JPH0613220B2 - Ink jet recording head - Google Patents

Ink jet recording head

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JPH0613220B2
JPH0613220B2 JP1326631A JP32663189A JPH0613220B2 JP H0613220 B2 JPH0613220 B2 JP H0613220B2 JP 1326631 A JP1326631 A JP 1326631A JP 32663189 A JP32663189 A JP 32663189A JP H0613220 B2 JPH0613220 B2 JP H0613220B2
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JP
Japan
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layer
recording head
jet recording
ink jet
resistance layer
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昌久 福井
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Canon Inc
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Publication date
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  • Particle Formation And Scattering Control In Inkjet Printers (AREA)

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
飛翔的液滴を用いて記録を行うインク噴射(液体噴射)
記録ヘッド、殊に熱エネルギーを利用するインク噴射記
録ヘッドに関する。
The present invention relates to ink ejection (liquid ejection) for performing recording using flying droplets formed by ejecting liquid from ejection ports.
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a recording head, and particularly to an ink jet recording head that uses thermal energy.

液体噴射記録装置には、種々の方式があるが、その中で
も例えば独国公開公報(OLS)2843064号、同
2944005号、USP4335389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
容易である。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、かつ量産に向く
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。
There are various types of liquid jet recording apparatuses, and among them, for example, the liquid jet recording apparatuses of the systems disclosed in German Laid-Open Publications (OLS) 2843064, 2944005, and USP 4335389 are high-speed color recordings. Is easy. The recording head, which is the main part of the output section,
Since the ejection ports (orifices) for ejecting the recording liquid and forming the flying droplets can be arranged at a high density, a high resolution can be obtained and at the same time, the entire recording head can be obtained. Can be made compact and suitable for mass production, and it is easy to increase the length by fully utilizing the advantages of IC technology and microfabrication technology, in which technological advances and reliability are remarkably improved in the semiconductor field. Due to things such as these, they have recently received a lot of attention for their wealth.

上記の液体噴射記録装置の特徴的な記録ヘッドの一例に
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用に、オリフィスに連通している熱
作用部に設けられる構造とするのが望ましいとされてい
る。
An example of a recording head characteristic of the above liquid jet recording apparatus is provided with an electrothermal converter as a means for generating thermal energy for ejecting liquid from an orifice to form flying droplets. There is. The electrothermal converter, in order to efficiently apply the generated thermal energy to the liquid, to increase the ON-OFF response speed of the thermal action on the liquid,
For direct contact with the liquid, it is desirable that the structure be provided in a heat acting portion communicating with the orifice.

しかしながら、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、発熱抵抗自体の腐食によ
る抵抗値の変化、強いては発熱抵抗体の破損或は破壊が
起ったり、更には発熱抵抗体から発生される熱作用によ
る液体の、望ましくは蒸気泡の発生を含む液体の急激な
状態変化に伴う機械的衝撃によって、発熱抵抗体の表面
が破損したり或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。
However, since the electrothermal converter is basically composed of a heating resistor that generates heat when energized, and a pair of electrodes for energizing the heating resistor, the heating resistor is When in direct contact with the liquid, electricity may flow through the liquid depending on the electric resistance value of the recording liquid, or the liquid itself may be electrolyzed by the flow of electricity through the liquid, or a heating resistor. When electricity is applied to the heating resistor, the heating resistor reacts with the liquid, causing a change in resistance value due to corrosion of the heating resistor itself, possibly causing damage or destruction of the heating resistor, and The surface of the heating resistor is damaged or a part of the heating resistor is cracked by a mechanical shock caused by a rapid state change of the liquid due to the generated heat action, preferably the generation of vapor bubbles. It will be destroyed by being caused If there is a.

その為に、従来においては、NiCr等の合金やZrB
、HfB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、SiO
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。
Therefore, conventionally, alloys such as NiCr and ZrB have been used.
2 , a heating resistor made of an inorganic material such as a metal boride such as HfB 2 having a relatively excellent characteristic as a heating resistor material, and SiO 2 on the heating resistor made of the material.
By providing a protective layer (upper layer) made of a material with excellent oxidation resistance such as, it is possible to prevent the heating resistor from coming into direct contact with the liquid, solve the above problems, and improve reliability. It has been proposed to try to improve the durability against repeated use.

しかしながら上記の様な構成の電気熱変換体が設けられ
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
えば液媒体としての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
性の点でそれなりに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十分であった。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は
天然色のカラー記録を行う場合には障害となっていた。
However, the liquid jet recording apparatus having the recording head provided with the electrothermal converter having the above-described structure has a relatively low electric conductivity (for example, distilled water as a liquid medium) as a colored liquid for recording. Or using alcohol)
Is excellent in oxidation resistance and is sufficiently satisfactory in terms of repeated use durability, but since the content of Na ions and the like is high, a recording liquid or a liquid having a large electric conductivity is used. When an electrolyte liquid is used, it is insufficient in terms of repeated use durability and resistance to change over time. Therefore,
There is a restriction on the selection of the recording liquid to be used, which is an obstacle especially in the case of performing multicolor or natural color recording.

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侵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。ま
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)を設ける。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まりへの影響は、製造
コストの面や含めて大きな問題である。
Further, even when the protective layer is provided on the heating resistor as described above, it is possible to substantially completely prevent the liquid from entering the heating resistor side due to a defect of the protective layer itself caused by layer formation. It is very difficult in terms of productivity and mass productivity. Furthermore, a liquid flow path (nozzle) having a large number of heat acting parts as a part of its configuration is provided with high density. In the case of so-called high-density multi-orifice, it is necessary to provide at least the electrothermal converters at the same time for the number of liquid flow paths. Therefore, the defect due to the defect in the protective layer has no influence on the manufacturing yield of the electrothermal converters. However, it is a big problem including the aspect of manufacturing cost.

本発明は上記の諸点に鑑み成されたものであって、前記
従来における諸問題の総てを解決し得る優れたインク噴
射記録ヘッドを提供することを主たる目的とする。
The present invention has been made in view of the above points, and a main object of the present invention is to provide an excellent ink jet recording head capable of solving all of the above-mentioned problems in the related art.

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インク噴射記録ヘッ
ドを提供することである。
Another object of the present invention is to provide an ink jet recording head which is excellent in liquid resistance, mechanical shock resistance, reusability, and electrochemical reaction resistance.

本発明のインク噴射記録ヘッドは、インクに直接エネル
ギーを与える熱作用面を形成し通電によって該熱作用面
上のインクに気泡を形成するための熱エネルギーを発生
する発熱抵抗層を具備する電気熱変換体を備え、インク
を吐出して記録を行うインク噴射記録ヘッドにおいて、
前記電気熱変換体の前記発熱抵抗層上には、前記熱作用
面を形成するTa層と、該Ta層と前記発熱抵抗層との
間のSi絶縁層と、を備えた保護層が形成されており、
前記電気熱変換体の発熱抵抗層はTa−Mo、Ta−W
−Ni、Ta−Ni−Alのいずれかの合金で構成さ
れ、該合金のTaの含有量が20mol%以上であるこ
とを特徴とする。
The ink jet recording head of the present invention comprises an electric heating device having a heating resistance layer that forms a heat acting surface for directly applying energy to ink and generates heat energy for forming bubbles in the ink on the heat acting surface by energization. In an ink jet recording head that includes a converter and ejects ink to perform recording,
A protective layer including a Ta layer forming the heat acting surface and a Si insulating layer between the Ta layer and the heating resistance layer is formed on the heating resistance layer of the electrothermal converter. And
The heating resistance layer of the electrothermal converter is Ta-Mo, Ta-W.
-Ni or Ta-Ni-Al alloy, and the Ta content of the alloy is 20 mol% or more.

本発明の別のインク噴射記録ヘッドは、インクに直接エ
ネルギーを与える熱作用面を形成し通電によって該熱作
用面上のインクに気泡を形成するための熱エネルギーを
発生する発熱抵抗層を具備する電気熱変換体を備え、イ
ンクを吐出して記録を行うインク噴射記録ヘッドにおい
て、前記電気熱変換体の前記発熱抵抗層上には、前記熱
作用面を形成するTa層と、該Ta層と前記発熱抵抗層
との間のSi絶縁層と、を備えた保護層が形成されてお
り、前記電気熱変換体の発熱抵抗層はTa−Mo−Ni
合金で構成され、該合金のTaの含有量が40mol%
以上であることを特徴とする。
Another ink jet recording head of the present invention is provided with a heat generating resistance layer which forms a heat acting surface for directly applying energy to the ink and generates heat energy for forming bubbles in the ink on the heat acting surface by energization. In an ink jet recording head that includes an electrothermal converter and performs recording by ejecting ink, a Ta layer that forms the heat acting surface and a Ta layer on the heating resistance layer of the electrothermal converter. A protective layer including a Si insulating layer between the heating resistance layer and the heating resistance layer is formed, and the heating resistance layer of the electrothermal converter is Ta-Mo-Ni.
It is composed of an alloy, and the Ta content of the alloy is 40 mol%
The above is characterized.

本発明の更に別のインク噴射記録ヘッドは、インクに直
接エネルギーを与える熱作用面を形成し通電によって該
熱作用面上のインクに気泡を形成するための熱エネルギ
ーを発生する発熱抵抗層を具備する電気熱変換体を備
え、インクを吐出して記録を行うインク噴射記録ヘッド
において、前記電気熱変換体の前記発熱抵抗層上には、
前記熱作用面を形成するTa層と、該Ta層と前記発熱
抵抗層との間のSi絶縁層と、を備えた保護層が形成さ
れており、前記電気熱変換体の発熱抵抗層はTa−W合
金で構成され、該合金のTaの含有量が50mol%以
上であることを特徴とする。
Yet another ink jet recording head of the present invention comprises a heat generating resistance layer which forms a heat acting surface for directly applying energy to the ink and generates heat energy for forming bubbles in the ink on the heat acting surface by energization. In an ink jet recording head that includes an electrothermal converter to perform recording by ejecting ink, on the heating resistance layer of the electrothermal converter,
A protective layer including a Ta layer forming the heat acting surface and a Si insulating layer between the Ta layer and the heating resistance layer is formed, and the heating resistance layer of the electrothermal converter is Ta. -W alloy, and the Ta content of the alloy is 50 mol% or more.

上記の様な構成とされる本発明のインク噴射記録ヘッド
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。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。
The ink jet recording head of the present invention configured as described above is excellent in repeated use resistance, liquid resistance, fidelity and certainty of response to a recording signal, and records a high resolution and high quality image at high speed. You can do it. In addition, since the selection range of the recording liquid is wide, it is possible to easily perform multicolor recording of desired colors and natural color recording.

特に、保護層として、前記熱作用面を形成するTa層
と、該Ta層と前記発熱抵抗層との間に介在するSi絶
縁層とを有することで、全体としての前記した各効果の
安定性をより一層向上させることが出来る。
In particular, by having a Ta layer forming the heat acting surface and a Si insulating layer interposed between the Ta layer and the heat generating resistance layer as the protective layer, stability of each effect described above as a whole Can be further improved.

尚、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ための実際の駆動電圧
も低く省エネルギー化を容易に実現することが出来る。
When the electrothermal converter is configured so that the heating resistor directly contacts the recording liquid, the thermal energy generated by the heating resistor effectively acts on the recording liquid.
The threshold value of the driving voltage for driving the electrothermal converter is low, and the actual driving voltage for stably forming flying droplets is also low, and energy saving can be easily realized.

以下、本発明を図面に従って、更に具体的に説明する。Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to the drawings.

第1図(a)は、本発明のインク噴射記録ヘッドの主要
部のオリフィス側から見た正面部分図、第1図(b)
は、第1図(a)の一点鎖線XYで示す部分で切断した
場合の切断面部分図である。
FIG. 1 (a) is a partial front view of the main part of the ink jet recording head of the present invention viewed from the orifice side, and FIG. 1 (b).
[Fig. 4] is a partial sectional view of a section taken along a dashed line XY in Fig. 1 (a).

図で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3の表面に、所定の線密度で所
定の幅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が形成される構造を有している。図に示すインク噴射
記録ヘッドの場合、オリフィス5を複数有するものとし
て示されてあるが、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記録ヘッドへの適用の場合
も本発明の範疇に入るものである。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
収縮による急激な状態変化を引き起す処である熱作用部
7とを有する。
The recording head 1 shown in the drawing is provided with a groove in which a predetermined number of grooves with a predetermined linear density and a predetermined width are provided on the surface of a substrate 3 on which the electrothermal converter 2 is provided. It has a structure in which the orifice 5 and the liquid discharge portion 6 are formed by joining them so as to cover with the plate 4. In the case of the ink jet recording head shown in the figure, it is shown as having a plurality of orifices 5. However, the present invention is not limited to this, and the invention can be applied to a recording head having a single orifice. It falls into the category of. The liquid discharge part 6 has an orifice 5 for discharging liquid at the end thereof to form flying droplets, and thermal energy generated by the electrothermal converter 2 acts on the liquid to generate vapor bubbles. It has a heat acting portion 7 which is a portion for causing a rapid state change due to expansion and contraction of the volume.

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。
The heat acting portion 7 is located above the heat generating portion 8 of the electrothermal converter 2, and has a heat acting surface 9 that is in contact with the liquid of the heat generating portion 8 as its bottom surface.

熱発生部8は、基板3上に設けられた下部層10、該下
部層10上に設けられた発熱抵抗層(発熱抵抗体)1
1、該発熱抵抗層11上に必要に応じて設けられる上部
層12とで構成される。発熱抵抗層11には、熱を発生
させる為に該層11に通電する為の電極13、14がそ
の表面に設けられてある。電極13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てある。
The heat generating portion 8 includes a lower layer 10 provided on the substrate 3 and a heating resistance layer (heating resistor) 1 provided on the lower layer 10.
1. An upper layer 12 provided on the heat generating resistance layer 11 as needed. The heating resistance layer 11 is provided with electrodes 13 and 14 on its surface for supplying electricity to the layer 11 in order to generate heat. The electrode 13 is an electrode common to the heat generating portion of each liquid ejecting portion, and the electrode 14 is a selection electrode for selecting the heat generating portion of each liquid ejecting portion to generate heat. It is provided along the line.

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、蒸気の様な機能
を有するものであるが、インク噴射記録ヘッドにおける
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間が電気的に短絡する
心配が全くない場合には、必ずしも設ける必要はなく、
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13、14の表面を覆って
やるだけで前記の心配が全面的に解消される。
The upper layer 12 serves to protect the heat generating resistance layer 11 chemically and physically from the liquid used, and the heat generating resistance layer 11 and the liquid discharge part 6
It isolates the liquid present in the
The heating resistor layer 11 has a protective function of preventing a short circuit between 3 and 14. The upper layer 12 has a function like vapor, but the heat generating resistance layer 11 in the ink jet recording head has the above-mentioned characteristics, and therefore the electrodes 13 and 14 are electrically short-circuited through the liquid. If you don't have to worry about
Further, even if there is the above-mentioned concern, it is not necessary to provide it on the heat-generating resistance layer 11, and the above-mentioned concern can be completely eliminated only by covering the surfaces of the electrodes 13 and 14.

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3側の方に伝導するよりも、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にある熱が速やかに基板3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。
The lower layer 10 mainly has a heat flow rate control function. That is, when the flying droplets are formed, the ratio of the heat generated in the heat generation resistance layer 11 to the heat acting portion 7 side is larger than that to the substrate 3 side. After the formation of the droplets and after the energization of the clogging heat resistance layer 11 is turned off, the heat in the heat acting portion 7 and the heat generating portion 8 is quickly released to the substrate 3 side, and the liquid in the heat acting portion 7 is discharged. Also, it is provided so that the generated bubbles are rapidly cooled.

発熱抵抗層11、基板3との関係において、上記の様な
機能が十分発揮出来る様な下部層10を設計することに
よって、本発明のインク噴射記録ヘッドはより優れたも
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り大きく、発熱抵抗層
11への通電がOFFされた際には、基板3側への熱流
量の割合が出来る限り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
の向上を一層効果的に実現させ得る。
The ink jet recording head of the present invention becomes more excellent by designing the lower layer 10 so that the above-described function can be sufficiently exerted in relation to the heating resistance layer 11 and the substrate 3. That is, the ratio of the heat flow rate to the heat acting portion 7 side is as large as possible during the formation of the flying droplets, and the heat to the substrate 3 side is generated when the heating resistance layer 11 is de-energized. By increasing the ratio of the flow rate as much as possible, the efficiency of droplet ejection energy is improved, the thermal response is improved, the droplet ejection frequency is improved continuously and repeatedly, the droplet formation frequency is improved, and the droplet amount is made uniform. It is possible to more effectively realize stabilization of the flight direction of the droplet, uniformization of the initial flight speed of the droplet, and improvement of fidelity and certainty of response to a recording signal.

本発明のインク噴射記録ヘッドにおける発熱抵抗層11
は、前記した様に、Taと遷移金属から選択される少な
くとも1つの元素とを含む合金の薄層として設けられ
る。即ち本発明において、Ta含有合金を形成するTa
の相手材料として有効なのは遷移金属である。Al(ア
ルミニウム)を更に含有していても良い。遷移金属の中
でも、特に周期律第4周期に属する金属では、Ni(ニ
ッケル)、周期律表第5周期に属する金属では、Mo
(モリブデン)、周期律表第6周期に属する金属では、
W(タングステン)を好ましい金属としてあげることが
出来る。
Heat generating resistance layer 11 in the ink jet recording head of the present invention
Is provided as a thin layer of an alloy containing Ta and at least one element selected from transition metals, as described above. That is, in the present invention, Ta forming a Ta-containing alloy
The transition metal is effective as the other material. It may further contain Al (aluminum). Among the transition metals, Ni (nickel) is used particularly in the metal belonging to the fourth period of the periodic table, and Mo is contained in the metal belonging to the fifth period of the periodic table.
(Molybdenum), for metals belonging to Period 6 of the Periodic Table,
W (tungsten) can be mentioned as a preferable metal.

Ta含有合金を構成するこれ等のTaの相手材料となる
金属は、一種類に限ることなく、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、3元系、更には4元系或
はそれ以上の多元系とされても良いものである。Ta含
有合金として3元系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りは、異種族の金
属を目的に合わせて選択する方が、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。
The metal that composes the Ta-containing alloy and that is the counterpart material of these Ta is not limited to one type, and two or more types may be used in order to obtain the desired characteristics to the maximum. That is, in the present invention, the Ta-containing alloy may be a binary system, a ternary system, a quaternary system or a multi-component system of more than that. When a ternary or higher multi-element system is used as the Ta-containing alloy, it is possible to obtain various physical properties by selecting a metal belonging to a different group depending on the purpose, rather than selecting a metal belonging to the same group of the periodic table. This is preferable because a metal can be obtained.

本発明においてTa含有合金として特に好ましく用いら
れる組合せとしては、Ta−Mo、Ta−W、等の2元
系合金、Ta−Ni−Al、Ta−Mo−Ni、Ta−
W−Ni等の3元系合金があげられる。
In the present invention, as a combination particularly preferably used as the Ta-containing alloy, a binary alloy such as Ta-Mo, Ta-W, Ta-Ni-Al, Ta-Mo-Ni, Ta- is used.
Examples include ternary alloys such as W-Ni.

本発明において、Ta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はに、
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、mol%でTa−Mo、Ta−W−
Ni、Ta−Ni−Al合金は好ましくは20mol%
以上、Ta−Mo−Ni合金は好ましくは40mol%
以上、Ta−W合金は好ましくは50mol%以上とさ
れるのが望ましく、上限としては100mol%未満と
される。
In the present invention, the content rate of Ta contained in the Ta-containing alloy is as follows:
The content is determined according to the desired ratio so as to obtain the heat generating resistance layer 11 suitable for the purpose of the present invention, depending on the content ratio of the counterpart metals, but Ta-Mo, Ta-W-in mol%.
Ni, Ta-Ni-Al alloy is preferably 20 mol%
As described above, the Ta-Mo-Ni alloy is preferably 40 mol%
As described above, the Ta-W alloy is preferably 50 mol% or more, and the upper limit is less than 100 mol%.

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
性等に応じて適宜決められるが、好ましくは50Å〜5
μ、より好ましくは100Å〜2μ、最適には300Å
〜1μとされるのが望ましい。
In the present invention, the layer thickness of the heating resistance layer 11 depends on the characteristics of the constituent materials so that appropriate heat energy can be effectively generated.
It may be appropriately determined according to the type, content rate, flying droplet formation characteristics required for the apparatus itself, etc., but preferably 50Å to 5
μ, more preferably 100Å to 2μ, optimally 300Å
It is desirable to be set to ˜1 μ.

本発明において、Ta含有合金から成る発熱抵抗層11
は、所望面積を有する所望のTaの相手金属片をTaタ
ーゲット上に置いて、Co−Suptter(共スパッ
タ)することによって形成されるのが望ましい。
In the present invention, the heating resistance layer 11 made of a Ta-containing alloy
Is preferably formed by placing a mating metal piece of a desired Ta having a desired area on a Ta target and performing Co-Sputter (co-sputtering).

次に、以降において説明される本発明の実施例、参考例
或は比較例において製造されたインク噴射記録ヘッドの
製造法及び形態の概要について説明する。
Next, an outline of the manufacturing method and the form of the ink jet recording head manufactured in the examples, reference examples, or comparative examples of the present invention described below will be described.

先ず、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3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
エッチングにより例えば幅40μm、長さ200μmの
発熱抵抗体11−1〜11−3…を形成した。又、エッ
チングにより選択電極14及び共通電極13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。
First, a heating resistor installation substrate was prepared in the following manner. After the heating resistor layer 11 and the aluminum electrode layer are formed on the lower layer 10 of the alumina substrate 3 which also serves as the lower layer 10, the heating resistors 11-1 to 11-3 having a width of 40 μm and a length of 200 μm are selectively etched. Was formed. Further, the selection electrode 14 and the common electrode 13 were formed by etching. Further, a protective layer (upper layer) 12 was laminated on the surface of each electrode and each heating resistor, if necessary.

又、これ等とは別に、ガラス板に複数本の溝(例えば幅
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。
Separately from these, a grooved plate formed by cutting and forming a plurality of grooves (for example, width 40 μm, depth 40 μm) and a groove serving as a common ink chamber (not shown) on a glass plate using a micro cutter. Also created 4.

この様にして作成した発熱抵抗体設置基板と溝付き板と
を、発熱抵抗体と溝との位置合せをした上で接合し、更
に不図示のインク供給部から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
録ヘッドを一体的に完成した。更にこの記録ヘッドに
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。
The heating resistor installation substrate and the grooved plate prepared in this way are joined after aligning the heating resistor and the groove, and further liquid ink is introduced into the common ink chamber from an ink supply unit (not shown). An ink introducing tube (not shown) for connecting the recording head was also connected to complete the recording head integrally. Further, a lead substrate having lead electrodes (common lead electrode and selected lead electrode) connected to the above-mentioned selection electrode and common electrode was attached to this recording head.

上記の構成のインク噴射記録ヘッドにおいて、上部層1
2として、1.0μm層厚のSiO、0.5μm層厚
のTa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培の駆動電圧
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較べて上部層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。
In the ink jet recording head having the above structure, the upper layer 1
In the case where a thin layer of SiO 2 having a layer thickness of 1.0 μm and a thin layer of Ta having a layer thickness of 0.5 μm are laminated on each heating resistance layer 11 as the number 2, 1.5 to 1.9 times the expansion threshold voltage. A drive voltage margin was obtained. This indicates that the heat resistance is further improved by providing the upper layer 12 as compared with the case where the heating resistance layer 11 is exposed to the liquid.

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培の駆動電圧マージンが得られ、従来に比べて優
れていることが示される。
In this case, the system without the upper layer 12 has a driving voltage margin of about 1.3 times the foaming threshold voltage, which is superior to the conventional one.

基板3としては上記のアルミナ基板の外に、シリコンウ
エハを用い、下部層10としては、シリコンウエハの表
面を熱酸化して形成された2〜5μmのSiO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3としては、実施例で使用されたものの
他、ガラス、セラミックス、耐熱プラスチック等も用い
ることが出来る。
A silicon wafer is used as the substrate 3 in addition to the above alumina substrate, and a SiO 2 layer of 2 to 5 μm formed by thermally oxidizing the surface of the silicon wafer is used as the lower layer 10, and the same evaluation is performed. However, the same good result was obtained. Further, as the substrate 3, glass, ceramics, heat-resistant plastic, etc. can be used in addition to those used in the embodiments.

電極材料としては、Alの他に、Al−Cu、Al−S
i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。
As the electrode material, in addition to Al, Al-Cu, Al-S
i or the like can be used, but when these materials are used, in order to isolate the electrode and the liquid, for example, a film formed by curing a photosensitive heat-resistant resin is used to remove the heat acting surface portion. It is preferable to cover the electrode and the periphery of the electrode.

実施例 前記に説明した構成のインク噴射記録ヘッド(サンプル
NO.1−1〜14−4)(液流路数100、一流路当り
一電気熱変換体)について、一電気熱変換体当たり5×
10回パルス駆動を行った際の故障発熱抵抗体数を計
数して信頼性の測定を行った。その結果を以下の表に示
す。尚、表において、サンプルNO.4−1〜3、5−1
〜2、6−1〜3、7−1〜3、8−1〜3が本発明の
実施例、サンプルNO.1−1、2−1、5−3が本発明
の比較例、それ以外が参考例である。
Example An ink jet recording head (sample as described above)
NO.1-1 to 14-4) (100 liquid flow paths, one electrothermal converter per one flow path), 5 x per electrothermal converter
The reliability was measured by counting the number of faulty heating resistors when pulse driving was performed 10 8 times. The results are shown in the table below. In the table, sample Nos. 4-1 to 3-1 and 5-1
~ 2, 6-1 to 3, 7-1 to 3, 8-1 to 3 are examples of the present invention, sample Nos. 1-1, 2-1 and 5-3 are comparative examples of the present invention Is a reference example.

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

第1図(a)は本発明の適用されるインク噴射記録ヘッ
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)の一点鎖線XY示
す部分で切断した場合の切断部分図である。 1……インク噴射記録ヘッド、 2……電気熱変換体、 3……基板、 4……溝付き板、 5……オリフィス、 6……液吐出部、 7……熱作用部、 8……熱発生部、 9……熱作用面、 10……下部層、 11……発熱抵抗層、 12……上部層、 13……共通電極、 14……選択電極。
FIG. 1 (a) is a front partial view from one orifice side of a preferred embodiment of an ink jet recording head to which the present invention is applied, and FIG. 1 (b) is a dashed-dotted line in FIG. 1 (a). It is a cutting | disconnection partial view at the time of cutting | disconnecting in the part shown by XY. DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Ink jet recording head, 2 ... Electrothermal converter, 3 ... Substrate, 4 ... Grooved plate, 5 ... Orifice, 6 ... Liquid ejecting section, 7 ... Heat acting section, 8 ... Heat generating part, 9 ... Heat acting surface, 10 ... Lower layer, 11 ... Heating resistance layer, 12 ... Upper layer, 13 ... Common electrode, 14 ... Selection electrode.

Claims (15)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】インクに直接エネルギーを与える熱作用面
を形成し通電によって該熱作用面上のインクに気泡を形
成するための熱エネルギーを発生する発熱抵抗層を具備
する電気熱変換体を備え、インクを吐出して記録を行う
インク噴射記録ヘッドにおいて、 前記電気熱変換体の前記発熱抵抗層上には、前記熱作用
面を形成するTa層と、該Ta層と前記発熱抵抗層との
間のSi絶縁層と、を備えた保護層が形成されており、 前記電気熱変換体の発熱抵抗層はTa−Mo、Ta−W
−Ni、Ta−Ni−Alのいずれかの合金で構成さ
れ、該合金のTaの含有量が20mol%以上であるこ
とを特徴とするインク噴射記録ヘッド。
1. An electrothermal converter comprising a heat-acting surface for forming a heat-acting surface for directly applying energy to ink and generating heat energy for forming bubbles in the ink on the heat-acting surface by energization. In an ink jet recording head that ejects ink to perform recording, a Ta layer that forms the heat acting surface, and a Ta layer and the heating resistance layer are formed on the heating resistance layer of the electrothermal converter. And a Si insulating layer between the protective layer and the heat generating resistance layer of the electrothermal converter is Ta-Mo, Ta-W.
An ink jet recording head comprising an alloy of any one of -Ni and Ta-Ni-Al, wherein the content of Ta in the alloy is 20 mol% or more.
【請求項2】前記発熱抵抗層は、共スパッタにより形成
されている特許請求の範囲第1項に記載のインク噴射記
録ヘッド。
2. The ink jet recording head according to claim 1, wherein the heating resistance layer is formed by co-sputtering.
【請求項3】前記発熱抵抗層の厚みは50Å〜5μであ
る特許請求の範囲第1項に記載のインク噴射記録ヘッ
ド。
3. The ink jet recording head according to claim 1, wherein the heating resistance layer has a thickness of 50Å to 5 μm.
【請求項4】前記発熱抵抗層の厚みは100Å〜2μで
ある特許請求の範囲第3項に記載のインク噴射記録ヘッ
ド。
4. The ink jet recording head according to claim 3, wherein the heating resistance layer has a thickness of 100Å to 2 μm.
【請求項5】前記発熱抵抗層の厚みは300Å〜1μで
ある特許請求の範囲第4項に記載のインク噴射記録ヘッ
ド。
5. The ink jet recording head according to claim 4, wherein the heating resistance layer has a thickness of 300Å to 1 μm.
【請求項6】インクに直接エネルギーを与える熱作用面
を形成し通電によって該熱作用面上のインクに気泡を形
成するための熱エネルギーを発生する発熱抵抗層を具備
する電気熱変換体を備え、インクを吐出して記録を行う
インク噴射記録ヘッドにおいて、 前記電気熱変換体の前記発熱抵抗層上には、前記熱作用
面を形成するTa層と、該Ta層と前記発熱抵抗層との
間のSi絶縁層と、を備えた保護層が形成されており、 前記電気熱変換体の発熱抵抗層はTa−Mo−Ni合金
で構成され、該合金のTaの含有量が40mol%以上
であることを特徴とするインク噴射記録ヘッド。
6. An electrothermal converter comprising a heating resistance layer for forming a heat acting surface for directly applying energy to the ink and generating heat energy for forming bubbles in the ink on the heat acting surface by energization. In an ink jet recording head that ejects ink to perform recording, a Ta layer that forms the heat acting surface, and a Ta layer and the heating resistance layer are formed on the heating resistance layer of the electrothermal converter. And a Si insulating layer between the protective layer and the heat generating resistance layer of the electrothermal converter is made of a Ta—Mo—Ni alloy, and the Ta content of the alloy is 40 mol% or more. An ink jet recording head characterized by being present.
【請求項7】前記発熱抵抗層は、共スパッタにより形成
されている特許請求の範囲第6項に記載のインク噴射記
録ヘッド。
7. The ink jet recording head according to claim 6, wherein the heating resistance layer is formed by co-sputtering.
【請求項8】前記発熱抵抗層の厚みは50Å〜5μであ
る特許請求の範囲第6項に記載のインク噴射記録ヘッ
ド。
8. The ink jet recording head according to claim 6, wherein the heating resistance layer has a thickness of 50Å to 5 μm.
【請求項9】前記発熱抵抗層の厚みは100Å〜2μで
ある特許請求の範囲第8項に記載のインク噴射記録ヘッ
ド。
9. The ink jet recording head according to claim 8, wherein the heating resistance layer has a thickness of 100Å to 2 μm.
【請求項10】前記発熱抵抗層の厚みは300Å〜1μ
である特許請求の範囲第9項に記載のインク噴射記録ヘ
ッド。
10. The heating resistor layer has a thickness of 300Å to 1 μm.
The ink jet recording head according to claim 9, wherein
【請求項11】インクに直接エネルギーを与える熱作用
面を形成し通電によって該熱作用面上のインクに気泡を
形成するための熱エネルギーを発生する発熱抵抗層を具
備する電気熱変換体を備え、インクを吐出して記録を行
うインク噴射記録ヘッドにおいて、 前記電気熱変換体の前記発熱抵抗層上には、前記熱作用
面を形成するTa層と、該Ta層と前記発熱抵抗層との
間のSi絶縁層と、を備えた保護層が形成されており、 前記電気熱変換体の発熱抵抗層はTa−W合金で構成さ
れ、該合金のTaの含有量が50mol%以上であるこ
とを特徴とするインク噴射記録ヘッド。
11. An electrothermal converter comprising: a heat-acting surface for directly applying energy to ink, and a heating resistance layer for generating heat energy for forming bubbles in the ink on the heat-acting surface by energization. In an ink jet recording head that ejects ink to perform recording, a Ta layer that forms the heat acting surface, and a Ta layer and the heating resistance layer are formed on the heating resistance layer of the electrothermal converter. And a Si insulating layer between the protective layer and the heating resistance layer of the electrothermal converter is made of a Ta-W alloy, and the Ta content of the alloy is 50 mol% or more. An ink jet recording head characterized by:
【請求項12】前記発熱抵抗層は、共スパッタにより形
成されている特許請求の範囲第11項に記載のインク噴
射記録ヘッド。
12. The ink jet recording head according to claim 11, wherein the heating resistance layer is formed by co-sputtering.
【請求項13】前記発熱抵抗層の厚みは50Å〜5μで
ある特許請求の範囲第11項に記載のインク噴射記録ヘ
ッド。
13. The ink jet recording head according to claim 11, wherein the heating resistance layer has a thickness of 50Å to 5 μm.
【請求項14】前記発熱抵抗層の厚みは100Å〜2μ
である特許請求の範囲第13項に記載のインク噴射記録
ヘッド。
14. The heating resistance layer has a thickness of 100Å to 2 μm.
The ink jet recording head according to claim 13, wherein
【請求項15】前記発熱抵抗層の厚みは300Å〜1μ
である特許請求の範囲第14項に記載のインク噴射記録
ヘッド。
15. The heating resistance layer has a thickness of 300Å to 1 μm.
The ink jet recording head according to claim 14, wherein
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