JP2505900B2

JP2505900B2 - インク噴射記録ヘッド

Info

Publication number: JP2505900B2
Application number: JP2006879A
Authority: JP
Inventors: 昌久福井
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1990-01-16
Filing date: 1990-01-16
Publication date: 1996-06-12
Anticipated expiration: 2011-06-12
Also published as: JPH03187759A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は、吐出口より液体を吐出することで形成され
た飛翔的液滴を用いて記録を行うインク噴射（液体噴
射）記録ヘッド、殊に熱エネルギーを利用するインク噴
射記録ヘッドに関する。

インク噴射（液体噴射）記録装置には、種々の方式が
あるが、この中でも例えば独国公開公報（OLS）2843064
号、同2944005号、USP4335389号公報等に開示された方
式のインク噴射記録装置は、高速カラー記録が容易であ
ってその出力部の主要部である記録ヘッドは、記録用の
液体を吐出して、飛翔的液滴を形成する為の吐出口（オ
リフィス）を高密度に配列することが出来る為に、高解
像力を得ることが出来ると同時に、記録ヘッドとして全
体的にはコンパクト化が計れ、かつ量産に向くこと、半
導体分野において技術の進歩と信頼性の向上が著しいIC
技術やマイクロ加工技術の長所を十二分に利用すること
で長尺化が容易であること等の為に、最近富みに熱い注
目を集めている。

上記のインク噴射記録装置の特徴的な記録ヘッドに
は、オリフィスより液体を吐出して、飛翔的液滴を形成
する為の熱エネルギーを発生する手段としての電気熱変
換体が設けられている。

該電気熱変換体は、発生する熱エネルギーを効率良く
液体に作用させること、液体への熱作用のON−OFF応答
速度を高めること等の為に、液体に直接接触する様に、
オリフィスに連通している熱作用部に設けられる構造と
するのが望ましいとされている。

しかしながら、前記の電気熱変換体は通電されること
によって発熱する発熱抵抗体と、該発熱抵抗体に通電す
る為の一対の電極とで、基本的には構成されている為に
発熱抵抗体が直に液体に接触する状態であると、発熱抵
抗体への通電の際に該発熱抵抗体と液体とが反応して、
発熱抵抗体自体の腐食による抵抗値の変化、強いては発
熱抵抗体の破損或は破壊が起ったり、更には発熱抵抗体
から発生される熱作用による液体の、望ましくは蒸気泡
の発生を含む液体の急激な状態変化に伴う機械的衝撃に
よって、発熱抵抗体の表面が破損したり或は発熱抵抗体
の一部に亀裂が生ずる等して破壊されたりする場合があ
る。

したがって、記録用の液体に発熱抵抗体が直に接触す
る状態であっても、耐液性、繰り返し使用耐久性、耐機
械的衝撃性、耐電気化学反応性に優れた電気熱変換体を
具備するインク噴射記録ヘッドの開発が強く望まれてい
る。

本発明は上記の諸点に鑑み成されたものであって、前
記の従来における諸問題の総てを解決した優れたインク
噴射記録ヘッドを提供することを主たる目的とする。

本発明の別の目的は、耐液性、耐機械的衝撃性、繰返
し使用耐久性、耐電気化学反応性に優れたインク噴射記
録ヘッドを提供することである。

本発明のインク噴射記録ヘッドは、インクに直接エネ
ルギーを与える熱作用面を形成し通電によって該熱作用
面上のインクに気泡を形成するための熱エネルギーを発
生する発熱抵抗層を具備する電気熱変換体を備え、イン
クを吐出して記録を行うインク噴射記録ヘッドにおい
て、前記熱作用面は前記発熱抵抗層によって形成されて
おり、前記発熱抵抗層はTa−Si、Ta−Ｗのいずれかの合
金で構成され、該合金のTaの含有量が50mol％以上80mol
％以下であることを特徴とする。

上記の様な構成とされる本発明のインク噴射記録ヘッ
ドは、繰返し使用耐久性、耐液性、記録信号に対する応
答の忠実性と確実性に優れ、高解像度で高品質の画像を
高速で記録することが出来る。

さらに、発熱抵抗体を記録用の液体に直に接触する様
に電気熱変換体を構成するため、発熱抵抗体より発生さ
れる熱エネルギーが記録用の液体に有効に作用するの
で、電気熱変換体を駆動する為に駆動電圧の閾値が低
く、且つ飛翔液滴の形成を安定的に行うための実際の駆
動電圧も低く、省エネルギー化を容易に実現することが
出来る。

以下、本発明を図面に従って、更に具体的に説明す
る。

第１図（ａ）は、本発明のインク噴射記録ヘッドの主
要部のオリフィス側から見た正面部分図、第１図（ｂ）
は、第１図（ａ）の一点鎖線XYで示す部分で切断した場
合の切断面部分図である。図に示される記録ヘッド１
は、その表面に電気熱変換体２が設けられている基板３
の表面に、所定の線密度で所定の幅と深さの溝が所定数
設けられている溝付板４で覆う様に接合することによっ
て、オリフィス５と液吐出部６が形成された構造を有し
ている。図に示すインク噴射記録ヘッドの場合、オリフ
ィス５を複数有するものとして示されてあるが、勿論本
発明は、これに限定されるものではなく単一オリフィス
の記録ヘッドの場合も本発明の範疇に入るものである。

液吐出部６は、この終端に液体を吐出して飛翔する液
滴を形成する為のオリフィス５と、電気熱変換体２より
発生される熱エネルギーが液体に作用して蒸気泡を発生
し、その体積の膨張と収縮による急激な状態変化を引き
起す処である熱作用部７とを有する。

熱作用部７は、電気熱変換体２の熱発生部８の上部に
位置し、熱発生部８の液体と接触する熱作用面９をその
底面としている。

熱発生部８は、基板３上に設けられた下部層10、該下
部層10上に設けられた発熱抵抗層（発熱抵抗体）11とで
構成される。発熱抵抗層11には、熱を発生させる為に該
層11に通電する為の電極13、14がその表面に設けられて
ある。電極13は各液吐出部の熱発生部に共通の電極であ
り、電極14は各液吐出部の熱発生部を選択して発熱させ
る為の選択電極であって、液吐出部の流路に沿って設け
られてある。

本発明のインク噴射記録ヘッドにおける発熱抵抗層11
は、前記した特性を有するものであるから、発熱抵抗層
11上に電気熱変換体を保護するための上部層を設ける必
要はなく、前記熱作用面９が該発熱抵抗層11によって形
成されている。又、電極13、14においては、液体を通じ
て電極13、14間が電気的に短絡する心配ある場合には、
電極13、14の表面のみを前記上部層で覆っても構わな
い。

下部層10は、主に熱流量制御機能を有する。即ち、飛
翔液滴の形成の際には、発熱抵抗層11で発生する熱が基
板３側の方に伝導するよりも、熱作用部７側の方に伝導
する割合が出来る限り多くなり、飛翔液滴形成後、つま
り発熱抵抗層11への通電がOFFされた後には、熱作用部
７及び熱発生部８にある熱が速やかに基板３側に放出さ
れて、熱作用部７にある液体及び発生した気泡が急冷さ
れる為に設けられる。

発熱抵抗層11、基板３との関係において、上記の様な
機能が充分発揮出来る様な下部層10を設計することによ
って、本発明のインク噴射記録ヘッドはより優れたもの
となる。

即ち、飛翔的液滴の形成の際には、熱作用部７側への
熱流量の割合が出来る限り大きく、発熱抵抗層11への通
電がOFFされた際には、基板３側への熱流量の割合が出
来る限り大きくなる様にして、液的吐出エネルギーの高
効率勝と高熱応答性及び連続的繰返し液滴吐出物の向
上、液滴形成周波数の向上、液滴の量の均一化、液滴の
飛翔方向の安定化、液滴の初期飛翔スピードの均一化、
及び記録信号に対する応答の忠実性と確実性の向上を一
層効果的に実現させ得る。

本発明のインク噴射記録ヘッドにおける発熱抵抗層11
は、前記した様に、Ta−SiもしくはTA−Ｗ合金の薄層と
して設けられる。

本発明において、Ta含有合金中に含有されるTaの含有
率は、、mol％で好ましくは50mol％以上、上限としては
80mol％以下とされる。

本発明において、発熱抵抗層11の層厚は、適切な熱エ
ネルギーが効果的に発生される様に、構成材料の特性、
種類、含有率及び装置自体に要求される飛翔液滴形成特
性等に応じて適宜決められるが、好ましくは50Å〜５μ
ｍ、より好ましくは100Å〜２μｍ、最適には300Å〜１
μｍとされるのが望ましい。

本発明において、Ta含有合金から成る発熱抵抗層11
は、所望面積を有する所望のTaの相手金属片をTaターゲ
ット上に置いて、Co−Suptter（共スパッタ）すること
によって形成されるのが望ましい。

次に、以降において説明される本発明の実施例、参考
例或は比較例において製造されたインク噴射記録ヘッド
の製造法及び形態の概要について説明する。

先ず、以下の実施例及び比較例に相当する発熱抵抗体
設置基板を以下の要領で作成した。

下部層10を兼ねたアルミナ基板３の下部層10上に発熱
抵抗層11及びアルミニウム電極層を形成した後、選択エ
ッチングにより例えば幅40μｍ、長さ200μｍの発熱抵
抗体11−１〜11−３…を形成した。又、エッチングによ
り選択電極14及び共通電極13を形成した。

又、これ等とは別に、ガラス板に複数本の溝（例えば
幅40μｍ、深さ40μｍ）と共通インク室（不図示）とな
る溝とをマイクロカッターを用いて切削形成してなる溝
付き板４も作成した。

この様にして作成した発熱抵抗体設置基板と溝付き板
とを、発熱抵抗体と溝との位置合せをした上で接合し、
更に不図示のインク供給部から共通インク室に液体イン
クを導入するためのインク導入管（不図示）も接続して
記録ヘッドを一体的に完成した。

更に、この記録ヘッドには、前述の選択電極及び共通
電極に接続されているリード電極（共通リード電極、及
び選択リード電極）を有するリード基板が付設された。

上記の構成のインク噴射記録ヘッドにおいては、発泡
閾値電圧の約1.3倍の駆動電圧マージンが得られ、従来
に比べて優れていることが示される。

基板３としては上記のアルミナ基板の外に、シリコン
ウエハを用い、下部層10としては、シリコンウエハの表
面を熱酸化して形成された２〜５μｍのSiO₂層を用いて
同様の評価を行ったが、同様の良好な結果が得られた。

又、基板３としては、実施例で使用されたものの他、
ガラス、セラミックス、耐熱性プラスチック等も用いる
ことが出来る。

電極材料としては、Alの他に、Al−Cu、Al−Si等を用
いることが出来るが、これ等の材料を用いる際には電極
と液体との間を隔絶する為に、例えば感光性の耐熱樹脂
を硬化させた被膜で熱作用面の部分を除いて電極及び電
極の回りを覆うのが好ましい。

実施例前記に説明した構成のインク噴射記録ヘッド（サンプ
ルNo.1−１〜４−３）（液流路数100、一夜流路当り一
電気熱変換体）について、一電気熱変換体当たり５×10
⁸回のパルス駆動を行った際の故障発熱抵抗体数を計数
して信頼性の測定を行った。その結果を以下の表に示
す。尚、表において、サンプルNo.3−１〜２、４−１〜
２が本発明の実施例、サンプルNo.1−１、２−１、３−
３、４−３が本発明の比較例である。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）は本発明の適用されるインク噴射記録ヘッ
ドの好適な実施態様の１つのオリフィス側からの正面部
分図、第１図（ｂ）は、第１図（ａ）の一点鎖線XY示す
部分で切断した場合の切断部分図である。１……インク噴射記録ヘッド、２……電気熱変換体、３……基板、４……溝付き板、５……オリフィス、６……液吐出部、７……熱作用部、８……熱発生部、９……熱作用面、 10……下部層、 11……発熱抵抗層、 13……共通電極、 14……選択電極。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】インクに直接エネルギーを与える熱作用面
を形成し通電によって該熱作用面上のインクに気泡を形
成するための熱エネルギーを発生する発熱抵抗層と、該
発熱抵抗層に通電するための一対の電極と、を具備する
電気熱変換体を備え、インクを吐出して記録を行うイン
ク噴射記録ヘッドにおいて、前記熱作用面は前記発熱抵抗層によって形成されてお
り、前記発熱抵抗層はTa−Si、Ta−Ｗのいずれかの合金で構
成され、該合金のTaの含有量が50mol％以上80mol％以下
であることを特徴とするインク噴射記録ヘッド。
【請求項２】前記発熱抵抗層は、共スパッタにより形成
されている特許請求の範囲第１項に記載のインク噴射記
録ヘッド。
【請求項３】前記発熱抵抗層の厚みは50Å〜５μｍであ
る特許請求の範囲第１項に記載のインク噴射記録ヘッ
ド。
【請求項４】前記発熱抵抗層の厚みは100Å〜２μｍで
ある特許請求の範囲第３項に記載のインク噴射記録ヘッ
ド。
【請求項５】前記発熱抵抗層の厚みは300Å〜１μｍで
ある特許請求の範囲第４項に記載のインク噴射記録ヘッ
ド。
【請求項６】前記一対の電極は前記電極を保護するため
の上部層で覆われている特許請求の範囲第１項に記載の
インク噴射記録ヘッド。