JP2001088305A

JP2001088305A - 記録装置

Info

Publication number: JP2001088305A
Application number: JP2000305982A
Authority: JP
Inventors: Masao Mitani; 正男三谷
Original assignee: Fuji Photo Film Co Ltd
Current assignee: Fujifilm Holdings Corp
Priority date: 1992-05-29
Filing date: 2000-10-05
Publication date: 2001-04-03

Abstract

(57)【要約】【課題】熱エネルギーを利用してインク液滴を飛翔させ
る記録装置であって、インク吐出周期の大きな短縮効果
を奏する新たな方式の記録ヘッドの提供を課題とする。【解決手段】インク溜めと、インク吐出口と、前記イン
ク溜めと前記インク吐出口とを連通するインク流路と、
このインク流路端部に形成され、前記インク溜め側に向
かって拡がる空間と、この空間に設けられる第１の発熱
抵抗体とを有する記録装置を提供する。この記録装置
は、さらに、前記インク流路内の前記インク吐出口近傍
に設けられた第２の発熱抵抗体を有するものであっても
よい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、熱エネルギーを利
用してインク液滴を記録媒体に向けて飛翔させる形式の
記録装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】パルス加熱によってインクの一部を急速
に気化させ、その膨張力によってインク液滴をオリフィ
スから吐出させる方式のインクジェット記録装置は特開
昭４８−９６２２号公報、特開昭５４−５１８３７号公
報等によって開示されている。

【０００３】このパルス加熱の最も簡便な方法は発熱抵
抗体にパルス通電することであり、その具体的な方法が
社団法人、日本工業技術振興協会主催のハードコピー先
端技術研究会（１９９２年２月２６日開催）、またはHe
wlett-Packard-Journal,Aug.1988で発表されている。こ
れら従来の発熱抵抗体の共通する基本的構成は、図２０
に示すように、薄膜抵抗体１３と薄膜導体１４を酸化防
止層１５で被覆し、この上に該酸化防止層１５のキャビ
テーション破壊を防ぐ目的で、耐キャビテーション層１
６、１７を１〜２層被覆するというものであった。

【０００４】このように複雑な構成としなければならな
い最大の原因は薄膜抵抗体１３にある。すなわち、従来
より該薄膜抵抗体として使用できる程度に比抵抗が大き
く、耐熱性、耐パルス性に富む材料としてはＴａＡｌ、
ＨｆＢ₂など多くの材料が知られ、また利用されている
が、これらは全て酸化雰囲気中で加熱すると焼損してし
まうため、厚さ数μｍのＳｉＯ₂やＳｉ₃Ｎ₄酸化防止
層１５で被覆しなければならなかった。前記薄膜抵抗体
をインク中で使用しても、インク中の溶存空気によって
酸化されてしまうので事情は同じである。

【０００５】また、インク中でのパルス加熱で発生する
気泡が急激に消滅する際、キャビテーションが発生する
が、該キャビテーションは酸化防止層１５にクラックを
発生させ易く、ひいては薄膜抵抗体１３の焼損事故につ
ながる恐れがある。そこで、上記問題点を解決する目的
で、約０．４μｍの厚さのＴａ薄膜を耐キャビテーショ
ン層１６として用いるのが一般的である。

【０００６】このように、従来の発熱抵抗体は厚くて熱
容量の大きい２層の保護層（薄膜抵抗体の５０〜１００
倍）を通してインクをパルス加熱（パルス幅５〜１０μ
ｓ）しなければならないので、加熱の時間が遅れてしま
う不都合があったと同時に、気泡の消滅時においてもな
お、発熱抵抗体表面は高い温度を保ったままとなり、不
要な気泡（弱いながらも）を再発生させてしまってい
た。これは、当然のことながらインクの安定な吐出の障
害となり、吐出周期の短縮の隘路になっている。

【０００７】一方、前記構成の発熱抵抗体を用いつつ、
吐出周期の短縮の試み（特開昭６１−１０６２５９号公
報、特開昭６２−２４０５５８号公報）がなされている
が、前者は原理的にも吐出周期の短縮につながらず、後
者は隣接ノズルへの影響が大きいクロストークの問題を
解決できないので、いずれの方法も実用化されていない
のが現状である。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】上記種々の問題を抱え
ている従来の発熱抵抗体を抜本的に改善するには、水性
インク中での使用に耐え得る耐酸化性、耐キャビテーシ
ョン性及び耐電食性に富む薄膜抵抗体材料、および水性
インク中での使用に耐え得る薄膜導体材料を開発するほ
かに、インク吐出周期の大きな短縮効果を奏する新たな
方式の記録ヘッドが望まれている。

【０００９】そこで、本発明は、熱エネルギーを利用し
てインク液滴を飛翔させる記録装置であって、インク吐
出周期の大きな短縮効果を奏する新たな方式の記録ヘッ
ドを提供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的は、インク溜め
と、インク吐出口と、前記インク溜めと前記インク吐出
口とを連通するインク流路と、このインク流路端部に形
成され、前記インク溜め側に向かって拡がる空間と、こ
の空間に設けられる第１の発熱抵抗体とを有することを
特徴とする記録装置によって達成される。

【００１１】また、上記記録装置は、前記インク流路内
の前記インク吐出口近傍に設けられた第２の発熱抵抗体
を有することが好ましい。その際、前記第１の発熱抵抗
体は、前記第２の発熱抵抗体と同一であるとよい。ま
た、前記第１の発熱抵抗体は、前記第２の発熱抵抗体と
異なってもよい。

【００１２】また、前記第１の発熱抵抗体および前記第
２の発熱抵抗体の少なくとも一方は、Ｃｒ−Ｓｉ−Ｏ３
元合金およびＴａ−Ｓｉ−Ｏ３元合金よりなる群から選
ばれる少なくとも１種の３元合金薄膜抵抗体を有するも
のであることが好ましい。さらに、前記第１の発熱抵抗
体および前記第２の発熱抵抗体の少なくとも一方は、前
記３元合金薄膜抵抗体に加え、さらにＮｉ、Ｍｏおよび
Ｗよりなる群から選ばれる少なくとも１種の金属薄膜導
体を有するものであることが好ましい。また、前記発熱
抵抗体は、インク流路の方向に対して非対称形状になっ
ているものであってもよい。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の記録装置について
添付図面を用いて説明する。

【００１４】図１は、パルス加熱によってオンデマンド
記録するインクジェットプリントヘッドに使用される発
熱抵抗体Ｈの断面図である。

【００１５】発熱抵抗体Ｈは、ガラス基板１上にＣｒ−
Ｓｉ−ＳｉＯ合金薄膜抵抗体３およびＮｉ薄膜導体４、
４´によって構成され、ガラス基板１の上に、特開昭５
８−８４４０１号公報に開示され、１９８２年ＳａｎＤ
ｉｅｇｏで開催されたElectronics Components Confere
nce にて発表されたＣｒ−Ｓｉ−ＳｉＯ合金薄膜抵抗体
３が約７００Åの厚さで形成され、この上に厚さ約２０
００ÅのＮｉ薄膜導体４、４´が積層された後、フォト
エッチングによって、例えば幅、長さ共に約４０μｍの
発熱抵抗体Ｈが所定の形状に形成された構成となってい
る。発熱抵抗体Ｈは、図２０に示す従来の発熱抵抗体に
対して酸化防止層１５および耐キャビテーション層１６
および１７を有しておらず、Ｃｒ−Ｓｉ−ＳｉＯ合金薄
膜抵抗体３がインクと直接接触するように構成されてい
る。このような発熱体抗体Ｈは、Ｃｒ−Ｓｉ−ＳｉＯ合
金薄膜抵抗体３のエッチングには沸硝酸系のエッチング
液を用いるため、図２で示すようにガラス基板１の上に
は約１５００Åの厚さのＴａ₂Ｏ₅熱酸化膜２をガラス
基板１の保護のために、予め形成したものであってもよ
い。

【００１６】このような発熱抵抗体Ｈは、本発明の記録
装置の好適実施例であるプリンタのインクジェットプリ
ントヘッドＰに用いられる。インクジェットプリントヘ
ッドＰの１つのオリフィスに対応する構成を、図３、図
４に示している。図４は、図３に示されるＢ−Ｂ’断面
を示している。インクジェットプリントヘッドＰは、ガ
ラス基板１、隔壁５、天板６、オリフィス（インク吐出
口）７、インク通路８、およびインク溜め９と、発熱抵
抗体Ｈを用いた吐出用発熱抵抗体１０と発熱抵抗体Ｈを
用いた加圧用発熱抵抗体２０とを主に有して構成され
る。すなわち、吐出用発熱抵抗体１０は、オリフィス７
の直下のインク通路８の基板１上に設けられ、加圧用発
熱抵抗体２０は、インク通路８のの端部に形成され、イ
ンク溜め９側に向かって拡がる空間に設けられ、吐出用
発熱抵抗体１０と加圧用発熱抵抗体２０は、インク通路
内に直列に接続して同時にパルス加熱する構成となって
いる。

【００１７】ここでは、吐出用発熱抵抗体１０の約１／
２のエネルギが加圧用発熱抵抗体２０に印加されるよ
う、その抵抗値を１／２とし、加圧用発熱抵抗体２０に
よるクロストークの発生を抑制している。吐出用発熱抵
抗体１０と加圧用発熱抵抗体２０との距離は１５０〜２
５０μｍ程度離れていれば充分であり、加圧用発熱抵抗
体２０と側壁端（インク通路端であり、インク溜めに至
近）との距離は１００〜１５０μｍ、そしてインク通路
はインク溜めに向かって拡げられた空間を有し、通路端
近くにインク溜めを設けることでクロストークを発生さ
せずに吐出インクの高速補充を可能とする構成となって
いる。

【００１８】本実施例のように、インク通路８にインク
溜め９側に向かって拡がる空間を形成し、この空間に加
圧用発熱抵抗体２０を設けるのは、以下の理由による。

【００１９】ここでは、規制された流路内で発生する気
泡の拡大、収縮のシミュレーション結果に基づいて、図
５を用いて説明する。シミュレーションを簡単にするた
め、発熱抵抗体の昇温領域は円形とする。図５（ａ）で
は、円形発熱抵抗体４１のある基板上にインクの動きを
規制するものがない状態での気泡の拡大を一定時間毎に
見たものである。上段が上から見たもの、下段がその側
面図である。図５（ｂ）は、上方への気泡の拡大を規制
する天板を設けた状態、図５（ｃ）は更に側壁を設けた
場合で、現在実用化されているインクジェットプリント
ヘッドの１つはこの方式を採用している。図５（ａ）〜
（ｃ）のインクの運動空間は発熱抵抗体４１に対して対
称であり、気泡の拡大時における周辺へのインクの流出
と収縮時におけるインク流入は発熱抵抗体４１を中心と
して対称となっている。

【００２０】これに対し、図５（ｄ）に示す非対称空間
内に発熱抵抗体４１が置かれた場合、より大きな空間へ
のインクの流出速度が相対的に遅くなる一方、非対称形
状に拡大した減圧気泡の収縮時には、より大きな空間か
らのインクの流入量が多くなることも加わって、気泡の
消滅点はより狭い流路側に移るのである。すなわち、気
泡の拡大、収縮の両時点でインクを一定方向に流す異方
的な力（ポンピング作用）を発生させることができるの
である。

【００２１】なお、図５（ｄ）ではインク流路の一方の
側壁を拡げることで非対称空間を形成したが、天板の一
方を拡げたり、基板に溝を設けて拡大空間を形成した
り、これらを組み合わせたりする方法を採用しても同様
の効果が得られる。

【００２２】さらに、本実施例では、上記インクを一定
方向に流す異方的な力（ポンピング作用）を利用するこ
とによって、以降に説明するメニスカスの復帰を人工的
に速め、これによって吐出周波数の大幅な改善を行って
いる。

【００２３】すなわち、オリフィスからインクを安定に
吐出させる必要条件の１つは、オリフィス先端部に形成
される安定なメニスカスにあることはよく知られてい
る。すなわち、インクの吐出によって大きく窪んだメニ
スカスが再び元の位置に復帰できて始めて再吐出が可能
となるのである。一方、この大きく窪んだメニスカスを
元の位置に復帰させる力は、インク通路壁とインク間に
働く表面張力を利用することしかできないのが現状であ
る。すなわち、メニスカスが自然に復帰するのを待つし
かないのである。

【００２４】一般に、保護層を有する従来の発熱抵抗体
の場合、メニスカスの最大後退時はインク吐出の完了時
点である約３０μｓ後となっている。しかし、前述のよ
うにメニスカスの復帰には表面張力を利用しているた
め、その復帰にはインク吐出の完了時間の約１０倍の２
００〜３００μｓの時間が必要となり、これが吐出周波
数を決定づけているのである。

【００２５】メニスカスの復帰時間についてもう少し詳
細に見ることとする。従来のように薄膜抵抗体に設けら
れた厚い保護層の表面温度の上昇は発熱抵抗体自身の昇
温から数μｓ程度の遅れがある。しかも、気泡発生後、
前記保護層表面が断熱状態になってもなお、保護層表面
は数μｓの間昇温を続ける。パルス加熱終了後、基板へ
の熱流出によって発熱抵抗体は冷却されるが、保護層と
薄膜抵抗体下層の断熱層による時定数から評価すると、
気泡の消滅する３０μｓ時点の保護層表面温度はなお１
００〜２００℃の高温状態にある。そのため、インクは
再加熱され、弱いながらも気泡が再発生してしまう。こ
の再発泡がメニスカスの復帰に悪影響を与え、復帰時間
を必要以上に長くするのである。

【００２６】これに対し保護層を不要とした本実施例の
発熱抵抗体は、１μｓという短パルス駆動であって、し
かもインクへの熱伝導の時間的な遅れが全く生じない。
従って、薄膜抵抗体下層の断熱層の厚さも従来の数分の
１の厚さ（ＳｉＯ₂で１〜２μｍ）とすることができ、
気泡消滅時の発熱抵抗体の温度は常温近くまで冷却され
る。従って、前述したような気泡の再発生を生ずること
がなくなり、メニスカスの復帰が速くなり、吐出周波数
の向上につながるのである。

【００２７】上述したように、本実施例では、吐出用発
熱抵抗体１０および加圧用発熱抵抗体２０は、発熱抵抗
体Ｈを用いているが、この発熱抵抗体Ｈは、従来の発熱
抵抗体のように保護層を必要とせず、Ｃｒ−Ｓｉ−Ｓｉ
Ｏ合金薄膜抵抗体とＮｉ薄膜導体で構成されている。以
降では、Ｃｒ−Ｓｉ−ＳｉＯ合金薄膜抵抗体が耐酸化
性、耐キャビテーション性および耐電食性に富み、Ｎｉ
薄膜導体が、水性インク中で使用に耐え得るものである
ことを説明する。

【００２８】図６は、薄膜導体材料の耐電食性評価方法
を、図７は、これを用いて評価した各種金属薄膜の耐電
食特性を示す。

【００２９】本評価は、絶縁距離を１０μｍ、厚さを約
１０００Åとした金属薄膜を、１分間水中にて直流電圧
を印加し、印加電圧と電食量との関係を調べたものであ
る。インク中ではなくて水中での試験としたのは、既に
使用されているいくつかの水性インクのＰＨが７．０と
中性だからであり、普遍性があるからである。

【００３０】図７の結果から明らかなように、耐食性が
ＮｉまたはＴａ、Ｗ、Ｍｏ、ＡｌまたはＣｒの順に良好
なこと、Ｃｒ−Ｓｉ−ＳｉＯ合金薄膜抵抗体と積層して
選択ウエットエッチングができること（Ｔａは不可）、
実装技術面からも取り扱いやすいことなどから、Ｎｉま
たはＷ、Ｍｏが材料として適し、特に、薄膜導体として
Ｎｉが最適材料であることが分かった。

【００３１】そこで、Ｎｉ薄膜導体の耐食性を更に詳細
に評価した結果を図８に示す。すなわち、２０Ｖ／１０
μｍ程度の電圧で２０〜３０分間、連続して印加しても
ほとんど電食しないことが分かる。

【００３２】一方、図３及び図４に示すＮｉ薄膜導体
４、４´に印加される電圧と時間について見ると、後述
するようにパルス駆動条件は１μｓの印加パルス幅で
０．５〜１Ｗ／ｄｏｔとなる。Ｃｒ−Ｓｉ−ＳｉＯ合金
薄膜抵抗体３の抵抗値は約２０００Ωなので、Ｎｉ薄膜
導体４、４´間に印加する電圧は３２〜４５Ｖとなる。
また、前記Ｃｒ−Ｓｉ−ＳｉＯ合金薄膜抵抗体３の長さ
は約４０μｍとしたので、８〜１２Ｖ／１０μｍのパル
ス電圧がＮｉ薄膜導体間に印加されることになる。従っ
て、仮にパルス電圧が１０億パルス印加されると、実質
的な電圧印加時間は１μｓ×１０億パルス＝１７分間と
なり、図８に示す結果から考えると全く問題にならない
条件（電圧裕度で３倍以上、印加エネルギで１０倍以
上）であることが分かる。

【００３３】そこで、Ｃｒ−Ｓｉ−ＳｉＯ合金薄膜抵抗
体３と厚さ約２０００ÅのＮｉ薄膜導体４、４´からな
る保護層を有さない発熱抵抗体Ｈについて、水中にてス
テップアップストレステスト（以下ＳＳＴとする）を行
なった。その結果を図９に示す。なお、図９には前記発
熱抵抗体の空気中でのＳＳＴ結果についても記されてい
る。

【００３４】まず、空気中でのＳＳＴ破壊電力に比べ、
水中での破壊電力が１／２．５と小さいことが分かる。
これは明らかに、水中ではキャビテーションによる破壊
が主因であることを示している。しかし、実際に駆動す
る電力は後述するように０．５〜１Ｗ／ｄｏｔなので、
前述のキャビテーション破壊電力は実駆動電力の１０〜
２０倍と大きく、耐キャビテーション性に何の問題もな
いことが分かる。しかも、耐電食性についてもインクジ
ェットプリンタに要求される寿命を示すことが推測でき
る。

【００３５】そこで、この発熱抵抗体を水性インク中に
浸し、１μｓ、２Ｗ／ｄｏｔの過電力を１０億パルス印
加してみたが、抵抗値には何の変化も認められず、実寿
命の点でもなんら問題のない特性を示した。そして、前
記発熱抵抗体を図１０、１１に示すインクジェットプリ
ントヘッドに採用して印字性能を評価したところ、既に
市販されている他社のヘッドに比べ、表１に示すような
大幅な特性の向上を得られることが分かった。なお、図
１１は、図３と略同様の構成であるが、加圧用発熱抵抗
体２０および、インク溜め９に向かって拡がる空間がイ
ンク通路８に設けられていない点が異なる。図１１は、
図１０に示すＢ−Ｂ’断面を示す断面図である。

【００３６】

【表１】

【００３７】すなわち、本発明の発熱抵抗体では、ほぼ
同一印字条件で必要印字エネルギが１／３０〜１／６０
と大幅に小さくなり、吐出周波数が２５〜６０％も向上
したのである。これは、保護層のない発熱抵抗体による
直接加熱と１μｓという超短パルス加熱、並びに気泡の
収縮時には既に発熱抵抗体表面が充分低い温度まで冷さ
れていることによって発熱抵抗体上で再発泡現象が起こ
らず、インクのメニスカスの復帰が速く行われるように
なったことによる。また、必要印字エネルギが数１０分
の１と小さくなることも、薄膜抵抗体の５０〜１００倍
の厚さの保護層を必要とする従来の発熱抵抗体と比較す
ればその理由は明らかである。そしてこの事実は、従来
のヘッドに投入されるエネルギの９８〜９９％がヘッド
基板とインクの加熱（発泡以外の）に使用されているこ
とを示しており、インクの焦げつき易さやヘッドの温度
制御が不可欠であることなどをよく示している。

【００３８】このような、発熱抵抗体Ｈを吐出用発熱抵
抗体１０および加圧用発熱抵抗体２０に用いた図３、図
４に示すインクジェットプリントヘッドＰに、水性イン
クを満たし、共通電極４´と個別電極４間に０．５〜１
Ｗ／ｄｏｔ、１μｓのパルス電圧を印加してインクの吐
出特性を評価したところ、吐出周波数を１５〜１８ＫＨ
ｚまで上げることができた。但し、１５ＫＨｚ以上では
吐出方向の不安定さが見られる場合があり、より高速化
するためには尚一層の改善が必要であることが分かっ
た。しかし、本実施例での１５ＫＨｚ以下の安定した駆
動は従来の技術（３〜４ＫＨｚ）を大幅に越える高速印
字を達成できることを示し、低電力化と共にヘッドの温
度制御を大幅に簡易化でき、このヘッドを用いたプリン
タ等の高性能化（３〜４倍の高速印字）、低コスト化を
達成できた。

【００３９】このように、インク溜め９側に向かって広
がる空間をインク流路８に形成し、この空間内に吐出用
または加圧用の発熱抵抗体を設けるので、発熱抵抗体の
発熱に伴って発生する気泡の拡大と収縮に異方性が生
じ、クロストークを発生させることなくインクを高速に
補充することができる。さらに、Ｃｒ−Ｓｉ−ＳｉＯ合
金薄膜抵抗体およびＮｉ薄膜導体を用いて発熱体抗体を
形成するので、水性インク中での投入エネルギを抑え、
１μｓという非常に短いパルス駆動の条件で１０億パル
ス以上の寿命を持つことができる。しかも、従来の発熱
抵抗体に比べ、必要な印加エネルギは１／３０以下と大
幅に低減できる。

【００４０】なお、加圧用発熱抵抗体２０の形状につい
ての制約は特にないが、図１２や図１３に示すようなイ
ンク吐出方向に非対称の形状の発熱抵抗体を用いれば、
発熱抵抗体自体に気泡の異方性を生じさせる力が発生す
るため、オリフィス７へインクを押し出す力や、インク
をインク流路８へ送り込む力が更に増幅されることとな
り、より好ましい。

【００４１】すなわち、本実施例のような保護層のない
発熱抵抗体１０や２０を構成する、Ｃｒ−Ｓｉ−ＳｉＯ
合金薄膜抵抗体２１または３１（図１２や図１３）をイ
ンク流路の方向に対して非対称とすることによって気泡
の発生とその拡大に方向性を持たせ、インクへの圧力を
オリフィス７の方向には強く、インク溜め９の方向には
相対的に弱くすることにある。すなわち、Ｃｒ−Ｓｉ−
ＳｉＯ合金薄膜抵抗体２１、３１の発熱面温度分布をイ
ンク流路の方向に対して非対称とし、気泡の発生と拡大
を異方的にすることで、インク溜め９の方向への逆流速
度が遅くなり、その分だけインク溜め９方向からのイン
ク供給速度が速くなり、次の吐出に必要なインクを吐出
口付近に速やかに補充することができるようになる。そ
してインクの速やかなる補充は、前述したような吐出周
波数を向上させ、印字速度が遅いというインクジェット
プリンタの弱点を改善できる。

【００４２】なお、合金薄膜抵抗体の形状は本実施例に
示した以外であっても非対称であればよい。なお、特開
昭５４−３９５２９号公報には薄膜抵抗体の形状が台形
となっている発熱抵抗体が記載されている。しかし、従
来の発熱抵抗体は、薄膜抵抗体の上には厚い保護層があ
るため、保護層を介してインクに伝わる熱は均一なもの
となり、「薄膜抵抗体の台形形状」というメリットを生
かしきれないでいた。本発明は、保護層が不要であるた
め、薄膜抵抗体の非対称形状に反映させて発熱させ気泡
を発生させる点が大きく異なっている。

【００４３】本発明は、上記実施例の他に、上記実施例
とほぼ同様の構成を有し、オリフィスの向きがインク通
路と同一方向である点で相違するインクジェットプリン
トヘッドであってもよい。このような例を図１４、図１
５に示す。ここで、上記実施例と同一の符号は同じもの
を指す。なお、図１５は、図１４中のＢ−Ｂ’断面を示
す断面図である。

【００４４】本実施例でも、ガラス基板１上には吐出用
発熱抵抗体１０と加圧用発熱抵抗体２０が形成されてい
る。一方、ガラス等の材料からなる天板６には、インク
流路８と、インク溜め９と、インク流路８の端部がイン
ク溜め９側に向かって拡がるような空間が形成されてい
る。そして、吐出用発熱抵抗体１０の位置はオリフィス
７近傍であり、加圧用発熱抵抗体２０の位置は前記空間
内であって、双方の発熱抵抗体とも他のインク流路への
干渉を防止するため夫々のインク流路８内に形成されて
いる。

【００４５】なお、吐出用発熱抵抗体１０、加圧用発熱
抵抗体２０には制約は特にないが、Ｃｒ−Ｓｉ−ＳｉＯ
合金薄膜抵抗体とＮｉ薄膜導体で形成された上述の発熱
抵抗体Ｈであれば更なる高速印字を達成できる。また、
インク吐出方向に非対称の形状の発熱抵抗体を用いれ
ば、該発熱抵抗体自体に気泡の異方性を生じさせる力が
発生するため、オリフィス７へインクを押し出す力や、
インクをインク流路８へ送り込む力が更に増幅されるこ
ととなり、より好ましい。

【００４６】さらに、本発明は、図１６、１７に示すよ
うなインクジェットプリントヘッドであってもよい。動
作、その他の特性は図１４や図１５に示される構成とほ
とんど同じであるので省略する。本実施例が図１４や図
１５の実施例と異なるところは、インク流路８内の空間
を隔壁５を用いて設けた点である。こうすることによっ
て天板となるガラス基板をフォトエッチングによって作
成する工程が簡略化でき、得られる効果は実施例４と同
等という利点がある。しかしこの方法は、インク流路ア
レーのピッチを更に細かくする場合には限界がある。こ
の場合は、図１４、図１５に示す実施例を本実施例と併
用してもよい。

【００４７】また、本発明は、ポンピング作用を持つ図
５（ｄ）の構成を、吐出用発熱抵抗体に利用したもので
あってもよい。その実施例を、図１８、図１９に示す。
本実施例は、上記実施例を簡素化したもので、性能的な
差はほとんどないといってよい。

【００４８】本実施例の構成からなるヘッドであれば、
上述した保護層なしの発熱抵抗体、保護層を必要とする
従来の発熱抵抗体のいずれを用いても吐出周波数の大幅
な向上（２〜３倍化）が可能であるが、Ｃｒ−Ｓｉ−Ｓ
ｉＯ合金薄膜抵抗体およびＮｉ薄膜導体構成の発熱抵抗
体Ｈを用いれば熱効率は約５０倍となり、吐出周波数が
更に２０〜３０％向上する。すなわち、本ヘッドの吐出
周波数も１５ＫＨｚ程度までは安定に稼働させることが
できる。

【００４９】但し、前述のように本実施例においても、
インク通路端を拡げて空間を作るだけの側壁厚さが必要
であるが、これはインク通路列の作製可能密度、すなわ
ちドット密度の若干の低下となるので、高密度印字が必
要な場合はオリフィス列を傾斜させて印字する方法を採
用する必要がある。この発熱抵抗体に対しても、上述し
たように、薄膜抵抗体を非対称形状とすることでクロス
トークなどのマージンを増加させることができる。

【００５０】なお、上記実施例はいずれも、Ｃｒ−Ｓｉ
−ＳｉＯ合金薄膜抵抗体を用いた例であるが、Ｃｒ−Ｓ
ｉ−ＳｉＯ合金薄膜抵抗体の替わりに、Ｔａ−Ｓｉ−Ｓ
ｉＯ合金薄膜抵抗体を用いたものであってもよい。すな
わち、Ｔａ−Ｓｉ−ＳｉＯ合金薄膜抵抗体もＣｒ−Ｓｉ
−ＳｉＯ合金薄膜抵抗体と同じように非常に硬い材料で
あり、従って耐キャビテーション性に優れた材料である
からである。Ｃｒ−Ｓｉ−ＳｉＯ合金薄膜抵抗体を、Ｔ
ａ−Ｓｉ−ＳｉＯ合金薄膜抵抗体に置き換え、Ｎｉ薄膜
導体を用いて、図１に示す発熱抵抗体を作成し、ＳＳＴ
を行なった。

【００５１】その結果はＣｒ−Ｓｉ−ＳｉＯ合金薄膜抵
抗体の結果（図９）とほぼ同一の特性を示した。僅かな
相違点は、Ｃｒ−Ｓｉ−ＳｉＯ合金薄膜抵抗体の場合、
抵抗値変化率がマイナス側に変化した後破断するのに対
し、Ｔａ−Ｓｉ−ＳｉＯ合金薄膜抵抗体では徐々にプラ
ス側に変化して破断することだけであった。勿論、水性
インク中での寿命試験でも何ら問題となる変化が認めら
れなかったことはいうまでもない。

【００５２】また、Ｔａ−Ｓｉ−ＳｉＯ合金薄膜抵抗体
を用いた発熱抵抗体で上述の実施例と同様の試作、評価
を行なったが、Ｃｒ−Ｓｉ−ＳｉＯ合金薄膜抵抗体を用
いた場合とほぼ同様の結果を得られた。

【００５３】

【発明の効果】本発明によれば、ポンピング作用を持つ
ヘッド構成とすることにより、インク吐出周期の大幅な
短縮を可能とし、インクジェットプリンタの課題となっ
ていた遅い印字速度を抜本的に改善できる。特に、発熱
抵抗体を保護層を不要とする単純な２層構造とすること
によって、１μＳという超短パルス駆動を実現でき、気
泡消滅時において発熱抵抗体が常温近くまで温度低下す
るという冷却効率を達成することができ、インク吐出周
期が大幅に短縮する。更に３０〜６０倍の熱効率の向上
は消費電力の削減のみに止まらず、ヘッドの温度制御を
容易にして、インク吐出の安定化に大きく貢献できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の記録装置を構成するインクジェット
プリントヘッドに用いられる発熱抵抗体の一例の断面図
である。

【図２】本発明の記録装置を構成するインクジェット
プリントヘッドに用いられる、発熱抵抗体の他の例の断
面図である。

【図３】本発明の記録装置を構成するインクジェット
プリントヘッドの一例の構成を示す概略断面図である。

【図４】図３に示すＢ−Ｂ´断面の断面図である。

【図５】（ａ）〜（ｄ）は、気泡の発生状態及び消滅
状態を示す模式図である。

【図６】薄膜導体材料の耐電食特性評価方法を示す概
略斜視図である。

【図７】各種金属薄膜の耐電食特性を示す図である。

【図８】Ｎｉ薄膜導体の耐電食特性を示す図である。

【図９】本発明の発熱抵抗体のＳＳＴ特性示す図であ
る。

【図１０】本発明の記録装置を構成するインクジェッ
トプリントヘッドの発熱抵抗体のテストに用いたインク
ジェットプリントヘッドの構成を示す図である。

【図１１】図１０に示すＢ−Ｂ´断面の断面図であ
る。

【図１２】Ｃｒ−Ｓｉ−ＳｉＯ合金薄膜抵抗体の形状
を示す平面図である。

【図１３】Ｃｒ−Ｓｉ−ＳｉＯ合金薄膜抵抗体の他の
形状を示す平面図である。

【図１４】本発明の記録装置を構成するインクジェッ
トプリントヘッドの構成の他の例を示す概略断面図であ
る。

【図１５】図１４に示すＢ−Ｂ´断面の断面図であ
る。

【図１６】本発明の記録装置を構成するインクジェッ
トプリントヘッドの構成の他の例を示す概略断面図であ
る。

【図１７】図１６に示すＢ−Ｂ´断面の断面図であ
る。

【図１８】本発明の記録装置を構成するインクジェッ
トプリントヘッドの構成の他の例を示す概略断面図であ
る。

【図１９】図１８に示すＢ−Ｂ´断面の断面図であ
る。

【図２０】従来の発熱抵抗体の断面を示す断面図であ
る。

【符号の説明】

１基板２Ｔａ2 Ｏ5 耐エッチング層３Ｃｒ−Ｓｉ−ＳｉＯ合金薄膜抵抗体４、４´ 薄膜導体５隔壁６天板７オリフィス８インク通路９インク溜め

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】インク溜めと、インク吐出口と、前記イン
ク溜めと前記インク吐出口とを連通するインク流路と、
このインク流路端部に形成され、前記インク溜め側に向
かって拡がる空間と、この空間に設けられる第１の発熱
抵抗体とを有することを特徴とする記録装置。
【請求項２】請求項１に記載の記録装置であって、前記インク流路内の前記インク吐出口近傍に設けられた
第２の発熱抵抗体を有することを特徴とする記録装置。
【請求項３】前記第１の発熱抵抗体は、前記第２の発熱
抵抗体と同一であることを特徴とする請求項２に記載の
記録装置。
【請求項４】前記第１の発熱抵抗体は、前記第２の発熱
抵抗体と異なることを特徴とする請求項２に記載の記録
装置。
【請求項５】前記第１の発熱抵抗体および前記第２の発
熱抵抗体の少なくとも一方は、Ｃｒ−Ｓｉ−Ｏ３元合金
およびＴａ−Ｓｉ−Ｏ３元合金よりなる群から選ばれる
少なくとも１種の３元合金薄膜抵抗体を有するものであ
ることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の記
録装置。
【請求項６】前記第１の発熱抵抗体および前記第２の発
熱抵抗体の少なくとも一方は、前記３元合金薄膜抵抗体
に加え、さらにＮｉ、ＭｏおよびＷよりなる群から選ば
れる少なくとも１種の金属薄膜導体を有するものである
ことを特徴とする請求項５に記載の記録装置。
【請求項７】前記発熱抵抗体は、インク流路の方向に対
して非対称形状になっていることを特徴とする請求項１
〜６のいずれかに記載の記録装置。