JP3155423B2 - 発熱抵抗体、該発熱抵抗体を備えた液体吐出ヘッド用基体、該基体を備えた液体吐出ヘッド、及び該液体吐出ヘッドを備えた液体吐出装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、熱エネルギーを利用し
て液体（例えばインク）を吐出、好ましくは飛翔させ
て、普通紙、加工紙、布、ＯＨＰ用紙等の媒体に所望の
画像或は模様を形成するための液体吐出ヘッド及び液体
吐出装置、或は、液体吐出ヘッド用発熱部材（基体）と
その製造方法に関し、特に、少なくとも発熱抵抗体がＴ
ａＮ_0.8を含むことで、製造精度の向上を含む製造コス
トの低減や耐久性、発熱状態の安定化を達成できる発明
に関する。

【０００２】更に本発明は、プリンタ、ファクシミリや
複写機、或は複合機等の各種の出力機能を持つ機器や、
それを用いて所望記録を所望媒体にプリントするシステ
ムにも適用可能な発明である。

【０００３】

【従来の技術】一般に窒化タンタルとして、ＴａＮ、Ｔ
ａ₂ Ｎ抵抗体を記載している代表的な特許は、米国特許
第３，２４２，００６号明細書であることが知られてい
る。この特許には、実施例に、ＤＣ反応性スパッタリン
グ法により、カソード電極にＴａ材料を使用し、窒素ガ
スとアルゴンガスとを使用し、雰囲気温度４００℃、基
板温度４００℃、窒素分圧１×１０^-4ｍｍＨｇの条件
で、ＤＣ電圧（５０００Ｖ）を電極間に印加して前記タ
ンタル材料（カソード電極）をスパッタして形成され
る、ｈｅｘａｇｏｎａｌ構造ではないが、塩化ナトリウ
ム型構造を有する窒化タンタル（ＴａＮ）で構成された
抵抗体が記載されている。更に、この公報には、ｈｅｘ
ａｇｏｎａｌ構造のＴａ₂ Ｎで構成された抵抗体を得る
ための条件やＴａＮとＴａ₂ Ｎとの混在物で構成された
抵抗体を得るための条件を開示している。この公報が開
示するように、実質的にＴａＮだけで構成される（Ｔａ
Ｎ単独とも表現する）薄膜を有する抵抗体と実質的にＴ
ａ₂ Ｎ（Ｔａ₂ Ｎ単独とも表現する）だけで構成される
薄膜を有する抵抗体（それぞれ不純物を含む場合が考慮
されている）或は、ＴａＮとＴａ₂ Ｎとの混合物で構成
される薄膜を有する低抗体を得ることは知られている。

【０００４】一方、熱エネルギーを利用してインクを吐
出、好ましくは飛翔させて、普通紙、加工紙、布、ＯＨ
Ｐ用紙等の媒体に所望の画像を形成するためのインクヘ
ッド及びインク記録装置としては、インクジェット方式
が有効であることが確認されている。中でも、所謂オン
デマンド方式のインクジェット記録方式は、周囲への騒
音を大幅に低減し得ることから、最も優れているもので
ある。

【０００５】その基本的な特許としては米国特許第４，
８４９，７７４号公報（西ドイツ登録第２８４３０６４
号明細書）に記載されたものがある。この特許には、イ
ンクを吐出用発熱抵抗体の例として窒化タンタル（tant
alum nitride)，ＨｆＢ₂ 等が挙げられている。ここ
で、窒化タンタルは上記ＴａＮ単独、上記Ｔａ₂ Ｎ単独
及びこれらの混合物を含むものである。これらの基本的
な特許が完成する段階では、これらの発熱抵抗体は膜沸
騰現象を用いて記録を行う際のインク吐出特性、プリン
ト速度、及びプリント条件を、当時（１９７７年以前）
の水準で満足はできたものの、１０〜６４等の多数の吐
出口に対する安定化や耐久性等の近年（１９８３年以降
現在及び将来）の市場要求を満足して実用化されている
ものは窒化タンタルではなく、ＨｆＢ₂ やＴａＡｌに限
られていている。つまり、上記公報で認識されていた窒
化タンタルは、上記米国特許第３，２４２，００６号明
細書に記載されているような、ＴａＮ抵抗体単体、Ｔａ
₂ Ｎ抵抗体単体或はこれらを混在させた抵抗体にしか過
ぎなかった。

【０００６】ここで、窒化タンタルを発熱抵抗体として
使用し、感熱紙やインクリボンに直接接触するサーマル
ヘッドにおける公知資料は数多くあるものの、そこに開
示されている発熱抵抗体は、上記米国特許第３，２４
２，００６号明細書において開示される抵抗体と同等で
ある。中でも、特殊なものとしては、米国特許第４，７
３７，７０９号明細書に記載されている（１０１）方向
に配向されたＴａ₂ Ｎ発熱抵抗体がある。この発明は、
Ｔａ₂ Ｎ発熱抵抗体の中でも配向性に注目し、耐久性を
向上できるものとして（１０１）方向の配向のＴａ₂ Ｎ
発熱抵抗体を得たものである。

【０００７】ここで注目すべきは、サーマルヘッドでは
主として実用化されている窒化タンタル発熱抵抗体が、
インクジェットヘッドには実用化されていないという事
実である。その理由は次の通りである。即ち、サーマル
ヘッドでは、発熱抵抗体に印加される電力は１ｍｓｅｃ
の間に１Ｗ程度であるのに対して、インクジェットヘッ
ドでは、短時間にインクを気化させるために、例えば７
μｓｅｃの間に３Ｗ〜４Ｗ相当の電力を発熱抵抗体に印
加することになる。これは、サーマルヘッドの発熱抵抗
体に印加する電力の数倍の大きさであるため、従来の窒
化タンタル（ＴａＮ抵抗体単体、Ｔａ₂ Ｎ抵抗体単体或
はこれらを混在させた抵抗体）をインクジェットヘッド
の発熱抵抗体として使用して駆動すると、大きなエネル
ギーの印加によりその抵抗値は短期間で大きくなる傾向
を示す。この抵抗値変化は、サーマルヘッドでも多少見
られるが画像の急激な劣化を引き起こすものではないの
に対して、インクジェットヘッドでは、気泡の発生を不
安定な状態にして吐出されるインク滴の量の減少を招
き、結果として記録品位を低下させてしまうのである。

【０００８】以上から、従来で知られているサーマルヘ
ッドの分野における窒化タンタル発熱抵抗体が、現実的
には近来のインクジェットヘッドには実用化されていな
いことが理解できよう。無論、サーマルヘッドの分野に
おける窒化タンタル発熱抵抗体を使用条件の厳しいイン
クジェットヘッドの発熱抵抗体の構成材料として利用す
るための更なる研究を示唆するものもサーマルヘッドの
分野においては見られなかったこともその裏付けとなろ
う。

【０００９】尚、このような事実から、インクジェット
製品の実用化レベルにおける発熱抵抗体の構成材料とし
ては、主としてＨｆＢ₂ が使用されている。

【００１０】更に、その後のインクジェット分野の窒化
タンタル（ＴａＮ，Ｔａ₂ Ｎ）の公知資料について調査
すると、米国特許第４，５３５，３４３号明細書、特開
昭５４−５９９３６号公報、又は特開昭５５−２７２８
１号公報が存在する。

【００１１】具体的には、米国特許第４，５３５，３４
３号明細書には、ＲＦ又はＤＣダイオードスパッタリン
グ法により、アルゴンガスと窒素ガスとの１０：１容量
割合の混合物からなる雰囲気でタンタルターゲットをス
パッタして得られた窒化タンタル（Ｔａ₂ Ｎ単体）で構
成された抵抗層を有する熱インクジェットプリントヘッ
ドが記載されているが、現在求められている記録品位の
水準を到底満足するものではない。

【００１２】また、特開昭５４−５９９３６号公報及び
特開昭５５−２７２８１号公報には、蒸着法又はスパッ
タリング法により得られる窒化タンタル（Ｔａ₂ Ｎ単
体）で構成された発熱抵抗体を有する記録ヘッドが記載
されている。これらの公報に記載された窒化タンタル
は、いずれもいわゆるＴａ₂ Ｎ_hexagonal 構造（以下、
単にＴａ₂ Ｎ_hex と略称することがある）のものであ
る。このＴａ₂ Ｎ_hex で構成された発熱抵抗体も、上記
ＴａＮ発熱抵抗体と同様に、長時間連続してインク吐出
を行う記録動作にあっては抵抗値が大きく減少してしま
い、インク吐出量の減少を招いて記録画像の画質を劣化
させてしまう問題がある。従って、Ｔａ₂ Ｎ_{he x} 単体
も、インクジェットヘッドの抵抗体の構成材料として使
用に値しないものであると評価され、実際には使用可能
水準にさえ達していないため、その後、更なる研究はな
されていない。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述したＨ
ｆＢ₂ は、上記窒化タンタル（ＴａＮ単体、Ｔａ₂ Ｎ_he
x 単体、或はこれらを混在させた抵抗体）に比べて、イ
ンクジェット記録ヘッドの発熱抵抗体の材料として実用
化水準を満足するものとして評価され使用されてはいる
ものの、ＨｆＢ₂ では後述するような課題があることが
本発明者達によって見いだされてきた。

【００１４】第１の問題点は、ＨｆＢ₂ を取り巻く環境
の課題である。つまり、抵抗材料であるＨｆＢ₂ は、僅
か１〜２社のみの供給、加工に委ねられているので、定
常的提供が保証されていないばかりか、ＨｆＢ₂ の原料
たるＨｆは、原子力燃料製造工程から得られる副産物で
あるところ、環境問題が世界的に議論されていることか
らして、将来的安定供給は必ずしも保証されていない。

【００１５】第２の問題点は、市場要求を満足できる性
能の課題である。まず、発熱抵抗体を駆動する駆動条件
が室温等の環境条件に対して吐出応答性を向上させるた
めの発熱体へのパルス印加方法として、インクの吐出量
のコントロールが可能であるダブルパルス化が有効であ
ることがわかってきた。特に、インクジェット記録をカ
ラーで行う場合は有効であることがわかってきた。とこ
ろが、発熱体への印加パルスのダブルパルス化におい
て、発熱抵抗体の材料には特に耐久性に関して高いレベ
ルの耐久性が要求される。また、ヘッド基体にインク吐
出用の発熱抵抗体と同じ膜層で作られたダミー発熱抵抗
体（インクの吐出を行うための発熱抵抗体ではない）の
抵抗値を、プリンタ本体側から測定してインク吐出用の
発熱抵抗体の抵抗値を推定する構成が開発されている。
その際に、測定誤差を考慮して高めの印加エネルギーを
発熱抵抗体に印加する必要があるので、この点からも発
熱抵抗体の材料には特に耐久性に関して高いレベルの耐
久性が要求される。

【００１６】ところが、ＨｆＢ₂ は要求されるような上
述の耐久性を充分に満足するものではない。

【００１７】第３の問題点は、主に製造関係の課題であ
る。ＨｆＢ₂ はＲＦスパッタリング法により作製される
が、そのようにして得られたＨｆＢ₂ 膜の品質を一定に
することは困難であった。即ち、スパッタリングのター
ゲット材に含まれる不純物がＭＯＳ等の半導体素子への
悪影響を与える恐れが大きく、そのためＨｆＢ₂ は半導
体素子製造プロセスとの相性が良くないことがである。
ところが、近年のインクジェット記録用ヘッド基体への
印加信号ロジック系回路及びヒータードライバを構成す
るＢｉ−ＣＭＯＳ集積回路を一体に作り込んだヘッド基
体の採用に対しては、上述したＨｆＢ₂ と半導体素子製
造プロセスとの相性の悪さが大きな問題となる場合があ
る。

【００１８】これらの様に、本発明者達は、上述したＨ
ｆＢ₂ をインクジェット記録ヘッドの発熱抵抗体の材料
として用いる際の問題点を解決するために種々の実験を
介して検討を重ねた。そして、本発明者達は、一度はイ
ンクジェット記録ヘッドの発熱体としては不適であると
されたものの、半導体の一般的な材料として安定して入
手可能であり、ＨｆＢ₂ のように原子力燃料製造に何ら
の係りを持たず、比較的簡単な成膜法に依り容易に成膜
できる材料である窒化タンタルに再度着目して研究を重
ねた。その際、上記公報の製造方法によって、上記Ｔａ
Ｎ抵抗体単体、Ｔａ₂ Ｎ抵抗体単体或はこれらを混在さ
せた抵抗体を得て、それらの特性を再確認したが、本発
明の要求を満足するものではなかった。

【００１９】更に鋭意探究したところ、本発明者達は、
発熱抵抗体への大きな電力の印加にも関わらず、経時的
抵抗値の変動が小さく、安定したインクの吐出が得られ
るという特性を有し、インクジェット記録ヘッドの発熱
体として好適であって、従来知られている構造の窒化タ
ンタル（ＴａＮ抵抗体単体、Ｔａ₂ Ｎ抵抗体単体或はこ
れらを混在させた抵抗体）とは異なる画期的な窒化タン
タル（ＴａＮ_{0.8 hex}を含む）を見い出すに至った。即
ち、本発明は、この「ＴａＮ_{0.8 hex} を含む窒化タンタ
ル」によって完成に至ったのである。

【００２０】従って、本発明の主たる目的は、従来のイ
ンクジェット記録ヘッド用の発熱抵抗体について上述し
た諸問題を解決し、高品位な記録画像を長期にわたって
得ることを可能にする液体吐出ヘッド用のＴａＮ_0.8
hex を含む窒化タンタルで構成された発熱抵抗体を提供
することにある。

【００２１】本発明の他の目的は、上記ＴａＮ_{0.8 hex}
を含む窒化タンタルで構成された発熱抵抗体を備えた液
体吐出ヘッド用基体、該基体を備えた液体吐出ヘッド、
及び該液体吐出ヘッドを備えた液体吐出装置を提供する
ことを目的とする。

【００２２】本発明の他の目的は、駆動信号として、吐
出のための主パルスの前に更に予備パルスを与える液体
吐出ヘッドの駆動方法による長期繰り返し記録を行った
場合でも、良好な画像品位を保つことができる液体吐出
ヘッド用のＴａＮ_{0.8 hex} を含む窒化タンタルで構成さ
れた発熱抵抗体、該発熱抵抗体を備えた液体吐出ヘッド
用基体、該基体を備えた液体吐出ヘッド、及び該液体吐
出ヘッドを備えた液体吐出装置を提供することを目的と
する。

【００２３】本発明の他の目的は、Ｂｉ−ＣＭＯＳ型ト
ランジスタ等の半導体素子へ悪影響を与えることのない
特定の窒化タンタルで構成された液体吐出ヘッド用のＴ
ａＮ _{0.8 hex} を含む窒化タンタルで構成された発熱抵抗
体、該発熱抵抗体を備えた液体吐出ヘッド用基体、該基
体を備えた液体吐出ヘッド、及び該液体吐出ヘッドを備
えた液体吐出装置を提供することを目的とする。

【００２４】本発明の他の目的は、蓄熱層／ＴａＮ_0.8
hex を含む窒化タンタルで構成された発熱抵抗体を形成
する抵抗層／保護層／耐キャビテーション層からなる積
層構造を有し、上記抵抗層の構成原子の中の少なくとも
１種の原子を構成原子とする材料を用いて他の層のそれ
ぞれが構成されていて、各層間の密着性が確保された液
体吐出ヘッド用基体、該基体を備えた液体吐出ヘッド、
及び該液体吐出ヘッドを備えた液体吐出装置を提供する
ことを目的とする。

【００２５】

【課題を解決するための手段】本発明は、本発明者達が
実験を介して得たこれらの知見に基づいて完成したもの
である。本発明は、ＴａＮ_{0.8 hex} を含む窒化タンタル
で構成される液体吐出ヘッド用の発熱抵抗体、該発熱抵
抗体を有する液体吐出ヘッド用基体、及び該基体を備え
た液体吐出装置を包含する。

【００２６】本発明の液体吐出ヘッド用発熱抵抗体は、
熱エネルギーを用いて吐出口から液体を吐出する液体吐
出ヘッドに設けられる発熱抵抗体であって、ＴａＮ_0.8
を含むことを特徴とする。中でも特に最良の液体吐出ヘ
ッド用発熱抵抗体は、熱エネルギーを用いて吐出口から
液体を吐出する液体吐出ヘッドに設けられる発熱抵抗体
であって、ＴａＮ_0.8 のみで構成されることを特徴とす
る。

【００２７】本発明のさらに他の形態による液体吐出ヘ
ッド用発熱抵抗体は、熱エネルギーを用いて吐出口から
液体を吐出する液体吐出ヘッドに設けられる発熱抵抗体
であって、ＴａＮ_0.8 およびＴａ₂ Ｎを含み、より好ま
しくはそのＴａＮ_0.8 が１７ｍｏｌ％以上１００ｍｏｌ
％未満であるか或は、ＴａＮ_0.8 およびＴａＮを含み、
より好ましくはそのＴａＮ_0.8 が２０ｍｏｌ％以上１０
０ｍｏｌ％未満であることを特徴とする。

【００２８】本発明の液体吐出ヘッドは、上述のような
液体吐出ヘッド用基体を有する。この場合、上述ヘッド
を用いて吐出可能な液体であるならば液体の性質は問わ
ないものである。また、ＴａＮ_0.8 およびＴａＮを含む
発熱抵抗体を用い、液体収納部を別体としてもよい。ま
た、ＴａＮ_0.8 およびＴａ₂ Ｎを含む発熱抵抗体を用
い、液体収納部を一体とし一体交換タイプとしてもよ
い。

【００２９】また、ＴａＮ_0.8 およびＴａ₂ Ｎを含む発
熱抵抗体を配した液路に連通する液体吐出口をシート媒
体の幅方向にわたって設けてもよい。また、該液体吐出
口の数は６４以上としてもよい。

【００３０】本発明の液体吐出カートリッジは、上述し
たような液体吐出ヘッドを用い、液体吐出装置に着脱自
在に構成されたことを特徴とする。

【００３１】本発明の液体吐出ヘッドユニットは、上述
したような液体吐出ヘッドを複数用いて構成されたこと
を特徴とする。

【００３２】本発明の液体吐出装置は、上述したような
液体吐出ヘッド、または、液体吐出カートリッジ、また
は、液体吐出ヘッドユニットを用いて媒体に液体を吐出
することを特徴とする。

【００３３】上記液体吐出装置を駆動する本発明の液体
吐出装置の駆動方法は、発熱抵抗体を発熱するための駆
動条件が、液体を吐出する一番低い電圧Ｖ_thの１．１倍
以上１．４倍以下の電圧により駆動することを特徴とす
る。

【００３４】本発明の他の形態による液体吐出装置の駆
動方法は、少なくとも液体吐出用素子として発熱抵抗体
を多数用いる液体吐出ヘッドの駆動方法であって、該発
熱抵抗体のそれぞれがＴａＮ_0.8 を含み、１０ｋＨｚ以
上の駆動周波数で駆動されることを特徴とする。

【００３５】本発明の液体吐出ヘッド用基体の製造方法
は、窒素ガスとアルゴンガスからなる混合ガス雰囲気を
形成し、前記窒素ガスの分圧を２２％以上２６％以下の
範囲とし、前記雰囲気の温度を１５０℃以上２３０℃以
下の範囲とし、基板温度を１８０℃以上２３０℃以下の
範囲とし、スパッタリングＤＣパワーを１．０ｋＷ以上
４．０ｋＷ以下の範囲とし、反応性スパッタリングを行
ってＴａＮ_0.8 を含む発熱抵抗体を形成する工程を包含
することを特徴とする。

【００３６】本発明の液体吐出ヘッドの製造方法は、少
なくとも液体吐出用素子として発熱抵抗体を用いる液体
吐出ヘッドの製造方法であって、該発熱抵抗体と共に該
ヘッドに備えられる機能素子と該発熱抵抗体とが、Ｔａ
Ｎ_0.8 を含むことを特徴とする。

【００３７】本発明の記録ヘッド用抵抗体は、記録媒体
に記録を行う記録ヘッドに設けられる抵抗体であって、
ＴａＮ _0.8 を含むことを特徴とする。なお、本発明で用
いられるＴａＮ_0.8はいずれも六方晶系（hexagonal）構
造ののものである。

【００３８】

【作用】本発明者らは、従来のインクジェット記録ヘッ
ド用基体の発熱抵抗体に於ける上述した問題点を解決
し、前記目的を達成すべく以下に述べる幾多の実験を介
して鋭意研究した。その結果、本発明者らは下述する知
見を得るに至った。

【００３９】タンタル（Ｔａ）材料（純度９９．９９
％）をターゲットに使用し、アルゴンガス（Ａｒ）及び
窒素ガス（Ｎ₂ ）をスパッタリングガスに使用し、Ｎ₂
分圧、雰囲気温度及び基板温度をそれぞれ所定範囲にコ
ントロールして反応性スパッタリング法により前記タン
タルターゲットを前記スパッタリングガスでスパッタす
ることにより、ＴａＮ_0.8 を有する膜を得た。このＴａ
Ｎ_0.8 を有する膜を液体吐出ヘッド用基板の発熱抵抗体
に使用したところ、該発熱抵抗体は、長期の連続使用に
あっても抵抗値の変動は極めて少なく、長寿命で信頼性
の高いものであることが判明した。そして、該発熱抵抗
体を有する液体吐出ヘッド用基体を備えた液体吐出ヘッ
ドは、ヘッドの駆動信号として液体の吐出のための主パ
ルスの前に予備パルスを与えて液体の吐出を行う吐出方
式にあって、長期の間の繰り返し吐出にあっても安定し
た液体の吐出をもたらし、インクジェット記録ヘッドと
して用いた場合にも高品質の記録を可能にするものであ
ることが判明した。

【００４０】また、液体吐出ヘッド用基体の積層構造
を、その発熱抵抗体を上述のＴａＮ_{0. 8} を有する膜で構
成し、他の構成層、即ち蓄熱層、保護層及び耐キャビテ
ーション層のそれぞれをＴａＮ_0.8 を有する抵抗層の構
成原子のＴａ及びＮの中の少なくともいずれか一方の原
子を構成原子とする材料で構成して、ＳｉＮ又はＳｉＯ
Ｎ層（蓄熱層）／ＴａＮ_0.8 を有する抵抗層（発熱抵抗
体）／ＳｉＮ又はＳｉＯＮ層（保護層）／Ｔａ層（耐キ
ャビテーション層）とした場合、ＴａＮ_0.8 を有する抵
抗層の上述した利点が更に発揮されるとともに、これら
の層間の密着性が確保されて、発熱抵抗体に繰り返し作
用する熱的パルス及びそれによる衝撃力に対して充分に
耐久性を有し、液体吐出ヘッドの長期繰り返し使用にあ
っても絶えず所望の液体吐出をもたらすものとすること
が判明した。

【００４１】本発明による上記ＴａＮ_0.8 を有する発熱
抵抗体は、媒体に液体を吐出する液体吐出ヘッドに好適
に用いられるだけではなく、液体吐出口（インク吐出
口）からインクを吐出して記録媒体に記録を行うインク
ジェット記録ヘッドにも適用されるものであり、従来の
ＨｆＢ₂ からなる発熱抵抗体の場合に比べて、その構成
材料の供給が常時安定して成されるものであるという利
点を有していることがわかった。また、当該発熱抵抗体
は、その製造方法において、ＨｆＢ₂ で構成される発熱
抵抗体の製造の場合のように不純物を不可避的に含有す
るターゲットを使用しないところ、当該発熱抵抗体を使
用して６４以上の液体吐出口を有する高速液体吐出ヘッ
ドを製造する場合、液体吐出ヘッド駆動用素子に対する
不純物のコンタミネーション等の悪影響の問題はない。
また、当該発熱抵抗体は信頼性が高く、且つ、今後の主
流となる主パルスと副パルスとの２つのパルスによって
液体吐出状態をコントロールする駆動方法においても充
分な耐久性を達成できる等の利点を有していることがわ
かった。

【００４２】本発明による液体吐出ヘッド用基体の発熱
抵抗体は、従来の窒化タンタル（Ｔａ₂ Ｎ単体等）で構
成された発熱抵抗体の場合と比較して、液体吐出ヘッド
を短パルス（１μｓｅｃ以上１０μｓｅｃ以下）による
高周波で駆動した場合にも、所望の耐久性が維持され、
インクジェット記録ヘッドに用いた場合には高品位の記
録画像を長期にわたってもたらす作用効果が得られた。

【００４３】本発明による液体吐出ヘッドは、上記Ｔａ
Ｎ_0.8 を有する発熱抵抗体を備えたものであるところ、
高速駆動における複数パルスによる吐出状態をコントロ
ールする駆動方法においても充分な耐久性を有し、イン
クジェット記録ヘッドに用いた場合には高品位の画像記
録を確保でき、また、記録スピードの高速化に最適なマ
ルチノズル化が容易に達成できる利点を有することが判
明した。

【００４４】こうしたことから、本発明による液体吐出
ヘッドは、公知の窒化タンタルで構成された発熱抵抗体
を有する従来のインクジェット記録ヘッドを次の点で卓
越するものである。即ち、繰り返しパルスを印加する場
合にあっても、発熱抵抗体の抵抗値の変動は極めて小さ
い。これにより、常時安定して所望の液体吐出がなさ
れ、インクジェット記録ヘッドとして用いた場合、高品
質の記録画像を常時安定して形成できることが保証され
た。

【００４５】

【実施例】図１は、本発明のインクジェット記録ヘッド
用基体１００のインク路に相当する部分の断面構成を示
すものである。図１において、１０１はシリコン基板、
１０２は蓄熱層であるところの熱酸化膜を示す。１０３
は蓄熱層を兼ねる層間膜であるところのＳｉＯ膜または
ＳｉＮ膜、１０４は抵抗層、１０５はＡｌまたはＡｌ−
Ｓｉ、Ａｌ−Ｃｕ等のＡｌ合金配線、１０６は保護膜で
あるところのＳｉＯ膜、ＳｉＮ膜またはＳｉＯ膜を示
す。１０７は抵抗層１０４の発熱に伴う化学的、物理的
衝撃から保護膜１０６を守るための耐キャビテーション
膜である。また、１０８は、電極配線１０５が形成され
ていない領域の抵抗層１０４の熱作用部である。

【００４６】抵抗層１０４は、機能素子としての発熱抵
抗体を電極としての配線１０５間に位置せしめ、発熱抵
抗体は無論のこと、抵抗層１０４全体がＴａＮ_0.8 を含
む構成となっている。このＴａＮ_0.8 を含む発熱抵抗体
は、製造上のばらつきが少なく、同一基板（あるいは基
体）に多数の発熱抵抗体を形成しても、機能効果の安定
性が得られた。さらに、通電を各種の条件で行っても、
抵抗変化が少なく、多数の発熱抵抗体夫々の機能が安定
して同等の作用を発揮することができた。

【００４７】図２は、図１の基体構成を応用したインク
ジェット記録ヘッド用基体の要部上面図である。図２の
基体は、図１の構成を発熱抵抗体５０１として備えてお
り、基体を温度調節するために利用される加熱用のヒー
タ５０２と、ヘッドの特性（発熱抵抗体毎の抵抗値のバ
ラツキ等）を判定するために、通電によってその抵抗
（或は電流）を判定するために用いられる抵抗部５０３
と、を備えており、これらの加熱用のヒータ５０２、抵
抗部５０３は、発熱抵抗体５０１と同様のＴａＮ _0.8 を
含む構成で機能素子として備えられている。特に、抵抗
部５０３は、記録ヘッドを記録装置に装着した状態で装
置本体側からのヘッド駆動条件の決定やインクの種類に
応じた制御等を行うために利用されるため、その抵抗値
は常時安定した値であることが要求される。機能素子と
しては上記のような判別用の抵抗として用いることの他
に、保護層やヘッド温度検知或はインク残量検知のセン
サーとして用いることが挙げられる。

【００４８】ここで、図１及び図２のヘッド用基体の製
造装置について代表的な構成を以下に説明する。

【００４９】本発明にかかる発熱抵抗体を形成する抵抗
層は、ＤＣマグネトロンスパッタ法によって形成され
る。図１３は、上記抵抗層を成膜するための装置の概要
を示す図である。図１３において、３０１は純度９９．
９９％以上のタンタルターゲット、３０２は平板マグネ
ット、３１１は非使用時にターゲット表面を覆うシャッ
ター３１１、３０３は基板ホルダー、３０４は基板、３
０６はタンタルターゲット３０１と基板ホルダー３０３
に接続されたＤＣ電源である。

【００５０】図１３の装置による成膜においては、平板
マグネット３０２を回転することにより、高密度プラズ
マ及びγ電子がターゲット３０１側に分布し、基板３０
４への熱的ダメージ及び物理的ダメージが緩和される。
また、３０７はクライオポンプまたはターボ分子ポンプ
を有する排気系であり、成膜チャンバ３０９内のベース
真空度は該排気系３０７により１０^-8Ｔｏｒｒ〜１０^-9
Ｔｏｒｒにまで排気され、酸素、水素等の不純物ガスの
分圧が極低レベルに抑えられる。３０８は成膜チャンバ
３０９の外周壁を囲んで設けられた外部ヒータである。
該外部ヒータ３０８は成膜チャンバ３０９内の雰囲気温
度を調節するのに寄与する。３０５は、内部ヒータであ
り、基板ホルダー３０３の裏面に設けられ、基板の温度
コントロールを行うためのものである。なお、基板の温
度コントロールは、基板ホルダー３０３の輻射熱の影響
を無くすために、外部ヒータ３０８を併用して行なうよ
うにするのが望ましい。

【００５１】以上、述べた図１３に示す装置により、本
発明における上述した発熱抵抗体を形成する抵抗層が反
応性スパッタリング法により形成できる。その成膜は、
例えば次のようにして行なわれる。即ち、反応ガスであ
るアルゴンガスと窒素ガスとの混合ガスが０．１ｓｃｃ
ｍまで流量制御できるマスフローコントローラ（不図
示）を介してガス導入口３１０より成膜チャンバ３０９
内に導入される。そして、上記基板温度及び雰囲気温度
が所定の低温度領域で一定温度に保たれるように内部ヒ
ータ３０５及び外部ヒータ３０８を調節する。

【００５２】成膜時、ターゲット３０１と基板ホルダー
３０３との間にはＤＣ電源３０６によってＤＣ電圧が印
加されるが、この電圧も０．１ｋＶレベルの誤差範囲に
納まるように制御することが望ましい。

【００５３】本実施例においては、図１３に示した装置
を使用し、上述した成膜手法により、下述する各種の成
膜条件で複数種の窒化タンタル膜を作製した。それぞれ
の膜は液体吐出ヘッドの１つの適用例としてのインクジ
ェット記録ヘッド用基体の発熱抵抗体を形成する発熱抵
抗体層用のものとして形成し、その膜組成を分析すると
共にその膜の前記発熱抵抗体としての適正を評価した。

【００５４】まず、単結晶シリコンウエハ上に熱酸化膜
（蓄熱層１０２）及びＳｉＮ膜（層間膜１０３）を常法
により積層したもの（以下これを基板１０１という）を
複数用意した。これら基板１０１のそれぞれについて、
基板にダメージを与えない数百Ｗの低パワーのＲＦスパ
ッタリングによって膜１０３をアルゴンガスによって数
十 の深さまでエッチングして、清浄かつ平坦な表面を
形成したこの基板１０１を図１３の装置の成膜チャンバ
内の基板ホルダ３０３上に配置した（即ち基板３０
４）。ついで排気系３０７を作動して成膜チャンバ３０
９内を１０^-8Ｔｏｒｒの真空度に排気した。その後、ア
ルゴンガス及び窒素ガスの混合ガスを成膜チャンバ３０
９内に導入し、成膜チャンバ３０９内のガス圧を排気系
３０７を調節して所定の混合ガス圧に保持した。つい
で、それぞれの場合について上記混合ガス中の窒素ガス
分圧を変化させて上述した成膜方法により下述する成膜
条件で成膜を行なって、窒化タンタル膜試料を得た。

【００５５】成膜条件： 基板温度：２００℃ 成膜チャンバ内ガス雰囲気温度：２００℃ ＤＣパワー：２．０ｋＷ 成膜チャンバ内混合ガス全圧：７．５ｍＴｏｒｒ 次に、得られた基板１０１上に於ける低抗体のＸ線回折
測定で得られた膜の主な回折ピークを検討する。各窒化
タンタル膜試料は、図３、図４、図５に示すＸ線回折パ
ターンに代表される３つの構造の窒化タンタルであるこ
とがわかった。図３のパターンをＸ線回折パターン
（Ｉ）、図４のパターンをＸ線回折パターン（ＩＩ）、
及び図５のパターンをＸ線回折パターン（ＩＩＩ）とす
る。なお、前記各Ｘ線回折パターンの面方位に関する指
数付けは、ＡＳＴＭ及びＪＣＰＤＳ標準データを基にし
て決定した。Ｘ線回折パターン（Ｉ）において、図３に
示すようにＴａ₂ Ｎ_hex （００２）及びＴａ₂ Ｎ_hex
（１０１）のピークが観察された。図５に示したＸ線回
折パターン（ＩＩＩ）では、ＴａＮ_hex （１１０）及び
ＴａＮ_hex （１０１）のピークが観察された。更に、図
４に示したＸ線回折パターン（ＩＩ）において、２θの
値が約３５度から約３６度付近にＴａＮ_{0.8 hex}（１０
０）のピーク、及び２θの値が約３１度付近にＴａＮ
_{0.8 hex} （００１）のピークが観察された。

【００５６】また、ＴａＮ_{0.8 hex} （１００）のピーク
が得られた発熱抵抗膜の上記製造条件における窒素ガス
分圧は、２２％以上２６％以下の領域であった。

【００５７】このＸ線回折パターン（ＩＩ）の膜をＥＰ
ＭＡで組成を分析したところ、Ｔａ _X Ｎのｘ値（後述す
る）を考慮すると、前記Ｘ線回折パターン（ＩＩ）はＴ
ａ₂Ｎ_hex 或はＴａＮ_hex ではなく、ＡＳＴＭ及びＪＣ
ＰＤＳ標準データによるところのＴａＮ_{0.8 hex} を有す
る窒化タンタル膜であることが判った。

【００５８】以上のＸ線回折パターン及びＥＰＭＡ測定
から、上記窒素ガス分圧が２２％以上２６％以下の領域
では、ＴａＮ_{0.8 hex} （１００）が強く配向した構造を
有した膜であることが判った。

【００５９】次に、上記３種のパターンの窒化タンタル
膜の膜質評価を行うことで、ＴａＮ _{0.8 hex} の構造を有
する窒化タンタルの効果についてさらに説明する。ここ
で、破断電圧比とは、種々の窒素ガス分圧比で作製した
発熱抵抗体を備えるインクジェット記録ヘッドに７μｓ
ｅｃのパルス信号を与え、吐出を開始する閾値電圧Ｖ _th
を求める。その後、印加電圧をＶ_thから０．０２Ｖ_th毎
に上げていきながら、２ｋＨｚでそれぞれ約１×１０⁵
パルスを断線するまで印加し続けた。この断線した時の
電圧を破断電圧Ｖ_b とする。また、この閾値電圧Ｖ_thと
破断電圧Ｖ_b との比を破断電圧比Ｋ_b （＝Ｖ_b ／Ｖ_th）
と呼ぶ。この破断電圧比Ｋ_b の値が高いほど発熱抵抗体
の耐熱性が高いことを示す。

【００６０】ところで、インクジェット記録ヘッドのよ
うにインクの気化、凝縮を瞬時で行なう為には、数μｓ
ｅｃ以上十数μｓｅｃ以下という非常に短い時間で加
熱、冷却をする必要があり、また、インクを瞬時に気化
する為には、発熱抵抗体上のインクとの界面が、普通の
沸点（水で１００℃）の約３倍（水で３００℃）近い温
度が必要で、伝熱に要する時間が短いため、発熱抵抗体
は６００℃以上９００℃以下まで一気に加熱される必要
がある。その為には単に発熱抵抗体の耐熱性保護膜の耐
熱性のみならず、発熱抵抗体全体を構成する材料間の応
力、及び密着性、さらには材料間の物理的、化学的変質
を考慮した設計としなければならない。

【００６１】以上のような点から、上述のＸ線回折パタ
ーン（Ｉ）からＸ線回折パターン（ＩＩＩ）の夫々の構
造を有する発熱抵抗体を備える記録ヘッドを複数用意し
て、記録ヘッドの使用に伴う発熱抵抗体の抵抗値の経時
変化や断線を生じる時の電圧等の評価を行った。

【００６２】本発明のインクジェット記録ヘッドに適用
し得る記録用の液体（インク）としては様々なものが使
用可能であるが、一般的には、染料０．５ｗｔ％〜２０
ｗｔ％、（多価）アルコール、ポリアルキレングリコー
ル等の水溶性有機溶剤１０ｗｔ％〜９０ｗｔ％のインク
組成を持つものを好ましく用いることができ、その具体
的なインク組成の一例としては、Ｃ．Ｉフードブラック
２を３ｗｔ％、ジエチレングリコールを２５ｗｔ％、Ｎ
−メチル−２−ピロリドンを２０ｗｔ％、水を５２ｗｔ
％とする構成を挙げることができる。

【００６３】抵抗値の変化の評価は、上述記録ヘッドを
プリンターに取り付け、１．２Ｖ_th（閾値電圧の１．２
倍）の印加電圧を７μｓｅｃのパルス幅で１×１０⁵ パ
ルス与え、最大３ｋＨｚの吐出周波数で駆動した。そし
て、Ａ４サイズの用紙に所定の印字テストパターンの印
字をする印字耐久試験を行ない、所定枚記録した時点で
の抵抗変化率を求めた。その結果、Ｒ_O を初期のヒータ
ー抵抗とし、△Ｒを実験開始初期に対する試験後の抵抗
値の変化量とするとき、抵抗値の変化率△Ｒ／Ｒ_O が約
２０％以上になるとインクは不吐出となり、△Ｒ／Ｒ_O
が１０％の時には初期品位に対する画像品位の変化が認
められた。

【００６４】まず、上記製造条件で、窒素ガス分圧比が
２０％程度で成膜され、そのＸ線回折パターンが図３に
示すＸ線回折パターン（Ｉ）である窒化タンタル膜（Ｔ
ａ₂Ｎ_hex ）は、破断電圧比Ｋ_b が小さく、また抵抗変
化率が大きかった。この抵抗変化率が大きいのは、印加
電圧が一定なので、発熱抵抗体材料の抵抗値の減少変化
に伴い該発熱抵抗体材料に流れる電流が増加し、その際
の発熱により発熱抵抗体材料が断線してしまい、その寿
命を短くしてしまうためである。このＸ線回折パターン
（Ｉ）に見られるような、抵抗体に流れる電流の増加に
よる発熱エネルギーの増加に起因する断線は、記録ヘッ
ドとしては致命的な問題である。即ち、一般に発熱抵抗
体材料として優れた特性を有するとされているＴａ₂ Ｎ
_hex の構造の膜は、抵抗値が大きく減少する挙動を持つ
ため、発熱抵抗体としての機能を維持することが困難で
ある。

【００６５】一方、上記製造条件で、窒素ガス分圧比が
３０％程度で成膜され、そのＸ線回折パターンが図５に
示すＸ線回折パターン（ＩＩＩ）である窒化タンタル膜
（ＴａＮ_hex ）は、抵抗値が増加するように変化するの
で、発熱抵抗体に流れる電流が減少するので、発熱エネ
ルギーが減少して吐出するインク量も減少するという状
態になる。即ち、Ｘ線回折パターン（ＩＩＩ）の回折ピ
ークに見られるＴａＮ _hex の構造を有する窒化タンタル
膜は、抵抗値の変化の挙動が大きく増加するために、や
はり、記録ヘッドとして求められる性能を満たすもので
はなかった。上述したように、Ｘ線回折パターン（Ｉ）
及びＸ線回折パターン（ＩＩＩ）を示す組成の窒化タン
タル膜の発熱抵抗体材料としての性能は、特にインクジ
ェット記録方式の記録ヘッドの場合、その化学的、物理
的に過酷な状態の下では不十分であり、主にその構造が
Ｔａ₂ Ｎ_hex 及びＴａＮ_hex である窒化タンタル膜のみ
では、実用上支障があることが上述したとおり再確認で
きた。

【００６６】一方、上記Ｘ線回折パターン（ＩＩ）であ
るＴａＮ_{0.8 hex} 膜は、抵抗値変化率が小さく、破断電
圧比Ｋ_b が１．６以上と著しく高い。因みに、一般に記
録ヘッドの実際の駆動電圧は１．２Ｖ_thであり、実際、
破断電圧比がＫ_b １．３Ｖ_th以上あれば記録ヘッドに充
分に適用可能なレベルである。このことから、破断電圧
比Ｋ_b が１．６以上という値は、耐圧マージンが大きく
信頼性が高い素子であることを示している。

【００６７】前記Ｘ線回折パターン（ＩＩ）に表される
窒化タンタル膜の膜質において最も特徴的なことは、Ｘ
線回折パターン（Ｉ）及びＸ線回折パターン（ＩＩＩ）
には認められなかったＴａＮ_{0.8 hex} （１００）面が配
向している結晶構造を有していることである。

【００６８】以上、ＴａＮ_{0.8 hex} を含む窒化タンタル
膜をインクジェット記録ヘッドの発熱抵抗体の材料とし
て用いれば、破断電圧比Ｋ_b が高く抵抗値の変化率も小
さく、しかも印加マージンが大きく安定して発泡するイ
ンクジェット記録方式の記録ヘッドを提供することがで
きることが判った。

【００６９】図１に示される発熱抵抗体の設けられてい
る発熱抵抗体上方、及び少なくとも記録ヘッド内のイン
クが流れるもしくは滞留する領域下に設けられた電極上
には、通常、保護層が設けられている。この保護層は、
これ等電極及び熱作用部を形成している発熱抵抗体をそ
れ等の上部にあるインクから化学的、物理的に保護する
と共に、そのインクを介して生じる上記電極間の短絡及
び共通電極間、あるいは選択電極間の短絡を防止し、更
にインクと電極とが接触し、これに通電することによっ
て起こる電極の電触を防止するために設けられる。

【００７０】上記保護層は、設けられる場所によって要
求される特性が各々異なり、例えば熱作用部上に於いて
は、（Ｉ）耐熱性、（ＩＩ）耐インク性、（ＩＩＩ）イ
ンク浸透防止性、（ＩＶ）熱伝導性、（Ｖ）酸化防止
性、（ＶＩ）絶縁性及び（ＶＩＩ）耐破傷性に優れてい
ることが要求され、熱作用部以外の領域に於いては熱的
条件では緩和されるが、インク浸透防止性、耐インク
性、絶縁性及び耐破傷性には充分優れていることが要求
される。

【００７１】しかしながら、前記の（Ｉ）乃至（ＶＩ
Ｉ）の特性の総てを所望通りに満足して、保護層を一層
のみで、しかも熱作用部上及び電極上のすべてを覆うこ
とのできる保護層用材料は未だ見出されていない。こう
したことから、実際の記録ヘッドに於いては、その設け
られる場所によって要求される特性を互いに補い合う種
々の材料を選択し、それ等の材料からなる複数の層で保
護層を形成している。この様な多層構成の保護層につい
ては、該保護層についてはもとより、それに隣接する層
との間の接着力が十分に強く、記録ヘッドの製造過程及
び実際の使用期間にわたって、層間での剥離や浮き上が
りなどの接着力の低下による故障が生じないことが要求
される。

【００７２】他方、これ等とは別に、マルチオリフィス
（多数ノズル）タイプのインクジェット記録ヘッドの場
合には、基板上に多数の微細な電気熱変換体を同時に形
成する為に、製造過程に於いて、基板上では各層の形成
と、形成された層の一部除去の繰返しが行なわれ、保護
層が形成される段階では、保護層の形成されるその裏面
はスラップウェッジ部（段差部）のある微細な凹凸状と
なっているので、この段差部に於ける保護層の被覆姓
（ｓｔｅｐ ｃｏｖｅｒａｇｅ性）が重要である。つま
り、この段差部の被覆姓が悪いと、そうした段差部での
インクの浸透が起こり、電蝕或は電気的絶縁破壊を起こ
す原因となる。また、形成される保護層が欠陥部を有す
る場合には、その欠陥部を通じて、インクの浸透が起こ
り、電気熱変換体に損傷をもたらしてしまう。

【００７３】これ等の理由から、保護層については、段
差部に於ける被覆性が良好であること、形成される層に
ピンホール等の欠陥が実質的に無いことが要求される。

【００７４】特に熱作用面に於いては、一秒間に数千回
の高温と低温の間の激しい温度変化のサイクルが繰り返
される過酷な条件下にあると共に、熱作用面上のインク
は、高温時には気化しインク中に気泡を生じさせインク
流路内の圧力を高め、また温度の低下に伴って気化した
インクが凝縮して気泡が消滅するに従ってインク流路内
の圧力が低下するという圧力変化が繰り返され、これ等
によって生じる機械的ストレスが常に加わる。このた
め、少なくとも熱作用部上面を覆う様に設けられる保護
層には、特に機械的ストレスに対する耐衝撃性と保護層
を構成する複数の層間の接着性に優れていることが要求
される。

【００７５】以下の構成例は上記背景を考慮して、上記
製造装置で得られたＴａＮ_{0.8 hex}膜で構成した発熱抵
抗体を熱作用部に有するインクジェット記録ヘッド用基
体試料を複数作製し（実施例Ｎｏ．１乃至実施例Ｎｏ．
５）、それら基体試料のそれぞれについてインクジェッ
ト記録特性を観察した。

【００７６】実施例Ｎｏ．１乃至実施例Ｎｏ．５はそれ
ぞれ下述する各実施例の欄に記載したものとした。各実
施例は下述する各実施例の欄に記載したように作製し
た。

【００７７】 試料Ｎｏ．１：ＳｉＮ／ＴａＮ_{0.8 hex} ／ＳｉＯＮ 単結晶シリコン基板１０１上に蓄熱層１０２としての熱
酸化法によりＳｉＯ₂を１．２μｍの厚さに成膜し、つ
いで蓄熱層１０３層としてプラズマＣＶＤ法によりＳｉ
ＯＮを１．２μｍの厚さに堆積させた。この際、ＳｉＯ
Ｎ膜のＳｉ_x Ｏ _y Ｎ_z の組成が、ｘ＝１、ｙ＝０．９〜
１．８、ｚ＝０．８〜１．２となるように、ＳｉＨ₄ ガ
スとＮ₂ Ｏガスとの混合比を調整した。その後、発熱抵
抗体１０３として反応性スパッタリング法によりＴａＮ
_{0.8 hex} を１０００Å堆積させた。

【００７８】更に、保護膜１０６としてプラズマＣＶＤ
法により、ＳｉＮを１μｍ堆積させた。この際、Ｓｉ_x
Ｎ_y の組成がｘ＝１、ｙ＝１．３〜２．２となるよう
に、ＳｉＨ₄ ガスとＮＨ₃ ガスとの混合比を調整した。
ついで、耐キャビテーション層１０７として、Ｔａを反
応性スパッタリング法により２０００Å堆積させてイン
クジェット記録ヘッド用基体を作製した。

【００７９】この基体をＡｌベースプレートに取り付
け、外部より電気信号を取り入れるための配線用プリン
ト板を該ベースプレートに貼り付け、基板と配線用プリ
ント板とをワイヤーボンディングにより電気的接続がと
れるようにしてインクジェット記録ヘッドを作製した。

【００８０】 試料Ｎｏ．２：ＳｉＮ／ＴａＮ_{0.8 hex} ／ＳｉＮ 試料Ｎｏ．１に於ける記録ヘッド用基体の層間膜１０３
層をプラズマＣＶＤ法によりＳｉＮを１．２μｍ堆積さ
せた。この際、Ｓ_x Ｎ_y の組成がｘ＝１、ｙ＝１．３〜
２．２となるよう、ＳｉＨ₄ ガスとＮＨ₃ ガスとの混合
比を調整した。以下、試料Ｎｏ．１と同様にしてインク
ジェット記録ヘッドを作製した。

【００８１】 実施例Ｎｏ．３：ＳｉＯＮ／ＴａＮ_{0.8 hex} ／ＳｉＯＮ 試料Ｎｏ．１に於ける記録ヘッド用基体の保護膜１０６
をプラズマＣＶＤ法によりＳｉＯＮを１μｍ堆積させ
た。この際、Ｓｉ_x Ｏ_y Ｎ_z の組成がｘ＝１、ｙ＝０．
９〜１．８、ｚ＝０．８〜１．２となるように、ＳｉＨ
₄ ガスとＮ₂ Ｏガスとの混合比を調整した。以下、試料
Ｎｏ．１の場合と同様にしてインクジェット記録ヘッド
を作製した。

【００８２】 試料Ｎｏ．４：ＳｉＯ₂ ／ＴａＮ_{0.8 hex} ／ＳｉＯＮ 試料Ｎｏ．１に於ける記録ヘッド用基体の保護膜１０６
を、ＳｉＮの代わりにプラズマＣＶＤ法によりＳｉＯ₂
を１．０μｍ堆積させた以外は、試料Ｎｏ．１の場合と
同様にしてインクジェット記録ヘッドを作製した。

【００８３】 試料Ｎｏ．５：ＳｉＮ／ＴａＮ_{0.8 hex} ／ＳｉＯ₂ 試料Ｎｏ．１に於ける記録ヘッド用基体の蓄熱層１０３
を、ＳｉＯＮの代わりにＲＦスパッタリング法によりＳ
ｉＯ₂ を１．２μｍ堆積させた以外は試料Ｎｏ．１の場
合と同様にしてインクジェット記録ヘッドを作製した。

【００８４】得られた５種のインクジェット記録ヘッド
のそれぞれについて以下に述べる手法でＳＳＴ試験を行
なった。得られた結果を表１に示す。

【００８５】

【表１】 ここでＳＳＴ試験は、発熱抵抗体に７μｓｅｃのパルス
幅で２ｋＨｚのパルスを１×１０⁵ パルス与え、まず、
インクを吐出する閾値電圧を求めた後、０．０２Ｖ
_th（発泡電圧の閾値電圧の０．０２倍）毎に印加電圧を
増加させて、発熱抵抗体が断線した時の印加電圧（破断
電圧Ｖ_b ）を測定し、閾値電圧Ｖ_thに対する破断電圧の
比（破断電圧比Ｋ_b ）を求めることにより行なった。結
果として、本発明の構成によるすべての上記実施例が、
破断電圧比Ｋ_b として１．７以上１．８以下の値の範囲
で得られ、インクジェット記録ヘッド用基体として良好
であることがわかった。

【００８６】いずれにしても、上述の製造装置で得られ
たＴａＮ_{0.8 hex} を含む構成の発熱抵抗体は、長期の繰
り返し使用に際しても、その抵抗値の変動率が小さく、
長寿命で信頼性の高いものである。

【００８７】本実施構成例のインクジェット記録ヘッド
用基体は、同一もしくは同一元素を含む材料で構成され
た発熱抵抗体と耐キャビテーション層を有することが好
ましい。そのことから、それぞれを同じターゲット材を
使用して同一成膜チャンバで形成でき、且つ製造コスト
が比較的安価でインクジェット記録ヘッド用基体を提供
することができた。

【００８８】本実施構成例のインクジェット記録ヘッド
用基体は、蓄熱層／発熱抵抗体を形成する抵抗層／保護
層／耐キャビテーション層からなる積層構造を有し、上
記抵抗層の構成原子の中の少なくとも１種の原子を構成
原子とする材料で他の層のそれぞれが構成されているこ
とが好ましい。この構成により、各層間の密着性が確保
され、該抵抗層に長期にわたり繰り返し作用する熱的パ
ルス及びそれによる衝撃力に対して充分に耐久性を有
し、長期繰り返し使用にあっても絶えず所望のインク吐
出を安定して行うことができた。

【００８９】次に、本発明の記録ヘッドを用いたインク
ジェット記録装置について図７を参照して説明する。図
７は本発明が適用されるインクジェット記録装置２１０
０の一例を示す概観斜視図である。

【００９０】記録ヘッド２２００は、駆動モータ２１０
１の正逆回転に連動して駆動力伝達ギア２１０２、２１
０３を介して回転するリードスクリュー２１０４の螺旋
溝２１２１に対して係合するキャリッジ２１２０上に搭
載されており、前記駆動モータ２１０１の動力によって
キャリッジ２１２０とともにガイド２１１９に沿って矢
印ａ、ｂ方向に往復移動される。図示しない記録媒体給
送装置によってプラテン２１０６上に搬送される記録用
紙Ｐ用の紙押え板２１０５は、キャリッジ移動方向にわ
たって記録用紙Ｐをプラテン２１０６に対して押圧す
る。

【００９１】２１０７、２１０８はフォトカプラであ
り、キャリッジ２１２０のレバー２１０９のこの域での
存在を確認して駆動モータ２１０１の回転方向切換等を
行うためのホームポジション検知手段である。２１１０
は上述の記録ヘッド２１１０の全面をキャップするキャ
ップ部材２１１１を支持する支持部材で、２１１２は前
記キャップ部材２１１１内を吸引する吸引手段で、キャ
ップ内開口２１１３を介して記録ヘッド２２００の吸引
回復を行う。２１１４はクリーニングブレードで、２１
１５はこのブレードを前後方向に移動可能にする移動部
材であり、本体支持板２１１６に、これらは支持されて
いる。クリーニングブレード２１１４は、この形態でな
く周知のクリーニングブレードが本実施例に適用できる
ことはいうまでもない。

【００９２】また、２１１７は、吸引回復の吸引を開始
するためのレバーで、キャリッジ２１２０と係合するカ
ム２１１８の移動に伴って移動し、駆動モータ２１０１
からの駆動力がクラッチ切換等の公知の伝達手段で移動
制御される。前記記録ヘッド２２００に設けられた発熱
部２１１０に信号を付与したり、上述した各機構の駆動
制御を司ったりする記録制御部は、記録装置本体側に設
けられている（不図示）。

【００９３】上述のような構成のインクジェット記録装
置２１００は、前記記記録媒体給送装置によってプラテ
ン２１０６上に搬送される記録用紙Ｐに対し、記録ヘッ
ド２２００が前記記録用紙Ｐの全幅にわたって往復移動
しながら記録を行うものであり、記録ヘッド２２００は
上述したような方法で製造したものを用いているため、
高精度で高速な記録が可能である。

【００９４】また、インクジェット記録装置には、記録
ヘッドに対してインクを吐出させるための電気信号を付
与するための電気信号付与手段を有している。また、イ
ンクジェット記録装置としては、上述のような記録媒体
に記録を行う形態だけではなく、布等に模様を描いて記
録する捺染装置も、その一態様である。この捺染装置に
おいては、長い反物に連続して記録を行うため、記録途
中での断線や抵抗値の変動の大きな変動による記録品位
の低下の生じにくい本発明の発熱抵抗体を備えるインク
ジェット記録ヘッドの適用は特に望ましいものである。

【００９５】以下、本発明をより具体的な実施例（使用
例）に基づいて更に詳細に説明する。

【００９６】まず、発熱体の寿命と該発熱体へ印加され
る駆動電圧Ｖ_OPとの関係について説明する。

【００９７】最近の発熱体を発熱させる駆動方式は、高
画質化、ヘッド小型化、カラー対応などのために改良が
なされた結果、発熱体に印加される駆動電圧Ｖ_OPのＫ値
が後述するように高めにシフトしてきた。

【００９８】従来の発熱体への駆動電圧の印加は、イン
クを吐出するための主パルスのみによるシングルパルス
駆動であったが、高画質化の要求からインクの吐出量が
調整できるダブルパルス駆動に変わってきている。ダブ
ルパルス駆動とは、図６に示すように主パルスＰ₂ と副
パルスＰ₁ と、その間の休止時間Ｐ₃ とからなるパルス
であって副パルス長と休止時間とを調整する事により、
インクの吐出量と基板の温度を調整するものである。各
駆動パルスは、駆動手段４およびシフトレジスタ５を介
して抵抗層１０４へ与えられ、これにより吐出口２０７
内のインク３に気泡２が生じてインク滴１が吐出され
る。

【００９９】基板温度が、摂氏１０℃程度の比較的低温
の場合は、インクが高粘度化しているため、吐出量が減
っている。そういう場合は、副パルス幅を長く設定する
ことで、吐出量を増やすことができる。また、５０℃と
基板温度が上がっている時には、印加エネルギーは小さ
くて良く、副パルス幅を短く設定し吐出量を減らす。

【０１００】以上のように制御することにより、種々の
環境下で同一の画像が得られる。その結果、基板温度が
低温度の時に発熱体へ印加するエネルギーを大きくする
ために、実質的に発熱体に対してＫ値を上げた場合と同
様の負担を与えることになり、発熱体の寿命に影響を与
えるようになった。

【０１０１】また、一度に多数の記録ヘッドに用いられ
る発熱抵抗層を成膜する場合、成膜装置内での位置によ
り、でき上がった発熱体の抵抗値にばらつきが生じるた
め、記録ヘッド毎に印加する駆動電圧を調整する必要が
ある。

【０１０２】そこで、発熱抵抗層を成膜する際に、その
近傍に液体の吐出には用いない抵抗層を同時に成膜す
る。そして、プリンタ本体側からその抵抗層の抵抗値を
測定することにより実際に液体の吐出を発熱抵抗層の抵
抗値を推測して、その推測された抵抗値に応じた駆動電
圧を記録ヘッドに印加する方法が考えられている。

【０１０３】ところが、このようにして推測された抵抗
値は、電極の抵抗値のばらつきや、プリンタ本体側での
抵抗値読み取り誤差等により、実際の発熱抵抗層の抵抗
値との間に多少の誤差を含むものである。

【０１０４】これらの誤差は、Ｋ値に換算すると約±
０．１に相当するので、安定した記録品位を得るための
最低Ｋ値である１．１を維持するためには、Ｋ値を１．
２±０．１に設定することが必要となる。従って、ヘッ
ドによっては、１．３のＫ値で使用されることもあり、
そのために発熱体の寿命に影響を与えることがある。

【０１０５】さらに、ダブルパルス駆動による低温環境
下でヘッドを使用する場合には、Ｋ値の最大値が１．３
５（〜１．４）となることもある。

【０１０６】従って、従来の発熱体材料であるＨｆＢ₂
を用いた記録ヘッドを上述のように使用すると、２００
００枚の記録が可能とされる通常のプリンタ本体の寿命
と同等程度の寿命を得る事は困難であり、インクタンク
とヘッドとが一体であって記録可能枚数の限られた交換
型ヘッドとしての製品化が限界とされている。

【０１０７】以下、上述したような記録ヘッドの使用条
件の下に於ける本発明の利点を含めて、本発明による抵
抗体を用いたより好ましい実施例を説明する。

【０１０８】本発明による抵抗体は、図４のＸ線回折パ
ターン（ＩＩ）に示すように、主となる結晶として、Ｔ
ａＮ_{0.8 hex} のピークを有している。ここで、Ｔａ、Ｎ
の組成比ｘの好ましい条件を検討すると、ＴａＮ_0.8
hex を有する抵抗体としてＴａ _X Ｎのｘ値の値が１．０
５以上１．８５以下の間において、ＴａＮ_{0.8 hex} とＴ
ａ₂ Ｎ_hex とＴａＮ_hexの３つの結晶構造が、表２に示
すように存在する抵抗体が得られた。そして、上述した
製造方法で製造した表２に示す７種の発熱抵抗体を有す
るインクジェット記録ヘッドを製造した。

【０１０９】そこで、 実施例１：ＴａＮ_{0.8 hex} を抵抗体としたインクジェッ
ト記録ヘッド； 実施例２、実施例４及び実施例５：ＴａＮ_{0.8 hex} とＴ
ａ₂ Ｎ_hex との混合物による抵抗体を使用したインクジ
ェット記録ヘッド； 実施例３、実施例６及び実施例７：ＴａＮ_{0.8 hex} とＴ
ａＮ_hex との混合物に抵抗体を使用したインクジェット
記録ヘッド； として、以下、各例を説明する。

【０１１０】

【表２】 表２に示すように、得られた各結晶構造中のＴａとＮと
の各組成比ｘの値は、ＥＰＭＡより好ましくはＲＢＳ
（Rutherford Backscattering Spectrometry）で測定
し、各結晶構造はＸ線回折法により決定され、ＴａＮ
_{0.8 hex} 、Ｔａ₂ Ｎ_{he x} 及びＴａＮ_hexの各量比（ｍｏ
ｌ％）が算出される。また、各組成比ｘの値の決定は、
同一試料を３回測定してその測定値の平均値とすること
により行った。

【０１１１】〔実施例１〕図１のインクジェット記録ヘ
ッド用の基板に於いて、成膜直前に同一装置内で基板表
面をプラズマクリーニングにより該表面を清浄化した。
蓄熱層１０２は熱酸化法によりＳｉＯ₂ を１．２μｍの
厚さに形成させ、更に層間絶縁を兼ねる蓄熱層１０３層
をプラズマＣＶＤ法によりＳｉＯＮを１．２μｍの厚さ
に堆積させた。

【０１１２】ここで、実施例１の抵抗層１０４として上
述した成膜装置を用いて実質的にＸ線回折パターン（Ｉ
Ｉ）のＴａＮ_{0.8 hex} のみである膜を１０００Åの厚さ
に反応性スパッタリング法により形成した。該ＴａＮ
_{0.8 hex} 膜は、本実施例に於いては、反応性スパッタリ
ング法により以下の条件にて成膜して抵抗層１０４とし
た。即ち、窒素ガス分圧比が２４％、アルゴンガスと窒
素ガスの混合ガスの全圧が７．５ｍＴｏｒｒ、スパッタ
リングＤＣパワーが２．０ｋＷ、雰囲気温度が２００
℃、基板温度が２００℃で反応性スパッタリングを行っ
た。

【０１１３】実施例１のＴａＮ_{0.8 hex} 膜の上には、熱
作用部１０８に、インクを吐出させるために発生する熱
エネルギーを供給するための導電体であるＡｌを５５０
０Åの厚さにスパッタリング法により堆積させた。該Ａ
ｌ層は、発熱抵抗体の堆積後、大気中に取り出す前に同
一装置内で連続的にスパッタリングにより成膜した。そ
の後、上記Ａｌ層及び上記ＴａＮ_{0.8 hex} 層とを所定の
形状に形成した。熱作用部１０８は、図１のようにＴａ
Ｎ_{0.8 hex} 層上のＡｌ層を取り除いた領域である。

【０１１４】保護膜１０６としては、プラズマＣＶＤ法
により、ＳｉＮを１μｍの厚さに堆積させ、その後、Ｄ
Ｃスパッタリング法によりＴａ膜を２０００Åの厚さに
堆積させて、耐キャビテーション層１０７とし、基体を
形成した。

【０１１５】図１０に、前述したようなＳＳＴ試験を行
ってその結果を示した。

【０１１６】図１０に於ける使用例１のＴａＮ_{0.8 hex}
膜を発熱抵抗体とした場合の電気熱変換体の抵抗値の変
化は極めて小さく、また、その破断電圧比Ｋ_b （Ｋ_b ＝
印加電圧／発泡電圧）が、１．８Ｖ_thと良好な特性を有
している事がわかった。

【０１１７】そこで、図１１に、最大駆動電圧である
１．３Ｖ_thでのヒートパルス耐久試験（ＣＳＴ試験）の
結果を示す。ＣＳＴ試験は、発熱抵抗体にパルスを印加
するだけであり、記録ヘッド内にはインクは入っていな
い。この実験の結果から、使用例１のＴａＮ_{0.8 hex} 膜
を用いた電気熱変換体は、ほぼ０％の抵抗値変化である
ことが判った。

【０１１８】次に実施例１の発熱抵抗体を備えるヘッド
を作製し、インクジェット記録装置に取り付けて印字耐
久試験を行った結果を説明する。該試験はＡ４の用紙に
該インクジェット記録装置に組み込まれている一般的な
テスト印字パターンを印字させて行なった。この時の駆
動電圧は、１．３Ｖ_thに設定されるよう調整した。使用
例１のＴａＮ_{0.8 hex} は、表３に示すように、印字寿命
が１ページ当り、１５００文字の標準文書で、２０，０
００枚以上印字可能であり、印字品位も図１２に印字耐
久時の抵抗変化を示すが、ＣＳＴ同様、ほぼ０％であ
り、表３に示すように長耐久印字試験による２０，００
０枚印字後でも印字品位劣化がなった。この２００００
枚の印字耐久寿命は、ほぼプリンターの本体寿命と同程
度である。なお１５００文字の標準分書１ページ当り、
最大パルスが印加されるノズルの印加パルス数は、約３
×１０⁴ パルスである。従って、２００００枚の印字を
行うためには、連続吐出による寿命低下を考慮して印加
パルス数としては、５×１０⁸ パルス乃至６×１０⁸ パ
ルスの印加に耐える耐久性があれば良いこととなる。

【０１１９】〔実施例２〕実施例１のＴａＮ_{0.8 hex} に
より構成される抵抗層に代えて、表２のｘ値が１．８５
の組成であって図８に示すようなＸ線回折パターンを示
すＴａＮ_{0.8 hex}とＴａ₂ Ｎ_hex の混合された実施例２
の抵抗体を作成し、これを使用してインクジェット記録
ヘッドを作製した。

【０１２０】図１０に、ＳＳＴ試験結果を示すように、
実施例２は、破断電圧比Ｋ_b が１．８Ｖ_thと良好な結果
であった。

【０１２１】又、図１１にＣＳＴ試験結果を示すよう
に、抵抗値の変化が（−）側（抵抗値が減少する変化）
であるため実施例１より寿命が短かく、５×１０⁸ パル
スで発熱体断線が見られたが、記録ヘッドとしての評価
を行った所、図１２に示すように少なくとも２０，００
０枚までは印字ができた。その際に、印字品位は断線す
るまで劣化は見られなかった。

【０１２２】〔実施例３〕実施例１のＴａＮ_{0.8 hex} に
より構成される抵抗層を、表２のｘ値が１．０５の組成
であって、図９に示すようなＸ線回折パターンを示すＴ
ａＮ_hex とＴａＮ _hex の混合された窒化タンタル膜で変
更した実施例を実施例３とする。

【０１２３】図１０にＳＳＴ試験結果を示すように、実
施例３は、破断電圧比Ｋ_b が１．８Ｖ_thと良好な結果で
あった。

【０１２４】図１１にＣＳＴ試験結果を示すように、実
施例３は、抵抗値の変化が（＋）側（抵抗値が増加する
変化）へ変化することがわかり、記録ヘッドとしての評
価を行った所、図１２に示すように、２０，０００枚以
上の印字が可能であることがわかった。

【０１２５】〔他の実施例〕表２のＴａＮ_{0.8 hex} とＴ
ａ₂ Ｎによる発熱抵抗体のＴａＮ_0.8 混合ｍｏｌ比が８
０％の抵抗体を実施例４、ＴａＮ_0.8 混合ｍｏｌ比が５
０％の抵抗体を実施例５、また、ＴａＮ_{0.8 hex} とＴａ
Ｎによる発熱抵抗体のＴａＮ_0.8 混合ｍｏｌ比が８０％
の抵抗体を実施例６、ＴａＮ_0.8 混合ｍｏｌ比が５０％
の抵抗体を実施例７として、図１２に各実施例の印字耐
久試験の結果を示す。

【０１２６】実施例４及び実施例５の試験結果は、実施
例１と実施例２の間の特性を示していることがわかっ
た。また、実施例６及び実施例７の試験結果は、実施例
１と実施例３の間の特性を示していることがわかった。
従って、ＴａＮ_0.8 の混合混合ｍｏｌ比が５０％以上で
あると、より一層本発明の効果を安定して奏することが
でき、より理想的な抵抗体及びインクジェットヘッドを
提供できることがわかった。

【０１２７】次に、これら実施例の実際の印字枚数を以
下の表３にまとめる。

【０１２８】

【表３】 表３は、印字耐久試験のまとめで、印字耐久枚数とは、
発熱抵抗体が断線するまでの印字枚数である。

【０１２９】一般に発熱抵抗体の抵抗値は印字字数の増
加と共に増加するので、抵抗体に流れる電流の減少に伴
って発熱エネルギーも減少し、その結果、発熱抵抗体の
寿命は伸びる。しかしながら、発熱抵抗体に流れる電流
が減少することで発熱エネルギーが減少し、その結果、
インクの吐出量が減少して印字濃度が薄くなるという印
字劣化が発生することがある。

【０１３０】表３からわかる様に実施例１の発熱体は、
２００００枚以上印字でき、しかも画像品位の劣化がな
かった。従って、この表からわかる通り、実施例１のＴ
ａＮ _{0.8 hex} を用いたインクジェット記録ヘッドは、記
録画像品位、耐久性共に優れており、長寿命、高画質化
に適していることがわかった。

【０１３１】実施例２の発熱体は、通常市販されている
プリンタ本体の寿命とされる２００００枚までの印字寿
命はないが、１００００枚毎に交換する交換型ヘッド用
発熱体としては有効であることがわかった。

【０１３２】実施例３の発熱体の場合、画像品位は劣化
するが、２００００枚程度の印字寿命を有する通常の市
販のプリンタと同等以上の耐久寿命があり、耐久面で非
常に良好な特性を持っていることが判り、画像濃度が多
少薄くなるものの、抵抗値が増加することからパーマネ
ント型のインクジェット記録ヘッドとして適しているこ
とがわかった。

【０１３３】また、実施例４乃至実施例７のそれぞれの
発熱体は、２００００枚以上の印字が行えて、しかも品
位劣化がないという上述の実施例１と同様の結果を得る
ことができ、更に特性的にはＴａＮ_0.8 混合ｍｏｌ比が
高い程、実施例１の良好な特性に近づくことがわかっ
た。

【０１３４】以上より、ＴａＮ_0.8 とＴａ₂ Ｎとの混合
物であって、ＴａＮ_0.8 の混合ｍｏｌ比が５０％以上の
発熱体を使用した記録ヘッドは、その抵抗体の抵抗値の
変化は見られるものの、２００００枚印字しても発熱体
の断線及び記録による画像劣化も無く、通常の市販のプ
リンタであれば実施例１同様の使い方ができることがわ
かった。ＴａＮ_0.8 の混合比が８０％以上であれば、抵
抗値の変化は見られるものの、実施例１との特性差は確
認できない。

【０１３５】また、ＴａＮ_0.8 とＴａＮの混合との混合
物であって、ＴａＮ_0.8 の混合ｍｏｌ比が５０％以上の
発熱体を使用した記録ヘッドは、その抵抗体の抵抗値の
変化は見られるものの、２００００枚印字しても発熱体
の断線も画像劣化も無く、通常の市販のプリンタであれ
ば実施例１同様の使い方ができることがわかった。Ｔａ
Ｎ_0.8 の混合比が８０％以上であれば、抵抗値の変化は
見られるものの、実施例１との特性差は確認できない。

【０１３６】また、表３に示した結果より、多数の発熱
抵抗体を配する記録ヘッドのそれぞれの発熱抵抗体に、
上述の実施例１乃至実施例７の抵抗体を混在させて用い
た場合であっても、交換型の記録ヘッドとしては全く問
題なく使用できることがわかった。

【０１３７】ここで、実施例２及び実施例３のように、
ＴａＮ_0.8 を有しているが従来から知られているＴａ₂
Ｎ、ＴａＮを含む抵抗体について考察する。一般に、従
来の窒化タンタル発熱体の材料として用いられたＴａ₂
Ｎ、ＴａＮ及びＴａ₂ Ｎ／ＴａＮの混合物は、背景技術
で説明したように大きな抵抗値変化のためにインクジェ
ットプリントヘッドとしての耐久性能を持っていないこ
とがわかっている。これらの抵抗変化のメカニズムは、
Ｔａ₂ Ｎが、高電気エネルギーのパルス印加により、他
の膜層からの酸素で、ＮＯ_X が生成され余ったＴａが金
属となり、そのＴａ金属が抵抗値を下げていると予想さ
れる。また、ＴａＮが、パルス印加により周辺の酸素を
取り込んで、ＴａＯ＋ＴａＮの多結晶となり、抵抗値を
上げていると予想される。さらに、Ｔａ₂ Ｎ／ＴａＮの
混合物は、抵抗変化がキャンセルされ、抵抗値変化がな
い特性を示すと思われたが、実際には、混合されている
Ｔａ₂ Ｎによる抵抗値変化は、自身の抵抗減少とそれに
よる印加エネルギー増加による自乗作用で大きく抵抗値
が減少するため、抵抗値変化特性は、Ｔａ₂ Ｎの特性が
支配的に現れて、その結果、印字によるパルス印加の増
加に伴って抵抗値が増加するというような抵抗値変化を
示すと予想される。

【０１３８】これら従来の発熱体に対して、本発明の上
述したＴａＮ_{0.8 hex} を有する抵抗体は、その抵抗値変
化の挙動結果から予想できるように、ＴａＮ_{0.8 hex} が
駆動パルスの印加に対して、Ｔａの酸化もしくは還元を
抑制する結晶構造体であることが予想でき、結果とし
て、ＴａＮ_{0.8 hex} を有さない従来の発熱体からは予想
できない本発明で得られた独自の抵抗値変化を示してい
ると認められる。

【０１３９】したがって、Ｘ線回折法による測定でＴａ
Ｎ_{0.8 hex} が検出できる窒化タンタル膜は、耐印加パル
スに対して安定であると言える。

【０１４０】ここまでに述べた実施例では、抵抗体の膜
厚が１０００Åの発熱抵抗体を用いて説明をしてきた
が、更に、該膜厚を５００Å及び２００Åとした発熱抵
抗体を用いた場合でも、ＳＳＴ試験による破断電圧比及
びＣＳＴ試験による抵抗値の変化は、１０００Åの膜厚
の発熱抵抗体の場合と同様の良好な結果を得ることがで
きた。

【０１４１】一方、従来から使用されてきた発熱体であ
るＨｆＢ₂ は、膜厚が５００Åの場合には、１０００Å
の膜厚のＨｆＢ₂ の発熱体と同様の特性が得られたが、
２００Åの膜厚のＨｆＢ₂ の発熱体では、１０００Åの
膜厚の場合と比較してＳＳＴ試験による破断電圧比が低
下してしまうとともに、ＣＳＴ試験の結果において抵抗
値が大きく変化してしまい印字耐久性が著しく劣化して
しまうことがわかった。

【０１４２】従って、本発明による発熱体の膜厚は、２
００Å以上１０００Å以下の場合であっても上述したよ
うな良好な特性を示し、従来から使用されてきたＨｆＢ
₂ を用いた発熱体と比較して優れた特性を有しているこ
とがわかった。

【０１４３】これにより、発熱体の膜厚を薄くすること
ができるので、成膜時間を短縮することができる他、発
熱体のシート抵抗値を発熱体の膜厚を選択することで任
意に設定することも可能となった。

【０１４４】以上から、窒化タンタル膜は、インクジェ
ット記録ヘッド用の発熱抵抗体の材料としては、その膜
構造の相違によって適否があることがわかり、本発明に
よるＴａＮ_0.8 を含む発熱抵抗体がインクジェット記録
ヘッド用の発熱抵抗体として優れていることがわかっ
た。

【０１４５】本発明は、記録装置が記録できる最大記録
媒体の幅に対応した長さを有するフルラインタイプの記
録ヘッドとしては、複数記録ヘッドの組み合わせによっ
て、または、その長さを満たす構成や一体的に形成され
た一個の記録ヘッドとして等、その構成のいずれでもよ
いが、上述した効果を有効に発揮することができる。

【０１４６】

【発明の効果】本発明は以上説明したように構成されて
いるので、以下に記載するような効果を奏する。

【０１４７】本発明のＴａＮ_0.8 を有する発熱抵抗体お
よびＴａＮ_0.8 を有する液体吐出ヘッド用基体において
は、発熱抵抗体を、長期の連続使用にあっても抵抗値の
変動は極めて少なく、長寿命で信頼性の高いものとする
ことができ、該発熱抵抗体を有する液体吐出ヘッド用基
体を備えた液体吐出ヘッドは、ヘッドの駆動信号として
液体の吐出のための主パルスの前に予備パルスを与えて
液体の吐出を行う液体吐出方式にあって、長期の間の繰
り返し吐出にあっても安定した液体の吐出をもたらし、
インクジェット記録ヘッドに用いた場合には、高品質の
記録を可能にすることができる効果がある。

【０１４８】液体吐出ヘッドの積層構造として、層間の
密着性が確保されたものとすることができ、液体吐出ヘ
ッドを該発熱抵抗体に繰り返し作用する熱的パルス及び
それによる衝撃力に対して充分に耐久性を有しるものと
することができ、長期繰り返し使用にあっても絶えず所
望の液体吐出をもたらすものとすることができる効果が
ある。

【０１４９】本発明の液体吐出ヘッドにおいては、構成
材料の供給が常時安定して成されるものであり、また、
当該発熱抵抗体の製造において不純物のコンタミネーシ
ョン等の悪影響の問題はなかった。また、当該発熱抵抗
体は信頼性が高く、且つ、今後の主流となる主パルスと
副パルスとの２つのパルスによって液体吐出状態をコン
トロールする駆動方法においても充分な耐久性を達成す
ることができる等の利点を有する。

【０１５０】本発明による液体吐出ヘッドの発熱抵抗体
は、高周波で駆動した場合にも、所望の耐久性が維持さ
れ、インクジェット記録ヘッドに用いた場合でも高品位
の記録画像を長期にわたってもたらすことができる。

【０１５１】本発明による液体吐出ヘッドは、高速駆動
における複数パルスによる吐出状態をコントロールする
駆動方法においても充分な耐久性を有し、更に、インク
ジェット記録ヘッドに用いた場合でも高品位の画像とを
確保できる等の利点を有し、記録スピードの高速化に対
応し、そのマルチノズル化が容易に達成することがで
き、常時安定して所望のインク吐出がなされ、高品質の
記録画像を常時安定して形成することができる。

【０１５２】本発明による発熱抵抗体の製造方法による
と、上記各効果を奏する液体吐出ヘッド用基体および液
体吐出ヘッドを製造することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】インクジェット記録ヘッド用基体の模式的断面
図である。

【図２】インクジェット記録ヘッド用基体のＶ_op設定用
ダミーヒーターのレイアウト図である。

【図３】Ｔａ₂ Ｎ発熱抵抗体を形成する抵抗層のＸ線回
折測定パターンである。

【図４】ＴａＮ_0.8 発熱抵抗体を形成する抵抗層のＸ線
回折測定パターンである。

【図５】ＴａＮ発熱抵抗体を形成する抵抗層のＸ線回折
測定パターンである。

【図６】インクジェット記録ヘッド用基体のダブルパル
ス駆動発泡模式的断面図である。

【図７】本発明の記録ヘッドを用いたインクジェット記
録装置の一例としての模式的斜視図である。

【図８】実施例２のＸ線回折測定パターンである。

【図９】実施例３のＸ線回折測定パターンである。

【図１０】ＳＳＴ試験の結果を示す図である。

【図１１】ＣＳＴ試験の結果を示す図である。

【図１２】印字耐久試験の結果を示す図である。

【図１３】本発明のインクジェット記録ヘッド用基体の
各層を成膜する成膜装置である。

【符号の説明】

１０１ シリコン基板 １０２ 熱酸化膜 １０３ 層間膜 １０４ 抵抗層 １０５ Ａｌ合金配線 １０６ 保護膜 １０７ 耐キャビテーション膜 １０８ 熱作用部 ２０１ ランク設定用ダミーヒーター ２０２ 温度調整用サブヒーター ３０１ タンタルターゲット ３０２ 平板マグネット ３０３ 基板ホルダー ３０４ 基板 ３０５ ヒータ ３０６ ＤＣ電源 ３０７ ポンプ ３０８ ヒータ ３０９ チャンバ ３１０ 取り入れ口 ３１１ シヤッター ６０１ インク吐出液 ６０２ 発泡 ６０３ インク ６０４ 駆動手段

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 杉谷 博志 東京都大田区下丸子３丁目30番２号 キ ヤノン株式会社内 (72)発明者 牧野 憲史 東京都大田区下丸子３丁目30番２号 キ ヤノン株式会社内 (72)発明者 田村 清一 東京都大田区下丸子３丁目30番２号 キ ヤノン株式会社内 (72)発明者 成瀬 泰弘 東京都大田区下丸子３丁目30番２号 キ ヤノン株式会社内 (56)参考文献 特開 平４−255357（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−92565（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−57885（ＪＰ，Ａ) 特公 昭61−56111（ＪＰ，Ｂ２) 米国特許3242006（ＵＳ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B41J 2/05 B41J 2/16 B41J 2/335 C01B 21/06 C01G 35/00 H01C 7/00 H01C 17/12

Claims (21)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 熱エネルギーを用いて吐出口から液体を
   吐出する液体吐出ヘッドに設けられる発熱抵抗体におい
   て、 該発熱抵抗体は、六方晶系（hexagonal）構造のＴａＮ
   _0.8 を含むことを特徴とする液体吐出ヘッド用発熱抵抗
   体。
2. 【請求項２】 熱エネルギーを用いて吐出口から液体を
   吐出する液体吐出ヘッドに設けられる発熱抵抗体におい
   て、 該発熱抵抗体は、六方晶系（hexagonal）構造のＴａＮ
   _0.8 のみで構成されることを特徴とする液体吐出ヘッド
   用発熱抵抗体。
3. 【請求項３】 熱エネルギーを用いて吐出口から液体を
   吐出する液体吐出ヘッドに設けられる発熱抵抗体におい
   て、 該発熱抵抗体は、六方晶系（hexagonal）構造のＴａＮ
   _0.8 およびＴａＮを含むことを特徴とする液体吐出ヘッ
   ド用発熱抵抗体。
4. 【請求項４】 熱エネルギーを用いて吐出口から液体を
   吐出する液体吐出ヘッドに設けられる発熱抵抗体におい
   て、 該発熱抵抗体は、六方晶系（hexagonal）構造のＴａＮ
   _0.8 およびＴａ ₂ Ｎを含むことを特徴とする液体吐出ヘッ
   ド用発熱抵抗体。
5. 【請求項５】 請求項１乃至請求項４のいずれかに記載
   の発熱抵抗体を有する液体吐出ヘッド用基体。
6. 【請求項６】 請求項５に記載の液体吐出ヘッド用基体
   において、 発熱抵抗体を有する複数の層構造の最上層は、Ｔａを有
   する層であることを特徴とする液体吐出ヘッド用基体。
7. 【請求項７】 請求項５に記載の液体吐出ヘッド用基体
   において、 該液体吐出ヘッド用基体は六方晶系（hexagonal）構造
   のＴａＮ _0.8 を含むとともに、液体の吐出には使用され
   ない抵抗素子を有することを特徴とする液体吐出ヘッド
   用基体。
8. 【請求項８】 請求項５乃至請求項７のいずれかに記載
   の液体吐出ヘッド用基体を有する液体吐出ヘッド。
9. 【請求項９】 請求項８に記載の液体吐出ヘッドにおい
   て、 該液体吐出ヘッドは、異なる液体を吐出することを特徴
   とする液体吐出ヘッド。
10. 【請求項１０】 六方晶系（hexagonal）構造のＴａＮ
    _0.8 およびＴａＮを含む発熱抵抗体を用い、液体収納部
    が別体とされることを特徴とする液体吐出ヘッド。
11. 【請求項１１】 六方晶系（hexagonal）構造のＴａＮ
    _0.8 およびＴａ ₂ Ｎを含む発熱抵抗体を用い、液体収納部
    が一体とされ、一体交換タイプの液体吐出ヘッド。
12. 【請求項１２】 請求項８乃至請求項１１のいずれかに
    記載の液体吐出ヘッドにおいて、 該液体吐出ヘッドは、吐出された液体を付着させるシー
    ト媒体の幅方向にわたって液体吐出口を有することを特
    徴とする液体吐出ヘッド。
13. 【請求項１３】 請求項８乃至請求項１２のいずれかに
    記載の液体吐出ヘッドにおいて、 該液体吐出ヘッドは、液体吐出口の数が６４以上である
    ことを特徴とする液体吐出ヘッド。
14. 【請求項１４】 液体吐出装置に着脱自在であって、請
    求項８乃至請求項１１のいずれかに記載の液体吐出ヘッ
    ドを用いて構成されたことを特徴とする液体吐出ヘッド
    カートリッジ。
15. 【請求項１５】 請求項８乃至請求項１３のいずれかに
    記載の液体吐出ヘッドを複数用いて構成されたことを特
    徴とする液体吐出ヘッドユニット。
16. 【請求項１６】 請求項８乃至請求項１３のいずれかに
    記載の液体吐出ヘッド、または請求項１４に記載の液体
    吐出カートリッジ、または請求項１５に記載の液体吐出
    ヘッドユニットを用いて媒体に液体の吐出を行う液体吐
    出装置。
17. 【請求項１７】 請求項１６に記載の液体吐出装置の発
    熱抵抗体を発熱するための駆動条件が、液体の吐出する
    一番低い電圧Ｖ _th の１．１倍以上１．４倍以下の電圧に
    より駆動することを特徴とする液体吐出装置の駆動方
    法。
18. 【請求項１８】 少なくとも液体吐出用素子として発熱
    抵抗体を多数用いる液体吐出ヘッドの駆動方法であっ
    て、該発熱抵抗体のそれぞれが六方晶系（hexa gonal）
    構造のＴａＮ _0.8 を含み、１０ｋＨｚ以上の駆動周波数
    で駆動されることを特徴とする液体吐出ヘッドの駆動方
    法。
19. 【請求項１９】 液体吐出ヘッド用基体の製造方法にお
    いて、 該製造方法は、窒素ガスとアルゴンガスからなる混合ガ
    ス雰囲気を形成し、前記窒素ガスの分圧を２２％以上２
    ６％以下の範囲とし、前記雰囲気の温度を１５０℃以上
    ２３０℃以下の範囲とし、基板温度を１８０℃以上２３
    ０℃以下の範囲とし、スパッタリングＤＣパワーを１．
    ０ｋＷ以上４．０ｋＷ以下の範囲とし、反応性スパッタ
    リングを行って六方晶系（hexagonal）構造のＴａＮ _0.8
    を含む発熱抵抗体を形成する工程を包含することを特徴
    とする液体吐出ヘッド用基体の製造方法。
20. 【請求項２０】 少なくとも液体吐出用素子として発熱
    抵抗体を用いる液体吐出ヘッドの製造方法において、 該発熱抵抗体と共に該液体吐出ヘッドに備えられる機能
    素子と該発熱抵抗体とが、六方晶系（hexagonal）構造
    のＴａＮ _0.8 を含むことを特徴とする液体吐出ヘッドの
    製造方法。
21. 【請求項２１】 記録媒体に記録を行う記録ヘッドに設
    けられる抵抗体において、 該抵抗体が、六方晶系（hexagonal）構造のＴａＮ _0.8 を
    含むことを特徴とする記録ヘッド用抵抗体。