JPH0643128B2 - インクジェットヘッド - Google Patents
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Description
【発明の詳細な説明】 本発明は、液体を噴射し、飛翔液滴を形成して記録を行
なうインクジェットヘッドに関する。
なうインクジェットヘッドに関する。
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
てあ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
てあ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、上記の公報に開示されてある記録法は、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
変化を起こし、該状態変化に基づく作用応力によって、
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
録が行なわれるという特徴である。
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
変化を起こし、該状態変化に基づく作用応力によって、
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
録が行なわれるという特徴である。
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。
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。
この様なインクジェットヘッドの構造を示す典型的な例
が第1図(a)、及び第1図(b)に示される。
が第1図(a)、及び第1図(b)に示される。
第1図(a)は、本発明に係わるインクジェットヘッド
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)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。図に示される記録ヘッド101
は、その表面に電気熱変換体102が設けられている基
板103の表面に、所定の線密度で所定の巾と深さの溝
が所定数設けられている溝付板104で覆う様に接合す
ることによって、オリフィス105と液吐出部106が
形成された構造を有している。図に示す記録ヘッドの場
合、オリフィス105を複数有するものとして示されて
いるが、勿論本発明においては、これに限定されるもの
ではなく単一オリフィスの場合の記録ヘッドも本発明の
範疇に入るものである。
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)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。図に示される記録ヘッド101
は、その表面に電気熱変換体102が設けられている基
板103の表面に、所定の線密度で所定の巾と深さの溝
が所定数設けられている溝付板104で覆う様に接合す
ることによって、オリフィス105と液吐出部106が
形成された構造を有している。図に示す記録ヘッドの場
合、オリフィス105を複数有するものとして示されて
いるが、勿論本発明においては、これに限定されるもの
ではなく単一オリフィスの場合の記録ヘッドも本発明の
範疇に入るものである。
液吐出部106は、その終端に液体を吐出させる為のオ
リフィス105と、電気熱変換体102より発生される
熱エネルギーが液体に作用して気泡を発生し、その体積
の膨張と収縮による急激な状態変化を引起こすところで
ある熱作用部107とを有する。熱作用部107は、電
気熱変換体102の熱発生部108の上部に位置し、熱
発生部108の液体と接触する面としての熱作用面10
9をその底面としている。
リフィス105と、電気熱変換体102より発生される
熱エネルギーが液体に作用して気泡を発生し、その体積
の膨張と収縮による急激な状態変化を引起こすところで
ある熱作用部107とを有する。熱作用部107は、電
気熱変換体102の熱発生部108の上部に位置し、熱
発生部108の液体と接触する面としての熱作用面10
9をその底面としている。
熱発生部108は、基板103上に設けられた下部層1
10、該下部層110上に設けられた発熱抵抗層11
1、該発熱抵抗層111上に設けられた上部層112と
で構成される。発熱抵抗層111には、熱を発生させる
為に該層111に通電する為の電極113、114がそ
の表面に設けられてある。電極113は、各液吐出部の
熱発生部に共通の電極であり、電極114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、液吐出部の流通路に沿って設けられてある。
10、該下部層110上に設けられた発熱抵抗層11
1、該発熱抵抗層111上に設けられた上部層112と
で構成される。発熱抵抗層111には、熱を発生させる
為に該層111に通電する為の電極113、114がそ
の表面に設けられてある。電極113は、各液吐出部の
熱発生部に共通の電極であり、電極114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、液吐出部の流通路に沿って設けられてある。
上部層112は、熱発生部108に於いては発熱抵抗層
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111と液吐出部106の液流路を満たし
ている液体とを隔離すると共に、液体を通じて電極11
3、114間が短絡するのを防止する、発熱抵抗層11
1の保護的機能を有している。
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111と液吐出部106の液流路を満たし
ている液体とを隔離すると共に、液体を通じて電極11
3、114間が短絡するのを防止する、発熱抵抗層11
1の保護的機能を有している。
又、上部層112は、隣接する電極間に於ける電気的リ
ークを防止する役目を荷っている。
ークを防止する役目を荷っている。
殊に、各選択電極間に於ける電気的リークの防止、或は
各液流路下にある電極が何等かの理由で電極と液体とが
接触し、これに通電することによって起る電蝕の防止
は、重要であって、この為にこの様な保護層的機能を有
する上部層112が少なくとも液流路下に於ける電極上
に設けられている。更に、各液吐出部に設けられてある
液流路は、各液吐出部の上流に於いて、液流路の一部を
構成する共通液室を介して連通されているが、各液吐出
部に設けられた電気熱変換体に接続されている電極は、
その設計上の都合により、熱作用部の上流側に於いて前
記共通液室下を通る様に設けられている。
各液流路下にある電極が何等かの理由で電極と液体とが
接触し、これに通電することによって起る電蝕の防止
は、重要であって、この為にこの様な保護層的機能を有
する上部層112が少なくとも液流路下に於ける電極上
に設けられている。更に、各液吐出部に設けられてある
液流路は、各液吐出部の上流に於いて、液流路の一部を
構成する共通液室を介して連通されているが、各液吐出
部に設けられた電気熱変換体に接続されている電極は、
その設計上の都合により、熱作用部の上流側に於いて前
記共通液室下を通る様に設けられている。
従って、この部分に於いても電極が液体と接触するのを
防止すべく前記した上部層が設けられているのが一般的
である。
防止すべく前記した上部層が設けられているのが一般的
である。
ところで上記の上部層112は、設けられる場所に依っ
て要求される特性が各々異なる。
て要求される特性が各々異なる。
即ち、例えば熱発生部108に於いては、耐熱性、
耐液性、液浸透防止性、熱伝導性、酸化防止性及
び耐破傷性に優れていることが要求され、熱発生部1
08以外の領域に於いては熱的条件で緩和されるが液浸
透防止性、耐液性及び耐破傷性には充分優れていること
が要求される。
耐液性、液浸透防止性、熱伝導性、酸化防止性及
び耐破傷性に優れていることが要求され、熱発生部1
08以外の領域に於いては熱的条件で緩和されるが液浸
透防止性、耐液性及び耐破傷性には充分優れていること
が要求される。
ところが、上記の〜の特性の総てを所望通りに充分
満足する上部層を構成する材料は、今のところなく〜
の特性を幾つかを緩和して使用しているのが現状であ
る。
満足する上部層を構成する材料は、今のところなく〜
の特性を幾つかを緩和して使用しているのが現状であ
る。
即ち、熱発生部108に於いては、,及びに優先
が置かれて材料の選択が成され、他方熱発生部108以
外の例えば電極部に於いては、,及びに優先が置
かれて材料の選択が成されて、夫々の該当する領域面上
に各相当する材料を以って上部層が形成されている。
が置かれて材料の選択が成され、他方熱発生部108以
外の例えば電極部に於いては、,及びに優先が置
かれて材料の選択が成されて、夫々の該当する領域面上
に各相当する材料を以って上部層が形成されている。
他方、これ等とは別に、マルチオリフィス化タイプのイ
ンクジェットヘッドの場合には、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、製造過程に於い
て、基板上では各層の形成と、形成された層の一部除去
の繰返しが成され、上部層が形成される段階では、上部
層の形成されるその表面はスラップウエッヂ部(段差
部)のある微細な凹凸状となっているので、この段差部
に於ける上部層の被覆性(ステップカバレージ性)が重
要となっている。
ンクジェットヘッドの場合には、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、製造過程に於い
て、基板上では各層の形成と、形成された層の一部除去
の繰返しが成され、上部層が形成される段階では、上部
層の形成されるその表面はスラップウエッヂ部(段差
部)のある微細な凹凸状となっているので、この段差部
に於ける上部層の被覆性(ステップカバレージ性)が重
要となっている。
つまり、この段差部の被覆性が悪いと、その部分での液
体の浸透が起り、電蝕或は電気的絶縁破壊を起す誘引と
なる。
体の浸透が起り、電蝕或は電気的絶縁破壊を起す誘引と
なる。
又、形成される上部層がその製造法上に於いて欠陥部の
生じる確率が少なくない場合には、その欠陥部を通じ
て、液体の浸透が起り、電気熱変換体の寿命を著しく低
下させる要因となっている。
生じる確率が少なくない場合には、その欠陥部を通じ
て、液体の浸透が起り、電気熱変換体の寿命を著しく低
下させる要因となっている。
これ等の為に、上部層は、段差部に於ける被覆性が良好
であること、形成される層にピンホール等の欠陥の発生
する確率が低く、発生しても実用上無視し得る程度或は
それ以上に少ないことが要求される。
であること、形成される層にピンホール等の欠陥の発生
する確率が低く、発生しても実用上無視し得る程度或は
それ以上に少ないことが要求される。
しかしながら、従来に於いては、これ等の要求の総てを
満足し、総合的な使用耐久性に優れたインクジェットヘ
ッドは提案されてない。
満足し、総合的な使用耐久性に優れたインクジェットヘ
ッドは提案されてない。
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インクジェットヘッドを提供するこ
とを主たる目的とする。
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インクジェットヘッドを提供するこ
とを主たる目的とする。
又、本発明の別の目的は、製造加工上に於ける信頼性の
高いインクジェットヘッドを提供することでもある。
高いインクジェットヘッドを提供することでもある。
更には、マルチオリフィス化した場合にも製造歩留りの
高いインクジェットヘッドを提供することでもある。
高いインクジェットヘッドを提供することでもある。
本発明のインクジェットヘッドは、インクを吐出するオ
リフィスに連通するインク路と、 該インク路に対応して設けられ、発熱抵抗層と該発熱抵
抗層に電気的に接続する電極とを有する電気熱変換体
と、 を具備するインクジェットヘッドにおいて、 前記電極を陽極酸化させることにより形成される絶縁保
護層を有することを特徴とするインクジェットヘッド
(以下、液体噴射記録ヘッドともいう)である。
リフィスに連通するインク路と、 該インク路に対応して設けられ、発熱抵抗層と該発熱抵
抗層に電気的に接続する電極とを有する電気熱変換体
と、 を具備するインクジェットヘッドにおいて、 前記電極を陽極酸化させることにより形成される絶縁保
護層を有することを特徴とするインクジェットヘッド
(以下、液体噴射記録ヘッドともいう)である。
以下、図面に従って本発明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好適
な実施態様例200の構造の主要部を説明する為のオリ
フィス側から見た正面部分図が、第2図(b)には、第
2図(a)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、第2図(a)は、第
1図(a)に相当し、第2図(b)は第1図(b)に相
当するものである。
な実施態様例200の構造の主要部を説明する為のオリ
フィス側から見た正面部分図が、第2図(b)には、第
2図(a)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、第2図(a)は、第
1図(a)に相当し、第2図(b)は第1図(b)に相
当するものである。
図に示された液体噴射記録ヘッド200は、所望数の電
気熱変換体201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202と、前記電気熱変換体201に対応
して設けられた溝を所望数有する溝付板203とでその
主要部が構成されている。
気熱変換体201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202と、前記電気熱変換体201に対応
して設けられた溝を所望数有する溝付板203とでその
主要部が構成されている。
T/J基板202と溝付板203とは、所定個所で接着
剤等で接合されることでT/J基板202の電気熱変換
体201の設けられている部分と、溝付板203の溝の
部分とによってインク路(以下、液流路という)204
を形成しており、該液流路204は、その構成の一部に
熱作用部205を有する。
剤等で接合されることでT/J基板202の電気熱変換
体201の設けられている部分と、溝付板203の溝の
部分とによってインク路(以下、液流路という)204
を形成しており、該液流路204は、その構成の一部に
熱作用部205を有する。
T/J基板202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206、該支持体206上に
SiO2等で構成される下部層207、発熱抵抗層20
8、発熱抵抗層208の表面の両側には、液流路204
に沿って電極209,210、及び発熱抵抗層208の
電極で被覆されていない部分と、電極209,210の
部分とを覆う様に無機質材料等で構成された保護層(上
部層)211とを具備している。
等で構成されている支持体206、該支持体206上に
SiO2等で構成される下部層207、発熱抵抗層20
8、発熱抵抗層208の表面の両側には、液流路204
に沿って電極209,210、及び発熱抵抗層208の
電極で被覆されていない部分と、電極209,210の
部分とを覆う様に無機質材料等で構成された保護層(上
部層)211とを具備している。
電気熱変換体201は、その主要部として熱発生部21
2を有し、熱発生部212は支持体206上に支持体2
06側より順次下部層207、発熱抵抗層208、上部
層211とが積層されて構成されており、上部層211
の表面(熱作用面)213は、液流路204中を満たす
液体と直に接触している。
2を有し、熱発生部212は支持体206上に支持体2
06側より順次下部層207、発熱抵抗層208、上部
層211とが積層されて構成されており、上部層211
の表面(熱作用面)213は、液流路204中を満たす
液体と直に接触している。
第2図(b)に示す液体噴射記録ヘッド200の場合に
は、上部層211は、該層211の機械的な強度を一層
高める為に、層216,層217の二重層構造とされて
いて、層216は、例えばSiO2等の無機酸化物やS
i3N4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21
7は粘りがあって、比較的機械的強度に優れ層216に
対して密着性のある、例えば層216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。
は、上部層211は、該層211の機械的な強度を一層
高める為に、層216,層217の二重層構造とされて
いて、層216は、例えばSiO2等の無機酸化物やS
i3N4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21
7は粘りがあって、比較的機械的強度に優れ層216に
対して密着性のある、例えば層216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。
この様に上部層211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213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201の寿命を格段に延ばす効
果がある。しかしながら、上部層211の表面層として
設けられる層217は、本発明に於いては、必ずしも要
するものではない。
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213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201の寿命を格段に延ばす効
果がある。しかしながら、上部層211の表面層として
設けられる層217は、本発明に於いては、必ずしも要
するものではない。
本発明は電極209および210の表面に無機絶縁材料
化された保護層214を、電極表面を変質させることに
よって設けるものであるが、第3図に示すように、電極
だけでなく、発熱抵抗層も含めて、電気熱変換体の表面
を変質させることによって設けることもできる。該保護
層214は不図示ではあるが電極210の延長上の、液
流路204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。
化された保護層214を、電極表面を変質させることに
よって設けるものであるが、第3図に示すように、電極
だけでなく、発熱抵抗層も含めて、電気熱変換体の表面
を変質させることによって設けることもできる。該保護
層214は不図示ではあるが電極210の延長上の、液
流路204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。
保護層214は電極部の表面、もしくは電極部と発熱抵
抗層の表面に設けられ、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、断線の発生等を防止することが出来る。
抗層の表面に設けられ、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、断線の発生等を防止することが出来る。
保護層214は上記の役目を果すことが出来るような無
機絶縁材料で構成されるが、更に該保護層は (1)成膜性が良いこと。
機絶縁材料で構成されるが、更に該保護層は (1)成膜性が良いこと。
(2)緻密な構造でかつピンホールやクラックがないこ
と。
と。
(3)使用インクに対して変質、溶解しないこと。
(4)成膜したときの絶縁性がよいこと。
(5)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。その様な無機
絶縁材料として例えば、Al,Ta,Ti,Zr,H
f,V,Nb,Mg,Si,Mo,W,Y,La等の金
属およびそれら合金の酸化物、炭化物、窒化物、硼化物
等が挙げられ、電極部表面に緻密でクラックやピンホー
ル等を生じないような無機絶縁材料層が形成されるもの
であれば良い。
絶縁材料として例えば、Al,Ta,Ti,Zr,H
f,V,Nb,Mg,Si,Mo,W,Y,La等の金
属およびそれら合金の酸化物、炭化物、窒化物、硼化物
等が挙げられ、電極部表面に緻密でクラックやピンホー
ル等を生じないような無機絶縁材料層が形成されるもの
であれば良い。
保護層214を電極部の表面に設ける方法として好まし
い方法は後述の実施例に示すように、電極部の表面を陽
極酸化することによって電極の表面に酸化物の被膜層を
形成させることである。この方法で形成された金属の酸
化物層は保護層として要求される上述の物性を満足する
理想的な被覆層を与える。酸化物層の形成は、電極表面
の空気又は酸素中での加熱酸化や酸化剤による化学的酸
化によって行なってもよい。又表面の変質は酸化による
酸化物層の形成に限らず、窒化、硼化、炭化等による窒
化物、硼化物、炭化物層の形成であってもよい。
い方法は後述の実施例に示すように、電極部の表面を陽
極酸化することによって電極の表面に酸化物の被膜層を
形成させることである。この方法で形成された金属の酸
化物層は保護層として要求される上述の物性を満足する
理想的な被覆層を与える。酸化物層の形成は、電極表面
の空気又は酸素中での加熱酸化や酸化剤による化学的酸
化によって行なってもよい。又表面の変質は酸化による
酸化物層の形成に限らず、窒化、硼化、炭化等による窒
化物、硼化物、炭化物層の形成であってもよい。
上部層211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、CVD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出来、その層厚と
しては一般に0.1μm〜5μm、好ましくは0.2μ
m〜3μmとされるのが望ましい。
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、CVD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出来、その層厚と
しては一般に0.1μm〜5μm、好ましくは0.2μ
m〜3μmとされるのが望ましい。
第2図(a)及び(b)に示した実施態様の場合は、保
護層214と上部層211とが共に設けられているが、
本発明においては上部層211は必ずしも積層されてい
る必要はなく、電極の表面に形成された保護層214に
よって電極が液体から保護されていれば前述した本発明
の目的・効果を達成することが出来る。
護層214と上部層211とが共に設けられているが、
本発明においては上部層211は必ずしも積層されてい
る必要はなく、電極の表面に形成された保護層214に
よって電極が液体から保護されていれば前述した本発明
の目的・効果を達成することが出来る。
第2図(a)及び(b)に示した実施態様は本発明の好
ましい実施態様であって、上部層と保護層との組合せで
構成される被覆層は、後記する他の部分の諸構成と相俟
って、総合的な使用耐久性にすぐれ、製造加工上に於け
る信頼性の高い、且マルチオリフィス化した場合にも製
造歩留りの高い液体噴射記録ヘッドを提供することが出
来る。
ましい実施態様であって、上部層と保護層との組合せで
構成される被覆層は、後記する他の部分の諸構成と相俟
って、総合的な使用耐久性にすぐれ、製造加工上に於け
る信頼性の高い、且マルチオリフィス化した場合にも製
造歩留りの高い液体噴射記録ヘッドを提供することが出
来る。
下部層207は、主に熱発生部212より発生する熱の
支持体206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205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212より発生する熱が
熱作用部205側により多く流れるようにし、電気熱変
換体201への通電がOFFされた際には、熱発生部2
12に残存している熱が、支持体206側に速やかに流
れる様に構成材料の選択と、その層厚の設計が成され
る。下部層207を構成する材料としては、先に挙げた
SiO2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206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205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212より発生する熱が
熱作用部205側により多く流れるようにし、電気熱変
換体201への通電がOFFされた際には、熱発生部2
12に残存している熱が、支持体206側に速やかに流
れる様に構成材料の選択と、その層厚の設計が成され
る。下部層207を構成する材料としては、先に挙げた
SiO2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208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。
その様な材料としては、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208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出来、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出来、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208は、上記した材料を使用して、電子ビ
ーム蒸着やスパッターリング等の手法を用いて形成する
ことが出来る。
ーム蒸着やスパッターリング等の手法を用いて形成する
ことが出来る。
電極209及び210を構成する材料としては、その表
面に稠密でピンホールのない無機絶縁材料層を形成する
ことが可能な導電材料、例えば、Al,Ta,Ti,M
g,Hf,Zr,V,W,Mo,Nb,Si,等及びそ
れらの合金が挙げられ、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。
面に稠密でピンホールのない無機絶縁材料層を形成する
ことが可能な導電材料、例えば、Al,Ta,Ti,M
g,Hf,Zr,V,W,Mo,Nb,Si,等及びそ
れらの合金が挙げられ、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。
溝付板203及び熱作用部205の上流側に設けられる
共通液室構成部材を構成する材料としては、記録ヘッド
の工作時の、或は使用時の環境下に於いて形状に熱的影
響を受けないか或は殆ど受けないものであって微細精密
加工が容易に適用され得ると共に面精度が所望通りに容
易に出、更には、それ等によって形成される流路中を液
体がスムーズに流れ得る様に加工し得るものであれば、
大概のものが有効である。
共通液室構成部材を構成する材料としては、記録ヘッド
の工作時の、或は使用時の環境下に於いて形状に熱的影
響を受けないか或は殆ど受けないものであって微細精密
加工が容易に適用され得ると共に面精度が所望通りに容
易に出、更には、それ等によって形成される流路中を液
体がスムーズに流れ得る様に加工し得るものであれば、
大概のものが有効である。
第2図(c)は、第2図(b)に示す一点鎖線BB′で
切断した場合の切断面部分図である。
切断した場合の切断面部分図である。
第2図に示した液体噴射記録ヘッド200は、第2図
(d)に示す様に保護層214は、液流路204の熱作
用面213に接して設けられているが、変形例として熱
作用面213から離して保護層214を設けても左程差
し支えないものである。
(d)に示す様に保護層214は、液流路204の熱作
用面213に接して設けられているが、変形例として熱
作用面213から離して保護層214を設けても左程差
し支えないものである。
以下、本発明を実施例に従って説明する。
〈実施例〉 Siウエハを熱酸化により5μm厚のSiO2膜を形成
し基板とした。基板にスパッタにより発熱抵抗層として
HfB2を1500Åの厚みに形成し、続いて電子ビー
ム蒸着によりTi層50Å、A1層10000Åを連続
的に堆積した。
し基板とした。基板にスパッタにより発熱抵抗層として
HfB2を1500Åの厚みに形成し、続いて電子ビー
ム蒸着によりTi層50Å、A1層10000Åを連続
的に堆積した。
フォトリソ工程により第2図(d)の如きパターンを形
成、熱作用面のサイズは30μm幅、150μm長でA
1電極の抵抗を含めて150オームであった。
成、熱作用面のサイズは30μm幅、150μm長でA
1電極の抵抗を含めて150オームであった。
次にA1電極部のみをボンディング取出し部を除いて5
000Å陽極酸化した。
000Å陽極酸化した。
以下にA1電極部の陽極酸化工程を示す。
発熱抵抗層及び電極が所定のパターンに形成された支持
体を洗浄、乾燥後、ホトレジストOMR−83(東京応
化製)をスピンナーで塗布し、乾燥後マスクアライナー
を用いて露光し、現像処理を行ない所望の陽極酸化用パ
ターンを得た。
体を洗浄、乾燥後、ホトレジストOMR−83(東京応
化製)をスピンナーで塗布し、乾燥後マスクアライナー
を用いて露光し、現像処理を行ない所望の陽極酸化用パ
ターンを得た。
次に、10%H3PO4溶液を用い、浴温10℃で、電
流密度5mA/cm2、対電極をPtとして、5分間陽
極酸化した。(陽極酸化中は試料は固定し、電解浴は充
分スターラーにより撹拌を行った。)水洗、乾燥後OM
R用剥離液でホトレジストを剥離した後、充分洗浄、乾
燥し、上面と側面への酸化層の形成工程を終えた。
流密度5mA/cm2、対電極をPtとして、5分間陽
極酸化した。(陽極酸化中は試料は固定し、電解浴は充
分スターラーにより撹拌を行った。)水洗、乾燥後OM
R用剥離液でホトレジストを剥離した後、充分洗浄、乾
燥し、上面と側面への酸化層の形成工程を終えた。
陽極酸化層の形成に続いてSiO2スパッタ層を、ハイ
レースパッタにより2.2μm堆積させ、更にTaの
0.5μmスパッタによりTa層を堆積した。
レースパッタにより2.2μm堆積させ、更にTaの
0.5μmスパッタによりTa層を堆積した。
このT/J基板上に溝付ガラス板を所定通りに接着し
た。即ち、第2図(b)に示してあるのと同様にT/J
基板にインク導入流路と熱作用部を形成する為の溝付ガ
ラス板(50μm×50μm長さ2mm)が接着されて
いる。
た。即ち、第2図(b)に示してあるのと同様にT/J
基板にインク導入流路と熱作用部を形成する為の溝付ガ
ラス板(50μm×50μm長さ2mm)が接着されて
いる。
このようにして、液体噴射記録ヘッドを作成した。
この様にして作成した記録ヘッドの電気熱変換体に10
μsの30Vの矩形電圧を800Hzで印加すると印加
信号に応じて液体がオリフィスから吐出されて、飛翔的
液滴が安定的に形成された。
μsの30Vの矩形電圧を800Hzで印加すると印加
信号に応じて液体がオリフィスから吐出されて、飛翔的
液滴が安定的に形成された。
この様な液滴の形成を繰り返すと製造不良のヘッドに於
いてはA1電極の電蝕やTa保護層とA1電極間の絶縁
破壊などにより断線が生じインクを吐出しなくなる。こ
の時点での繰返し数を耐久回数という。
いてはA1電極の電蝕やTa保護層とA1電極間の絶縁
破壊などにより断線が生じインクを吐出しなくなる。こ
の時点での繰返し数を耐久回数という。
この耐久回数と、製品歩留りを (a)本実施例の構成による記録ヘッド (b)本実施例において、陽極酸化層を形成させること
なく作製した記録ヘッド(比較例) (c)本発明の実施例の一つであるが、本実施例におい
て、陽極酸化層を熱作用面から離して形成した記録ヘッ
ド の3例について求めた結果(各々サンプル数1000に
ついて評価した)を第1表に示す。但し、歩留りはTa
層と配線部とのショートチェックの結果である。
なく作製した記録ヘッド(比較例) (c)本発明の実施例の一つであるが、本実施例におい
て、陽極酸化層を熱作用面から離して形成した記録ヘッ
ド の3例について求めた結果(各々サンプル数1000に
ついて評価した)を第1表に示す。但し、歩留りはTa
層と配線部とのショートチェックの結果である。
第1表の結果から明らかなように本発明のヘッドでは耐
久回数109回を安定して達成出来る。従ってマルチヘ
ッドとしての使用に適している。
久回数109回を安定して達成出来る。従ってマルチヘ
ッドとしての使用に適している。
(b)の構成ではSiO2、Taのスパッタ層のピンホ
ールを通しての記録液の浸透によるA1電極の電蝕及び
A1電極とTa層との絶縁破壊による耐久性及び歩留り
劣化が顕著であった。
ールを通しての記録液の浸透によるA1電極の電蝕及び
A1電極とTa層との絶縁破壊による耐久性及び歩留り
劣化が顕著であった。
(c)の構成のヘッドでは(a)の場合よりも歩留り、
耐久回数ともやや劣った。その内容は発熱低抗体と配線
部境界部での断線が多く、この部分でのSiO2のステ
ップカバレージが悪いことによる。これは、配線部の膜
質を減少させることにより、(a)構成ヘッドの耐久信
頼度へ近づけることが可能である。
耐久回数ともやや劣った。その内容は発熱低抗体と配線
部境界部での断線が多く、この部分でのSiO2のステ
ップカバレージが悪いことによる。これは、配線部の膜
質を減少させることにより、(a)構成ヘッドの耐久信
頼度へ近づけることが可能である。
即ち、本発明の様に電極部表面を無機絶縁材料に変える
ことにより保護層を形成することで信頼性、歩留り等が
極端に向上する。この傾向は無機質層としてTa等の良
好な導電度を有する保護層を上部に用いたヘッドの信頼
性向上においては更に顕著であり、A1リード電極とT
a導電性保護層間の絶縁破壊による耐久性の低下は皆無
となる。
ことにより保護層を形成することで信頼性、歩留り等が
極端に向上する。この傾向は無機質層としてTa等の良
好な導電度を有する保護層を上部に用いたヘッドの信頼
性向上においては更に顕著であり、A1リード電極とT
a導電性保護層間の絶縁破壊による耐久性の低下は皆無
となる。
本実施例においては、電気化学的な陽極酸化を用いて酸
化層の形成を行なったが、他の部分への悪影響をなけれ
ば、加熱酸化によって酸化層を形成しても良く、また膜
質に問題がなければ、酸化剤による表面処理等による化
学的な酸化によって酸化層を形成してもかまわない。
化層の形成を行なったが、他の部分への悪影響をなけれ
ば、加熱酸化によって酸化層を形成しても良く、また膜
質に問題がなければ、酸化剤による表面処理等による化
学的な酸化によって酸化層を形成してもかまわない。
さらに、無機絶縁材料214は、酸化物に限らず窒化、
硼化、炭化等によって、窒化物、硼化物、炭化物等を形
成しても良い。
硼化、炭化等によって、窒化物、硼化物、炭化物等を形
成しても良い。
また、本実施例においては、陽極酸化する際熱作用面2
13の酸化を防ぐためその部分をパターニングしたが、
発熱抵抗体208の酸化が無視しうる場合、または発熱
抵抗体208の膜厚を厚くする等の基板設計上無視しう
るようにした場合は、パターニングの必要性はない。第
3図は熱作用面213部をパターニングせずに陽極酸化
した場合の切断面部分図であり、第2図(b)に相当す
るが、この場合は電極部だけでなく、発熱抵抗層も含め
て、電気熱変換体の表面に酸化被膜の保護層が形成され
ている。
13の酸化を防ぐためその部分をパターニングしたが、
発熱抵抗体208の酸化が無視しうる場合、または発熱
抵抗体208の膜厚を厚くする等の基板設計上無視しう
るようにした場合は、パターニングの必要性はない。第
3図は熱作用面213部をパターニングせずに陽極酸化
した場合の切断面部分図であり、第2図(b)に相当す
るが、この場合は電極部だけでなく、発熱抵抗層も含め
て、電気熱変換体の表面に酸化被膜の保護層が形成され
ている。
さらに、本実施例における陽極酸化法においてはりん酸
浴による、陽極酸化法であるが、これは陽極化成が可能
で、前記の特性をもつ保護膜を形成できる電解浴なら何
でも良く、例えば硫酸、しゅう酸、クエン酸、酒石酸、
クロム酸、ホウ酸等があげられ、それらの混浴でもかま
わない。また電解条件は成膜された214層が先述の特
性を得る条件であれば良く、さらに、ピンホールを減少
させるために、封孔処理、もしくは、ホウ酸+ホウ酸ナ
トリウム等の中性浴で二次電解することによるポアフィ
リングした場合はさらに良い膜厚となる。
浴による、陽極酸化法であるが、これは陽極化成が可能
で、前記の特性をもつ保護膜を形成できる電解浴なら何
でも良く、例えば硫酸、しゅう酸、クエン酸、酒石酸、
クロム酸、ホウ酸等があげられ、それらの混浴でもかま
わない。また電解条件は成膜された214層が先述の特
性を得る条件であれば良く、さらに、ピンホールを減少
させるために、封孔処理、もしくは、ホウ酸+ホウ酸ナ
トリウム等の中性浴で二次電解することによるポアフィ
リングした場合はさらに良い膜厚となる。
また、本発明における該保護層の形成方法は、Au,P
t,Ag等の酸化物を形成しにくい配線材料の上部に酸
化膜を容易に形成する材料を蒸着、スパッタリング、C
VD等によって層を形成し、その後その層だけを酸化す
ることによって保護層を形成することをも含む。
t,Ag等の酸化物を形成しにくい配線材料の上部に酸
化膜を容易に形成する材料を蒸着、スパッタリング、C
VD等によって層を形成し、その後その層だけを酸化す
ることによって保護層を形成することをも含む。
第1図(a)、(b)は夫々、従来の記録ヘッドを説明
する為のもので、第1図(a)は模式的正面部分図、第
1図(b)は第1図(a)のXX′一点鎖線での切断面
部分図、第2図(a),(b),(c),(d)は夫々
本発明の記録ヘッドの実施態様の1つを説明する為のも
ので、第2図(a)は模式的正面部分図、第2図(b)
は第2図(a)に示すAA′一点鎖線での切断面部分
図、第2図(c)は第2図(b)に示すBB′一点鎖線
での切断面部分図、第2図(d)はT/J基板の模式的
平面部分図、第3図は本発明の他の実施例を示す模式的
断面図である。 101,200……記録ヘッド 102,201……電気熱変換体 103,202……基板 104,203……溝付板 105,218……オリフィス 106,204……液流路 107,205……熱作用部 108,212……熱発生部 109,213……熱作用面 206……支持体 110,207……下部層 111,208……発熱抵抗層 112,211……上部層 216…… 〃 217…… 〃 214……保護層 113,209……電極(共通) 114,210……〃 (選択) 215……発熱抵抗層の酸化物層
する為のもので、第1図(a)は模式的正面部分図、第
1図(b)は第1図(a)のXX′一点鎖線での切断面
部分図、第2図(a),(b),(c),(d)は夫々
本発明の記録ヘッドの実施態様の1つを説明する為のも
ので、第2図(a)は模式的正面部分図、第2図(b)
は第2図(a)に示すAA′一点鎖線での切断面部分
図、第2図(c)は第2図(b)に示すBB′一点鎖線
での切断面部分図、第2図(d)はT/J基板の模式的
平面部分図、第3図は本発明の他の実施例を示す模式的
断面図である。 101,200……記録ヘッド 102,201……電気熱変換体 103,202……基板 104,203……溝付板 105,218……オリフィス 106,204……液流路 107,205……熱作用部 108,212……熱発生部 109,213……熱作用面 206……支持体 110,207……下部層 111,208……発熱抵抗層 112,211……上部層 216…… 〃 217…… 〃 214……保護層 113,209……電極(共通) 114,210……〃 (選択) 215……発熱抵抗層の酸化物層
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (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 (72)発明者 庄司 辰美 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58−11169(JP,A) 特開 昭48−99080(JP,A)
Claims (1)
- 【請求項1】インクを吐出するオリフィスに連通するイ
ンク路と、 該インク路に対応して設けられ、発熱抵抗層と該発熱抵
抗層に電気的に接続する電極とを有する電気熱変換体
と、 を具備するインクジェットヘッドにおいて、 前記電極を陽極酸化させることにより形成される絶縁保
護層を有することを特徴とするインクジェットヘッド。
Priority Applications (4)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP58016900A JPH0643128B2 (ja) | 1983-02-05 | 1983-02-05 | インクジェットヘッド |
DE19843403643 DE3403643A1 (de) | 1983-02-05 | 1984-02-02 | Fluessigkeitsstrahl-aufzeichnungskopf |
FR8401676A FR2540435B1 (fr) | 1983-02-05 | 1984-02-03 | Tete d'enregistrement a jet de liquide |
US06/867,890 US4694306A (en) | 1983-02-05 | 1986-05-20 | Liquid jet recording head with a protective layer formed by converting the surface of a transducer into an insulating material |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP58016900A JPH0643128B2 (ja) | 1983-02-05 | 1983-02-05 | インクジェットヘッド |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS59143650A JPS59143650A (ja) | 1984-08-17 |
JPH0643128B2 true JPH0643128B2 (ja) | 1994-06-08 |
Family
ID=11929015
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP58016900A Expired - Lifetime JPH0643128B2 (ja) | 1983-02-05 | 1983-02-05 | インクジェットヘッド |
Country Status (4)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US4694306A (ja) |
JP (1) | JPH0643128B2 (ja) |
DE (1) | DE3403643A1 (ja) |
FR (1) | FR2540435B1 (ja) |
Families Citing this family (26)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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