JPH1110879A

JPH1110879A - インクジェットヘッドおよびインクジェット装置

Info

Publication number: JPH1110879A
Application number: JP16272197A
Authority: JP
Inventors: Yasushi Taniguchi; 靖谷口
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1997-06-19
Filing date: 1997-06-19
Publication date: 1999-01-19

Abstract

(57)【要約】【課題】発熱体で発生した熱を効率よくインクに伝達
し、かつ、瞬時に気泡を発生せしめる伝熱特性に優れた
保護層を有するバブルジェットヘッドの提供。【解決手段】Ｓｉ基板９上には表面酸化膜１０が形成
され、その上にスパッタリング法により発熱抵抗体層１
１が形成されている。この発熱抵抗体層１１の上には電
極１２、絶縁層１３および保護膜１４が形成されてい
る。この保護膜１４は水素とフッ素で安定化した炭素の
ネットワークａ−（Ｃ：Ｈ：Ｆ）と酸素で安定化したケ
イ素のネットワークａ−（Ｓｉ：Ｏ）とを含み、量ネッ
トワークは互いに独立して存在している。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、熱エネルギーを利
用してインクを吐出することにより印字を行うインクジ
ェットヘッドおよびインクジェット装置に関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】熱エネルギーを利用して液体を吐出して
記録を行うインクジェット記録方法は、高解像、高速印
字が可能で、記録品位も高く、低騒音であり、しかもカ
ラー画像記録が容易に行える。普通紙等にも記録がで
き、さらに記録ヘッドや装置全体の小型化が容易である
という特徴を有している。特に、バブルジェット記録
は、インクと接触している発熱体を急速に加熱すること
により生ずる膜沸騰現象を利用している。このようなイ
ンクジェット記録法は、いわゆるインクと称させる記録
用液体のドロップレットを飛翔させ、記録部材に付着さ
せて記録を行うものであって、この記録用液体の発生法
および発生した記録液のドロップレットの飛翔方向を制
御する方法によっていくつかの方式に区別される。

【０００３】第１の方式は、例えば米国特許第３０６０
４２９号明細書に開示されるもので、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、記録を行うものである。

【０００４】第２の方式は、例えば米国特許第３５９６
２７５号明細書、同３２９８０３０号明細書に開示され
るもので、連続振動発生法（例えばピエゾ振動素子な
ど）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、この帯電量を制御した小滴を一様の電界が印加さ
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。

【０００５】第３の方式は、例えば米国特許第３４１６
１５３号明細書に開示されるもので、ノズルとリング上
の帯電電極間に電界を印加し、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法であ
る。すなわち、ノズルと帯電電極間にかける電界強度を
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制御して記録する。

【０００６】第４の方式は、例えば米国特許第３７４７
１２０号明細書に開示されるもので、前記３つの方式と
根本的に原理が異なる。すなわち、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。

【０００７】さらに、特開昭４８−９６２２号公報（前
記米国特許第３７４７１２０号明細書に対応）には、前
記ピエゾ振動素子等の手段による機械的振動エネルギー
を利用する代わりに熱エネルギーを利用する方法が開示
されている。すなわち、圧力上昇を生じさせる蒸気を発
生するために液体を直接加熱する加熱コイルをピエゾ振
動素子の代わりに圧力上昇手段に用いるバブルジェット
方式の記録装置である。このバブルジェット方式の記録
装置では、発熱体の性質がプリンタの性質に対して大き
な影響を与えるものである。このため、従来より様々な
工夫がなされており、特開昭５６−１０４７１号公報に
おいては、発熱体表面をＪＩＳ粗さ０．０５Ｓ〜２Ｓに
することにより表面上の凹凸に気泡核を形成し、より低
温で沸騰を起こさせることにより、低エネルギー消費量
で記録を行うことが開示されている。特開昭６２−２０
１２５４号においては、発熱体表面を粗とすると共に発
熱体の発熱量が端部より中央部が大とすることによっ
て、階調制御可能な構成が開示されている。

【０００８】また、発熱体の耐久性の観点から、発熱体
表面の保護層の被覆性が重要であり、特開昭６０−２０
３４５２号公報および特開昭６０−２０６６５号公報に
は発熱体が形成される基板の表面を平滑にすることによ
り、保護膜の付着性を向上させる構成が開示されてい
る。

【０００９】発熱体表面に限定されない、一般的な流路
壁面の性質については、特開昭５５−１２８４７０号公
報において流路内に平滑化処理を行うことが、特開昭５
８−１１１７３号公報には流路を感光性樹脂の硬化膜を
用いて形成し、流路内壁を微細粗面化することにより製
造が容易でインクの供給が高速化できる構成が開示され
ている。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】バブルジェットヘッド
の電気・熱変換体の保護膜としては、発熱体がインクに
腐蝕されないよう耐食性が高く、発熱体で発生した熱を
効率よくインクに伝導できるよう、熱伝導率が高いこと
が必要である。

【００１１】特開昭５５−１２８４６８号公報には、保
護層の材料として、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、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
等の金属酸化物およびその複合体、窒化シリコン、窒化
アルミニウム、窒化ボロン、窒化タンタル等の高抵抗窒
化物、およびこれらの酸化物、窒化物の複合体、さらに
はアモルファスシリコン、アモルファスセレン等の半導
体を高抵抗化した膜が開示されている。

【００１２】また、同公報には、成膜性がよいこと、
緻密でピンホールがないこと、使用インクに対し膨
潤、溶解せず、撥水性が大きいこと、絶縁性が高いこ
と、耐熱性が高いこと等の物性を具備する樹脂、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
タル酸樹脂などを成膜して保護膜として用いることが開
示されている。

【００１３】しかしながら、これら従来知られている材
料では保護膜に要求される性能を十分満足できるものは
なかった。

【００１４】特開平２−２５８２６７号公報には前述の
特性を満足する材料としてダイヤモンド状カーボンが提
案されているが、ダイヤモンド状カーボンは膜中に水素
を含有するアモルファス構造の膜で、加熱されると膜中
の水素が脱離し、膜構造が変化（ｓｐ² 結合が増加）し
て絶縁性、熱伝導率が低下するという耐熱性に問題があ
った。

【００１５】このように、発熱体で発生した熱を効率よ
くインクに伝達し、かつ、瞬時に気泡を発生せしめる伝
熱特性に優れた保護層を有するバブルジェット方式等の
インクジェットヘッドおよびインクジェット装置の提供
が求められている。

【００１６】

【課題を解決するための手段】本発明は、熱エネルギー
を利用してインクを吐出させることにより記録を行うイ
ンクジェット方式の記録装置において、ヒータの発熱抵
抗体上に水素とフッ素で安定化した炭素のネットワーク
構造と酸素で安定化したケイ素のネットワーク構造の二
つの独立したアモルファス構造からなる膜を形成するこ
とにより、上述の問題を解決したものである。

【００１７】以下、本発明に関して詳細に説明する。本
発明に係る保護膜は、水素とフッ素で安定化した炭素の
第１のネットワークａ−（Ｃ：Ｈ：Ｆ）と、酸素で安定
化したケイ素の第２のネットワークａ−（Ｓｉ：Ｏ）の
二重構造を有している。第１のネットワークａ−（Ｃ：
Ｈ：Ｆ）構造と第２のネットワークａ（Ｓｉ：Ｏ）小僧
とは互いに独立して存在しており、両構造間にはＣ−Ｓ
ｉ結合などは存在していない。この膜は、内部応力が小
さいために基板との密着性が良好であり、酸やアルカリ
に対しても化学的安定性に優れ、硬度２０００ｋｇ／ｍ
ｍ² 、空気中における摩擦係数も０．０３〜０．１と小
さく、耐摩耗性にも優れるという特徴を持っている。ま
た、熱伝導率は２００〜５００Ｗ／ｍ・Ｋと大きく、電
気抵抗は１０¹³Ωｃｍ、絶縁破壊強度１０⁶ −１０⁸ Ｖ
／ｃｍであり、膜中に金属をドープすることにより電気
抵抗を１０¹³Ωｃｍから１０^-4Ωｃｍまで変化させるこ
とができる。

【００１８】本発明に係る保護膜は、熱的にも安定でダ
イヤモンド状カーボン膜で見られるような構造変化を起
こさない。従って、熱伝導率や電気抵抗等の性質も熱的
に大きく変化（劣化）することはなく、安定である。特
に、水素とフッ素で安定化した炭素のネットワークａ−
（Ｃ：Ｈ：Ｆ）の存在によって、表面エネルギーが小さ
く、インクとの接触角θ≧９０°とインクに対する撥水
性が大きい。

【００１９】この保護膜は、例えばプラズマＣＶＤ法と
イオンビームスパッタ法、イオンビーム蒸着法等のイオ
ンビームを複合した手法によって形成される。プラズマ
ＣＶＤ法としては、ＤＣ−プラズマＣＶＤ法、ＲＦ−プ
ラズマＣＶＤ法、マイクロ波プラズマＣＶＤ法、ＥＣＲ
−プラズマＣＶＤ法、光ＣＶＤ法、レーザーＣＶＤ法等
がある。

【００２０】膜の形成に用いるガスとしては、含炭素ガ
スであるメタン、エタン、プロパン、エチレン、ベンゼ
ン、アセチレン等の炭化水素；塩化メチレン、四塩化炭
素、クロロホルム、トリクロルエタン等のハロゲン化炭
素水素；メチルアルコール、エチルアルコール等のアル
コール類；（ＣＨ₃ ）₂ ＣＯ，（Ｃ₆ Ｈ₅ ）₂ ＣＯ等の
ケトン類；ＣＯ．ＣＯ₂ 等のガス、ＳｉＨ₄ ，Ｓｉ₂ Ｈ
₆ ，ＳｉＣｌ₄ ，ＴＥＯＳ（Ｓｉ（ＯＣ₂ Ｈ₂ ）₄ ），
Ｃ₂ Ｈ₅ Ｓｉ（ＯＣ₂ Ｈ₅ ）₃ ，Ｓｉ（ＯＣ₃ Ｈ₇ ）
₄ ，（Ｃ₃ Ｈ₇ ）₃ ＳｉＨ，ＳｉＨＣｌ₃ ，ＳｉＨ₂ Ｃ
ｌ₂ ，ＳｉＦ₄ ，ＳｉＦ₆ ，ＳｉＩ₄ 等のガス、および
これらのガスにＮ₂ ，Ｈ₂ ，Ｏ₂ ，Ｈ₂ Ｏ，Ａｒ，Ｈｅ
等のガスを混合したものが挙げられる。固体Ｓｉ源とし
ては、高純度のＳｉ，ＳｉＯ，ＳｉＯ₂ が挙げられる。

【００２１】従来、絶縁保護を目的とする材料として、
特開平２−２５８２６７号公報に開示されている硬質な
ダイヤモンド状炭素膜（以下、ＤＬＣ）あるいは水素化
アモルファス炭素膜（以下、ａ−Ｃ：Ｈ）が知られてい
る。ＤＬＣあるいはａ−Ｃ：Ｈは、膜中にＨを含有する
アモルファス構造で、ｓｐ³ 結合とｓｐ² 結合を有して
いるが、内部応力が大きく基板との密着性に問題があっ
た。また、前述したように、４００℃以上の高温になる
と大気中では酸化し始め、同時に膜中に含有される水素
が脱離し、ｓｐ³ 結合の減少にともないｓｐ² 結合が増
加する。約５５０℃で構造変化を生じ、膜の電気抵抗が
低下し十分な絶縁性が得られなかったり、熱伝導率が低
下する結果となる。インクジェットヘッドの発熱抵抗体
は瞬間的に高温になるため、ダイヤモンド状カーボン膜
を保護膜として用いた場合には前述の理由により、十分
な耐久性が得られないという問題があった。また、ダイ
ヤモンド状炭素膜は表面エネルギーが小さいとされてい
るが、インクに対する接触角はθ＝７０〜８５°と必ず
しも大きくない。インクに対する撥水性が小さい場合に
は、インクの目詰まりを生じ、液路、特に吐出口におい
て固まる場合がある。

【００２２】これに対し、本発明の保護膜は、前述した
ように高硬度、低摩擦係数であると同時に内部応力が小
さいために基板との密着性が良く、また高温においても
酸化や膜構造の変化を生じないために膜物性が変化する
ことはない。特に、水素とフッ素で安定化した炭素の第
１ネットワークａ−（Ｃ：Ｈ：Ｆ）構造の存在は、膜中
のダングリングボンドがフッ素でターミネートすること
により、表面エネルギーが小さくなる結果、インクに対
する撥水性が大きくなるものと推測される。本発明の膜
構造については、ＥＳＣＡ、広域吸収微細構造解析（Ｅ
ＸＡＦＳ）、化学的エッチング法等によって確認されて
いる。膜厚は、１００ｎｍ〜１０μｍ程度であればよ
く、特に５００ｎｍ〜２μｍが好適である。膜厚が薄す
ぎると十分な絶縁性、耐キャビテーション性が得られ
ず、膜厚が厚すぎるとインクへの伝熱特性が低下する他
に、成膜に時間が掛かり、コストアップにつながる。

【００２３】水素とフッ素で安定化した炭素のネットワ
ークａ−（Ｃ：Ｈ：Ｆ）を形成する方法は、膜形成時に
原料ガスとして含フッ素ガス、例えばＣＦ₄ 、Ｃ₆ Ｈ₆
−ｍ（ｍ＝０〜６）等を用いる方法、あるいは膜形成後
ＣＦ₄ 等の含フッ素ガスをイオン化しイオン注入する方
法等が挙げられる。膜中に含まれるフッ素の量は、３０
ａｔｍ％以下であればよい。３０ａｔｍ％を超えると、
膜硬度の低下が顕著であり基板との密着性も低下するた
め適さない。

【００２４】本発明は、ヒータの発熱抵抗体上に水素で
安定化した炭素のネットワーク構造と酸素で安定化した
ケイ素のネットワーク構造の二つの独立したアモルファ
ス構造からなる膜を形成することにより、発熱体で発生
した熱を効率よくインクに伝達し、瞬時に気泡を発生せ
しめる伝熱特性とインクに対する耐食性やバブル消滅時
の機械的破壊力に対する耐久性に優れたインクジェット
ヘッドを実現するものである。併せて、本発明の膜に金
属元素を添加することにより発熱抵抗体層から絶縁保護
層までを同一の膜材料で連続的に一貫して製造すること
が可能である。

【００２５】なお、本発明は、特にインクジェット記録
方式の中でもバブルジェット方式の記録ヘッド記録装置
において優れた効果をもたらすものである。かかる方式
によれば記録の高密度化、高精細化が達成できるからで
ある。その代表的な構成や原理については、たとえば米
国特許第４７２３１９号明細書、同第４７４０７９６号
明細書に開示されている基本的な原理を用いて行うもの
が好ましい。この方式はいわゆるオンデマンド型、コン
ティニアス型のいずれにも適用可能である。

【００２６】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照しながら本発明
の実施形態を説明する。

【００２７】＜実施形態１＞図１は、本発明の一実施形
態としてのインクジェットプリンタヘッドの構成を示す
部分拡大断面図である。ここで符号１は、ヒータボード
（基体）であり、本発明における発熱抵抗体２と、これ
に電力を供給するＡｌ等の電極・配線３を成膜技術によ
って形成されている。このヒータボード１に対して記録
用液体の流路（ノズル）４を形成するための隔壁を設け
た天板５を接着することにより、液体噴射記録ヘッドが
構成される。なお、この隔壁は天板に設ける必要はな
く、ヒータボード上に隔壁を設け、その隔壁上に隔壁を
設けてない天板を設けてもよい。

【００２８】記録用のインクは、天板に設けた供給口６
より共通液室７に供給され、ここより各ノズル内に導か
れる。通電によって発熱体が発熱すると、ノズル内に満
たされたインクに発泡が生じ、吐出口８よりインク滴が
吐出する。

【００２９】本実施形態では、吐出口８は発熱体の表面
に沿う方向に配されており、いわゆるエッジシュータタ
イプの構造である。本発明はかかるエッジシュータタイ
プに限られることなく、吐出口を発熱体の表面に交差す
る方向に配される、いわゆるサイドシュータタイプの構
造を採用することが可能である。

【００３０】また、本発明のインクジェットヘッドにお
ける発熱体はインクに膜沸騰を生じさせるための熱エネ
ルギーを発生するものであってもよい。

【００３１】図２は、本発明による発熱抵抗体の一例の
断面図を示す。本例は厚さ５５０μｍのＳｉ基板９の表
面に２．５μｍの表面酸化膜１０を形成し、その上にス
パッタリング法によりＨｆＢ₂ からなる発熱抵抗体層１
１を０．１５μｍ形成した。さらに、ＥＢ蒸着法により
０．５μｍのＡｌ電極１２を、スパッタリング法により
厚さ１．５μｍのＳｉＯ₂ 絶縁層１３を、厚さ０．５μ
ｍの保護膜１４を順次形成した。

【００３２】図３は、本発明の膜を形成するために用い
た成膜装置の模式図である。図中２５は真空層、２６は
ヒータ、２７はイオン源、２８はイオン化室、２９は引
き出し電極、３０はガス導入系、３１はマイクロ波電
源、３２は導波管、３３はガス導入系、３４はマイクロ
波導入窓、３５は外部磁場、３６は空洞共振器タイプの
ＥＣＲプラズマ発生室、３７はスパッタ・ターゲット、
３８は排気系である。

【００３３】まず、装置内を１×１０^-6Ｔｏｒｒに排気
した後、ガス供給系３０よりＡｒ：２０ｓｃｃｍをイオ
ン源に導入し、ガス厚を２．１×１０^-4Ｔｏｒｒとし
た。次に、イオン化室２８にＡｒプラズマを形成し、引
き出し電極２９により６００ｅＶのＡｒイオンビームを
引き出して絶縁保護層表面の清浄化処理を３分間行っ
た。この後、イオン源２７のガス供給系３０にＣ₂ Ｈ
₂ ：２５ｓｃｃｍ、ＣＦ₄ ：１０ｓｃｃｍ、Ｈ₂ ：３０
ｓｃｃｍを導入すると共に、ＥＣＲプラズマ発生室３６
にガス導入系３３よりＯ₂ ：３．５ｓｃｃｍとＡｒ：２
５ｓｃｃｍを導入し、ガス圧を４．２×１０^-4Ｔｏｒｒ
とした。イオン源２７の引き出し電極２９によりイオン
エネルギー１０００ｅＶのイオンビームを引き出し、絶
縁保護層上に照射した。同時に、２．４５ＧＨｚのマイ
クロ波電源３１より、１．３ｋＷのマイクロ波を導入し
酸素のＥＣＲプラズマを形成し、純度９９．９９％のＳ
ｉスパッタ・ターゲット３７に照射した。この時、プラ
ズマ室３６の外周に設置した外部電磁石３５によりマイ
クロ波導入窓３４で１８００Ｇａｕｓｓ、スパッタ・タ
ーゲット３７で８７５ＧａｕｓｓのＥＣＲ点となる発散
磁場を形成した。イオン源２７により水素とフッ素で安
定化した炭素の第１のネットワークａ−（Ｃ：Ｈ：Ｆ）
構造を形成すると共に、ＥＣＲプラズマ・スパッタ装置
により酸素で安定化したケイ素の第２ネットワークａ−
（Ｓｉ：Ｏ）構造の膜を０．７μｍ形成した。このとき
基板温度は室温とした。同様に作製した本発明の別の膜
に対し、まず、酸素プラズマによりアッシングしたとこ
ろａ−（Ｓｉ：Ｏ）構造のネットワークだけが残り、逆
に１０％ＨＦ溶液でエッチングするとａ−（Ｃ：Ｈ：
Ｆ）構造のネットワークのみが残った。ＥＳＣＡによる
深さ方向分析の結果、本発明の膜中においては、Ｃ−Ｓ
ｉ結合は観測されなかった。膜硬度を薄膜硬度計で測定
した結果、ビッカース硬度換算で１８００ｋｇ／ｍｍ²
であった。また、熱伝導率をレーザーフラッシュ法で測
定した結果、２２０Ｗ／ｍ・Ｋ、体積抵抗率を測定した
結果、２．５×１０¹³Ωｃｍであった。膜中の水素濃度
をＨＦＳ(HydrogenFowardscattering Spectroscopy)法
により分析した結果１８ａｔｍ％であり、フッ素濃度を
ＲＢＳ(Rutherford Backscattering Spectroscopy)法に
より分析した結果１０ａｔｍ％であった。

【００３４】ここで、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を有効に使用することができ
る。具体的には、Ａｌ以外にＡｇ，Ａｕ，Ｐｔ，Ｃｕ等
が挙げられる。これらの材料を蒸着等の成膜手段、ある
いはフォトリソグラフィ等のエッチング工程を用いて所
定の位置に、所定の大きさ、形状、厚さで設けた。

【００３５】発熱抵抗体を構成する材料としては、タン
タル−ＳｉＯ₂ の混合物、窒化タンタル、ニクロム、銀
−パラジウム合金、シリコン、あるいはハフジウム、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
のほう化物が挙げられる。これらの発熱抵抗体を構成す
る材料のうち、殊に金属ほう化物が優れており、特性の
優れているものから順にほう化ハフニウム、ほう化ジル
コニウム、ほう化ランタン、ほう化タンタル、ほう化バ
ナジウム、ほう化ニオブである。これらの材料を用いて
発熱抵抗体をＥＢ蒸着スパッタリング法等の成膜工程、
あるいはフォトリソグラフィ等のエッチング工程を併用
して形成した。発熱抵抗体の膜厚は、単位時間当たりの
発熱量が所望の値となるよう、面積、材料および熱作用
部分の形状、大きさ、さらには実際の消費電力等を考慮
して決定した。通常の場合、０．００１〜５μｍであ
り、好適には０．０１〜１μｍである。次に、電極の絶
縁層を構成する材料としては、ＳｉＯ₂ ，Ｓｉ₃ Ｎ₄ 等
を使用できる。これらもスパッタリング、ＣＶＤ等の成
膜方法およびフォトリソグラフィ技術、エッチング技術
を用いて形成した。膜厚は、電極部におけるステップカ
バレージが十分得られ、絶縁性が確保できる厚さであれ
ばよく、０．１〜１０μｍ程度が好適である。

【００３６】以上のようにして得られたインクジェット
プリンタヘッドにより、応答周波数４ｋＨｚで耐久試験
を行ったところ、１０⁹ 回の記録に対しなんら問題がな
く優れた記録性能を示した。

【００３７】本発明における記録用の液体は、比熱、熱
膨張係数、熱伝導率等、所望の熱物性値および粘性、表
面張力等、所望の物性値となるよう材料の選択と組成を
調整したものである。そして、化学的、物理的に安定で
あるほか、応答性に優れ、液路殊に吐出口において固ま
らず、液路中を記録速度に応じた速度で流通し得る、記
録後、記録部材への定着が速やかで、記録速度が十分で
ある、貯蔵寿命が良好である等の特性を有するよう調整
したものである。

【００３８】記録ヘッドの構成としては、上述した吐出
口、液路、発熱抵抗体の組み合わせの構成のほかに熱作
用部が屈曲する領域に配置されている構成を開示する米
国特許第４５５８６６６号明細書、同第４４５９６００
号明細書を用いた構成も本発明に含まれる。さらに、複
数の発熱抵抗体に対して、共通するスリットを発熱抵抗
体の吐出部とする構成を開示する特開昭５９−１２３６
７０号公報や熱エネルギーの圧力波を吸収する開口を吐
出部に対応させる構成を開示する特開昭５９−１３８４
６１号公報に基づいた構成に対しても本発明は有効であ
る。すなわち、記録ヘッドの形態がどのようなものであ
っても、本発明によれば記録を確実に効率よく行うこと
ができる。

【００３９】＜実施形態２＞先の実施形態１と同様にし
て、発熱抵抗体層を形成した後、絶縁性保護層として本
発明の膜を形成した。図４は、本実施形態としてのイン
クジェットプリンタヘッド部の断面模式図である。本例
では厚さ５５０μｍのＳｉ基板９の表面に２．５μｍの
表面酸化膜１０を形成し、その上にスパッタリング法に
よりＨｆＢ₂からなる発熱抵抗体層１１を０．２μｍ形
成した。さらに、ＥＢ蒸着法により０．５μｍのＡｌ電
極１２を、絶縁保護膜１５を１．２μｍ順次形成した。
図５は、発熱抵抗体上に絶縁保護層として本発明の膜を
形成するために用いた成膜装置の模式図である。先の実
施形態１と同様に発熱抵抗体層上をＡｒイオンで清浄化
した後、イオン源には実施形態１と同様の条件でガス供
給系のＣ₆ Ｈ₅ Ｆ：２５ｓｃｃｍ、Ｈ₂ ：１５ｓｃｃｍ
を導入した。さらに、真空槽４２にＯ₂ ：４０ｓｃｃｍ
とＡｒ：１５ｓｃｃｍを導入し、チャンバー内圧力を４
×１０^-4Ｔｏｒｒとした。図５に示した対向ターゲット
方式のスパッタ装置において、純度９９．９９％のＳｉ
スパッタ・ターゲット３９に５００Ｖの電圧を印加し
て、Ｓｉを発熱抵抗体層上にスパッタした。イオン源２
７により水素とフッ素で安定化した炭素のネットワーク
ａ−（Ｃ：Ｈ：Ｆ）構造を形成すると共に、対向ターゲ
ット方式のスパッタ装置により酸素で安定化したケイ素
のネットワークａ−（Ｓｉ：Ｏ）構造の二重構造を持つ
膜を１．５μｍ形成した。同様に作製した別の試料につ
いて、膜硬度を薄膜硬度計で測定した結果、ビッカース
硬化換算で２０００ｋｇ／ｍｍ² であった。また、熱伝
導率をレーザーフラッシュ法で測定した結果、２５０Ｗ
／ｍ・Ｋ、体積抵抗率を測定した結果、２×１０¹³Ωｃ
ｍであった。

【００４０】以上のようにして得られたインクジェット
プリンタヘッドを用い、先の実施形態１と同様に耐久試
験を行った結果、先の実施形態１と同様の安定した記録
性能と耐久性が得られた。

【００４１】＜実施形態３＞図６は、本実施形態３を示
すインクジェットプリンタヘッドのヒータ部の断面模式
図である。先の実施形態１と同様にして、図７の成膜装
置を用いて発熱抵抗体層を形成した。図中４３は真空
槽、４４はヒータ、４５は電子銃、４６はＲＦコイル、
４７はＤＣバイアス電源、４８はイオンプレーティング
用高周波電源、４９は排気口を示す。実施形態２と同様
にして発熱抵抗体槽１６を形成した後、さらに、ＥＢ蒸
着法により０．５μｍのＡｌ電極１２を、スパッタリン
グ法により厚さ１．５μｍのＳｉ₃ Ｎ₄ 絶縁層１８を、
引き続き本発明の保護膜１９を１．２μｍ順次形成し
た。すなわち、Ｓｉ基板上に形成した表面酸化膜の表面
を清浄化した後、イオン源２７と電子銃４５で９９．９
９％のＳｉを蒸着した。この時、Ｓｉの成膜レートを２
０ｎｍ／ｍｉｎとした。Ｓｉの蒸着に際しては、Ｏ₂：
１００ｓｃｃｍを真空層内に導入し、高周波電源により
８００Ｗのパワーを導入すると共に、基板に−４００Ｖ
のバイアス電圧を印加し、いわゆるイオンプレーティン
グを行いながら同時にイオン源２７を動作した。この
時、イオン源２７の条件は実施形態１と同様にした。同
様に作製した試料について、膜硬度を薄膜硬度計で測定
した結果、ビッカース硬度換算で２５００ｋｇ／ｍｍ²
であった。また、熱伝導率をレーザーフラッシュ法で測
定した結果、２００Ｗ／ｍ・Ｋ、体積抵抗率を測定した
結果、１．２×１０¹³Ωｃｍであった。

【００４２】以上のようにして得られたインクジェット
プリンタヘッドを用い、先の実施形態１と同様に耐久試
験を行った結果、実施形態１と同様の安定した記録性能
と耐久性が得られた。

【００４３】＜実施形態４＞実施形態２と同様にして原
料ガスをＣ₆ Ｈ₅ Ｆ以外にＣ₆ Ｈ₃ Ｆ₃ 、Ｃ₆ Ｆ₆と
し、それ以外の条件は先の実施形態１と同様にした。各
試料について、膜中の水素含有率、フッ素含有率、膜硬
度、接触角を評価した結果を表１に示した。なお、水素
濃度はＨＦＳ分析、フッ素濃度はＲＢＳ分析、膜硬度は
薄膜硬度計、接触角は接触角測定装置によりインクに対
する接触角を測定した。

【００４４】

【表１】

【００４５】以上のようにして得られたインクジェット
プリンタヘッドを用い、先の実施形態１と同様に耐久試
験を行った結果、試料１，２は実施形態１と同様の安定
した記録性能と耐久性が得られたが、試料３は印字回数
の増加に伴い印字性能の低下がみられた。

【００４６】図８は本発明に係るインクジェットヘッド
５００に供給するためのインクを保持したインク容器５
０１とを分離可能に接続したインクジェットヘッドカー
トリッジＩＪＣを示す斜視図である。

【００４７】なお、このインクジェットヘッドカートリ
ッジＩＪＣを構成するインク容器へのインクの注入は、
次のように行えばよい。

【００４８】インク容器にインク供給パイプ等を接続す
ることでインクを導入するインク導入路を形成し、この
インク導入路を介してインク容器にインクを注入すれば
よい。インク容器側にインク供給口としては、インクジ
ェットヘッド側への供給口、大気連通口や、インク容器
の壁面にあけた穴等を用いればよい。

【００４９】図９は、以上のように構成されるインクジ
ェットプリントヘッドが搭載可能なインクジェットプリ
ント装置の一例の概観図を示す。

【００５０】このインクジェットプリント装置ＩＪＲＡ
は、駆動モータの２０１０の正逆回転に連動して駆動力
伝達ギア２０２０，２０３０を介して回転するリードス
クリュー２０４０を有する。インクジェットプリントヘ
ッドとインクタンクとが一体化されたインクジェットカ
ートリッジＩＪＣが載置されるキャリッジＨＣは、キャ
リッジ軸２０５０およびリードスクリュー２０４０に支
持され、リードスクリュー２０４０のら線溝２０４１に
対して係合するピン（不図示）を有しており、リードス
クリュー２０４０の回転に伴って、矢印ａ，ｂ方向に往
復移動される。２０６０は紙押え板であり、キャリッジ
移動方向にわたって紙Ｐをプラテンローラ２０７０に対
して押圧する。２０８０および２０９０はフォトカプラ
で、これらは、キャリッジＨＣに設けられたレバー２１
００のこの域での存在を確認してモータ２０１０の回転
方向切換等を行うためのホームポジション検知手段とし
て動作する。２１１０は記録ヘッドの前面をキャップす
るキャップ部材であり、支持部材２１２０により支持さ
れている。２１３０はこのキャップ内を吸引する吸引手
段であり、キャップ内開口を介して記録ヘッドの吸引回
復を行う。記録ヘッドの端面をクリーニングするクリー
ニングブレード２１４０は、前後方向に移動可能に部材
２１５０に設けられており、これらは本体支持板２１６
０に支持されている。ブレード２１４０はこの形態に限
定されず、周知のクリーニングブレードが本例に適用で
きることはいうまでもない。また、２１７０は吸引回復
の吸引を開始するためのレバーであり、キャリッジＨＣ
と係合するカム２１８０の移動に伴って移動するように
なっており、これにより駆動モータ２０１０からの駆動
力がクラツチ切換等の公知の伝達手段で移動制御され
る。

【００５１】これらのキャッピング、クリーニング、吸
引回復は、キャリッジＨＣがホームポジション側領域に
きたときにリードスクリュー２０４０の作用によってそ
れらの対応位置で所望の処理が行えるように構成されて
いるが、周知のタイミングで所望の作動を行うようにす
れば、本例には何れも適用できる。上述における各構成
は単独でも複合的に見ても優れた発明であり、本発明に
とって好ましい構成例を示している。

【００５２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
インクジェットプリンタヘッドの発熱抵抗体上の絶縁保
護膜として、水素とフッ素で安定化した炭素のネットワ
ーク構造と酸素で安定化したケイ素のネットワーク構造
の二つの独立したアモルファス構造からなる膜を形成し
たので、インクに対して耐食性に優れ、バブルの消滅過
程に発生する破壊力に耐える耐キャビテーション特性に
優れており、熱エネルギー作用部の寿命を格段に向上さ
せる効果がある。併せて、インクに対する撥水性が大き
いためにインクの目詰まりを生じることがなく、長時間
良好な印字性能を維持することが可能である。

【００５３】この結果、発熱体で発生した熱エネルギー
を効率よくインクに伝達し、瞬時に気泡を発生せしめる
伝熱特性に優れた、高耐久なインクジェットヘッドによ
り、安定した記録を長期間実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のインクジェットプリンタヘッドの一実
施形態の概略斜視図である。

【図２】本発明のインクジェットプリンタヘッドの一実
施形態における要部を示す部分断面図である。

【図３】本発明の膜形成に用いられる成膜装置の模式図
である。

【図４】本発明のインクジェットプリンタヘッドの他の
実施形態における要部を示す部分断面図である。

【図５】本発明の膜形成に用いられる成膜装置の模式図
である。

【図６】本発明のインクジェットプリンタヘッドのさら
に他の実施形態における要部を示す部分断面図である。

【図７】本発明の膜形成に用いられる成膜装置の模式図
である。

【図８】本発明のインクジェットヘッドを含むカートリ
ッジを示す斜視図である。

【図９】本発明のインクジェットヘッドの搭載が可能な
インクジェット装置の一例を示す概略斜視図である。

【符号の説明】

１ヒータボード２発熱抵抗体３電極４流路（ノズル）５天板６インク供給口７液室８吐出口９Ｓｉ基板１０表面酸化膜１１発熱抵抗体層１２電極１３絶縁層１４保護膜１５絶縁保護層１６発熱抵抗体１７絶縁保護層１８絶縁層１９保護膜２５真空槽２６ヒータ２７イオン源２８イオン化室２９引き出し電極３０ガス導入系３１マイクロ波電源３２導波管３３ガス導入系３４マイクロ波導入窓３５外部磁場３６ＥＣＲプラズマ発生室３７スパッタ・ターゲット３８排気系３９スパッタ・ターゲット４０ヒータ４１高周波電源４２真空槽４３真空槽４４ヒータ４５電子銃４６ＲＦコイル４７バイアス電源４８高周波電源４９排気口

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】インクを吐出するための熱エネルギーを
発生する発熱体を含むインクジェットヘッドであって、前記発熱体は、インクに熱エネルギーを付与する発熱抵
抗層と、該発熱抵抗層をインクから保護するための絶縁
保護膜とからなり、該絶縁保護膜は、水素とフッ素で安
定化した炭素を含む第１のアモルファスネットワーク構
造と、該第１のアモルファスネットワーク構造から独立
し、かつ、酸素で安定化したケイ素を含む第２のアモル
ファスネットワーク構造とから構成されていることを特
徴とするインクジェットヘッド。
【請求項２】前記絶縁保護膜は、１００ｎｍ〜１０μ
ｍの膜厚を有することを特徴とする請求項１記載のイン
クジェットヘッド。
【請求項３】前記絶縁保護膜は、５００ｎｍ〜２μｍ
の膜厚を有することを特徴とする請求項２記載のインク
ジェットヘッド。
【請求項４】前記絶縁保護膜は、３０原子％以下のフ
ッ素を含むことを特徴とする請求項１〜３のいずれかの
項に記載のインクジェットヘッド。
【請求項５】前記発熱体は、インク吐出口に連通する
インク流路内に配されていることを特徴とする請求項１
〜４のいずれかの項に記載のインクジェットヘッド。
【請求項６】前記インク吐出口は、前記発熱体の表面
に沿う方向に配されていることを特徴とする請求項５記
載のインクジェットヘッド。
【請求項７】前記インク吐出口は、前記発熱体の表面
に交差する方向に配されていることを特徴とする請求項
５記載のインクジェットヘッド。
【請求項８】前記発熱体は、インクに膜沸騰を生じさ
せるための熱エネルギーを発生する電気熱変換体である
ことを特徴とする請求項１〜７のいずれかの項に記載の
インクジェットヘッド。
【請求項９】請求項１〜８のいずれかの項に記載のイ
ンクジェットヘッドを用いて記録を行うことを特徴とす
るインクジェット装置。
【請求項１０】前記インクジェットヘッドに供給する
ためのインクを保持するインク容器をさらに有すること
を特徴とする請求項９記載のインクジェット装置。