JPH02277645A - Liquid jet recording head - Google Patents

Liquid jet recording head

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JPH02277645A
JPH02277645A JP10113789A JP10113789A JPH02277645A JP H02277645 A JPH02277645 A JP H02277645A JP 10113789 A JP10113789 A JP 10113789A JP 10113789 A JP10113789 A JP 10113789A JP H02277645 A JPH02277645 A JP H02277645A
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Japan
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liquid
electrode
recording
layer
protective layer
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Takuro Sekiya
卓朗 関谷
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Ricoh Co Ltd
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Abstract

PURPOSE:To prolong the durability of a heating element and to prevent failure of insulation of an electrode from occurring by a method wherein volume resistivity of a thermal resistor layer and volume resistivity of a protective layer conform to a specific relation. CONSTITUTION:A liquid jet recording head is driven at a higher speed than 5KHz in continuous driven response frequency. A heat energy operation part has a thermal resistor layer 39 and at least a pair of electrodes 37, 38 connected electrically to the thermal resistor layer, and a protective layer 44 provided on the thermal resistor layer for bringing the thermal resistor layer in no contact with a recording liquid material 40. A pattern width of the thermal resistor 39 and a pattern width of an electrode connected thereto are a fine pattern of 25mum or under at its connection part. Where volume resistivity of the thermal resistor layer 39 is taken as rhoh and volume resistivity of the protective layer 44 is taken as rhohi, the relation of the formula (1) is satisfied. Thus, durability of the heating element part of the recording head is improved, and its life can be increased to 10<9> pulse or over. Further, a heat accumulating layer 43, the thermal resistor protective layer 44, and an electrode protective layer 45 are established, and improvement of durability to failure of insulation of the heating element part is achieved.

Description

【発明の詳細な説明】 致亙分互 本発明は、液体噴射記録ヘッド、より詳細には、バブル
ジェット型インクジェットヘッドの発熱部の保護或いは
電極部の保護に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a liquid jet recording head, and more particularly to protection of a heat generating part or an electrode part of a bubble jet type ink jet head.

皿米孜凭 ノンインパクト記録法は、記録時における騒音の発生が
無視し得る程度に極めて小さいという点において、最近
関心を集めている。その中で、高速記録が可能であり、
而も所謂普通紙に特別の定着処理を必要とせずに記録の
行える所謂インクジェット記録法は極めて有力な記録法
であって、これまでにも様々な方式が提案され、改良が
加えられて商品化されたものもあれば、現在もなお実用
化への努力が続けられているものもある。
The plate rice non-impact recording method has recently attracted attention because the noise generated during recording is so small that it can be ignored. Among them, high-speed recording is possible,
However, the so-called inkjet recording method, which allows recording on plain paper without the need for special fixing treatment, is an extremely powerful recording method, and various methods have been proposed, improved, and commercialized. Some have been developed, and efforts are still being made to put them into practical use.

この様なインクジェット記録法は、所謂インクと称され
る記録液体の小滴(droplet)を飛翔させ、記録
部材に付着させて記録を行うものであって。
Such an inkjet recording method performs recording by causing droplets of a recording liquid called ink to fly and adhere to a recording member.

この記録液体の小滴の発生法及び発生された記録液小滴
の飛翔方向を制御する為の制御方法によって幾つかの方
式に大別される。
There are several types of methods depending on the method of generating recording liquid droplets and the control method for controlling the flying direction of the generated recording liquid droplets.

先ず第1の方式は例えば米国特許第3060429号明
細書に開示されているもの(Tele type方式)
であって、記録液体の小滴の発生を静電吸引的に行い、
発生した記録液体小滴を記録信号に応じて電界制御し、
記録部材上に記録液体小滴を選択的に付着させて記録を
行うものである。
First, the first method is disclosed in, for example, US Pat. No. 3,060,429 (Tele type method).
The generation of small droplets of recording liquid is carried out by electrostatic attraction,
The generated recording liquid droplet is controlled by an electric field according to the recording signal,
Recording is performed by selectively depositing recording liquid droplets onto a recording member.

これに就いて、更に詳述すれば、ノズルと加速電極間に
電界を掛けて、−様に帯電した記録液体の小滴をノズル
より吐出させ、該吐出した記録液体の小滴を記録信号に
応じて電気制御可能な様に構成されたxy偏向電極間を
飛翔させ、電界の強度変化によって選択的に小滴を記録
部材上に付着させて記録を行うものである。
To explain this in more detail, an electric field is applied between the nozzle and the accelerating electrode to eject a negatively charged recording liquid droplet from the nozzle, and the ejected recording liquid droplet is converted into a recording signal. Accordingly, the droplet is caused to fly between x and y deflection electrodes configured to be electrically controllable, and the droplet is selectively deposited on the recording member by changing the intensity of the electric field to perform recording.

第2の方式は1例えば米国特許第3596275号明細
書、米国特許筒P 329g030号明細書等に開示さ
れている方式(Swast方式)であって、連続振動発
生法によって帯電量の制御された記録液体の小滴を発生
させ、この発生された帯電量の制御された小滴を、−様
の電界が掛けられている偏向電極間を飛翔させることで
、記録部材上に記録を行うものである。
The second method is a method (Swast method) disclosed in, for example, U.S. Pat. No. 3,596,275, U.S. Pat. Recording is performed on a recording member by generating droplets of liquid and flying the generated droplets with a controlled amount of charge between deflection electrodes to which a negative electric field is applied. .

具体的には、ピエゾ振動素子の付設されている記録ヘッ
ドを構成する一部であるノズルのオリフィス(吐出口)
の前に記録信号が印加されている様に構成した帯電電極
を所定距離だけ離して配置し、前記ピエゾ振動素子に一
定周波数の電気信号を印加することでピエゾ振動素子を
機械的に振動させ、前記吐出口より記録液体の小滴を吐
出させる。この時前記帯電電極によって吐出する記録液
体小滴には電荷が静電誘導され、小滴は記録信号に応じ
た電荷量で帯電される。帯電量の制御された記録液体の
小滴は、一定の電界が一様に掛けられている偏向電極間
を飛翔する時、付加された帯電量に応じて偏向を受け、
記録信号を担う小滴のみが記録部材上に付着し得る様に
されている。
Specifically, the orifice (discharge port) of a nozzle, which is a part of the recording head to which the piezo vibrating element is attached.
A charged electrode configured to have a recording signal applied thereto is arranged at a predetermined distance in front of the piezo vibrating element, and an electric signal of a constant frequency is applied to the piezo vibrating element to mechanically vibrate the piezo vibrating element, A small droplet of recording liquid is ejected from the ejection port. At this time, charges are electrostatically induced in the recording liquid droplet discharged by the charging electrode, and the droplet is charged with an amount of charge corresponding to the recording signal. When a droplet of recording liquid with a controlled amount of charge flies between deflection electrodes to which a constant electric field is uniformly applied, it is deflected according to the amount of charge applied.
Only the droplets carrying the recording signal are allowed to deposit on the recording member.

第3の方式は例えば米国特許第3416153号明細書
に開示されている方式(Hertz方式)であって、ノ
ズルとリング状の帯電電極間に電界を掛け、連続振動発
生法によって、記録液体の小滴を発生霧化させて記録す
る方式である。即ちこの方式ではノズルと帯電電極間に
掛ける電界強度を記録信号に応じて変調することによっ
て小滴の霧化状態を制御し、記録画像の階調性を出して
記録する。
The third method is the method (Hertz method) disclosed, for example, in U.S. Pat. This method records by generating and atomizing droplets. That is, in this method, the atomization state of droplets is controlled by modulating the electric field intensity applied between the nozzle and the charging electrode in accordance with the recording signal, and the gradation of the recorded image is produced.

第4の方式は、例えば米国特許第3747120号明細
書に開示されている方式(Steams方式)で、この
方式は前記3つの方式とは根本的に原理が異なるもので
ある。
The fourth method is, for example, the method disclosed in US Pat. No. 3,747,120 (Steams method), and this method is fundamentally different in principle from the above three methods.

即ち、前記3つの方式は、何れもノズルより吐出された
記録液体の小滴を、飛翔している途中で電気的に制御し
、記録信号を担った小滴を選択的に記録部材上に付着さ
せて記録を行うのに対して、この5teIllIe方式
は、記録信号に応じて吐出口より記録液体の小満を吐出
飛翔させて記録するものである。
That is, in all three methods, the droplets of recording liquid ejected from the nozzle are electrically controlled while they are in flight, and the droplets carrying the recording signal are selectively attached to the recording member. In contrast, in the 5teIllIe method, recording is performed by ejecting a small amount of recording liquid from an ejection port in response to a recording signal.

つまり、Stemma方式は、記録液体を吐出する吐出
口を有する記録ヘッドに付設されているピエゾ振動素子
に、電気的な記録信号を印加し、この電気的記録信号を
ピエゾ振動素子の機械的振動に変え1.該機械的振動に
従って前記吐出口より記録液体の小滴を吐出飛翔させて
記録部材に付着させることで記録を行うものである。
In other words, in the Stemma method, an electrical recording signal is applied to a piezoelectric vibrating element attached to a recording head that has an ejection port for discharging recording liquid, and this electrical recording signal is applied to the mechanical vibration of the piezoelectric vibrating element. Change 1. Recording is performed by ejecting small droplets of recording liquid from the ejection opening in accordance with the mechanical vibration and adhering them to the recording member.

これ等、従来の4つの方式は各々に特長を有するもので
あるが、又、他方において解決され得る可き点が存在す
る。
These four conventional methods each have their own advantages, but there are also points that can be solved in the other method.

即ち、前記第1から第3の方式は記録液体の小滴の発生
の直接的エネルギーが電気的エネルギーであり、又、小
滴の偏向制御も電界制御である。
That is, in the first to third methods, the direct energy for generating droplets of the recording liquid is electrical energy, and the deflection control of the droplets is also electric field control.

その為、第〕−の方式は、構成上はシンプルであるが、
小滴の発生に高電圧を要し、又、記録ヘッドのマルチノ
ズル化が困難であるので高速記録には不向きである。
Therefore, although the method 1-1 is simple in structure,
It is not suitable for high-speed recording because it requires a high voltage to generate droplets and it is difficult to form a recording head with multiple nozzles.

第2の方式は、記録ヘッドのマルチノズル化が可能で高
速記録に向くが、構成上複雑であり、又記録液体小滴の
電気的制御が高度で困難であること、記録部材上にサテ
ライトドツトが生じ易いこと等の問題点がある。
The second method allows the recording head to have multiple nozzles and is suitable for high-speed recording, but it has a complicated structure, and the electrical control of recording liquid droplets is sophisticated and difficult, and satellite dots are placed on the recording member. There are problems such as easy occurrence of.

第3の方式は、記録液体小滴を霧化することによって階
調性に優れた画像が記録され得る特長を有するが、他方
霧化状態の制御が困難であること、記録画像にカブリが
生ずること及び記録ヘッドのマルチノズル化が困難で、
高速記録には不向きであること等の諸問題点が存する。
The third method has the advantage of being able to record images with excellent gradation by atomizing recording liquid droplets, but on the other hand, it is difficult to control the atomization state and fog occurs in the recorded image. In addition, it is difficult to create a multi-nozzle recording head.
There are various problems such as being unsuitable for high-speed recording.

第4の方式は、第1乃至第3の方式に比べ利点を比較的
多く有する。即ち、構成上シンプルであること、オンデ
マンド(on−demand)で記録液体をノズルの吐
出口より吐出して記録を行う為に、第1乃至第3の方式
の様に吐出飛翔する小滴の中、画像の記録に要さなかっ
た小滴を回収することが不要であること及び第1乃至第
2の方式の様に、導電性の記録液体を使用する必要性が
なく記録液体の物質上の自由度が大であること等の大き
な利点を有する。丙午ら、一方において、記録ヘッドの
加工上に問題があること、所望の共振数を有するピエゾ
振動素子の小型化が極めて困難であること等の理由から
記録ヘッドのマルチノズル化が難しく、又、ピエゾ振動
素子の機械的振動という機械的エネルギーによって記録
液体小滴の吐出飛翔を行うので高速記録には向かないこ
と、等の欠点を有する。
The fourth method has relatively many advantages compared to the first to third methods. In other words, the structure is simple, and since recording is performed by ejecting recording liquid from the ejection opening of the nozzle on-demand, it is possible to reduce the number of small droplets that fly as in the first to third methods. Second, it is not necessary to collect droplets that are not needed to record an image, and unlike the first and second methods, there is no need to use a conductive recording liquid, and the material of the recording liquid is It has great advantages such as a high degree of freedom. On the other hand, it is difficult to make the recording head multi-nozzle because there are problems in processing the recording head, and it is extremely difficult to miniaturize the piezoelectric vibrating element having the desired resonance number. This method has drawbacks such as that it is not suitable for high-speed recording because the recording liquid droplets are ejected and ejected in flight using the mechanical energy of the mechanical vibration of the piezoelectric vibrating element.

このように従来法には、構成上、高速記録化上、記録ヘ
ッドのマルチノズル化上、サテライトドツトの発生およ
び記録画像Qカブ9発生等の点において一長一短があっ
て、その長所を利する用途にしか適用し得ないという制
約が存在していた。
As described above, the conventional method has advantages and disadvantages in terms of structure, high-speed recording, multi-nozzle recording head, generation of satellite dots, generation of recorded image Q-cubes, etc., and there are applications that take advantage of these advantages. There was a restriction that it could only be applied to

また、特開昭55−128468号公報には、比抵抗が
5 X 10’Ω・1以上の薄膜により発熱体を保護す
ることが開示されている。
Furthermore, Japanese Patent Application Laid-Open No. 55-128468 discloses that a heating element is protected by a thin film having a specific resistance of 5×10'Ω·1 or more.

第7図は、上記特開昭55−128468号公報に開示
された液体噴射記録ヘッドの一例を説明するための図で
1発熱体設置基板1の表面に発熱部2が設けられている
。又、基板3の材料とじては、ガラス、セラミックス或
いは耐熱性プラスチック等が用いられている。基板3に
は、吐出前のインクを収容する室4′及び吐出オリフィ
ス5を構成する長尺溝4が予め形成してあり、基板3と
発熱体設置基板1とは、発熱部2と溝4の位置合せをし
た後、接着剤によって接合して一体化される。
FIG. 7 is a diagram for explaining an example of a liquid jet recording head disclosed in the above-mentioned Japanese Patent Application Laid-Open No. 55-128468. 1 A heat generating section 2 is provided on the surface of a heat generating element installed substrate 1. As shown in FIG. Further, as the material of the substrate 3, glass, ceramics, heat-resistant plastic, etc. are used. On the substrate 3, a chamber 4' for accommodating ink before ejection and a long groove 4 constituting an ejection orifice 5 are formed in advance. After alignment, they are joined and integrated with adhesive.

第8図は、溝4の軸線に沿った断面図で、記録用インク
は、図中、矢印で示される様に室4′内へ供給されてい
る。今、室4′内の1部に付設された発熱部2に対して
外部から信号が印加されると1発熱部2は発熱し、その
近傍のインクに熱エネルギーを与える。熱エネルギーを
受けたインクは体積膨張或いは気泡の発生等の状態変化
を起こして圧力変化を生じ、この圧力変化が吐出オリフ
ィス5の方向に伝わり、インクが小滴となって吐出され
る。そして、この小滴が不図示の紙等、任意の被記録材
に付着することによって記録が為される。
FIG. 8 is a sectional view taken along the axis of the groove 4, and the recording ink is supplied into the chamber 4' as indicated by the arrow in the figure. Now, when a signal is applied from the outside to the heat generating part 2 attached to a part within the chamber 4', the first heat generating part 2 generates heat and gives thermal energy to the ink in the vicinity thereof. The ink that has received thermal energy undergoes a change in state such as volumetric expansion or generation of bubbles, resulting in a pressure change, and this pressure change is transmitted in the direction of the ejection orifice 5, and the ink is ejected in the form of small droplets. Then, recording is performed by attaching these droplets to an arbitrary recording material such as paper (not shown).

第8図には、発熱体設置基板1の詳細構造が示されてお
り、この発熱部2は、アルミナ等の基板6上に、蓄熱層
71発熱抵抗体10、電極8を順次、薄膜形成技術によ
って積層し、発熱抵抗体10及び電極8を所定の形状に
パターンニングした後、更に、保護N9を積層して構成
される。そして、この発熱部2は溝4内に吐出する構成
となっている。発熱体設置基板1において、インクが直
接接するのは保護層9であるが、この保護層9は発熱抵
抗体10および電極8がインクと接触して酸化されたり
、反対にそれ等を絶縁してインクが電気分解されるのを
防いでおり、具体的には保護層9として比抵抗が5 X
 10’Ω・1以上となる厚さ0.1μ層〜5μ璽程度
の薄膜を形成している。
FIG. 8 shows the detailed structure of the heating element installation board 1, and the heating unit 2 is constructed by sequentially forming a heat storage layer 71, a heating resistor 10, and an electrode 8 on a substrate 6 made of alumina or the like using a thin film forming technique. After the heating resistor 10 and the electrode 8 are patterned into a predetermined shape, a protective layer N9 is further layered. The heat generating portion 2 is configured to discharge heat into the groove 4. In the heating element installation board 1, the protective layer 9 is in direct contact with the ink, but this protective layer 9 prevents the heating resistor 10 and the electrode 8 from coming into contact with the ink and being oxidized, or conversely insulating them. It prevents the ink from being electrolyzed, and specifically, the protective layer 9 has a specific resistance of 5
A thin film having a thickness of about 0.1 μm to 5 μm and having a resistance of 10′Ω·1 or more is formed.

しかしながら、上記のごとき液体噴射記録ヘッドにおい
ては1発熱体部の保護を考える場合、薄膜の比抵抗は重
要な因子の1つではあるが、より厳密には、発熱抵抗体
層との関係で論じなければならない。
However, in the liquid jet recording head as described above, when considering the protection of the heating element section, the specific resistance of the thin film is one of the important factors, but more precisely, it should be discussed in relation to the heating resistor layer. There must be.

更に、特開昭59−143650号公報には、電極表面
を変質させ、無機絶縁材料化された保護層とすることが
開示されている。
Furthermore, JP-A-59-143650 discloses altering the electrode surface to form a protective layer made of an inorganic insulating material.

第9図及び第10図は、上記特開昭59−143650
号公報に開示された液体噴射記録ヘッドの一例を説明す
るための図で、第9図は、オリフィス側から見た正面部
分図、第10図は、第9図に一点鎖線AA’で示した部
分で切断した場合の切断面部分図が示されており、図に
示される液体噴射記録ヘッドは、所望数の電気熱変換体
11が設けられた熱を液吐出に利用する液体噴射記録(
サーマルインクジェット’、T/Jと略記する)用の基
板12と、前記電気熱変換体11に対応して設けられた
溝を所望数有する溝付板13とでその主要部が構成され
ている。
Figures 9 and 10 are from the above-mentioned Japanese Patent Application Laid-Open No. 59-143650.
FIG. 9 is a partial front view as seen from the orifice side, and FIG. 10 is a diagram showing an example of the liquid jet recording head disclosed in the publication, and FIG. A partial cross-sectional view is shown in which the liquid jet recording head shown in the figure is a liquid jet recording head that is provided with a desired number of electrothermal converters 11 and utilizes heat for liquid ejection.
The main parts thereof include a substrate 12 for thermal inkjet (abbreviated as T/J) and a grooved plate 13 having a desired number of grooves corresponding to the electrothermal transducers 11.

T/J基板12と溝付板13とは、所定個所で接着剤等
で接合されることでT/J基板12の電気熱変換体11
の設けられている部分と、溝付板】83の溝の部分とに
よって液流路14を形成しており、該液流路14は、そ
の構成の一部に熱作用部15を有する。
The T/J board 12 and the grooved plate 13 are joined at predetermined locations with an adhesive or the like, so that the electrothermal converter 11 of the T/J board 12
A liquid flow path 14 is formed by the portion where the grooved plate 83 is provided and the groove portion of the grooved plate 83, and the liquid flow path 14 has a heat acting portion 15 as a part of its structure.

T/、J基板12は、シリコン、ガラス、セラミックス
等で構成されている支持体16、該支持体16上にSi
O□等が構成される下部層17、発熱抵抗層18等を有
し、発熱抵抗層18の表面の両側には、液流路14に沿
って電極19.20及び発熱抵抗層18の電極で被覆さ
れてない部分と、電極19.20の部分とを覆う様に無
機質材料で構成された保護層(上部層)21とを具備し
ている。
The T/J substrate 12 includes a support 16 made of silicon, glass, ceramics, etc., and a silicon substrate on the support 16.
It has a lower layer 17, a heat generating resistor layer 18, etc. where O□, etc. are formed, and on both sides of the surface of the heat generating resistor layer 18, electrodes 19, 20 and electrodes of the heat generating resistor layer 18 are arranged along the liquid flow path 14. A protective layer (upper layer) 21 made of an inorganic material is provided to cover the uncovered portion and the electrode portions 19 and 20.

電気熱変換体11は、その主要部として熱発生部22を
有し、該熱発生部22は支持体16上に支持体16側よ
り順次下部層17、発熱抵抗層18、上層部21とが積
層されて構成されており。
The electrothermal converter 11 has a heat generating section 22 as its main part, and the heat generating section 22 has a lower layer 17, a heating resistance layer 18, and an upper layer 21 formed on the support 16 in this order from the support 16 side. It is composed of layers.

上部層21の表面(熱作用面)23は、液流路14中を
満たす液体と直に接触している0図に示す液体噴射記録
ヘッドの場合には、上部層21は、核層21の機械的な
強度を一層高める為に、層26.27を設けた二重層構
造とされていて1層26は、例えばSin、等の無機酸
化物や513N4等の無機窒化物等の比較的電気絶縁性
、熱伝導性、及び耐熱性に優れた無機質材料で構成され
、層27は粘りがあって、比較的機械的強度に優れ、層
26に対して密着性のある、例えば、層26がS io
、で形成されている場合にはTa等の金属材料で構成さ
れる。
The surface (thermal action surface) 23 of the upper layer 21 is in direct contact with the liquid filling the liquid flow path 14. In order to further increase the mechanical strength, it has a double layer structure with layers 26 and 27, and one layer 26 is made of a relatively electrically insulating material such as an inorganic oxide such as Sin or an inorganic nitride such as 513N4. The layer 27 is made of an inorganic material with excellent properties, thermal conductivity, and heat resistance. io
, it is made of a metal material such as Ta.

この様に上部層21の表面層を金属等の比較的粘りがあ
って機械的強度のある無機質材料で構成することによっ
て、熱作用面23に於いて、液体吐出の際に生ずるキャ
ビテーション作用からのショックを充分吸収することが
出来、電気熱変換体11の寿命を格段に延ばす効果があ
る。上記液体噴射記録ヘッドは、電極19および20の
表面に無機絶縁材料化された保護層24を、電極表面を
変質させることによって設けることを特徴とするもので
、該保護層24は不図示ではあるが電極20の延長上の
、液流路14の上流に設けられる共通液室の底面部分に
も少なくとも設けられる。
By constructing the surface layer of the upper layer 21 from an inorganic material such as metal that is relatively sticky and has mechanical strength, the heat-active surface 23 is protected from the cavitation effect that occurs when liquid is discharged. Shocks can be sufficiently absorbed and the life of the electrothermal converter 11 can be significantly extended. The liquid jet recording head is characterized in that a protective layer 24 made of an inorganic insulating material is provided on the surfaces of the electrodes 19 and 20 by altering the electrode surface, and the protective layer 24 is not shown. is also provided at least at the bottom portion of the common liquid chamber provided upstream of the liquid flow path 14 as an extension of the electrode 20 .

保護層24は電極部表面に設けられ、その主なる役目は
、液浸透防止と耐液作用にある。そしてさらには、共通
液室より後方の電極配線部をも被覆する様に設けること
によって、電極配線部を製造工程中に起こる電極配線部
のキズの発生、断線の発生等から防止することが出来る
The protective layer 24 is provided on the surface of the electrode portion, and its main role is to prevent liquid penetration and provide liquid resistance. Furthermore, by covering the electrode wiring part behind the common liquid chamber, it is possible to prevent the electrode wiring part from being scratched or disconnected during the manufacturing process. .

而して、上述のととは液体噴射記録ヘッドにおいては、
電極を保護するためには、電極とその保護層の体積抵抗
率の関係が重要である。しかしながら上記特開昭59−
143650号公報には、″無機絶縁材料化”と記載さ
れているだけで具体的にどの位絶縁化すればよいのかの
記載がない。
Therefore, in the liquid jet recording head, the above-mentioned
In order to protect the electrode, the relationship between the volume resistivity of the electrode and its protective layer is important. However, the above-mentioned JP-A-59-
Publication No. 143650 only mentions "inorganic insulating material" but does not specifically state how much insulation should be used.

又、その絶縁化は、保護層単独の問題ではなく、電極と
の関係で規定されねばならない。
Further, the insulation must be determined not only by the protective layer but also by the relationship with the electrode.

更に、特開昭55−128468号公報では、ヒーター
のサイズが200μm×40μmであり、又、特開昭5
9−143650号公報では150μm X 30μm
という具合にそれらの技術はヒーターサイズが比較的大
きなものに適用されるようであり、たとえばヒーターの
パターン巾が25μm以下で、その製造上の歩留りある
いは長期にわたって使用する場合の耐久性が問題となる
ような、非常に微細なヒーターパターンを有するヘッド
には単に特開昭55−128468号公報、あるいは特
開昭59−143650号公報に開示される技術のみで
は、必ずしも良好な結果が得られなかった。
Furthermore, in JP-A-55-128468, the size of the heater is 200 μm x 40 μm;
In Publication No. 9-143650, it is 150 μm x 30 μm.
These technologies seem to be applied to relatively large heaters, for example, when the pattern width of the heater is 25 μm or less, and the manufacturing yield or durability of long-term use becomes an issue. For heads with very fine heater patterns such as this, it was not always possible to obtain good results by simply using the technology disclosed in JP-A-55-128468 or JP-A-59-143650. .

これは、特開昭55−128468号公報、あるいは特
開昭59−143650号公報のように、比較的大きい
ヒーターパターン(あるいは電極パターン)では問題と
ならなかったような問題(発熱体層、電極層、保護層等
の材料の微小欠陥あるいはパーティクル等に起因するパ
ターン欠陥等)も、パターン巾が微細であるが故に、製
造プロセス上、あるいは、設計上問題となってきたため
である。又、それに加えて、非常な高速で連続駆動(例
えば5KHzより高速)するようなヘッドにおいては、
ヒートサイクルの回数が非常に多いため、ヒータ一部は
非常に苛酷な条件(ヒートサイクルキャビテーション作
用、インクによる腐食等)にさらされることになり、そ
の保護手段においても従来のように、くりかえしの応答
周波数がそれほど速くない場合のものより厳しく検討さ
れねばならない。
This is a problem that did not occur with relatively large heater patterns (or electrode patterns) as in JP-A-55-128468 or JP-A-59-143650 (heating layer, electrode pattern). This is because minute defects in materials such as layers, protective layers, etc., or pattern defects caused by particles, etc.) have also become problems in the manufacturing process or design because the pattern width is small. In addition, for heads that are driven continuously at very high speeds (for example, faster than 5KHz),
Because the number of heat cycles is extremely large, a part of the heater is exposed to extremely harsh conditions (heat cycle cavitation effect, corrosion by ink, etc.). It must be considered more strictly than when the frequency is not so fast.

■−一」汀 本発明は、上述のごとき実情に鑑みてなされたもので、
特に、微細ヒーターサイズ及び、微細電極パターンを有
し、非常に高密度(たとえば16本/I以上)に配列さ
れ、かつ、非常に高速で駆動(連続駆動応答周波数が5
KHzより高速)されるバブルジェット型の液体噴射記
録装置において。
■-1 The present invention was made in view of the above-mentioned circumstances.
In particular, it has a fine heater size and a fine electrode pattern, is arranged at a very high density (for example, 16 wires/I or more), and is driven at a very high speed (with a continuous drive response frequency of 5
In a bubble jet type liquid jet recording device that operates at a speed higher than KHz.

(1)発熱部を保護すること、(2)電極部の耐久性を
向上させることを目的としてなされたものである。
This was done to (1) protect the heat generating part and (2) improve the durability of the electrode part.

碧−一」文 本発明は、上記目的の(1)を達成するために、換言す
れば、発熱部を保護するために、導入される記録液体を
収容するとともに該記録液体に熱によって気泡を発生さ
せ、該気泡の体積増加にともなう作用力を発生させる熱
エネルギー作用部を付設した流路と、該流路に連絡して
前記記録液体を前記作用力によって液滴として吐出させ
るためのオリフィスと、前記流路に連絡して前記流路に
前記記録液体を導入するための液室と、該液室に前記記
録液体を導入する手段よりなる液体噴射記録ヘッドにお
いて、該液体噴射記録ヘッドは、連続駆動応答周波数が
5KHzより高速で駆動され、前記熱エネルギー作用部
は、発熱抵抗体層と、該発熱抵抗体層に電気的に接続し
た少なくとも一対の電極と、前記発熱抵抗体層上に設け
られて前記発熱抵抗体層を前記記録液体に接触せしめな
いための保護層とを有し、前記発熱抵抗体のパターン巾
及びそれと接続する電極のパターン巾は、その接続部に
おいて25μm以下の微細パターンであり、前記発熱抵
抗体層の体積抵抗率をρh、前記保護層の体積抵抗率を
ρhiとするとき、 10xs<JLj!↓ ρh となる関係を満足することを特徴としたものであり、ま
た、上記目的の(2)を達成するために、換言すれば、
電極部の耐久性を向上させるために、導入される記録液
体を収容するとともに該記録液体に熱によって気泡を発
生させ、該気泡の体積増加にともなう作用力を発生させ
る熱エネルギー作周部を付設した流路と、該流路に連絡
して前記記録液体を前記作用力によって液滴として吐出
させるためのオリフィスと、前記流路に連絡して前記流
路に前記記録液体を導入するための液室と、該液室に前
記記録液体を導入する手段よりなる液体噴射記録ヘッド
において、該液体噴射記録ヘッドは、連続駆動応答周波
数が5KHzより高速で駆動され、前記熱エネルギー作
用部は、発熱抵抗体層と、該発熱抵抗体層に電気的に接
続した少なくとも一対の電極と、該電極をおおうように
設けられて該電極を前記記録液体に接触せしめないため
の電極保護層とを有し、前記発熱抵抗体のパターン巾及
びそれと接続する電極のパターン巾は、その接続部近傍
において、25μm以下の微細パターンであり、前記電
極の体積抵抗率をρe、前記電極保護層の体積抵抗率を
ρaiとするとき、101”くJ」↓ ρe となる関係を満足することを特徴としたものである。以
下1本発明の実施例に基づいて説明する。
In order to achieve the above object (1), in other words, in order to protect the heat generating part, the present invention has a method of accommodating the recording liquid to be introduced and generating bubbles in the recording liquid by heat. a flow path provided with a thermal energy action section that generates an action force as the volume of the bubble increases, and an orifice that communicates with the flow path and causes the recording liquid to be ejected as a droplet by the action force; A liquid jet recording head comprising a liquid chamber for communicating with the flow path and introducing the recording liquid into the flow path, and a means for introducing the recording liquid into the liquid chamber, the liquid jet recording head having a continuous Driven at a drive response frequency higher than 5 KHz, the thermal energy applying section includes a heating resistor layer, at least one pair of electrodes electrically connected to the heating resistor layer, and provided on the heating resistor layer. and a protective layer for preventing the heat generating resistor layer from coming into contact with the recording liquid, and the pattern width of the heat generating resistor and the pattern width of the electrode connected thereto are a fine pattern of 25 μm or less at the connecting portion. Yes, when the volume resistivity of the heating resistor layer is ρh and the volume resistivity of the protective layer is ρhi, 10xs<JLj! ↓ ρh, and in order to achieve the above objective (2), in other words,
In order to improve the durability of the electrode section, a thermal energy generating section is attached that accommodates the recording liquid introduced, generates bubbles in the recording liquid by heat, and generates an acting force as the volume of the bubbles increases. an orifice that communicates with the flow path and causes the recording liquid to be ejected as droplets by the acting force; and a liquid that communicates with the flow path and introduces the recording liquid into the flow path. In a liquid jet recording head comprising a chamber and a means for introducing the recording liquid into the liquid chamber, the liquid jet recording head is driven at a continuous drive response frequency higher than 5 KHz, and the thermal energy application section includes a heating resistor. a body layer, at least one pair of electrodes electrically connected to the heating resistor layer, and an electrode protective layer provided to cover the electrodes to prevent the electrodes from coming into contact with the recording liquid; The pattern width of the heating resistor and the pattern width of the electrode connected thereto are fine patterns of 25 μm or less in the vicinity of the connection portion, the volume resistivity of the electrode is ρe, and the volume resistivity of the electrode protective layer is ρai. It is characterized in that it satisfies the relationship 101"kuJ"↓ ρe. An explanation will be given below based on one embodiment of the present invention.

第1図は、上記目的の(1)すなわち発熱体部の耐久性
を向上させるようにした液体噴射記録ヘッドの一例を説
明するための要部構成図、第2図は、上記目的の(2)
すなわち電極の耐久性を向上させるようにした液体噴射
記録ヘッドの要部構成図、第3図は1本発明が適用され
るインクジェットヘッドの一例としてのバブルジェット
ヘッドの動作説明をするための図、第4図は、バブルジ
ェットヘッドの一例を示す斜視図、第5図は。
FIG. 1 is a configuration diagram of a main part for explaining an example of a liquid jet recording head designed to improve the durability of the heating element part (1), that is, the above objective (2), and FIG. )
That is, FIG. 3 is a diagram for explaining the operation of a bubble jet head as an example of an ink jet head to which the present invention is applied. FIG. 4 is a perspective view showing an example of a bubble jet head, and FIG. 5 is a perspective view showing an example of a bubble jet head.

第4図に示したヘッドを構成する蓋基板(第5図(a)
)と発熱体基板(第5図(b))に分解した時の斜視図
、第6図は、第5図(a)に示した蓋基板を裏側から見
た斜視図で1図中、31は蓋基板、32は発熱体基板、
33は記録液体流入口、34はオリフィス、35は流路
、36は液室を形成するための領域、37は個別(独立
)電極、38は共通電極、39は発熱体(ヒータ)、4
0はインク、41は気泡、42は飛翔インク滴で、本発
明は、斯様なバブルジェット式の液体噴射記録ヘッドに
適用するものである。
The lid substrate that constitutes the head shown in Fig. 4 (Fig. 5 (a)
) and a heating element board (Fig. 5(b)), and Fig. 6 is a perspective view of the lid board shown in Fig. 5(a) seen from the back side. is a lid substrate, 32 is a heating element substrate,
33 is a recording liquid inlet, 34 is an orifice, 35 is a channel, 36 is a region for forming a liquid chamber, 37 is an individual (independent) electrode, 38 is a common electrode, 39 is a heating element (heater), 4
0 is ink, 41 is a bubble, and 42 is a flying ink droplet, and the present invention is applied to such a bubble jet type liquid jet recording head.

最初に、第3図を参照しながらバブルジェットによるイ
ンク噴射について説明すると、(a)は定常状態であり
、オリフィス面でインク40の表面張力と外圧とが平衡
状態にある。
First, ink ejection by a bubble jet will be described with reference to FIG. 3. (a) is a steady state, in which the surface tension of the ink 40 and the external pressure are in equilibrium on the orifice surface.

(b)はヒータ39が加熱されて、ヒータ39の表面温
度が急上昇し隣接インク層に沸騰現像が起きるまで加熱
され、微小気泡41が点在している状態にある。
In (b), the heater 39 is heated until the surface temperature of the heater 39 rises rapidly and boiling development occurs in the adjacent ink layer, and microbubbles 41 are scattered.

(Q)はヒータ39の全面で急激に加熱された隣接、イ
ンク層が瞬時に気化し、沸騰膜を作り、この気泡41が
生長した状態である。この時、ノズル内の圧力は、気泡
の生長した分だけ上昇し、オリフィス面での外圧とのバ
ランスがくずれ、オリフィスよりインク柱が生長し始め
る。
(Q) shows a state in which the adjacent ink layer is rapidly heated on the entire surface of the heater 39 and instantaneously vaporizes, forming a boiling film, and the bubbles 41 grow. At this time, the pressure inside the nozzle increases by the amount of bubble growth, and the balance with the external pressure on the orifice surface is lost, causing an ink column to begin to grow from the orifice.

(d)は気泡が最大に生長した状態であり、オリライス
面より気泡の体積に相当する分のインク40が押し出さ
れる。この時、ヒータ39には電流が流れていない状態
にあり、ヒータ39の表面温度は降下しつつある。気泡
41の体積の最大値は電気パルス印加のタイミングから
ややおくれる。
(d) shows a state in which the bubbles have grown to their maximum, and ink 40 corresponding to the volume of the bubbles is pushed out from the ori-rice surface. At this time, no current is flowing through the heater 39, and the surface temperature of the heater 39 is decreasing. The maximum value of the volume of the bubble 41 is slightly delayed from the timing of electric pulse application.

(e)は気泡41がインクなどにより冷却されて収縮を
開始し始めた状態を示す。インク柱の先端部では押し出
された速度を保ちつつ前進し、後端部では気泡の収縮に
伴ってノズル内圧の減少によりオリフィス面からノズル
内へインクが逆流してインク柱にくびれが生じている。
(e) shows a state in which the bubbles 41 are cooled by ink or the like and begin to contract. At the tip of the ink column, it moves forward while maintaining the extruded speed, and at the rear end, the ink flows backward from the orifice surface into the nozzle due to the decrease in nozzle internal pressure as the bubbles contract, creating a constriction in the ink column. .

(f)はさらに気泡41が収縮し、ヒータ面にインクが
接しヒータ面がさらに急激に冷却される状態にある。オ
リフィス面では、外圧がノズル内圧より高い状態になる
ためメニスカスが大きくノズル内に入り込んで来ている
。インク柱の先端部は液滴になり記録紙の方向へ5〜1
0 m / secの速度で飛翔している。
In (f), the air bubbles 41 are further contracted, the ink comes into contact with the heater surface, and the heater surface is cooled even more rapidly. At the orifice surface, the external pressure is higher than the nozzle internal pressure, so the meniscus is largely moving into the nozzle. The tip of the ink column becomes a droplet and drops 5 to 1 droplets toward the recording paper.
It is flying at a speed of 0 m/sec.

(g)はオリフィスにインクが毛細管現象により再び供
給(リフィル)されて(a)の状態にもどる過程で、気
泡は完全に消滅している。
In (g), the air bubbles have completely disappeared in the process of refilling the orifice with ink by capillary action and returning to the state of (a).

而して、第1図に示した実施例において、43は蓄熱層
、44は発熱抵抗体保護層、45は電極保護層で、本実
施例は、発熱体部の絶縁破損に対する耐久性向上をはか
るためになされたもので。
In the embodiment shown in FIG. 1, 43 is a heat storage layer, 44 is a heating resistor protective layer, and 45 is an electrode protective layer, and this embodiment is designed to improve the durability against insulation damage of the heating element. It was made for measuring purposes.

同図は、熱エネルギー作用部の断面図を示し、図示のよ
うに、発熱抵抗体層39は、保護層44を介して、記録
液体(インク)40を加熱する。この部分では、気泡発
生〜収縮〜消滅をくりかえし、たえずヒートサイクルが
くりかえされている。又、このくりかえしも最高1秒間
に5000回よりも多くくりかえされ、そのヒートサイ
クルあるいは気泡消滅のキャビテーション作用による衝
撃が非常に微細な領域、つまりパターン巾において、2
5μm以下の領域に集中して作用するので、耐久性の面
からみて、非常に厳しい条件におかれている。しかも、
周囲が腐食作用のある記録液体であるという非常に厳し
い条件であるため、この部分の絶縁破壊は、バブルジェ
ット技術にとって最も重要な課題の1つである。これを
解決するためには、単に保護層44の比抵抗をいくらと
決めれば良いというものではなく、パルス信号をうけ、
発熱する発熱抵抗体層39との関係をおさえる必要があ
る0本発明者は、発熱抵抗体層39と保護層44の各々
の体積抵抗率を変えた(これは、材料そのものを変えた
り、あるいは、生成条件を変えて、各層の膜質を変化さ
せることができる)バブルジェット型液体噴射記録ヘッ
ドを試作し、噴射耐久試験を行い、以下の関係を満足す
るような構成とした時に、記録ヘッドの発熱体部(熱エ
ネルギー作用部)の耐久性が向上し、その寿命を101
パルス以上にできることを見い出した。
This figure shows a cross-sectional view of the thermal energy application section, and as shown, the heating resistor layer 39 heats the recording liquid (ink) 40 via the protective layer 44. In this part, bubbles are repeatedly generated, contracted, and disappeared, and the heat cycle is constantly repeated. Moreover, this repetition is repeated more than 5,000 times per second at the maximum, and the shock due to the heat cycle or the cavitation effect of bubble disappearance occurs in a very minute area, that is, in the pattern width.
Since it acts concentratedly on a region of 5 μm or less, it is subjected to very severe conditions from the viewpoint of durability. Moreover,
Dielectric breakdown in this area is one of the most important issues for bubble jet technology, since the surrounding conditions are very severe, including a corrosive recording liquid. In order to solve this problem, it is not enough to simply determine the specific resistance of the protective layer 44;
It is necessary to suppress the relationship with the heating resistor layer 39 that generates heat.The present inventor changed the volume resistivity of each of the heating resistor layer 39 and the protective layer 44 (this can be done by changing the material itself or , the film quality of each layer can be changed by changing the formation conditions) We prototyped a bubble jet type liquid jet recording head, conducted a jetting durability test, and found that the recording head was The durability of the heating element (thermal energy acting part) has been improved, extending its lifespan by 101%.
I discovered that it can do more than pulses.

10xi<JL!!↓ ρh ただし、ρhi:保護層44の体積抵抗率ρh :発熱
抵抗体層39の体積抵 抗率発熱抵抗体層39を構成する材料として有用なもの
には、たとえば、窒化タンタル、ニクロム。
10xi<JL! ! ↓ ρh However, ρhi: Volume resistivity of the protective layer 44 ρh: Volume resistivity of the heating resistor layer 39 Useful materials for forming the heating resistor layer 39 include tantalum nitride and nichrome, for example.

銀−パラジウム合金、シリコン半導体、あるいはハフニ
ウム、ランタン、ジルコニウム、チタン。
Silver-palladium alloy, silicon semiconductor, or hafnium, lanthanum, zirconium, titanium.

タンタル、タングステン、モリブデン、ニオブ、クロム
、バナジウム等の金属の硼化物があげられる。これらの
発熱抵抗体層を構成する材料の中、殊に金属硼化物が優
れたものとしてあげることができ、その中でも最も特性
の優れているのが、硼化ハフニウムであり1次いで、硼
化ジルコニウム、硼化ランタン、硼化タンタル、硼化バ
ナジウム。
Examples include borides of metals such as tantalum, tungsten, molybdenum, niobium, chromium, and vanadium. Among the materials constituting these heating resistor layers, metal borides are particularly excellent, and among these, hafnium boride has the best properties, followed by zirconium boride. , lanthanum boride, tantalum boride, vanadium boride.

硼化ニオブの順となっている。Niobium boride follows in this order.

発熱抵抗体層は、上記の材料を用いて電子ビーム蒸着や
スパッタリング等の手法を用いて形成することができる
0発熱抵抗体層の膜厚は、単位時間当りの発熱量が所望
通りとなるように、その面積、材質及び熱作用部分の形
状及び大きさ、更には実際面での消費電力等に従って決
定されるものであるが、通常の場合、O,OO1〜5μ
墓、好適には0.01〜1μmとされる。
The heat generating resistor layer can be formed using the above-mentioned materials using methods such as electron beam evaporation and sputtering. It is determined according to the area, material, shape and size of the heat-acting part, as well as actual power consumption, etc., but in normal cases, it is O, OO1 to 5μ.
The thickness is preferably 0.01 to 1 μm.

保護層を構成する材料として有用なものには、たとえば
酸化シリコン、窒化シリコン、酸化マグネシウム、酸化
アルミニウム、酸化タンタル、酸化ジルコニウム等があ
げられ、これらは、電子ビーム蒸着やスパッタリング等
の手法を用いて形成することができる。保護層の膜厚は
、通常は。
Examples of useful materials for forming the protective layer include silicon oxide, silicon nitride, magnesium oxide, aluminum oxide, tantalum oxide, and zirconium oxide, which can be prepared using methods such as electron beam evaporation and sputtering. can be formed. The thickness of the protective layer is usually

0.01〜10μ馬、好適には0.1〜3μ墓とされる
のが望ましい。
It is desirable that the diameter is 0.01 to 10 μm, preferably 0.1 to 3 μm.

電極を形成する材料としては、通常使用されている電極
材料の多くのものが有効に使用され、具体的には、たと
えば、AQ、Ag、Au、Pt。
As the material for forming the electrode, many commonly used electrode materials can be effectively used, specifically, for example, AQ, Ag, Au, and Pt.

Cu等があげられ、これらを使用して蒸着等の手法で所
定位置に、所定の大きさ、形状、厚さで設けられる。
Examples include Cu, and these materials are used to provide a predetermined size, shape, and thickness at a predetermined location by a method such as vapor deposition.

第2図に示した実施例は、記録液体(インク)に接触す
る電極部37.38の絶縁破壊に対する耐久性向上をは
かるためになされたもので、同図は1発熱体基板を拡大
したものであり、図の斜線部46は電極保護層である。
The embodiment shown in Figure 2 was designed to improve the durability against dielectric breakdown of the electrode parts 37 and 38 that come into contact with the recording liquid (ink), and the figure is an enlarged view of one heating element substrate. The shaded area 46 in the figure is the electrode protective layer.

なお、この電極保護層のパターンは一例であり、図示の
ように全面にカバーするのではなく、各電極ごとに独立
して形成されていてもよい、この電極保護層は、電極が
記録液体(インク)に接触するのを防止するために設け
られる。電極保護層はそれ自体が記録液体に接触してい
るのみならず、近傍で、発熱抵抗体層(熱エネルギー作
用部)がヒートサイクルを最高1秒間に5000回より
も多くくりかえしているという1条件としては非常に厳
しい状況におかれている。しかも電極のパターン巾が2
5μm以下という非常に微細な領域にヒートサイクル、
インクによる腐食作用、あるいは、絶縁破壊という作用
が加えるため、耐久性の面からみると、非常に厳しい条
件にさらされているといえる。そのような条件下で電極
を絶縁破壊から守ることが電極保護層の役割である。従
って、電極保護層を形成するにあたっては、それ自体の
材料のみならず、電極材料との関係において決定される
必要がある。
Note that the pattern of this electrode protective layer is just an example, and it may be formed independently for each electrode instead of covering the entire surface as shown in the figure. This is provided to prevent contact with ink). One condition is that the electrode protective layer itself is not only in contact with the recording liquid, but also that the heating resistor layer (thermal energy acting part) in the vicinity repeats the heat cycle more than 5000 times per second at most. They are in a very difficult situation. Moreover, the electrode pattern width is 2
Heat cycle is applied to extremely fine areas of 5 μm or less.
In terms of durability, it can be said that it is exposed to very severe conditions because of the effects of corrosion or dielectric breakdown caused by the ink. The role of the electrode protective layer is to protect the electrode from dielectric breakdown under such conditions. Therefore, when forming an electrode protective layer, it is necessary to determine not only the material itself but also the relationship with the electrode material.

本発明者は、電極と、電極保護層の各々の体積抵抗率を
変えた(これは材料そのものを変えたり、あるいは生成
条件を変えて各層の膜質を変化させることができる)バ
ブルジェット型液体噴射記録ヘッドを試作し、噴射耐久
試験を行い、以下の関係を満足するような構成とした時
に、電極の絶縁破壊が生じにくいことを見い出した。
The present inventor has developed a bubble-jet liquid injection method in which the volume resistivity of the electrode and the electrode protective layer are changed (this can be done by changing the material itself or by changing the production conditions to change the film quality of each layer). A recording head was prototyped, a jetting durability test was conducted, and it was found that dielectric breakdown of the electrodes is less likely to occur when the configuration satisfies the following relationship.

10xi<L畦 e ただし、ρei:発熱保護層の体積抵抗率ρe :電極
の体積抵抗率 電極を構成する材料としては、通常使用されている電極
材料の多くのものが有効に使用され、具体的には、第1
図に示した実施例の場合と同様、Affi、Ag、Au
、Pt、Cu等があげられ、これらを使用して蒸着等の
手法で所定位置に、所定の大きさ、形状、厚さで設けら
れる。
10xi<L ridge However, ρei: Volume resistivity of the heat-generating protective layer ρe: Volume resistivity of the electrode Many of the commonly used electrode materials can be effectively used as the material constituting the electrode. The first
As in the case of the embodiment shown in the figure, Affi, Ag, Au
, Pt, Cu, etc., and are provided at a predetermined position with a predetermined size, shape, and thickness by a method such as vapor deposition.

電極保護層を構成する材料としては、たとえば。Examples of materials constituting the electrode protective layer include:

有機物のエポキシ樹脂、テフロン樹脂、ポリエチレン樹
脂等が使用される。無機物では、酸化シリコン、窒化シ
リコン等がスパッタリング等の手法を用いて形成され得
る。
Organic materials such as epoxy resin, Teflon resin, and polyethylene resin are used. As an inorganic material, silicon oxide, silicon nitride, etc. can be formed using a technique such as sputtering.

その他の部材を構成する材料としては、たとえば発熱抵
抗体層を構成する材料として有用なものには、窒化タン
タル、ニクロム、銀−パラジウム合金、シリコン半導体
、あるいはハフニウム、ランタン、ジルコニウム、チタ
ン、タンタル、タングステン、モリブデン、ニオブ、ク
ロム、バナジウム等の金属の硼化物があげられる。これ
らの発熱抵抗体層を構成する材料の中、殊に金属硼化物
が優れたものとしてあげることができ、その中でも最も
特性の優れているのが、硼化ハフニウムであり1次いで
、硼化ジルコニウム、硼化ランタン。
Examples of materials useful for forming the heating resistor layer include tantalum nitride, nichrome, silver-palladium alloy, silicon semiconductor, hafnium, lanthanum, zirconium, titanium, tantalum, Examples include borides of metals such as tungsten, molybdenum, niobium, chromium, and vanadium. Among the materials constituting these heating resistor layers, metal borides are particularly excellent, and among these, hafnium boride has the best properties, followed by zirconium boride. , lanthanum boride.

硼化タンタル、硼化バナジウム、硼化ニオブの順となっ
ている。
The order is tantalum boride, vanadium boride, and niobium boride.

発熱抵抗体層は、上記の材料を用いて電子ビーム蒸着や
スパッタリング等の手法を用いて形成することができる
0発熱抵抗体層の膜厚は、単位時間当りの発熱量が所望
通りとなるように、その面積、材質及び熱作用部分の形
状及び大きさ、更には実際面での消費電力等に従って決
定されるものであるが1通常の場合、0.001〜5μ
園、好適には0.01〜1μ履とされる。
The heat generating resistor layer can be formed using the above-mentioned materials using methods such as electron beam evaporation and sputtering. It is determined according to the area, material, shape and size of the heat-acting part, as well as actual power consumption, etc. (1) Normally, it is 0.001 to 5μ.
The thickness is preferably 0.01 to 1 μm.

保護層を構成する材料として有用なものには、たとえば
酸化シリコン、窒化シリコン、酸化マグネシウム、酸化
アルミニウム、酸化タンタル、酸化ジルコニウム等があ
げられ、これらは、電子ビーム蒸着やスパッタリング等
の手法を用いて形成することができる。保護層の膜厚は
、通常は。
Examples of useful materials for forming the protective layer include silicon oxide, silicon nitride, magnesium oxide, aluminum oxide, tantalum oxide, and zirconium oxide, which can be prepared using methods such as electron beam evaporation and sputtering. can be formed. The thickness of the protective layer is usually

0.01〜10μ層、好適には0.1〜3μ履とされる
のが望ましい。
It is desirable that the thickness be 0.01 to 10μ, preferably 0.1 to 3μ.

ヌ1j12 発熱体 保護層 電極 窒化タンタル サイズ25*mX100μ鳳 厚さ0.
3Pm酸化ケイ素           厚さ1#■ア
ルミニウム パターン巾25μ■  厚さ1−■電極保
護層 ポリイミド           厚さ3#11
大施例至 発熱体   硼化ハフニウム サイズ20JIIX90
J11  厚さ0.2J11電極    金     
  パターン巾20#11   厚さ0.9声履電極保
護層 エポキシ             厚さ2綽結
果は、実施例1,2とも5.4KHzで連続駆動し、1
0′1回以上駆動しても断線することなく正常に機能し
た。
Nu1j12 Heating element protective layer electrode Tantalum nitride Size 25*mX100μ Thickness 0.
3Pm silicon oxide Thickness 1#■ Aluminum Pattern width 25μ■ Thickness 1-■ Electrode protective layer Polyimide Thickness 3#11
Large Example Heating Element Hafnium Boride Size 20JIIX90
J11 Thickness 0.2 J11 electrode gold
Pattern width: 20#11 Thickness: 0.9 Thickness: Epoxy Electrode protective layer: Epoxy thickness: 2 mm The results are as follows.
0' It functioned normally without any disconnection even after being driven one or more times.

羞−一呈 以上の説明から明らかなように、本発明によると、バブ
ルジェット型液体噴射記録ヘッドにおいて、発熱体部の
耐久性を著しく向上させ、また、電極の絶縁破壊を生じ
にくくさせたうえ、耐久性を著しく向上させることがで
きる。
As is clear from the above description, according to the present invention, in a bubble jet liquid jet recording head, the durability of the heating element portion is significantly improved, and the dielectric breakdown of the electrodes is made less likely to occur. , durability can be significantly improved.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図及び第2図は、それぞれ本発明の詳細な説明する
ための要部構成図、第3図乃至第6図は1本発明が適用
される液体噴射記録ヘッドの−例を説明するための図、
第7図乃至第10図は、従来の液体噴射記録ヘッドの例
を説明するための図である。 32・・・発熱体基板、37.38・・・電極、39・
・・発熱体、44・・・発熱体保護層、45・・・電極
保護層。 第 図 第 図 第 図 第 図 第 図
1 and 2 are main part configuration diagrams for explaining the present invention in detail, and FIGS. 3 to 6 are for explaining an example of a liquid jet recording head to which the present invention is applied. diagram,
FIGS. 7 to 10 are diagrams for explaining examples of conventional liquid jet recording heads. 32...Heating element substrate, 37.38...Electrode, 39.
... Heating element, 44... Heating element protective layer, 45... Electrode protective layer. Figure Figure Figure Figure Figure

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1、導入される記録液体を収容するとともに該記録液体
に熱によって気泡を発生させ、該気泡の体積増加にとも
なう作用力を発生させる熱エネルギー作用部を付設した
流路と、該流路に連絡して前記記録液体を前記作用力に
よって液滴として吐出させるためのオリフィスと、前記
流路に連絡して前記流路に前記記録液体を導入するため
の液室と、該液室に前記記録液体を導入する手段よりな
る液体噴射記録ヘッドにおいて、該液体噴射記録ヘッド
は連続駆動応答周波数が5KHzより高速で駆動され、
前記熱エネルギー作用部は、発熱抵抗体層と、該発熱抵
抗体層に電気的に接続した少なくとも一対の電極と、前
記発熱抵抗体層上に設けられて前記発熱抵抗体層を前記
記録液体に接触せしめないための保護層とを有し、前記
発熱抵抗体のパターン巾及びそれと接続する電極のパタ
ーン巾は、その接続部において25μm以下の微細パタ
ーンであり、前記発熱抵抗体層の体積抵抗率をρh、前
記保護層の体積抵抗率をρhiとするとき、10^1^
5<ρhi/ρh となる関係を満足することを特徴とする液体噴射記録ヘ
ッド。 2、導入される記録液体を収容するとともに該記録液体
に熱によって気泡を発生させ、該気泡の体積増加にとも
なう作用力を発生させる熱エネルギー作用部を付設した
流路と、該流路に連絡して前記記録液体を前記作用力に
よって液滴として吐出させるためのオリフィスと、前記
流路に連絡して前記流路に前記記録液体を導入するため
の液室と、該液室に前記記録液体を導入する手段よりな
る液体噴射記録ヘッドにおいて、該液体噴射記録ヘッド
は、連続駆動応答周波数が5KHzより高速で駆動され
、前記熱エネルギー作用部は、発熱抵抗体層と、該発熱
抵抗体層に電気的に接続した少なくとも一対の電極と、
該電極をおおうように設けられて該電極を前記記録液体
に接触せしめないための電極保護層とを有し、前記発熱
抵抗体のパターン巾及びそれと接続する電極のパターン
巾は、その接続部近傍において25μm以下の微細パタ
ーンであり、前記電極の体積抵抗率をρe、前記電極保
護層の体積抵抗率をρeiとするとき、10^1^7<
ρei/ρe となる関係を満足することを特徴とする液体噴射記録ヘ
ッド。
[Scope of Claims] 1. A flow channel that contains a recording liquid to be introduced, generates bubbles in the recording liquid by heat, and is provided with a thermal energy acting section that generates an acting force as the volume of the bubbles increases. , an orifice that communicates with the flow path and causes the recording liquid to be ejected as droplets by the acting force; a liquid chamber that communicates with the flow path and introduces the recording liquid into the flow path; In a liquid jet recording head comprising means for introducing the recording liquid into a liquid chamber, the liquid jet recording head is driven at a continuous drive response frequency higher than 5 KHz,
The thermal energy applying section includes a heating resistor layer, at least one pair of electrodes electrically connected to the heating resistor layer, and is provided on the heating resistor layer to apply the heating resistor layer to the recording liquid. The pattern width of the heating resistor and the pattern width of the electrode connected thereto are fine patterns of 25 μm or less at the connecting portion, and the volume resistivity of the heating resistor layer is When ρh is the volume resistivity of the protective layer, ρhi is 10^1^
A liquid jet recording head characterized in that it satisfies the relationship: 5<ρhi/ρh. 2. A flow channel connected to the flow channel that accommodates the recording liquid to be introduced and is provided with a thermal energy acting section that generates bubbles in the recording liquid by heat and generates an acting force as the volume of the bubbles increases. an orifice for ejecting the recording liquid as droplets by the acting force; a liquid chamber for communicating with the flow path and introducing the recording liquid into the flow path; and a liquid chamber for introducing the recording liquid into the flow path; In the liquid jet recording head, the liquid jet recording head is driven at a continuous drive response frequency higher than 5 KHz, and the thermal energy application section includes a heat generating resistor layer and a heat generating resistor layer. at least one pair of electrically connected electrodes;
and an electrode protective layer provided to cover the electrode to prevent the electrode from coming into contact with the recording liquid, and the pattern width of the heating resistor and the pattern width of the electrode connected thereto are set in the vicinity of the connection portion thereof. is a fine pattern of 25 μm or less, and when the volume resistivity of the electrode is ρe and the volume resistivity of the electrode protective layer is ρei, 10^1^7<
A liquid jet recording head characterized in that it satisfies the relationship ρei/ρe.
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS55132253A (en) * 1979-04-02 1980-10-14 Canon Inc Recorder
JPS55161662A (en) * 1979-06-01 1980-12-16 Canon Inc Liquid injection recording method
JPS5833472A (en) * 1981-08-24 1983-02-26 Canon Inc Liquid jet recording head

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JPS5833472A (en) * 1981-08-24 1983-02-26 Canon Inc Liquid jet recording head

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