JPH0624855B2 - 液体噴射記録ヘッド - Google Patents
液体噴射記録ヘッドInfo
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Description
【発明の詳細な説明】 インクジェット記録法(液体噴射記録法)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
う点高速記録が可能であり、しかも、いわゆる普通紙に
定着という特別な処理を必要とせずに記録の行なえる点
において最近関心を集めている。
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
う点高速記録が可能であり、しかも、いわゆる普通紙に
定着という特別な処理を必要とせずに記録の行なえる点
において最近関心を集めている。
その中で、例えば特開昭54−51837号公報、ドイ
ツ公開(DOLS)第2843064号公報に記載され
ている液体噴射記録法は、熱エネルギーを液体に作用さ
せて、液滴吐出の為の原動力を得るという点において、
他の液体噴射記録法とは、異なる特徴を有している。
ツ公開(DOLS)第2843064号公報に記載され
ている液体噴射記録法は、熱エネルギーを液体に作用さ
せて、液滴吐出の為の原動力を得るという点において、
他の液体噴射記録法とは、異なる特徴を有している。
即ち、上記のドイツ公開公報に開示されている記録法
は、熱エネルギーの作用を受けた液体が急峻な体積の増
大を伴う状態変化を起し、該状態変化に基く作用力によ
って、記録ヘッド部先端のオリフィスより液体が吐出さ
れて、飛翔的液滴が形成され、該液滴が被記録部材に付
着し記録が行われるという特徴がある。
は、熱エネルギーの作用を受けた液体が急峻な体積の増
大を伴う状態変化を起し、該状態変化に基く作用力によ
って、記録ヘッド部先端のオリフィスより液体が吐出さ
れて、飛翔的液滴が形成され、該液滴が被記録部材に付
着し記録が行われるという特徴がある。
殊に、DOLS 2843064号公報に開示されてい
る液体噴射記録法は、いわゆるドロップオンデマンド記
録法に極めて有効に適用されるばかりではなく、記録ヘ
ッド部をフルラインタイプで高密度マルチオリフィス化
された記録ヘッドが容易に具現化出来るので、高解像
度、高品質の画像を高速で得られるという特徴を有して
いる。
る液体噴射記録法は、いわゆるドロップオンデマンド記
録法に極めて有効に適用されるばかりではなく、記録ヘ
ッド部をフルラインタイプで高密度マルチオリフィス化
された記録ヘッドが容易に具現化出来るので、高解像
度、高品質の画像を高速で得られるという特徴を有して
いる。
上記の記録法に適用される装置の記録ヘッド部は、液体
を吐出する為に設けられたオリフィスと、該オリフィス
に連通し、液滴を吐出する為の熱エネルギーが液体に作
用する部分である熱作用部を構成の一部とする液流路と
を有する液吐出部と、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ている。
を吐出する為に設けられたオリフィスと、該オリフィス
に連通し、液滴を吐出する為の熱エネルギーが液体に作
用する部分である熱作用部を構成の一部とする液流路と
を有する液吐出部と、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ている。
そして、この電気熱変換体は、一対の電極と、これ等の
電極に接続し、これ等の電極の間に発熱する領域(熱発
生部)を有する発熱抵抗層とを具備している。これ等電
気熱変換体及び電極は、一般的に、前述した液体噴射記
録ヘッドの基板部分の上部層中に形成されている。この
様な液体噴射記録ヘッドの電気熱変換体の形成された基
板の構造の従来例を第1図(a)及び第1図(b)に示
す。以下、図面に従って従来例について説明する。
電極に接続し、これ等の電極の間に発熱する領域(熱発
生部)を有する発熱抵抗層とを具備している。これ等電
気熱変換体及び電極は、一般的に、前述した液体噴射記
録ヘッドの基板部分の上部層中に形成されている。この
様な液体噴射記録ヘッドの電気熱変換体の形成された基
板の構造の従来例を第1図(a)及び第1図(b)に示
す。以下、図面に従って従来例について説明する。
第1図(a)は、液体噴射記録ヘッドの基板の電気熱変
換体付近の従来例に於ける平面部分図、第1図(b)は
第1図(a)に一点鎖線XYで示す部分で切断した場合
の切断面部分図である。
換体付近の従来例に於ける平面部分図、第1図(b)は
第1図(a)に一点鎖線XYで示す部分で切断した場合
の切断面部分図である。
図に示される液体噴射記録ヘッドの基板101は、基板
支持体105上に、順次、下部層106、発熱抵抗層1
07、電極103、104、無機絶縁材料で構成される
第1の上部保護層108、有機材料で構成される第2の
上部保護層109、無機材料で構成される第3の上部保
護層110を積層してなる。
支持体105上に、順次、下部層106、発熱抵抗層1
07、電極103、104、無機絶縁材料で構成される
第1の上部保護層108、有機材料で構成される第2の
上部保護層109、無機材料で構成される第3の上部保
護層110を積層してなる。
前記発熱抵抗層107と電極103、104はエッチン
グ法等の方法を用いて、所定の形状にパターニングさ
れ、しかも電気熱変換体102以外の部分では、同一形
状にパターニングされており、電気熱変換体102部分
では、発熱抵抗層107上に電極は積層されず、発熱抵
抗層107が熱発生部111を形成している。第1の上
部保護層108及び第3の上部保護層110は基板10
1の全面にわたって積層されているが、第2の上部保護
層は電気熱変換体102上には積層されないようにパタ
ーニングされている。
グ法等の方法を用いて、所定の形状にパターニングさ
れ、しかも電気熱変換体102以外の部分では、同一形
状にパターニングされており、電気熱変換体102部分
では、発熱抵抗層107上に電極は積層されず、発熱抵
抗層107が熱発生部111を形成している。第1の上
部保護層108及び第3の上部保護層110は基板10
1の全面にわたって積層されているが、第2の上部保護
層は電気熱変換体102上には積層されないようにパタ
ーニングされている。
上記の様に形成された基板の上層部に使用される材料
は、その上層部の設けられるそれぞれの場所によって要
求される耐熱性、耐液性、熱伝導性及び絶縁性等の特性
に応じて選択される。第1図(a)及び第1図(b)で
示した従来例に於ける第1の上部保護層108の主とし
ての役割は、共通電極103と選択電極104間の絶縁
性を保つことにあり、第2の上部保護層109の主とし
ての役割は、液浸透防止と耐液作用にあり、第3の上部
保護層110の主としての役割は、耐液性と機械的強度
の補強にある。
は、その上層部の設けられるそれぞれの場所によって要
求される耐熱性、耐液性、熱伝導性及び絶縁性等の特性
に応じて選択される。第1図(a)及び第1図(b)で
示した従来例に於ける第1の上部保護層108の主とし
ての役割は、共通電極103と選択電極104間の絶縁
性を保つことにあり、第2の上部保護層109の主とし
ての役割は、液浸透防止と耐液作用にあり、第3の上部
保護層110の主としての役割は、耐液性と機械的強度
の補強にある。
以上述べてきた構成を有する基板を有してなる従来の液
体噴射記録ヘッドでは、頻繁な繰返し使用や長時間の連
続使用に際して、基板が連続的かつ長期的に液体とその
接液面に於て接触している場合、基板上に形成されてい
る上部保護層の剥離が生じ、絶縁性の低下、電極あるい
は電気熱変換体の破損、液流路あるいはオリフィスの変
形による液体供給障害あるいは液体の吐出不良等を招く
と言う問題点が指摘されている。
体噴射記録ヘッドでは、頻繁な繰返し使用や長時間の連
続使用に際して、基板が連続的かつ長期的に液体とその
接液面に於て接触している場合、基板上に形成されてい
る上部保護層の剥離が生じ、絶縁性の低下、電極あるい
は電気熱変換体の破損、液流路あるいはオリフィスの変
形による液体供給障害あるいは液体の吐出不良等を招く
と言う問題点が指摘されている。
上記従来の液体噴射記録ヘッドの長期耐液性の劣化の原
因は、基板上に多数の微細な電気熱変換体を同時に形成
する為に、上部保護層の形成される段階では、上部保護
層の形成されるその表面は段差部のある微細な凹凸状と
なっているために、この段差部に於ける上部保護層の被
覆性がかならずしも良好でなかったり、上部保護層のイ
ンクに接する部分に形成される層にピンホールなどの欠
陥が生じているときに、これらの欠陥部を通して上部保
護層中に液体の浸透が起こることによると考えられてい
る。
因は、基板上に多数の微細な電気熱変換体を同時に形成
する為に、上部保護層の形成される段階では、上部保護
層の形成されるその表面は段差部のある微細な凹凸状と
なっているために、この段差部に於ける上部保護層の被
覆性がかならずしも良好でなかったり、上部保護層のイ
ンクに接する部分に形成される層にピンホールなどの欠
陥が生じているときに、これらの欠陥部を通して上部保
護層中に液体の浸透が起こることによると考えられてい
る。
本発明は、上記の諸点に鑑み成されたものであって、頻
繁なる繰返し使用や長時間の連続使用に於いて総合的な
耐久性に優れ、初期の良好な液滴形成特性を長期に亘っ
て安定的に維持し得る液体噴射記録ヘッドを提供するこ
とを主たる目的とする。
繁なる繰返し使用や長時間の連続使用に於いて総合的な
耐久性に優れ、初期の良好な液滴形成特性を長期に亘っ
て安定的に維持し得る液体噴射記録ヘッドを提供するこ
とを主たる目的とする。
また、本発明の別の目的は、製造加工上に於ける信頼性
の高い液体噴射記録ヘッドを提供することでもある。
の高い液体噴射記録ヘッドを提供することでもある。
上記の目的は、以下の本発明によって達成される。
すなわち本発明は、液滴を吐出して飛翔的液滴を形成す
るためのオリフィスと、該オリフィスに連通し前記液滴
を形成するための熱エネルギーが液体に作用する部分で
ある熱作用部を構成の一部とする液路と、を有する液吐
出部と、少なくとも一対の対置する電極と、該電極に接
続し該一対の電極間に発熱する領域である熱発生部を有
する発熱抵抗層と、を具備する電気熱変換体と、前記電
気熱変換体上を覆う上部保護層と、を具備する液体噴射
記録ヘッドにおいて、前記上部保護層は電気熱変換体上
に直接設けられるシリコン絶縁材料からなる第1の上部
保護層と、熱発生部上部以外の場所で前記第1の上部保
護層上に設けられるポリイミド樹脂からなる第2の上部
保護層と、前記熱発生部上部のみの前記第1の上部保護
層上に設けられるTaからなる第3の上部保護層で構成
されていることを特徴とする液体噴射記録ヘッドであ
る。
るためのオリフィスと、該オリフィスに連通し前記液滴
を形成するための熱エネルギーが液体に作用する部分で
ある熱作用部を構成の一部とする液路と、を有する液吐
出部と、少なくとも一対の対置する電極と、該電極に接
続し該一対の電極間に発熱する領域である熱発生部を有
する発熱抵抗層と、を具備する電気熱変換体と、前記電
気熱変換体上を覆う上部保護層と、を具備する液体噴射
記録ヘッドにおいて、前記上部保護層は電気熱変換体上
に直接設けられるシリコン絶縁材料からなる第1の上部
保護層と、熱発生部上部以外の場所で前記第1の上部保
護層上に設けられるポリイミド樹脂からなる第2の上部
保護層と、前記熱発生部上部のみの前記第1の上部保護
層上に設けられるTaからなる第3の上部保護層で構成
されていることを特徴とする液体噴射記録ヘッドであ
る。
以下、図面に従って本発明の液体噴射記録ヘッドが有す
る基板を具体的に説明する。
る基板を具体的に説明する。
第2図(a)には、本発明の液体噴射記録ヘッドの基板
の電気熱変換体付近の平面部分図、第2図(b)は、第
2図(a)に一点鎖線X′Y′で示された部分で切断し
た場合の切断面部分図である。
の電気熱変換体付近の平面部分図、第2図(b)は、第
2図(a)に一点鎖線X′Y′で示された部分で切断し
た場合の切断面部分図である。
第2図(a)及び第2図(b)に示されている基板20
1は、シリコン、ガラス、セラミック等の材料で構成さ
れる基板支持体205と、該基板支持体205上にSi
O2等で構成される下部層206と、発熱抵抗層207
と、該発熱抵抗層207の上面の熱発生部211を除い
た部分に積層された共通電極204及び選択電極203
と、熱発生部211と共通電極204及び選択電極20
3とを覆う第1の上部保護層208と、それぞれの下部
構造に応じて積層される第2の上部保護層209または
第3の上部保護層210とを具備している。
1は、シリコン、ガラス、セラミック等の材料で構成さ
れる基板支持体205と、該基板支持体205上にSi
O2等で構成される下部層206と、発熱抵抗層207
と、該発熱抵抗層207の上面の熱発生部211を除い
た部分に積層された共通電極204及び選択電極203
と、熱発生部211と共通電極204及び選択電極20
3とを覆う第1の上部保護層208と、それぞれの下部
構造に応じて積層される第2の上部保護層209または
第3の上部保護層210とを具備している。
発熱部分202は、その主要部として熱発生部211を
有し、熱発生部211は、基板支持体205上に基板支
持体側から順次、下部層206、発熱抵抗層207、第
1の上部保護層208及び第3の上部保護層が積層され
て構成されており、同時に第3の保護層は少なくとも発
熱部分202の上部を覆うように積層されている。従っ
て発熱部分202の上部には、基板側から第1の上部保
護層208と第3の上部保護層210とが二層積層され
た二重上部保護層が形成されている。
有し、熱発生部211は、基板支持体205上に基板支
持体側から順次、下部層206、発熱抵抗層207、第
1の上部保護層208及び第3の上部保護層が積層され
て構成されており、同時に第3の保護層は少なくとも発
熱部分202の上部を覆うように積層されている。従っ
て発熱部分202の上部には、基板側から第1の上部保
護層208と第3の上部保護層210とが二層積層され
た二重上部保護層が形成されている。
一方、発熱部分202以外の基板201は、基板支持体
205上に、その基板支持体205側から順次下部層2
06、発熱抵抗層207、電極203、204、少なく
ともこれ等電極上に第1の上部保護層208、第2の上
部保護層209が積層され構成されている。
205上に、その基板支持体205側から順次下部層2
06、発熱抵抗層207、電極203、204、少なく
ともこれ等電極上に第1の上部保護層208、第2の上
部保護層209が積層され構成されている。
第2図(a)及び第2図(b)に示した液体噴射記録ヘ
ッドの基板201では、第2の上部保護層209と第3
の上部保護層210とはお互いに接しない様に積層され
ている。
ッドの基板201では、第2の上部保護層209と第3
の上部保護層210とはお互いに接しない様に積層され
ている。
少なくとも発熱部分202及び電極203、204上に
積層される第1の上部保護層208の主な役割は、共通
電極204と選択電極203間の絶縁性を保つことにあ
り、比較的熱伝導性及び耐熱性にも優れた、例えばSi
O2のような無機酸化物やSi3N4のような無機窒化
物等の無機質絶縁材料で構成される。
積層される第1の上部保護層208の主な役割は、共通
電極204と選択電極203間の絶縁性を保つことにあ
り、比較的熱伝導性及び耐熱性にも優れた、例えばSi
O2のような無機酸化物やSi3N4のような無機窒化
物等の無機質絶縁材料で構成される。
第1の上部保護層208を構成する材料としては、上記
した無機質材料の他に酸化チタン、酸化バナジウム、酸
化ニオブ、酸化モリブデン、酸化タンタル、酸化タング
ステン、酸化クロム、酸化ジルコニウム、酸化ハフニウ
ム、酸化ランタン、酸化イットリウム、酸化マンガン等
の遷移金属酸化物、更に酸化アルミニウム、酸化カルシ
ウム、酸化ストロンチウム、酸化バリウム、酸化シリコ
ン、等の金属酸化物及びそれらの複合体、窒化シリコ
ン、窒化アルミニウム、窒化ボロン、窒化タンタル等高
抵抗窒化物及びこれら酸化物、窒化物の複合体、更にア
モルファスシリコン、アモルファスセレン等の半導体な
どバルクでは低抵抗であってもスパッタリング法、CV
D法、蒸着法、気相反応法、液体コーティング法等の製
造過程で高抵抗化し得る薄膜材料を挙げることができ、
その層厚としては、一般に0.1〜5μm、好ましくは
0.2〜3μm、特に好ましくは0.5〜3μmとされ
るのが望ましい。
した無機質材料の他に酸化チタン、酸化バナジウム、酸
化ニオブ、酸化モリブデン、酸化タンタル、酸化タング
ステン、酸化クロム、酸化ジルコニウム、酸化ハフニウ
ム、酸化ランタン、酸化イットリウム、酸化マンガン等
の遷移金属酸化物、更に酸化アルミニウム、酸化カルシ
ウム、酸化ストロンチウム、酸化バリウム、酸化シリコ
ン、等の金属酸化物及びそれらの複合体、窒化シリコ
ン、窒化アルミニウム、窒化ボロン、窒化タンタル等高
抵抗窒化物及びこれら酸化物、窒化物の複合体、更にア
モルファスシリコン、アモルファスセレン等の半導体な
どバルクでは低抵抗であってもスパッタリング法、CV
D法、蒸着法、気相反応法、液体コーティング法等の製
造過程で高抵抗化し得る薄膜材料を挙げることができ、
その層厚としては、一般に0.1〜5μm、好ましくは
0.2〜3μm、特に好ましくは0.5〜3μmとされ
るのが望ましい。
第2の上部保護層209は、発熱部分202上部以外の
基板201の上部保護層として、少なくとも電極20
3、204上に積層されており、直接液体と接触する部
分を有している。その主な役割は、液浸透防止と耐液作
用にある。更には、成膜性が良いこと、緻密な構造
でかつピンホールが少ないこと、使用インクに対し膨
潤、溶解しないこと、成膜したとき絶縁性が良いこ
と、耐熱性が高いこと等の物性を具備していることが
望ましい。そのような有機質材料としては以下の樹脂、
例えば、シリコーン樹脂、フッ素樹脂、芳香族ポリアミ
ド、付加重合型ポリイミド、ポリベンズイミダゾール、
金属キレート重合体、チタン酸エステル、エポキシ樹
脂、フタル酸樹脂、熱硬化性フェノール樹脂、p−ビニ
ルフェノール樹脂、サイロック樹脂、トリアジン樹脂、
BT樹脂(トリアジン樹脂とビスマレイミド付加重合樹
脂)等が挙げられる。又、この他に、ポリキシリレン樹
脂及びその誘導体を蒸着して第2の上部保護層209を
形成することもできる。
基板201の上部保護層として、少なくとも電極20
3、204上に積層されており、直接液体と接触する部
分を有している。その主な役割は、液浸透防止と耐液作
用にある。更には、成膜性が良いこと、緻密な構造
でかつピンホールが少ないこと、使用インクに対し膨
潤、溶解しないこと、成膜したとき絶縁性が良いこ
と、耐熱性が高いこと等の物性を具備していることが
望ましい。そのような有機質材料としては以下の樹脂、
例えば、シリコーン樹脂、フッ素樹脂、芳香族ポリアミ
ド、付加重合型ポリイミド、ポリベンズイミダゾール、
金属キレート重合体、チタン酸エステル、エポキシ樹
脂、フタル酸樹脂、熱硬化性フェノール樹脂、p−ビニ
ルフェノール樹脂、サイロック樹脂、トリアジン樹脂、
BT樹脂(トリアジン樹脂とビスマレイミド付加重合樹
脂)等が挙げられる。又、この他に、ポリキシリレン樹
脂及びその誘導体を蒸着して第2の上部保護層209を
形成することもできる。
更に、種々の有機化合物モノマー、例えばチオウレア、
チオアセトアミド、ビニルフェロセン、1,3,5−ト
リクロロベンゼン、クロロベンゼン、スチレン、フェロ
セン、ピロリン、ナフタレン、ペンタメチルベンゼン、
ニトロトルエン、アクリロニトリル、ジフェニルセレナ
イド、p−トルイジン、p−キシレン、N,N−ジメチ
ル−p−トルイジン、トルエン、アニリン、ジフェニル
マーキュリー、ヘキサメチルベンゼン、マロノニトリ
ル、テトラシアノエチレン、チオフェン、ベンゼンセレ
ノール、テトラフルオロエチレン、エチレン、N−ニト
ロソジフェニルアミン、アセチレン、1,2,4−トリ
クロロベンゼン、プロパン、等を使用してプラズマ重合
法によって成膜させて、第2の上部保護層209を形成
することもできる。
チオアセトアミド、ビニルフェロセン、1,3,5−ト
リクロロベンゼン、クロロベンゼン、スチレン、フェロ
セン、ピロリン、ナフタレン、ペンタメチルベンゼン、
ニトロトルエン、アクリロニトリル、ジフェニルセレナ
イド、p−トルイジン、p−キシレン、N,N−ジメチ
ル−p−トルイジン、トルエン、アニリン、ジフェニル
マーキュリー、ヘキサメチルベンゼン、マロノニトリ
ル、テトラシアノエチレン、チオフェン、ベンゼンセレ
ノール、テトラフルオロエチレン、エチレン、N−ニト
ロソジフェニルアミン、アセチレン、1,2,4−トリ
クロロベンゼン、プロパン、等を使用してプラズマ重合
法によって成膜させて、第2の上部保護層209を形成
することもできる。
更に、高密度マルチオリフィスタイプの記録ヘッドの作
成に於ては、上記した有機材料とは別に微細フォトリソ
グラフィー加工が極めて容易とされる有機質材料を第2
の上部保護層209を形成する材料として使用するのが
望ましい。そのような有機材料としては、具体的には、
例えばポリイミドイソインドロキナゾリンジオン(商品
名:PIQ、日立化成製)、ポリイミド樹脂(商品名:
PYRALIN、デュポン製)、環化ポリブタジエン
(商品名:JSR−CBR、日本合成ゴム製)、フォト
ニース(商品名:東レ製)、その他の感光性ポリイミド
樹脂等が好しいものとして挙られる。
成に於ては、上記した有機材料とは別に微細フォトリソ
グラフィー加工が極めて容易とされる有機質材料を第2
の上部保護層209を形成する材料として使用するのが
望ましい。そのような有機材料としては、具体的には、
例えばポリイミドイソインドロキナゾリンジオン(商品
名:PIQ、日立化成製)、ポリイミド樹脂(商品名:
PYRALIN、デュポン製)、環化ポリブタジエン
(商品名:JSR−CBR、日本合成ゴム製)、フォト
ニース(商品名:東レ製)、その他の感光性ポリイミド
樹脂等が好しいものとして挙られる。
発熱部分202上部に第1の上部保護層に次いで設けら
れる第3の上部保護層201の役割は、主に耐液性と機
械的強度の補強の付与にある。この第3の上部保護層
は、粘りがあって、比較的機械的強度に優れ、かつ第1
の上部保護層208に対して密着性と接着性のある、例
えば第1の上部保護層208がSiO2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。このよう
に第1の上部保護層208上に金属等の比較的粘りがあ
って機械的強度のある無機材料で構成される第3の上部
保護層210を発熱部分202の上部に設けることによ
って、熱発生部211の液体との接触面(熱作用面、不
図示)に於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でき、また上部
保護層の被覆性の低下やピンホール等の製造工程上で生
じる上部保護層の欠陥の発生する確立が低くなり、発熱
部分202の寿命を格段に延ばす効果がある。
れる第3の上部保護層201の役割は、主に耐液性と機
械的強度の補強の付与にある。この第3の上部保護層
は、粘りがあって、比較的機械的強度に優れ、かつ第1
の上部保護層208に対して密着性と接着性のある、例
えば第1の上部保護層208がSiO2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。このよう
に第1の上部保護層208上に金属等の比較的粘りがあ
って機械的強度のある無機材料で構成される第3の上部
保護層210を発熱部分202の上部に設けることによ
って、熱発生部211の液体との接触面(熱作用面、不
図示)に於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でき、また上部
保護層の被覆性の低下やピンホール等の製造工程上で生
じる上部保護層の欠陥の発生する確立が低くなり、発熱
部分202の寿命を格段に延ばす効果がある。
第3の上部保護層210を形成することのできる材料と
しては、上記のTaの他に、Sc、Yなどの周期律表第
IIIa族の元素、Ti、Zr、Hfなどの第IVaの元
素、V、Nbなどの第Va族の元素、Cr、Mo、Wな
どの第VIa族の元素、Fe、Co、Niなどの第VIII族
の元素;Ti−Ni、Ta−W、Ta−Mo−Ni、N
i−Cr、Fe−Co、Ti−W、Fe−Ti、Fe−
Ni、Fe−Cr、Fe−Ni−Crなどの上記金属の
合金;Ti−B、Ta−B、Hf−B、W−Bなどの上
記金属の硼化物;Ti−C、Zr−C、V−C、Ta−
C、Mo−C、Ni−Cなどの上記金属の炭化物;Mo
−Si、W−Si、Ta−Siなどの上記金属のケイ化
物;Ti−N、Nb−N、Ta−Nなどの上記金属の窒
化物が挙げられる。第3の層は、これらの材料を用いて
蒸着法、スパッタリング法、CVD法等の手法により形
成することができ、その膜厚としては、一般的に0.0
1〜5μm、好ましくは0.1〜5μm、特に好ましく
は0.2〜3μmとされるのが望ましい。また、材料、
膜厚の選択にあたっては、その比抵抗がインクの比抵抗
や発熱抵抗層の比抵抗及び電極層の比抵抗より大きなも
のが良く、例えば1オーム・センチメートル以下の層と
することが好ましいが、耐機械的衝撃性の強いSi−C
(炭化ケイ素)などの絶縁材も好適に使用できる。
しては、上記のTaの他に、Sc、Yなどの周期律表第
IIIa族の元素、Ti、Zr、Hfなどの第IVaの元
素、V、Nbなどの第Va族の元素、Cr、Mo、Wな
どの第VIa族の元素、Fe、Co、Niなどの第VIII族
の元素;Ti−Ni、Ta−W、Ta−Mo−Ni、N
i−Cr、Fe−Co、Ti−W、Fe−Ti、Fe−
Ni、Fe−Cr、Fe−Ni−Crなどの上記金属の
合金;Ti−B、Ta−B、Hf−B、W−Bなどの上
記金属の硼化物;Ti−C、Zr−C、V−C、Ta−
C、Mo−C、Ni−Cなどの上記金属の炭化物;Mo
−Si、W−Si、Ta−Siなどの上記金属のケイ化
物;Ti−N、Nb−N、Ta−Nなどの上記金属の窒
化物が挙げられる。第3の層は、これらの材料を用いて
蒸着法、スパッタリング法、CVD法等の手法により形
成することができ、その膜厚としては、一般的に0.0
1〜5μm、好ましくは0.1〜5μm、特に好ましく
は0.2〜3μmとされるのが望ましい。また、材料、
膜厚の選択にあたっては、その比抵抗がインクの比抵抗
や発熱抵抗層の比抵抗及び電極層の比抵抗より大きなも
のが良く、例えば1オーム・センチメートル以下の層と
することが好ましいが、耐機械的衝撃性の強いSi−C
(炭化ケイ素)などの絶縁材も好適に使用できる。
第3の上部保護層210は、上記の層単独であってもよ
いが、もちろんこれらの幾つかを組合わせることもでき
る。また、第3の上部保護層210を上記のもの単独で
はなく、第1の上部保護層208の材質と組み合わせて
使用することも可能である。
いが、もちろんこれらの幾つかを組合わせることもでき
る。また、第3の上部保護層210を上記のもの単独で
はなく、第1の上部保護層208の材質と組み合わせて
使用することも可能である。
下部層206は、主に熱発生部211より発生する熱の
支持体205側への流れを制御する層として設けられる
もので、熱作用部(不図示)に於いて液体に熱エネルギ
ーを作用させる場合には、熱発生部211より発生する
熱が熱作用部側により多く流れるようにし、発熱部分2
02への通電がOFFされた際には、熱発生部211に
残存している熱が、支持体205側に速やかに流れるよ
うに構成材料の選択と、その層厚の設計が成される。下
部層206を構成する材料としては、先に挙げたSiO
2の他に酸化ジルコニウム、酸化タンタル、酸化マグネ
シウム、酸化アルミニウム等の金属酸化物に代表される
無機質材料が挙げられる。
支持体205側への流れを制御する層として設けられる
もので、熱作用部(不図示)に於いて液体に熱エネルギ
ーを作用させる場合には、熱発生部211より発生する
熱が熱作用部側により多く流れるようにし、発熱部分2
02への通電がOFFされた際には、熱発生部211に
残存している熱が、支持体205側に速やかに流れるよ
うに構成材料の選択と、その層厚の設計が成される。下
部層206を構成する材料としては、先に挙げたSiO
2の他に酸化ジルコニウム、酸化タンタル、酸化マグネ
シウム、酸化アルミニウム等の金属酸化物に代表される
無機質材料が挙げられる。
発熱抵抗層207を構成する材料は、通電されることに
よって、所望通りの熱が発生するものであれば大概のも
のが採用され得る。
よって、所望通りの熱が発生するものであれば大概のも
のが採用され得る。
そのような材料としては、具体的には例えば窒化タンタ
ル、ニクロム、銀−パラジウム合金、シリコン半導体、
或いは、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及びその合金並びにそれらの
硼化物等が好ましいものとして挙げられる。
ル、ニクロム、銀−パラジウム合金、シリコン半導体、
或いは、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及びその合金並びにそれらの
硼化物等が好ましいものとして挙げられる。
これ等の発熱抵抗層207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挙げることができ、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、
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、硼化ニオブの順となっている。
属硼化物が優れたものとして挙げることができ、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、
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、硼化ニオブの順となっている。
発熱抵抗層207は、上記した材料を使用して、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。
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。
発熱低抗体層の層厚は、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、0.001〜5μm、好
適には0.01〜1μmとされる。
りとなるように、その面積、材質及び熱作用部の形状及
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、0.001〜5μm、好
適には0.01〜1μmとされる。
電極203及び204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、
具体的には例えば、Al、Ag、Au、Pt、Cu等の
金属が挙げられ、これ等を使用して、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。
用されている電極材料の多くのものが有効に使用され、
具体的には例えば、Al、Ag、Au、Pt、Cu等の
金属が挙げられ、これ等を使用して、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。
本発明の液体噴射記録ヘッドは、前述したような特徴的
構成を有する電気熱変換体がその上に形成された基板上
に、第2図(a)及び第2図(b)に於て説明した複数
の上部層を形成し、次いで、これら各電気熱変換体によ
り形成される熱発生部211に対応した液流路305と
オリフィス306を形成することによって完成される。
尚、第3の上部保護層を熱発生部分の上部の必要最小限
の領域に設ける事は好ましい。
構成を有する電気熱変換体がその上に形成された基板上
に、第2図(a)及び第2図(b)に於て説明した複数
の上部層を形成し、次いで、これら各電気熱変換体によ
り形成される熱発生部211に対応した液流路305と
オリフィス306を形成することによって完成される。
尚、第3の上部保護層を熱発生部分の上部の必要最小限
の領域に設ける事は好ましい。
第3図は、完成した液体噴射記録ヘッドの一態様の内部
構造を示すための模式的分解図であり、この例ではオリ
フィス306は、熱発生部の上方に設けられている。な
お、307はインク流路壁、308は共通液室、309
は第2の共通液室を、310は共通液室308と第2の
共通液室309を連結する貫孔、311は天板である。
また、電気熱変換体の配線部については図示を省略して
ある。
構造を示すための模式的分解図であり、この例ではオリ
フィス306は、熱発生部の上方に設けられている。な
お、307はインク流路壁、308は共通液室、309
は第2の共通液室を、310は共通液室308と第2の
共通液室309を連結する貫孔、311は天板である。
また、電気熱変換体の配線部については図示を省略して
ある。
第4図は、完成した他の態様の液体噴射記録ヘッド模式
図を示すもので、この例ではオリフィス306は液流路
の先端に形成されている。なお、312はインク供給口
を示す。この様な液体噴射記録ヘッドは、その基板の上
部層が、その上部層の設けられるそれぞれの場所によっ
て要求される耐熱性、耐液性、熱電導性及び電気絶縁性
等の特性に応じて適切に選択された材料が積層されて形
成され、しかも何層にも種々の材料が積層されて成る基
板の上部層の各層間の密着性及び接着性に優れているた
めに、頻繁なる繰返し使用や長時間の連続使用に於いて
総合的な耐久性、特に耐液性に優れ、初期の良好な液滴
形成特性を長期にわたって安定的に維持できるものとな
った。
図を示すもので、この例ではオリフィス306は液流路
の先端に形成されている。なお、312はインク供給口
を示す。この様な液体噴射記録ヘッドは、その基板の上
部層が、その上部層の設けられるそれぞれの場所によっ
て要求される耐熱性、耐液性、熱電導性及び電気絶縁性
等の特性に応じて適切に選択された材料が積層されて形
成され、しかも何層にも種々の材料が積層されて成る基
板の上部層の各層間の密着性及び接着性に優れているた
めに、頻繁なる繰返し使用や長時間の連続使用に於いて
総合的な耐久性、特に耐液性に優れ、初期の良好な液滴
形成特性を長期にわたって安定的に維持できるものとな
った。
以下実施例に従って本発明を更に詳しく説明する。
実施例 Siウエハーを熱酸化により5μmの厚さのSiO2膜
を形成し基板とした。この基板にスパッタにより発熱抵
抗層としてHfB2を3000Åの厚みに形成し、続い
てビーム蒸着により、Ti層50Å、Al層1000Å
を順次堆積した。次にフォトリソ工程により所定の同一
形状に電極と発熱抵抗層を第2図(a)のような形状に
パターニングし、所定の位置と個数の電気熱変換体(熱
発生部、50μm幅、150μm長さ)を形成した。
を形成し基板とした。この基板にスパッタにより発熱抵
抗層としてHfB2を3000Åの厚みに形成し、続い
てビーム蒸着により、Ti層50Å、Al層1000Å
を順次堆積した。次にフォトリソ工程により所定の同一
形状に電極と発熱抵抗層を第2図(a)のような形状に
パターニングし、所定の位置と個数の電気熱変換体(熱
発生部、50μm幅、150μm長さ)を形成した。
電気熱変換体と電極とが形成された基板上にさらに、第
1の上部保護層となるSiO2スパッタ層をハイレート
スパッタにより2.8μm堆積させ、続いて第3の上部
保護層となるTaスパッタ層を0.5μ堆積した。
1の上部保護層となるSiO2スパッタ層をハイレート
スパッタにより2.8μm堆積させ、続いて第3の上部
保護層となるTaスパッタ層を0.5μ堆積した。
ここで再度、フォトリソ工程により、Taスパッタ層を
電気熱変換体上部だけに幅90μm、長さ200μmの
パターンで残るようにエッチングを行ない、その電気熱
変換体上部のパターン以外の部分を第2の上部保護層と
なるフォトニース(東レ製)被膜層によって覆われるよ
うにした。
電気熱変換体上部だけに幅90μm、長さ200μmの
パターンで残るようにエッチングを行ない、その電気熱
変換体上部のパターン以外の部分を第2の上部保護層と
なるフォトニース(東レ製)被膜層によって覆われるよ
うにした。
この様に形成された基板上に厚さ50μmの感光性樹脂
ドライフィルムを積層し、所定のパターンマスクによる
露光、現象を行ない液流路と共通液室を設け、更にエポ
キシ系接着剤材を介してガラス製の天井板を積層し、第
3図の模式図に示されるような液体噴射記録ヘッドを作
製した。
ドライフィルムを積層し、所定のパターンマスクによる
露光、現象を行ない液流路と共通液室を設け、更にエポ
キシ系接着剤材を介してガラス製の天井板を積層し、第
3図の模式図に示されるような液体噴射記録ヘッドを作
製した。
この液体噴射記録ヘッドを用いて1日当り5×10
7回、20日間作動させて耐久回数試験を行なった。本
発明の液体噴射記録ヘッドでは、耐久回数109回を安
定して達成でき、しかも60゜C、1ケ月の記録液中に
記録ヘッドを浸漬して行なった記録ヘッドの耐記録液性
試験に於ても、記録液浸漬後の記録ヘッドの基板上部層
に異常が観察されず、ヘッドの断線もなく、浸漬以前の
良好な記録特性を維持でき、総合的耐久性に優れたもの
であった。
7回、20日間作動させて耐久回数試験を行なった。本
発明の液体噴射記録ヘッドでは、耐久回数109回を安
定して達成でき、しかも60゜C、1ケ月の記録液中に
記録ヘッドを浸漬して行なった記録ヘッドの耐記録液性
試験に於ても、記録液浸漬後の記録ヘッドの基板上部層
に異常が観察されず、ヘッドの断線もなく、浸漬以前の
良好な記録特性を維持でき、総合的耐久性に優れたもの
であった。
比較のための従来の構造を有する基板を用いて実施例と
同様に作製した液体噴射記録ヘッドでは、上記連続使用
試験では、107回以上の耐久回数をほとんど達成でき
ず、また耐記録液性試験では、基板の上部層の基板から
の剥離現象が生じ、液流路あるいはオリフィスの変形が
起き、また記録ヘッドに電圧が印加された使用状態に於
て、電極が溶解し断線に至るなどの障害が発生した。
同様に作製した液体噴射記録ヘッドでは、上記連続使用
試験では、107回以上の耐久回数をほとんど達成でき
ず、また耐記録液性試験では、基板の上部層の基板から
の剥離現象が生じ、液流路あるいはオリフィスの変形が
起き、また記録ヘッドに電圧が印加された使用状態に於
て、電極が溶解し断線に至るなどの障害が発生した。
以上説明したように、本発明によれば、電気熱変換体の
絶縁性を保つための第1の上部保護層と、液浸透を防止
してインクよる腐食を防止するための第2の上部保護層
と、耐液性と機械的強度の補強を果たす第3の上部保護
層とが前述の構成となることにより、上部保護層の剥離
を防止して、頻繁なる繰返し使用や長時間の連続使用に
おいて総合的な耐久性、特に耐液性に優れた液体噴射記
録ヘッドを提供することが出来る。
絶縁性を保つための第1の上部保護層と、液浸透を防止
してインクよる腐食を防止するための第2の上部保護層
と、耐液性と機械的強度の補強を果たす第3の上部保護
層とが前述の構成となることにより、上部保護層の剥離
を防止して、頻繁なる繰返し使用や長時間の連続使用に
おいて総合的な耐久性、特に耐液性に優れた液体噴射記
録ヘッドを提供することが出来る。
第1図(a)は、液体噴射記録ヘッドの基板の電気熱変
換体付近の従来例に於ける平面部分図、第1図(b)は
第1図(a)に一点鎖線XYで示す部分で切断した場合
の切断面部分図、第2図(a)は本発明の液体噴射記録
ヘッドの基板の電気熱変換体付近の平面部分図、第2図
(b)は第2図(a)に一点鎖線X′Y′で示す部分で
切断した場合の切断面部分図、第3図は本発明の液体噴
射記録ヘッドの一態様の内部構造を示すための模式的分
解図、第4図は本発明の他の態様の液体噴射記録ヘッド
の模式図である。 101、201:基板、102:電気熱変換体 103、203:(選択)電極 104、204:(共通)電極 105、205:基板支持体 106、206:下部層 107、207:発熱抵抗層 108、208:第1の上部保護層 109、209:第2の上部保護層 110、210:第3の上部保護層 111、211:熱発生部 202:発熱部分、305:液流路 306:オリフィス、307:オンク流路壁 308:共通液室 309:第二の共通液室 310:共通液室連結貫孔 311:天板、312:インク供給口
換体付近の従来例に於ける平面部分図、第1図(b)は
第1図(a)に一点鎖線XYで示す部分で切断した場合
の切断面部分図、第2図(a)は本発明の液体噴射記録
ヘッドの基板の電気熱変換体付近の平面部分図、第2図
(b)は第2図(a)に一点鎖線X′Y′で示す部分で
切断した場合の切断面部分図、第3図は本発明の液体噴
射記録ヘッドの一態様の内部構造を示すための模式的分
解図、第4図は本発明の他の態様の液体噴射記録ヘッド
の模式図である。 101、201:基板、102:電気熱変換体 103、203:(選択)電極 104、204:(共通)電極 105、205:基板支持体 106、206:下部層 107、207:発熱抵抗層 108、208:第1の上部保護層 109、209:第2の上部保護層 110、210:第3の上部保護層 111、211:熱発生部 202:発熱部分、305:液流路 306:オリフィス、307:オンク流路壁 308:共通液室 309:第二の共通液室 310:共通液室連結貫孔 311:天板、312:インク供給口
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 柴田 誠 東京都大田区下丸子3丁目30番2号 キヤ ノン株式会社内 (72)発明者 高橋 博人 東京都大田区下丸子3丁目30番2号 キヤ ノン株式会社内 (56)参考文献 特開 昭58−33472(JP,A) 特開 昭55−128466(JP,A)
Claims (1)
- 【請求項1】液滴を吐出して飛翔的液滴を形成するため
のオリフィスと、該オリフィスに連通し前記液滴を形成
するための熱エネルギーが液体に作用する部分である熱
作用部を構成の一部とする液路と、を有する液吐出部
と、 少なくとも一対の対置する電極と、該電極に接続し該一
対の電極間に発熱する領域である熱発生部を有する発熱
抵抗層と、を具備する電気熱変換体と、 前記電気熱変換体上を覆う上部保護層と、 を具備する液体噴射記録ヘッドにおいて、 前記上部保護層は電気熱変換体上に直接設けられるシリ
コン絶縁材料からなる第1の上部保護層と、熱発生部上
部以外の場所で前記第1の上部保護層上に設けられるポ
リイミド樹脂からなる第2の上部保護層と、前記熱発生
部上部のみの前記第1の上部保護層上に設けられるTa
からなる第3の上部保護層で構成されていることを特徴
とする液体噴射記録ヘッド。
Priority Applications (4)
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JP58069585A JPH0624855B2 (ja) | 1983-04-20 | 1983-04-20 | 液体噴射記録ヘッド |
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JPH0624855B2 true JPH0624855B2 (ja) | 1994-04-06 |
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