JPH02192950A - 液体噴射記録装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

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℃記録を行う液体噴射記録装置、殊に
熱エネルギーを利用する液体噴射記録装置に関する。

液体噴射記録装置には、種々の方式があるが、その中で
も例えば強国公開公報（ＯＬＳ　）　２８４３０６４号
、同２９４４００５号、ＵＳＰ　４３３５３８９号公報
等に開示された方式の液体噴射記録装置は、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、且つ
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。

上記の液体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げられる構
造とするのが望ましいとされている。

百年ら、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、記録用の液体
の電気抵抗値如何によっては該液体を通じて電気が流れ
たり、液体を通じての電気の流れによって液体自体が電
気分解したり、或いは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蝕によ
る抵抗値の変化、強いては発熱抵抗体の破損或いは破壊
が起こったり、更には発熱抵抗体から発生される熱作用
による液体の、望ましくは蒸気泡い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。

その為に、従来においては、ＮｉＣｒ等の合金やＺｒＢ
２゜ＨｆＢ２　　等の金属硼化物等の比較的発熱抵抗体
材料としての特性に優れた無機材料で発熱抵抗体を構成
すると共に、該材料で構成された発熱抵抗体上に、５ｉ
０２等の耐酸化性に優れた材料で構成された保護層（上
部層）を設けることで、発熱抵抗体が液体に直に接触す
るのを防止して、前記の諸問題を解決し、信頼性と繰返
し使用耐久性の向上を計ろうとすることが提案されてい
た。

、百年ら上記の様な構成の電気熱変換体が設げられた記
録ヘッドを有する液体噴射記録装置は、記録用の着色さ
れた液体として、電気伝導度の比較的低い液体（例えば
液媒体として蒸留水やアルコールを用いたもの）を使用
する場合には、耐酸化性に優れ、繰返し使用耐久性の点
で満足の行くものではあるが、Ｎａイオン等の含有率が
高い為に電気伝導度の大きな記録用の液体や電解質の液
体を使用する場合には、繰返し使用耐久性、耐経時的変
化性の点で不充分であった。従って、使用する記録用液
体の選択に制約があって、殊に多色或いは天然色のカラ
ー記録を行う場合には、障害となりていた。

又、上記の様に発熱抵抗体上に保護層を設ける場合にお
いても、例えば層形成に生ずる保護層自体の欠陥に基づ
く発熱抵抗体側方向への液体の浸入を実質上完全に防止
することは再現性、量産性の点で非常に困難である。況
してや、高密度に多数の熱作用部をその構成の一部とす
る液流路（ノズル）を設げる、所謂高・密度マルチオリ
フィス化の場合には、少なくとも液流路数だけ電気熱変
換体を一度に設ける必要性から、先の保護層の欠陥によ
る不良化の電気熱変換体の製造歩留りへの影響は、製造
コストの面も含めて大きな問題である。

従って、保護層がなく、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、使用繰返し性、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
を具備する液体噴射記録装置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液体噴
射記録装置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。

繰返し使用性、耐電気化学反応性に優れた液体噴射記録
装置を提供することである。

本発明の液体噴射記録装置は液体を吐出して、飛翔的液
滴を形成する為に設けられた吐出口と、該吐出口（オリ
スイス）に連通し、飛翔的液滴を形成する為の熱エネル
ギーが液体に作用するところとしての熱作用部と、前記
熱エネルギーを発生する手段としての電気熱変換体とを
具備し、該電気熱変換体を構成する発熱抵抗層がＴａ又
はＴａ含有合金から成る事を特徴とする。

上記の様な構成とされる本発明の液体噴射記録装置は、
耐繰返し使用性、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。

更に、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場合には、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の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為の実際の駆動電圧
も低く省エネルギー化を容易に実現することが出来る。

又、記録用の液体の選択範囲が広範である為に所望の色
の多色及び天然色のカラー記録を容易に行う事が出来る
。

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（＆）は、本発明の液体噴射記録装置の主要部の
オリフィス側から見た正面部分図、第１図ｆｂ）は、第
１図（＆）に−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乙の表面に、所定の線密度で所
定の巾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。図に示す液体噴射記
録装置の場合、オリフィス５を複数有するものとして示
されであるが、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場合の記録装置への適用の場合
も本発明の範祷に通入るものである。

液吐出部６は、そ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依る急激な状態変化を引起す
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６上に設けられた下部層１へ該下部
層１０上に設けられた発熱抵抗層（発熱抵抗体）１１、
該発熱抵抗層１１上に必要に応じて設けられる上部層１
２とで構成される。発熱抵抗層１１には、熱を発生させ
る為に核層１１に通電する為の電極１３．１４がその表
面に設けられである。電極１６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である。

上部層１２は、発熱抵抗層１１を、使用する液体から化
学的・物理的に保護する為に発熱抵抗層１１と液吐出部
６にある液体とを隔絶すると共に、液体を通じて電極１
３．１４間が短絡するのを防止する発熱抵抗層１１の保
護的機能を有している。

上部層１２は、上記の様な機能を有するものであるが、
本発明の液体噴射記録装置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、液体を通じて電
極１３．１４間が電気的にＩす１ 短絡する心配が全くない場合には、必ずしも設は心 る必要はなく、又、上記の心配がある場合であっても、
発熱抵抗層１１上には設ける必要はなく、電極ｉｓ、ｉ
４の表面を覆ってやるだけで前記の心 心配が全面的に解消される。

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６側の方に伝導するよシも、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、詰り発熱抵抗層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にある熱が速かに基板６
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６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、本発明の液体噴射記録装置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シ大きく、発熱抵抗層１１への通
電がＯＦＦされた際には、基板６側への熱流量の割合が
出来る限シ大きくなる様にして、液滴吐出エネルギーの
高効率化と高熱応答性及び連続的繰返し液滴吐出性の向
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は、前
記した肇零大様に、Ｔ＆（タンタル）又はＴａ含有合金
の薄層として設けられる。

本発明において、Ｔ＆含有合金を形成するＴａの相手材
料として有効なのは、Ａｌ！（アルミニウム）、Ｓｌ（
シリコン）、及び遷移金属である。遷移金属としては、
周期律表第４周期に属する金属、即ち、Ｔｉ（チタン）
、”ｉ’ナジウム）　、Ｏｒ　（クロム）、Ｍｎ　（￥
ンガｙ）、Ｆｅ（鉄）、Ｃｏ（”バルト）、Ｎ１（＝ッ
ケル）　、Ｃｕ　（銅）、周期律表第５周期に属する金
属、例えば、Ｎｂ（ｗオブ）、Ｍｏ（モリブデン）、Ｐ
ｄ（パラジウム）等、周期律表第６周期に属する金属、
例えば、Ｈｆ（）・フニウム）、Ｗ（り゛ングステン）
、Ｐｔ（白金）、Ａｕ（金）等が好ましい金属として挙
げることが出来る。

Ｔ＆含有合金を構成するこれ等のＴ＆の相手材料となる
金属は、一種類に限ることなく１、所望の特性を最大限
に得る為に二種類以上用いても良い。即ち、本発明にお
いては、Ｔａ含有合金は、２元系、６元系、更には４元
系或いはそれ以上と、多元系とされても良いものである
。

Ｔａ含有合金とじて、６戸以上の多元系とする場合には
、周期律表の同族に属する金属を選択するよシは、異種
族の金属を目的に合せて選択する方が種々の物性を有す
る金属が得られるので好ましいものである。

本発明において、Ｔａ含有合金として、特に好ましく用
いられる組合せ例としては、Ｔａ　−１’Ｊ、　Ｔ＆−
ＳｉＴａ−Ｎ６．　Ｔａ−Ｗ、　Ｔａ−Ｃａ、　Ｔａ−
Ｎｉ等の２元基合金、Ｔａ−Ｎｉ−Ａ４Ｔａ−Ｎｉ−Ｍ
ｏ、Ｔａ−Ｎｉ−０ｒ、ＴａＴａ−０ｒ−、Ｔａ−Ｃｒ
−Ａ４Ｔａ−０ｒ−Ｗ、　Ｔａ−８ｉ−Ｗ等の６元系合
金、Ｔ＆−Ｎ、ｉ−Ａ＃　−Ｗ、　Ｔａ−Ｗ−Ａｊ？−
８ｉ、　Ｔ＆−Ｎｉ−Ｗ−８ｉ等の４元系合金が挙げら
れ“る。

本発明において、Ｔ、＆含有合金中に含有されるＴａの
含有率は、相手金属の種類、相手金属が複数の場合には
、相手金属同志の含有割合等によって、本発明の目的に
適う発熱抵抗層１１が得られる様に適宜所望に従って決
定されるものであるが、ｍａｉ１％で好ましくは２０　
ｍａｉ１％以上、より好ましと くは２５　ｍａｌｔ％以上、最適には５５　ｍｏ１％以
褐（れるのが望ましく、上限としては、好ましくは１０
０　ｍｏ１％未満とされるのが望ましい。

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
性等に応じて適宜法められるが、好ましくは５０Ａ〜５
μ、より好ましくは本発明において、Ｔａ含有合金から
成る発熱抵抗層１１は所望のＴ＆の相手金属、例えばＡ
ｌであればＴａダーゲット上に所望面積のＡＡ片を置い
て、Ｇｏ　−８ｕｐｔｔｅｒ　（共ス夷バッタ）するこ
とによって形成するのが望ましい。

次に、以降において説明される本発明の実施例或いは比
較例において製造された液体噴射記録装置の製造法及び
形態の概要に就て説明する。

が望ましい。

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乙の下部層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
択エツチングにより例えば幅４０μｍ、長さ２００１１
ｍの発熱抵抗体１１−１〜１１−３・・・・・を形成し
た。又、エツチングにより選択電極１４及び共通電極１
３を形成した。更に、各電極及び各発熱抵抗体の表面に
、必要に応じて保護層（上部層）１２を積層した。

又、これ等とは別に、ガラス板に複数本の溝（例えば巾
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。

このようにして作成した、発熱抵抗体設置基板共通イン
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）も接続して記録装置を一体的に完成した。

更に、この記録装置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０ 上記の構成の液体噴射記録装置に於て、上部層１２とし
て、５ｉＯｚ　１．Ｏμ層厚、　ＴａｚＯｓ　Ｏ，５／
’　層厚の薄層を各発熱抵抗層１１上に積層したもので
は、発泡閾値電圧に対して１．５〜１．９倍の駆動電圧
マージンが得られた。このことは、発熱抵抗層１１を液
体に露出させる系の場合に比べて上部層１２を設けるこ
とで一層耐熱性が向上することが示される。

この際、上記の上部層１２のない系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、従来に較べて優
れていることが示される。

基板６としては、上記のアルミナ基板の外に、シリコン
ウェハを用い、下部層１０としては、シリコンウェハの
表面な熱配化して形成された２〜５μの５ｉＯｚ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６としては、実施例で使用されたものの他、ガ
ラヌ、セラミックス、耐熱性グラスチック等も用いるこ
とが出来る。

電極材料としては、Ａ７の他に、ｆｉ、１−Ｃｕ　、　
ｋｌ−８ｉ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液体噴射記録装置（サンプル腐１
−１〜１４−４）（液流路数１００、−液流路果を以下
の表に示す。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）は、本発明の適用される液体噴射記録ヘッ
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−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。 １・・・・・液体噴射記録装置、２・・・・・電気熱変
換体、３・・・・・基鈑、４・・・・・溝付板、５・・
・・・・・・・・発熱抵抗層、１２・・・・・上部層、
１６・・・共通電極、１４・・・・・選択電極。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）液体を吐出して、飛翔的液滴を形成する為に設け
   られた吐出口と、該吐出口に連通し、飛翔的液滴を形成
   する為の熱エネルギーが液体に作用するところとしての
   熱作用部と、前記熱エネルギーを発生する手段としての
   電気熱変換体とを具備し、該電気熱変換体を構成する発
   熱抵抗層がＴａ又はＴａ含有合金から成る事を特徴とす
   る液体噴射記録装置。
2. （２）Ｔａの含有率が２０ｍｏｌ％以上である特許請求
   の範囲第１項に記載の液体噴射記録装置。