JPH0457504B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

［技術分野］ 本発明は発熱によつて飛翔液滴を形成し記録を
行う液体噴射記録装置に関する。 ［従来技術］ 第１図ａは従来の液体噴射記録ヘツドの一例を
示す平面断面図であり、第１図ｂは第１図ａにお
けるＡ−Ａ断面図である。同図において、基板１
上には発熱手段、すなわち電気−熱変換部（以
下、発熱部と記す）２と導電部３とが形成され、
その上に、図示されていないが保護膜が形成され
ている。発熱部２の各々は溝付板４により仕切ら
れて熱作用室５と液供給室６とが形成されてい
る。熱作用室５の一端には吐出口７があり、液体
はここから噴射される。噴射される液体は、吐出
口７とは反対側に設けられた液供給パイプ８を通
して供給され、液供給室６および熱作用室５を満
たしている。 吐出口７からの液体の噴射は発熱部２の発熱に
よつて引き起こされる。所望の位置の発熱部２
は、その発熱部２が接続している導電部３に所定
のパルス電圧が印加されることによつて発熱す
る。この電圧が印加されると、熱によつて発熱部
２の近傍にある液体は瞬時のうちに気化し、その
気泡は熱作用室５内で急激に成長する。この圧力
によつて吐出口７側にある液体は吐出口７から急
速に押し出され、飛翔液滴となつて記録部材に付
着し記録が行われることとなる。次いで、印加電
圧がオフされると気泡は急速に収縮し、消滅す
る。 このように動作する液体噴射ヘツドにおいて
は、発熱手段（発熱部２および導電部３）が液体
と接触しないように保護膜が設けられている。第
２図は、第１図ｂに示された液体噴射記録ヘツド
の発熱部２の近傍を拡大して、より詳細に示した
断面図である。同図において、基板１上には抵抗
体９と電極１０が形成されており、抵抗体９だけ
の部分が第１図における発熱部２に、抵抗体９と
電極１０の重なつた部分が第１図における導電部
３３にそれぞれ対応している。これら発熱手段と
しての抵抗体９と電極１０は保護膜１１によつて
液体１２から保護されている。 抵抗体９および電極１０は液体１２に接触する
と、酸化反応や電気分解等の化学反応によつて変
質が生じる結果、抵抗値が変化したり断線したり
する危険がある。そのために保護膜１１が設けら
れている。この保護膜１１が完全なものであれば
問題はなく、抵抗体９および電極１０は液体１２
と完全に分離され、抵抗体９の高寿命は保証され
る。 しかしながら、このような理想的な保護膜を形
成するのは事実上極めて困難である。通常の製造
工程においては、不可避的に第２図に示されるよ
うな数ミクロン以下の微小な欠陥点１３が保護膜
１１に生じてしまう。また、抵抗体９の発熱部２
の発熱による熱ストレスやすでに述べたように気
泡の発生、消滅にともなう衝激等によつても保護
膜１１には欠陥点１３が生じることがわかつてい
る。欠陥点１３が存在すると、液体１２と抵抗体
９および電極１０とが接触し、電気化学的反応が
生じるが、その反応速度は、抵抗体９や電極１０
の種類、抵抗体９の発熱温度、そして液体中の導
電イオンの種類等によつて大きく異なつている。
しかし、通常、発熱部２に欠陥点１３が生じる
と、10⁵〜10⁶回程度のパルス電圧が印加されただ
けで抵抗体９の発熱部２が破壊され断線してしま
い実用的な耐久力を有さない。実用に供するには
すくなくとも10⁸回程度パルス電圧が印加されて
も抵抗体９（特に発熱部２）や電極１０に損傷が
生じない程度の耐久性が必要である。 このように保護膜１１に欠陥点１３が存在する
と、抵抗体９の発熱部２の命短くなり、その結
果、ヘツドの命も短くなる。なぜならば、ひとつ
の抵抗体破壊された時点がそのヘツドの寿命でも
あるからである。しかし、すでに述べたように欠
陥点１３を完全に除去することは極めて困難であ
る。また、保護膜１１の膜厚を大きくすることは
熱効率の低下、入力信号に対する熱応答性の悪化
等の理由から避けねばならない。したがつて、従
来の記録ヘツドの製造では、短寿命のヘツドが数
ある中に混入することは避けられず、そのために
商品信頼性も著しく低下させるという問題点を有
していた。 さらに、抵抗体の寿命は抵抗体の発熱部２に印
加される電圧にも依存することが知られている。 実際、液体噴射記録ヘツドには、たとえば100
ノズル以上の多数のノズルが設けられている。各
ノズルには上述したように抵抗体が組込まれてい
るわけであるが、発熱によつて気泡を発生させる
ためには所定値（しきい値）以上の電圧を抵抗体
に印加する必要がある。しかしノズル数が多くな
ると、各抵抗体の特性にもバラツキが生じること
は避け難いことである。そこで、すべてのノズル
内に確実に気泡を発生させるためには、しきい値
電圧Vhの1.3倍程度の電圧を印加することが望ま
しい。 ところが、印加電圧を1.3倍とするとしきい値
程度の印加電圧を加える場合に比べてはるかに抵
抗体の故障率が増加してしまうという問題があつ
た。例えば、印加電圧を1.3Vthとした場合のは、
印加電圧が1.1Vthとした場合に比べ故障率は１
桁以上も高くなつてしまう。この為に、従来のヘ
ツドでは全てのノズル内で確実に液体を噴射させ
るためのエネルギーを発生させられるように印加
電圧を1.3Vthでノズルを駆動させると十分な信
頼性を確保する事が困難となるという問題点を有
していた。 ［発明の目的］ 本発明は上記従来の欠点に鑑みなされたもので
あり、その目的とするところは発熱手段の保護膜
に従来と同レベルの欠陥点が存在していたとして
も、またノズルから液体の噴射を確実に行なわせ
るために十分高い電圧を抵抗体に印加したとして
も実用に供しうる高寿命をもつ液体液体噴射記録
装置を提供することにある。 ［発明の要旨］ 上記目的を達成するために本発明による液体噴
射記録装置は液体に電位を与えるための電極を設
けるとともに、前記抵抗体がタンタルTaを30原
子％以上含有していることを特徴とする。 ［発明の実施例］ 以下、本発明の実施例を図面を用いて詳細に説
明する。 第３図は、本発明による液体噴射記録装置の一
実施例の概略的構成図、第４図は本実施例の配線
図である。電極１０の一端は電源１４によつて電
圧Vhが印加され、抵抗体９の発熱部２を介した
電極１０の他端はスイツチングトランジスタ１５
に接続されている。スイツチングトランジスタ１
５は所定の信号によりオン状態あるいはオフ状態
となり、抵抗体９の発熱部２にパルス状の電圧を
供給する動作を行なう。ここまでの構成は従来と
同様であるが、本発明では、液体１２に接触して
電極１６を設け、電源１７によつて電圧Vinkを
液体１２に印加している。 図示されるような電極１６を有さない従来の液
体噴射記録ヘツドでは、保護膜１１に欠陥点１３
が存在すると液体１２の電位は電源１４が供給す
る電圧Vhとほぼ同レベルとなる。そのために電
圧Vhが加わつている発熱部２のＡ部分は液体１
２との電位差がほとんどなく、その結果液体１２
と抵抗体９あるいは電極１０との電気化学的反応
はそれほど急速に進行することはなかつた。しか
しＢ部分の電位は、スイツチングトランジスタ１
５がオン状態となると、接地電圧Vgの近くまで
下降するために、液体１２との間にほぼVh−Vg
ほどの電位差が生じてしまう。そのために、欠陥
点１３がＢ部分近傍に存在する場合はその欠陥点
１３を通して電流が流れやすくなり、その結果抵
抗体９と液体１２との間に電気化学的反応が急速
に進行し、最後には抵抗体９が破壊されて断線と
いう事態にいたる。 しかしながら欠陥点による電気化学的反応の進
行については、まだ十分に解明されたわけではな
い。ただ確かなことは、上述したように液体１２
の電位が高く抵抗体９（あるいは電極１０）の電
位が低い場合には液体１２から抵抗体９（あるい
は電極１０）へ電流が流れやすく、逆の場合、す
なわち抵抗体９（あるいは電極１０）の電位の方
が液体１２の電位より高い場合は電流が流れにく
い、という点がある。 したがつて、液体１２の電位の方が高ければ抵
抗体９（あるいは電極１０）との電気化学的反応
は速やかに進行し、逆に抵抗体９（あるいは電極
１０）の電位が液体１２の電位より高いか、ある
いはあまり差がない場合は電流が流れにくいため
に電気化学的反応はあまり進行しない。その結
果、抵抗体９（特に発熱部２）や電極１０の寿命
が長くなる。本発明はこの現象を利用したもので
ある。 第３図および第４図における電極１６は液体１
２に電位を与えるために設けられている。このた
めに電極１６の電位Vinkを電源１７によつて調
整することで液体１２の電位を調整し、液体１２
と抵抗体９（あるいは電極１０）の電気化学的反
応が抑制される状態をつくりだすことが可能とな
る。 次に、抵抗体９の材料について具体的実験例を
用いて説明する。 第３図において、Si基板上にSiO₂熱酸化膜を
5μm形成し、そのうえに抵抗体９を2000Å、電極
１０として金Auを5000Å形成した。そしてフオ
トリソ工程により30μm×100μmの抵抗体パター
ンを形成した後、保護膜１１としてTa₂O₅を5000
Åスパツタした。ただし、本実験例では欠陥点の
多い保護膜を作成するために、直径約3μm程度の
ゴミを保護膜作成前に意識的に付着させた。この
ために、形成された抵抗体上には平均２〜５個の
ゴミが観察された。液体に電位を与える電極１６
は金Auを用い、抵抗体９に対して対向電極とし
た。 液体１２にはNaCl0.2モル水溶液を用いた。し
きい値電圧Vthは抵抗体９の材料、形状等によつ
て異なるが本実施例で用いた抵抗体の場合Vthは
18V〜25Vであつた。本実施例においては、しき
い値電圧Vthの1.3倍の電圧でパルス幅10μsec、
駆動周波数3KHzで、電極１６に印加される電圧
Vinkを変化させて10⁸回抵抗体にパルス電圧を印
加した後の不良ノズル率（抵抗体の破壊率）を測
定した。その結果を第１表に示す。

【表】 第１表において、タンタルTa含有率が高い程、
また電圧Vinkが−10(V)〜０(V)の範囲で抵抗体９
の破壊率が低くなつている。特にタンタルTa含
有率が30原子％以上で、Vinkが−10(V)〜０(V)の
範囲である時は極めて良好な結果が得られた。 抵抗体のタンタル含有率が高くなる程、好結果
が得られるのは、Vinkを−10(V)〜０(V)とした時
に保護膜１１の欠陥点１３を通して抵抗体９の表
面が陽極酸化され、不活性なタンタル酸化物で覆
われるためである。この現象を利用して欠陥点１
３が原因となる抵抗体の破壊を大幅に減少させる
ことが可能である。すなわち、保護膜１１の製造
工程において生じた欠陥点およびその後気泡の消
滅時の衝撃等で新たに欠陥点が発生しても、
Vinkを−10(V)〜０(V)の範囲で制御すれば、抵抗
体９の表面は陽極酸化されるので抵抗体９上は不
活性な膜で覆われ、従来のように電気化学的反応
が進行しにくくなるわけである。 ［発明の効果］ 以上、詳細に説明したように本発明のよる液体
噴射記録装置は液体に所望の電位を与えることで
抵抗体表面に陽極酸化による不活性膜を形成する
ために、保護膜に従来と同レベルの欠陥点が存在
しても抵抗体の破壊率を大幅に低下させることが
でき信頼性を向上させることができるという大き
な効果を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図ａは液体噴射記録ヘツドの従来例の一部
破断の平面図、第１図ｂは第１図ａにおけるＡ−
Ａ断面図、第２図は第１図ｂにおける発熱部近傍
を拡大した部分断面図、第３図は本発明による液
体噴射記録装置の一実施例の基本構成図、第４図
は本実施例の配線図である。 ２……発熱部、９……抵抗体、１０……電極、
１１……保護膜、１２……液体、１３……欠陥
点、１６……電極。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 抵抗体を発熱させその熱作用によつて液体を
   吐出させる液体噴射記録装置において、前記液体
   に電位を与えるための電極を設けるとともに、前
   記抵抗体がタンタルTaを30原子％以上含有して
   いることを特徴とする液体噴射記録装置。