JP2612580B2 - 液体噴射記録ヘッド及び該ヘッド用基板 - Google Patents
液体噴射記録ヘッド及び該ヘッド用基板Info
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- heating resistor
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- B41J2/005—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed characterised by bringing liquid or particles selectively into contact with a printing material
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- B41J2/135—Nozzles
- B41J2/14—Structure thereof only for on-demand ink jet heads
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- B41J2/14088—Structure of heating means
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- B41J2202/00—Embodiments of or processes related to ink-jet or thermal heads
- B41J2202/01—Embodiments of or processes related to ink-jet heads
- B41J2202/03—Specific materials used
Description
【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明はインク等の記録用液体を熱エネルギーを利用
して吐出し、その液滴を形成し、これを紙などの被記録
材に付着させて記録を行なう液体噴射記録ヘッド及び該
ヘッドに用いる基板に関する。
して吐出し、その液滴を形成し、これを紙などの被記録
材に付着させて記録を行なう液体噴射記録ヘッド及び該
ヘッドに用いる基板に関する。
［従来の技術］ 熱エネルギーを、吐出される液滴の形成に利用する液
体噴射記録法に用いる記録ヘッドは、一般にインク等の
記録用液体を吐出する吐出口と；該吐出口に連通し、液
体を吐出するための熱エネルギーが液体に作用する部分
を有する液路と；基体上に設けられた発熱抵抗体と該発
熱抵抗体に電気的に接続された一対の電極とを有する前
記熱エネルギーを発生させるための電気熱変換体とを有
し、例えば第２図の模式的展開斜視図に示すような構造
を有する。
体噴射記録法に用いる記録ヘッドは、一般にインク等の
記録用液体を吐出する吐出口と；該吐出口に連通し、液
体を吐出するための熱エネルギーが液体に作用する部分
を有する液路と；基体上に設けられた発熱抵抗体と該発
熱抵抗体に電気的に接続された一対の電極とを有する前
記熱エネルギーを発生させるための電気熱変換体とを有
し、例えば第２図の模式的展開斜視図に示すような構造
を有する。
このような構成を有していた記録ヘッドのなかで、例
えば特開昭55−126462号公報に開示された記録ヘッドは
第１図に示すように、基体表面に熱エネルギーを発生す
るための発熱抵抗体201と、これに電気信号を供給する
ための電極209、210を薄膜形成技術等により積層して記
録ヘッド用基板202を形成し、更にこの基板上に発熱抵
抗体201に接する液路204と、吐出口217を構成したもの
であった。
えば特開昭55−126462号公報に開示された記録ヘッドは
第１図に示すように、基体表面に熱エネルギーを発生す
るための発熱抵抗体201と、これに電気信号を供給する
ための電極209、210を薄膜形成技術等により積層して記
録ヘッド用基板202を形成し、更にこの基板上に発熱抵
抗体201に接する液路204と、吐出口217を構成したもの
であった。
この記録ヘッドの特徴は、少なくとも発熱抵抗体201
の上部に従来見られた保護層が積層されておらず、この
発熱抵抗体201が発生する熱エネルギーを液路204中の液
体に直接伝達し易い構造を有することにあった。
の上部に従来見られた保護層が積層されておらず、この
発熱抵抗体201が発生する熱エネルギーを液路204中の液
体に直接伝達し易い構造を有することにあった。
電極209、210は金などの耐食性材料であれば保護層21
3、214を設ける必要はないが、A1などの腐食し易い材料
から形成した場合は、図示したようにSiO2等の無機絶縁
物やポリイミド等の耐熱高分子などからなる保護層21
3、214を発熱抵抗体201以外の部分に設けるのが良い。
3、214を設ける必要はないが、A1などの腐食し易い材料
から形成した場合は、図示したようにSiO2等の無機絶縁
物やポリイミド等の耐熱高分子などからなる保護層21
3、214を発熱抵抗体201以外の部分に設けるのが良い。
このような構成の記録ヘッドの発熱抵抗体201の形成
には、適当な抵抗値を示す材料、具体的には、貴金属
（VIII族の元素等）、高融点遷移金属（III、IX、Ｖ、V
I族の元素等）、これらの合金、あるいはこれらの金属
の窒化物、ホウ化物、ケイ化物、炭化物、または酸化
物、更には、シリコン拡散抵抗体、または炭素を主成分
とするアモファス膜などが用いられてきた。
には、適当な抵抗値を示す材料、具体的には、貴金属
（VIII族の元素等）、高融点遷移金属（III、IX、Ｖ、V
I族の元素等）、これらの合金、あるいはこれらの金属
の窒化物、ホウ化物、ケイ化物、炭化物、または酸化
物、更には、シリコン拡散抵抗体、または炭素を主成分
とするアモファス膜などが用いられてきた。
［発明が解決しようとする問題点］ 上記のような発熱抵抗体上に保護層を設けない構成の
記録ヘッドにおいては、その耐久寿命は発熱抵抗体の性
能に大きく依存する。
記録ヘッドにおいては、その耐久寿命は発熱抵抗体の性
能に大きく依存する。
つまり、この発熱抵抗体層は液体を気化するための熱
及び液滴吐出の際に生じるキャビテーション衝撃および
液体の化学的作用を受けるため、耐熱性、耐破傷性、耐
液性、耐酸化性等に優れたものでなければならない。
及び液滴吐出の際に生じるキャビテーション衝撃および
液体の化学的作用を受けるため、耐熱性、耐破傷性、耐
液性、耐酸化性等に優れたものでなければならない。
ところが、これらの全ての要求を十分に満足する発熱
抵抗体形成用材料は未だ知られていなかった。
抵抗体形成用材料は未だ知られていなかった。
例えば、貴金属、高融点遷移金属などの単体金属では
比抵抗が一般的に低く、発熱効率の点で問題があり、ま
た上記金属の窒化物、ホウ化物、ケイ化物、炭化物、酸
化物、あるいはシリコン拡散抵抗体、または炭素を主成
分とするアモファス膜などでは、その原子結合が共有結
合性のためと推測されるが、キャビテーション衝撃によ
る機械的衝撃に弱い場合があった。
比抵抗が一般的に低く、発熱効率の点で問題があり、ま
た上記金属の窒化物、ホウ化物、ケイ化物、炭化物、酸
化物、あるいはシリコン拡散抵抗体、または炭素を主成
分とするアモファス膜などでは、その原子結合が共有結
合性のためと推測されるが、キャビテーション衝撃によ
る機械的衝撃に弱い場合があった。
また、結晶性あるいは多結晶性の合金では化学的安定
性が不十分である場合も多い。
性が不十分である場合も多い。
本発明者らは、上記の問題を解決するために、上述し
た要求を満足する発熱抵抗体形成用材料について種々の
検討を行なったところ、上記の要求を全て十分に満足す
る材料を見い出すに至り本発明を完成した。
た要求を満足する発熱抵抗体形成用材料について種々の
検討を行なったところ、上記の要求を全て十分に満足す
る材料を見い出すに至り本発明を完成した。
本発明の目的は、耐衝撃性、耐熱性、耐破傷性、耐液
性、耐酸化性等に優れた発熱抵抗体を有する液体噴射記
録ヘッド及び該ヘッド用の基板を提供することにある。
性、耐酸化性等に優れた発熱抵抗体を有する液体噴射記
録ヘッド及び該ヘッド用の基板を提供することにある。
［問題点を解決するための手段］ 上記の目的を達成する本発明の液体噴射記録ヘッド
は、液体を吐出する吐出口と；該吐出口に連通し、液体
を吐出するために利用される熱エネルギーが液体に作用
する部分を有する液路と；発熱抵抗体と該発熱抵抗体に
電気的に接続された一対の電極とを有し、これら一対の
電極間の発熱抵抗体部分を前記熱エネルギーを発生させ
るための発熱部とする電気熱変換体とを有する液体噴射
記録ヘッドにおいて、前記発熱部が直接前記液体に接す
るように設けられ、かつ該発熱抵抗体がMx（Fe100-y-zN
iyCrz）100-x（ただし、ＭはTi、Zr、Hf、Nb、Ta及びＷ
からなる群より選ばれた１種以上の元素である）によっ
て表わされる組成のアモルファス合金からなることを特
徴とする。
は、液体を吐出する吐出口と；該吐出口に連通し、液体
を吐出するために利用される熱エネルギーが液体に作用
する部分を有する液路と；発熱抵抗体と該発熱抵抗体に
電気的に接続された一対の電極とを有し、これら一対の
電極間の発熱抵抗体部分を前記熱エネルギーを発生させ
るための発熱部とする電気熱変換体とを有する液体噴射
記録ヘッドにおいて、前記発熱部が直接前記液体に接す
るように設けられ、かつ該発熱抵抗体がMx（Fe100-y-zN
iyCrz）100-x（ただし、ＭはTi、Zr、Hf、Nb、Ta及びＷ
からなる群より選ばれた１種以上の元素である）によっ
て表わされる組成のアモルファス合金からなることを特
徴とする。
本発明に用いる合金の組成は、 Mx（Fe100-y-zNiyCrz）100-x で表わされ、ｘはこの合金がアモルファス化する値に選
ばれるものであり、例えば10〜70原子％、好ましくは20
〜70原子％の範囲とされる。
ばれるものであり、例えば10〜70原子％、好ましくは20
〜70原子％の範囲とされる。
また、ｙは、５〜30原子％、ｚは10〜30原子％とされ
るのが望ましい。
るのが望ましい。
ＭはTi、Zr、Hf、Nb、Ta、Ｗからなる群より選ばれた
１種以上の元素を表わす。すなわち、所望に応じてこれ
らの元素を単独で、あるいはその複数を用いる。
１種以上の元素を表わす。すなわち、所望に応じてこれ
らの元素を単独で、あるいはその複数を用いる。
上記組成式で表わされるアモルファス合金膜は、比抵
抗が150〜300μohm・cmと高く、かつ耐熱性、耐食性、
機械的強度等の液体と直接接触する発熱抵抗体の構成材
料として優れた性質を有する。
抗が150〜300μohm・cmと高く、かつ耐熱性、耐食性、
機械的強度等の液体と直接接触する発熱抵抗体の構成材
料として優れた性質を有する。
このアモルファス合金膜を用いた発熱抵抗体層（第１
図で208で示されたもの）の形成には、通常の薄膜堆積
技術等を適用可能であるが、緻密で高強度のアモルファ
ス合金膜が得易いという観点からは、スパッタリング法
が好適である。
図で208で示されたもの）の形成には、通常の薄膜堆積
技術等を適用可能であるが、緻密で高強度のアモルファ
ス合金膜が得易いという観点からは、スパッタリング法
が好適である。
また、その形成時の基体を100〜200℃に加熱しておく
ことにより強い付着力が得られる。
ことにより強い付着力が得られる。
本発明の液体噴射記録ヘッド及び液体噴射記録ヘッド
用基板の発熱抵抗体以外の構成は例えば第１図および第
２図で示した構成に限られず、いかなる構成を有してい
ても良い。
用基板の発熱抵抗体以外の構成は例えば第１図および第
２図で示した構成に限られず、いかなる構成を有してい
ても良い。
例えば、発熱抵抗体上に保護層を設けて用いても良
い。
い。
［実施例］ 以下実施例および比較例に従い本発明を更に詳細に説
明する。
明する。
実施例１ その表面に熱酸化処理によって蓄熱層207としての５
μｍのSiO2膜が設けられているSiウエハー206を基体と
して用い、その蓄熱層207上に発熱抵抗体層208としてTa
50（Fe73Ni10Cr17）50を基体温度を100℃にし、スパッ
タリング法にて2400Åの膜厚で成膜し、更にその上にA1
層を5000Åの膜厚でスパッタリング法により成膜した。
μｍのSiO2膜が設けられているSiウエハー206を基体と
して用い、その蓄熱層207上に発熱抵抗体層208としてTa
50（Fe73Ni10Cr17）50を基体温度を100℃にし、スパッ
タリング法にて2400Åの膜厚で成膜し、更にその上にA1
層を5000Åの膜厚でスパッタリング法により成膜した。
次に、フォトリソ工程により第２図に示したような所
望の形状にA1層および発熱抵抗体層をパターニングし
て、発熱抵抗体201と一対の電極209、210を有する電気
熱変換体を形成した。
望の形状にA1層および発熱抵抗体層をパターニングし
て、発熱抵抗体201と一対の電極209、210を有する電気
熱変換体を形成した。
更に、この基板の上に保護層213、214として感光性ポ
リイミド（東レ社製、フォトニース）をスピンコート
し、所定の形状にパターニングした。
リイミド（東レ社製、フォトニース）をスピンコート
し、所定の形状にパターニングした。
以上のようにして電気熱変換体を形成した基板202上
に、液路204となる溝を有するガラス板203をエポキシ系
接着剤を介して積層して第１図および第２図に示したよ
うな構成を有する液体噴射記録ヘッドを得た。
に、液路204となる溝を有するガラス板203をエポキシ系
接着剤を介して積層して第１図および第２図に示したよ
うな構成を有する液体噴射記録ヘッドを得た。
実施例２ 発熱抵抗体層として厚さ2300ÅのTi25（Fe73Ni10C
r17）75をスパッタリングした以外は実施例１と同様に
して記録ヘッドを作製した。
r17）75をスパッタリングした以外は実施例１と同様に
して記録ヘッドを作製した。
実施例３ 発熱抵抗体層として厚さ2000ÅのZr28（Fe73Ni10C
r17）72をスパッタリングした以外は実施例１と同様に
して記録ヘッドを作製した。
r17）72をスパッタリングした以外は実施例１と同様に
して記録ヘッドを作製した。
実施例４ 発熱抵抗体層として厚さ2100ÅのHf28（Fe73Ni10C
r17）72をスパッタリングした以外は実施例１と同様に
して記録ヘッドを作製した。
r17）72をスパッタリングした以外は実施例１と同様に
して記録ヘッドを作製した。
実施例５ 発熱抵抗体層として厚さ2400ÅのNb56（Fe68Ni11C
r21）44をスパッタリングした以外は実施例１と同様に
して記録ヘッドを作製した。
r21）44をスパッタリングした以外は実施例１と同様に
して記録ヘッドを作製した。
実施例６ 発熱抵抗体層として厚さ2100ÅのW31（Fe68Ni11C
r21）69をスパッタリングした以外は実施例１と同様に
して記録ヘッドを作製した。
r21）69をスパッタリングした以外は実施例１と同様に
して記録ヘッドを作製した。
実施例７ 発熱抵抗体層として厚さ1900ÅのTa32Ti18（Fe73Ni10
Cr17）50をスパッタリングした以外は実施例１と同様に
して記録ヘッドを作製した。
Cr17）50をスパッタリングした以外は実施例１と同様に
して記録ヘッドを作製した。
実施例８ 発熱抵抗体層として厚さ2200ÅのNb28Zr20（Fe73Ni10
Cr17）52をスパッタリングした以外は実施例１と同様に
して記録ヘッドを作製した。
Cr17）52をスパッタリングした以外は実施例１と同様に
して記録ヘッドを作製した。
実施例９ 発熱抵抗体層として厚さ1800ÅのHf35W22（Fe73Ni10C
r17）43をスパッタリングした以外は実施例１と同様に
して記録ヘッドを作製した。
r17）43をスパッタリングした以外は実施例１と同様に
して記録ヘッドを作製した。
実施例10 発熱抵抗体層として厚さ2000ÅのTa40Ti13Nb11（Fe73
Ni10Cr17）36をスパッタリングした以外は実施例１と同
様にして記録ヘッドを作製した。
Ni10Cr17）36をスパッタリングした以外は実施例１と同
様にして記録ヘッドを作製した。
実施例11 発熱抵抗体層として厚さ2400ÅのTi9（Fe73Ni10C
r17）91をスパッタリングした以外は実施例１と同様に
して記録ヘッドを作製した。
r17）91をスパッタリングした以外は実施例１と同様に
して記録ヘッドを作製した。
なお、この組成を有する膜をＸ線回折測定で分析した
ところ多結晶膜であった。
ところ多結晶膜であった。
比較例１ 発熱抵抗体層として厚さ2500ÅのHfB2をスパッタリン
グした以外は実施例１と同様にして記録ヘッドを作製し
た。
グした以外は実施例１と同様にして記録ヘッドを作製し
た。
以上の実施例１〜11及び比較例１で得た記録ヘッドを
それぞれ用いて液体噴射記録用のインクを用いて以下の
条件で記録を行ない、その耐久性を試験した。
それぞれ用いて液体噴射記録用のインクを用いて以下の
条件で記録を行ない、その耐久性を試験した。
記録条件；駆動パルスを2kHz、５μsecとし、印加エネ
ルギーは液体噴射閾値エネルギーの1.3倍とした。
ルギーは液体噴射閾値エネルギーの1.3倍とした。
得られた結果から作成した故障率のワイブルプロット
を第３図に示す。なお、発熱抵抗体の抵抗値が初期値の
120％を越えた時点を故障と認定した。
を第３図に示す。なお、発熱抵抗体の抵抗値が初期値の
120％を越えた時点を故障と認定した。
第３図からも明らかであるように、本発明の記録ヘッ
ドである実施例１〜11の記録ヘッドはいずれも比較例１
の記録ヘッドよりも長寿命であり、特に実施例１〜10の
記録ヘッドに関しては更に優れた性能を有するものであ
った。
ドである実施例１〜11の記録ヘッドはいずれも比較例１
の記録ヘッドよりも長寿命であり、特に実施例１〜10の
記録ヘッドに関しては更に優れた性能を有するものであ
った。
［発明の効果］ 本発明の液体噴射記録ヘッド用基板を用いた記録ヘッ
ドは、発熱抵抗体に特定の組成を有するアモルファス合
金膜を用いたことにより、発熱抵抗体上に保護膜がない
構成としてた場合でも、十分な耐久性を有するものであ
る。
ドは、発熱抵抗体に特定の組成を有するアモルファス合
金膜を用いたことにより、発熱抵抗体上に保護膜がない
構成としてた場合でも、十分な耐久性を有するものであ
る。
したがって、液体への熱伝導が効率良く行なわれ、少
ない消費電力での使用が可能であり、かつ耐久性に優れ
た記録ヘッドが本発明により提供された。
ない消費電力での使用が可能であり、かつ耐久性に優れ
た記録ヘッドが本発明により提供された。
【図面の簡単な説明】 第１図は液体噴射記録ヘッドの主要部の構造を示す部分
断面図、第２図は液体噴射記録ヘッドの主要部の構造を
示す模式的展開斜視図、第３図は実施例および比較例で
得た液体噴射記録ヘッドの耐久性試験の結果を表わすワ
イブルプロットである。 201;発熱抵抗体、202;基板 203;天板、204;液路 205;液路壁、206;基体 207;蓄熱層、208;発熱抵抗体層 209、210;電極、213、214;保護層 217;吐出口
断面図、第２図は液体噴射記録ヘッドの主要部の構造を
示す模式的展開斜視図、第３図は実施例および比較例で
得た液体噴射記録ヘッドの耐久性試験の結果を表わすワ
イブルプロットである。 201;発熱抵抗体、202;基板 203;天板、204;液路 205;液路壁、206;基体 207;蓄熱層、208;発熱抵抗体層 209、210;電極、213、214;保護層 217;吐出口
Claims (4)
- 【請求項１】液体を吐出する吐出口と；該吐出口に連通
し、液体を吐出するために利用される熱エネルギーが液
体に作用する部分を有する液路と；発熱抵抗体と該発熱
抵抗体に電気的に接続された一対の電極とを有し、これ
ら一対の電極間の発熱抵抗体部分を前記熱エネルギーを
発生させるための発熱部とする電気熱変換体と；を有す
る液体噴射記録ヘッドにおいて、 前記発熱部が直接前記液体に接するように設けられ、か
つ該発熱抵抗体が Mx（Fe100-y-zNiyCrz）100-x （ただし、ＭはTi、Zr、Hf、Nb、Ta及びＷからなる群よ
り選ばれた１種以上の元素である） によって表わされる組成のアモルファス合金からなる ことを特徴とする液体噴射記録ヘッド。 - 【請求項２】ｘが10〜70原子％、ｙが５〜30原子％、ｚ
が10〜30原子％である請求項１に記載の液体噴射記録ヘ
ッド。 - 【請求項３】基体と、該基体上に設けられた発熱抵抗体
と、所定間隔をおいて前記発熱抵抗体に電気的に接続さ
れた一対の電極とを有し、これら一対の電極の所定間隔
内の発熱抵抗体部分を発熱部とする電気熱変換体を具備
し、吐出用の液体が前記発熱部と直接接触する構成の液
体噴射記録ヘッドの作製に用いる基板において、 前記発熱抵抗体が Mx（Fe100-y-zNiyCrz）100-x （ただし、ＭはTi、Zr、Hf、Nb、Ta及びＷからなる群よ
り選ばれた１種以上の元素である） によって表わされる組成のアモルファス合金からなる ことを特徴とする液体噴射記録ヘッド用基板。 - 【請求項４】ｘが10〜70原子％、ｙが５〜30原子％、ｚ
が10〜30原子％である請求項３に記載の液体噴射記録ヘ
ッド用基板。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62303712A JP2612580B2 (ja) | 1987-12-01 | 1987-12-01 | 液体噴射記録ヘッド及び該ヘッド用基板 |
| DE88120024T DE3885241T2 (de) | 1987-12-01 | 1988-11-30 | Trägerschicht für Flüssigkeitsstrahlkopf und Flüssigkeitsstrahlvorrichtung, versehen mit solch einem Kopf. |
| EP88120024A EP0318982B1 (en) | 1987-12-01 | 1988-11-30 | Liquid jet head, substrate for said head and liquid jet apparatus having said head |
| US07/742,728 US5113203A (en) | 1987-12-01 | 1991-08-06 | Liquid jet head, substrate for said head and liquid jet apparatus having said head |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62303712A JP2612580B2 (ja) | 1987-12-01 | 1987-12-01 | 液体噴射記録ヘッド及び該ヘッド用基板 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01145157A JPH01145157A (ja) | 1989-06-07 |
| JP2612580B2 true JP2612580B2 (ja) | 1997-05-21 |
Family
ID=17924342
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62303712A Expired - Fee Related JP2612580B2 (ja) | 1987-12-01 | 1987-12-01 | 液体噴射記録ヘッド及び該ヘッド用基板 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5113203A (ja) |
| EP (1) | EP0318982B1 (ja) |
| JP (1) | JP2612580B2 (ja) |
| DE (1) | DE3885241T2 (ja) |
Families Citing this family (15)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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