ−Ｓｉ
−Ｏ−α系でアモルファス構造を有する発熱抵抗体材料
においても成立するものと考えられので、それら材料の
サーマルインクジェットヘッド用発熱抵抗体としての可
否判別方法として上述したＸ線回折による方法を適用す
ることができることは明らかである。

【００９３】

【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明によ
れば、Ｔａ−Ｓｉ−Ｏ系の発熱抵抗体の組成をＳｉとＴ
ａのモル比Ｒ＝Ｓｉ／Ｔａが「０．３５≦Ｒ≦０．７
５」であって、Ｏのモル％Ｍが「２５％≦Ｍ≦５５％」
となるように設定することにより、抵抗率が３ｍΩｃｍ
以上のサーマルインクジェットヘッド用のＴａ−Ｓｉ−
Ｏ系発熱抵抗体を得ることができる。その結果、膜厚が
厚くても所要の発熱効果が発揮され且つキャビテーショ
ン耐性が良く使用寿命の長い発熱抵抗体が得られ、これ
により、発熱抵抗体の保護膜が不用となり、したがっ
て、低消費電力型で高速度記録が可能なサーマルインク
ジェットプリンタの発熱抵抗体の製造が可能となる。こ
の場合、Ｘ線回折分析においてブロードなピークが発現
する回折角度が３７．５度以下であるという条件を加え
ることにより、より正確に３ｍΩｃｍ以上の抵抗率を備
えたＴａ-Ｓｉ-Ｏ系発熱抵抗体材料を特定することがで
きる。

【００９４】また、発熱抵抗体の両端に直接接続される
駆動電極をＴｉ／Ｗで形成することにより、一方では発
熱抵抗体への密着性が向上し、他方ではＡｕ給電配線と
の接合性が向上し、したがって、常に全ての発熱素子が
均一に発熱する信頼性の高いサーマルインクジェットヘ
ッドを提供することが可能となる。

【００９５】また、少なくともＴａ、Ｓｉ、Ｏと他の元
素を成分とする発熱抵抗体材料の内Ｘ線回折分析におい
てブロードなピークが発現する回折角度が３７．５度以
下のものを選定することによっても、抵抗率が３ｍΩｃ
ｍ以上で耐キャビテーション性に優れたサーマルインク
ジェットヘッド用発熱抵抗体を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】(a),(b),(c) は一実施形態におけるサーマルイ
ンクジェットプリンタの印字チップの製造方法を工程順
に示す概略の平面図と断面図である。

【図２】(a),(b),(c) の上段はそれぞれ図１(a),(b),
(c) の平面図を一部拡大して詳細に示す図、中段は上段
のＡ−Ａ′断面矢視図、下段は上段のＢ−Ｂ′断面矢視
図である。

【図３】(a) は素子が４列並んで構成されるフルカラー
インクジェットヘッドを分かり易く示す図、(b) はその
外観平面図である。

【図４】フルカラーインクジェットヘッドの発熱部及び
その近傍部分を拡大して示す図である。

【図５】(a) は発熱部に大気中での耐パルス試験を行っ
た結果を示す図、(b) はその発熱抵抗体のオージェ電子
分光法とＸ線電子分光法（ＥＳＣＡ）とによる分析結果
を示す図である。

【図６】本発明の発熱抵抗体の抵抗変化について別の観
点から調査した結果を示す図である。

【図７】Ｔａ−Ｓｉ−Ｏ系の組成の割合を種々異ならせ
て作成した発熱抵抗体の試料の調査結果を示す図表であ
る。

【図８】図７の試料番号１及び２の発熱抵抗体の抵抗疲
労度を調べるオープンプールでの耐パルス試験の結果を
示す図である。

【図９】(a) は下地の電極にＮｉを用いた場合の抵抗の
バラツキを示す図、(b) は下地の電極にＴｉ／Ｗを用い
た場合の抵抗のバラツキを示す図である。

【図１０】(a) は更なるＴａ−Ｓｉ−Ｏ系の組成の割合
が異なる発熱抵抗体試料の調査結果を示す図表であり、
(b) はＴａ＋ＳｉＯ2 ターゲット＋Ａｌチップを使用し
て得られたＴａ−Ｓｉ−Ｏ系の組成の割合が異なる発熱
抵抗体試料の調査結果を示す図表である。

【図１１】ＲＢＳにより分析した酸素の定量値とＥＳＣ
Ａによる酸素の定量値を示す比較図表である。

【図１２】Ｔａ−Ｓｉ−Ｏ膜の成分比率を変えた試料番
号１〜２２の中の或る一つの試料に対するＸ線回析の測
定結果を示す図である。

【図１３】Ｔａ−Ｓｉ−Ｏ膜の成分比率を変えた試料番
号１〜２２のピーク回折角（２θ）の位置と抵抗率との
関係を示す特性図である。

【図１４】本発明の高抵抗、高キャビテーション耐性、
及び所定以下のピーク回折角を有する発熱抵抗体の各成
分の組成を示す三元組成図である。

【図１５】(a),(b),(c) はインクジェットヘッドの発熱
部の発熱面に平行な方向へ吐出する構成を示す図、(d),
(e),(f) は発熱部の発熱面に垂直な方向に吐出する構成
のものを示す図である。

【図１６】(a),(b) はインク滴の吐出に係るキャビテー
ション気泡の成長と消滅の過程を模式的に示す図であ
る。

【符号の説明】

１ シリコン基板 ２ 発熱部 ３ 天板 ４ オリフィス ５ インク ５′ 押し出されたインク ６ 膜気泡 ７ インク滴 ８ オープンプール １１ シリコン基板 １２ 共通電極 １３ 共通電極給電端子 １４ 個別配線電極 １５ 発熱部 １６ 駆動回路 １７ 駆動回路端子 １８ インク供給路 １９、１９−１、１９−２ 隔壁 ２０ インク給送孔 ２１ オリフィス板 ２２ インク加圧室 ２３ 吐出ノズル（オリフィス） ２４（２４ａ、２４ｂ、２４ｃ、２４ｄ） モノカラー
インクジェットヘッド ２５ フルカラーインクジェットヘッド ２６ 発熱抵抗体

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 金光 聡 東京都青梅市今井３丁目10番６号 カシオ 計算機株式会社青梅事業所内 (72)発明者 熊谷 稔 東京都青梅市今井３丁目10番６号 カシオ 計算機株式会社青梅事業所内 Ｆターム(参考） 2C057 AF03 AF24 AF54 AF65 AF91 AF93 AG14 AG46 AP02 AP13 AP14 AP22 AP32 AP33 AQ02 AQ03 BA04 BA13 5E033 AA02 BB05 BC07 BG02

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基板上に複数個設けられ、発熱部に供給
   されたインクとの界面に発熱により気泡を発生させて、
   対応するノズル孔からインク滴を吐出するサーマルイン
   クジェットプリンタの発熱部を形成する発熱抵抗体であ
   って、 実質的にＴａとＳｉとＯを成分元素とし、ＳｉとＴａの
   モル比Ｒ＝Ｓｉ／Ｔａが「０．３５≦Ｒ≦０．７５」で
   且つＯのモル％Ｍが「２５％≦Ｍ≦５５％」であること
   を特徴とする発熱抵抗体。
2. 【請求項２】 アモルファス構造体をなし、Ｘ線回折分
   析において回折角２θが３７．５°以下にブロードな吸
   収ピークを備えていることを特徴とする請求項１記載の
   発熱抵抗体。
3. 【請求項３】 基板上に複数個設けられ、発熱部に供給
   されたインクとの界面に発熱により気泡を発生させて、
   対応するノズル孔からインク滴を吐出するサーマルイン
   クジェットプリンタの発熱部を形成する発熱抵抗体であ
   って、 少なくともＴａとＳｉとＯを成分元素とし、アモルファ
   ス構造体をなし、Ｘ線回折分析において回折角２θが３
   ７．５°以下にブロードな吸収ピークを備えていること
   を特徴とする発熱抵抗体。
4. 【請求項４】 成分元素がＴａとＳｉとＯに更にＡｌを
   含むことを特徴とする請求項３記載の発熱抵抗体。
5. 【請求項５】 前記発熱部は、保護膜を有さず、前記イ
   ンク中に露出するよう形成されて成ることを特徴とする
   請求項１、２、３又は４記載の発熱抵抗体。
6. 【請求項６】 前記発熱部は、両端にＴｉ／Ｗから成る
   電極を接続されて成ることを特徴とする請求項１、２、
   ３又は５記載の発熱抵抗体。
7. 【請求項７】 基板上に複数個設けられ、発熱部に供給
   されたインクとの界面に発熱により気泡を発生させて、
   対応するノズル孔からインク滴を吐出するサーマルイン
   クジェットプリンタの発熱抵抗体の製造方法であって、 少なくともＴａとＳｉとＯを成分元素とし、 前記基板の温度が１５０℃〜４００℃で且つ成膜速度が
   １５Å／分〜４０Å／分の条件で溶射法により成膜し、 ＳｉとＴａのモル比Ｒ＝Ｓｉ／Ｔａが「０．３５≦Ｒ≦
   ０．７５」で且つＯのモル％Ｍが「２５％≦Ｍ≦５５
   ％」の組成となすことを特徴とするサーマルインクジェ
   ットプリンタプリンタの発熱抵抗体の製造方法。
8. 【請求項８】 前記溶射法による成膜の後、４００℃に
   て１０分間の加熱処理を行うことを特徴とする請求項７
   記載のサーマルインクジェットプリンタの発熱抵抗体の
   製造方法。