JPS59135169A - インク噴射記録ヘッド - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

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液体噴射記録装置、殊に
熱エネルギーを利用する液体噴射記録装置に関する。

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、ＵＳＰ　４３３５３８９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
記録が容易であって、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、且つ量
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。

上記の液体噴射記録装置の特徴的な記録ヘッドには、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０Ｎ−ＯＦＦ応
答速度を高める゛こと等の為に、液体に直接接触する様
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。

百年ら、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、或い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、発熱抵抗体自体の腐蝕による
抵抗値の変化、強いては発熱抵抗体の破損或いは破壊が
起こったり、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
面が破損したり或い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。

その為に、従来においては、Ｎ　ｉ　Ｃｒ等の合金やＺ
ｒＢ２．　ＨｆＢ、等の金属硼化物等の比較的発熱抵抗
体羽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、Ｓ
ｉｎ、等の耐酸化性に優れた羽村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○ 百年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
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肩質の液体
を使用する場合には、繰返し使用耐久性、耐経時的変化
性の点で不充分であった。

従って、使用する記録用液体の選択に制約があって、殊
に多色或い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。

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浸入を実質」二完全に防
止することは再現性。

量産性の点で非常に困難である。況してや、高智度に多
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、先の保剪層の欠陥による不良化の電気熱変換
体の製造歩留りへの影響は、製造コストの面も含めて大
きな問題である。従って、保護層がなく、記録用の液体
に発熱抵抗体が直に接触する状態であっても、耐液性、
使用繰返し性、耐機械的衝撃性、耐電気化学反応性に優
れた電気熱変換体を具備する液体噴射記録装置の開発が
強く望まれている。

本発明は、上記の諸点に鑑み成されたものであって、前
記の従来における諸問題の総てを解決した優れた液体噴
射記録装置を提供することを主たる目的とする。

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液体噴射記録装置を
提供することである。

本発明の液体噴射記録装置は液体を吐出して、飛翔的液
滴を形成する為に設けられた吐出口と、該吐出口（オリ
フィス）に連通し、飛翔的液滴を形成する為の熱エネル
ギーが液体に作用するところとしての熱作用部と、前記
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、該電気熱変換体を構成する発熱抵抗層がＮｂ　
、　Ｉｒ　、　Ｐｂ　、　Ｔｉ　、　Ｆｅ　、　Ｒｅで
構成される群の中から選択される少なくとも１つの元素
を含む酸化物が６０ｍｏｅ％以上と、Ｖ　、　Ｃｒ　、
　Ｍｎ　、　Ｃｏ　。

Ｎｉ　、　Ｃｕ　、　Ｚｎ　、　Ｇａ　、　Ｚｒ　、　
Ｆ’Ａｏ　、　Ｐｄ　、　Ｃｄ　、　Ｓｂ　、　Ｈｆ　
。

Ｔａ　、　Ｗ　、　Ａｕ　、　Ｂｉ　　で構成される群
の中から選択きれる少なくとも１つの元素を含む酸化物
とで形成されていることを特徴とする。

−１−記の様な発熱抵抗体層は比抵抗が高く、層ノ９を
１すくできるため、表面状態が変化しても該発熱抵抗層
の抵抗値の耐経時変化ｉノ４−が改善される。第２群の
添加物を加えることにより、比抵抗の温度変化に対する
安定性が改善されるとともに、酸、アルカリに対する耐
薬品性にすぐれたものとなる。

上記の様な構成とされる本発明の液体噴射記録装置Ｃ−
イは、耐繰返し使用性、耐液性、記録（Ｒ号に対する応
答の忠実性と確実性に優れ、高角イ像度で商品１７ｊの
画像を高速で記録することが出来るＯ 更に、発熱抵抗体を記録用の液体に直に接触する麻に電
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為の実際の駆動電圧
も低く省エネルギー化を容易に実現することが出来る。

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
。

以下、本発明を図面に従って、更に具体的に説明する。

第１図［ａｌは、本発明の液体噴射記録装置の主要部の
オリフィス側から見た正面部分図、第１図＋ｂ＋は、第
１図（ａｌに一点釦線ＸＹで示す部分で切断した揚台の
切断面部分図である。

図に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
定の巾と深を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、オリツー１ス５と液吐出
部６が形成された構造を有している。図に示す液体噴射
記録装置の、場合、オリフィス５を複数重するものとし
て示されであるが、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場合の６１シ録装置への適
用の場合も本発明の範［福７才に混入るものである。

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？イｑを発
生し７、その体積の膨張と収縮に依る急激な状態変化を
引起す処である熱作用部７とを有する。

熱作用Ｖ＄　７は、′電気熱変換体２の熱発生部８の−
１一部に位置し、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。

熱発生部８け、基板３−ヒ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
の表面に設けられである。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ぜ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である。

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、」−記の様な機能を有するものであるが
、本発明の液体噴射記録装置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　、１．４の表面を段ってやるだけで
前記の心配が全面的に解消される。

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。

発熱抵抗層１１、基板３との関係において、上記の様々
機能が充分発揮出来る様な下部層１０を設計することに
よって、本発明の液体噴射記録装置はよシ優れたものと
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９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、液滴の初期飛翔スビー・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０ 本発明の液体噴射記録装置における発熱抵抗層１１は、
前記した様に、Ｎｂ　、　Ｉｒ　、　Ｐｂ　、　Ｔｉ　
。

Ｆｅ　、　Ｒｅで構成される第１群の中から選択される
少なくとも１つの元素を含む酸化物を主成分とし、Ｖ　
、　Ｃｒ　、　Ｍｏ　、　Ｃｏ　、　Ｎｉ　、　Ｃｕ　
、　Ｚｎ　、　Ｇａ　。

Ｚｒ　、　Ｍｏ　、　Ｐｄ　、　Ｃｄ　、　Ｓｂ　、　
Ｈｆ　、　Ｔａ　、　Ｗ　、　Ａｕ　、　Ｂｉで構成さ
れる第２群の中から選択される少なくとも１つの元素を
含む酸化物を添加した薄層として設けられる。

本発明における酸化物は一種類に限ることなく所望の特
性を最大限に得るために二種類以上混合しても良い。

本発明において金属酸化物として特に好ましく用いられ
る例としては、第１群の酸化物として、酸化ニオブ（例
えばＮｂ、　０．　）、酸化イリジウム（例えば■ｒＯ
２）、酸化鉛（例えばＰｂＯ９）、酸化鉄（例えばＦｅ
、　ｏｓ　）　、酸化レニウム（例えばＲｅＯ２）等が
挙げられる。第２群の添加用酸化物として、酸化クロム
（例えばＣｒｚＯｓＬ酸化コノ（ルト（例えばＣｏｏ　
）、酸化ニッケル（例えばＮｉ０）、酸化ジルコニウム
（例えばＺｒ０２）、酸化カドミウム（例えばＣｄ０）
、酸化アンチモン（例えばｓｂ、Ｏｓ）、酸化タンタル
（例えばＴａ２０３）、酸化夕／ゲステン（例えばＷＯ
，）　、酸化ビスマス（Ｂｉ２０ｓ）等が挙げられる。

上記第２群の酸化物を−・狸類以上添加することにより
化学的な安定性を更に向上さぜることか可能である。

本発明において酸化物中に含有される酸素の含有率は、
相手金属の種類、相手金属が複数の場合には、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、表面状態の化学的安定性および比抵抗の安
定性から発熱抵抗層１１を構成している層全体において
、層中に含まれるは索の含有率は全原子に対して７２原
子（ａｔ、）％以下が望ましい。

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、構成制料の特性、
種類、含有率及び装置自体に要求される飛翔液滴形成特
性等に応じて適宜法められるが、好ましくは５００λ〜
１０μが望ましく、最適には２０００λ〜５μが望まし
い。

本発明において酸化物から成る発熱抵抗層１１は所望の
第１群酸化物ターゲットと第２群の酸化物ベレットを用
いたＧｏ−８ｐｕｔｔｅｒｉｎｇ　（共スノ（ツタ）あ
るいは、電子ビーム蒸着により形成するのが望ましい。

また所望の金属ノ・ロゲン化物を用いたＣＶＤ法により
酸化物を形成するのが好ましい。

本発明において酸化物はあらかじめ通電処理により抵抗
値を安定化させることが望ましい。

次に、以降において説明される本発明の実施例或いは比
較例において製造された液体噴射記録装置の製造法及び
形態の概要に就て説明する０先ず、以下の実施例及び比
較例に相当する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
択エツチングにより例えば幅４０μｍ１長さ２００μｍ
の発熱抵抗体１１−１〜１１−３・・・・・全形成した
。又、エツチングにより選択電極１４及び共通電極１３
を形成した。史に、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。

又、これ等とは別に、ガラス板に複数本の溝（例えは巾
４０／ｚ＋ｎ、深−（！　４０　ｔｉｍ　）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伺外板４も作成した。

このようにして作成した、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
ンクを導入するだめのインク導入ゞＣｔ　（不図示）も
接続して記録装置を一体的に完成した。

更に、この記録装置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。

上記の構成の液体噴射記録装置に於て、上部層１２とし
て、Ｓｉｎ、　１．　Ｏｐ層厚、　Ｔａ　Ｏ，５μ層厚
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倍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
させる系の場合に比べて上部層１２を設けるととて一層
制熱性が向上することが示される。

この際、上記の上部層１２の々い系は発泡閾値電圧の約
１．３倍の駆動電圧マージンが得られ、従来に較べて優
れていることが示される。

基板３としては、上記のアルミナ基板の外に、シリコン
ウェー・を用い、下部層１０としては、シリコンウェハ
の表面を熱配化して形成された２〜５μのＳｉｎ、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、実施例で使用されだものの他、カ
ラス、セラミックス、耐熱性プラスチック等も用いるこ
とが出来る。

電極利料としては、Ａ／の他に、Ａ／？−ｃｕ。

Ａｊ？−Ｓｉ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凍しい。

実施例 前記に説明した構成の液体噴射記録装置（サンプルＡ０
　１〜７−５）（液流路数１２８、−液流路当り一電気
熱変換体）に就て、−電気熱ス、 変換体当り５　Ｘ　１０８回のパル駆動を行った際のべ 故障発熱抵抗体数を開数してイｉシ頼性の測定を行った
。その結果を以下の表に示す。

【図面の簡単な説明】

側からの正面部分図、第１図ｆｂｌは、第１図ｔａｌの
１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。 １・・・・・液体噴射記録装置、２・・・・・電気熱変
換体、３・・・・・基板、４・・・６・・溝付板、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。 出願人　　キャノン株式会社

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）　　液体を吐出して、飛翔的液滴を形成する為に
   設けられた吐出口と、該吐出［］に連通し、飛翔的液滴
   を形成する為の熱エネルギーが液体に作用するところと
   しての熱作用部と、前記熱エネルギーを発生する手段と
   じての電気熱変換体とを具備し、該電気熱変換体を構成
   する発熱抵抗層がＮｂ　、　Ｉｒ　、　Ｐｂ　、　Ｔｉ
   　、　Ｆｅ　、　Ｒｅで構成される群の中から選択され
   る少なくとも１つの元素を含む酸化物が６０　ｍｏｅ％
   以上と、Ｖ　、　Ｃｒ　、　Ｍｎ　、　Ｃｏ　、　Ｎｉ
   　、　Ｃｕ　、　Ｚｎ　、　Ｇａ　、　Ｚｒ　。 Ｍｏ　、　Ｐｄ　、　Ｃｄ　、　Ｓｂ　、　Ｈｆ　、　
   Ｔａ　、　Ｗ　、　Ａｕ　、　Ｂｉで構成される群の中
   から選択される少なくとも１つの元素を含む酸化物とで
   形成されていることを特徴とする液体噴射記録装置。、