JPH0471711B2 - - Google Patents
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- JPH0471711B2 JPH0471711B2 JP57207201A JP20720182A JPH0471711B2 JP H0471711 B2 JPH0471711 B2 JP H0471711B2 JP 57207201 A JP57207201 A JP 57207201A JP 20720182 A JP20720182 A JP 20720182A JP H0471711 B2 JPH0471711 B2 JP H0471711B2
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- recording head
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B41—PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
- B41J—TYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
- B41J2/00—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed
- B41J2/005—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed characterised by bringing liquid or particles selectively into contact with a printing material
- B41J2/01—Ink jet
- B41J2/135—Nozzles
- B41J2/14—Structure thereof only for on-demand ink jet heads
- B41J2/14016—Structure of bubble jet print heads
- B41J2/14088—Structure of heating means
- B41J2/14112—Resistive element
- B41J2/14129—Layer structure
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B41—PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
- B41J—TYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
- B41J2202/00—Embodiments of or processes related to ink-jet or thermal heads
- B41J2202/01—Embodiments of or processes related to ink-jet heads
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- Particle Formation And Scattering Control In Inkjet Printers (AREA)
Description
[産業上の利用分野]
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
射記録ヘツド(液体噴射記録ヘツド)、殊に熱エ
ネルギーを利用して液体を吐出するインク噴射記
録ヘツドに関する。
[従来の技術]
インク噴射記録装置(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インク噴射記録ヘツド
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(オリフイス)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、記録ヘツ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、最近と
みに熱い注目を集めている。
上記の液体噴射記録装置の代表的な記録ヘツド
には、オリフイ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
率よ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
に直接接触する様に、オリフイスに連通している
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。
而乍ら、前記の電気熱変換体は、通電されるこ
とによつ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
つ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つ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食
による抵抗値の変化、強いては発熱抵抗体の破損
あるいは破壊が起こつたり、更には発熱抵抗体か
ら発生される熱の作用による液体の、望ましくは
気泡の発生を含む液体の急激な状態変化に伴う機
械的衝撃によつて、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、NiCr等の合金や
ZrB2,HfB2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、SiO2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。
[発明が解決しようとする課題]
而乍ら上記の様な構成の電気熱変換体が設けら
れたインク噴射記録ヘツドは、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
化性の点で必ずしも充分とは言えなかつた。従つ
て、使用する記録用液体の選択に制約があつて、
殊に多色或いは天然色のカラー記録を行う場合に
は障害となつていた。
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。況してや、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を
設ける、所謂高密度マルチオリフイス化の場合に
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つて
不良となつた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。
従つて、耐液性、使用繰返し性、耐機械的衝撃
性、耐電気化学反応性等に総合的に優れた電気熱
変換体を具備するインク噴射記録ヘツドの開発が
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
つて、前記の従来における諸問題の総てを解決し
た優れたインク噴射記録ヘツドを提供することを
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、耐電気化学反応性等に総合的
に優れたインク噴射記録ヘツドを提供することで
ある。
[課題を解決するための手段]
本発明のインク噴射記録ヘツドは、
インクに熱エネルギーを与える熱作用室の複数
と、該複数の熱作用室の夫々に具備されインクに
直接熱エネルギーを与える熱作用面を形成し通電
によつ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有す
る電気熱変換体と、該複数の熱作用室に連通しイ
ンクを供給するための共通のインク室と、を備
え、インクを吐出して飛翔的液滴を形成するイン
ク噴射記録ヘツドにおいて、
上記電気熱変換体の発熱抵抗層は、Ta又はTa
を35mol%以上含有するTa−Al合金からなり、
上記発熱抵抗層上には、上記熱作用面を形成する
Ta層と、該Ta層と上記発熱抵抗層との間のSi絶
縁層と、を備えた保護層が設けられていることを
特徴とする。
[作用]
発熱抵抗層を形成するTa又はTa−Al合金
(Ta:35mol%以上含有)の層は、インク中のイ
オンに対する反応性が比較的低く安定している。
しかもこの安定性は、高温のインク中であつても
維持される。従つて、本発明の発熱抵抗層は、耐
電気化学反応性に特に優れている。熱作用面を形
成する保護層(上側保護層)を形成するTa層は、
靭性も大きいことから機械的強度も大きく、それ
故耐機械的衝撃性(耐キヤビテーシヨン性)及び
燥返し使用性にも優れている。下側保護層を形成
するSi絶縁層は、発熱抵抗層と上側保護層との間
の絶縁性を保つている。この様な本発明のインク
噴射記録ヘツドは、主として電気化学的強度をも
たせるためにTa又はTa−Al合金(Ta:35mol
%以上含有)から形成した発熱抵抗層と、主とし
て物理的強度をもたせるためにTaから形成した
上側保護層と、の相乗効果から、特に熱エネルギ
ーを利用してインクを吐出する場合に極めて優れ
た耐久性を示す。
[実施態様例]
以下、本発明を図面に従つて、更に具体的に説
明する。
第1図aは、本発明のインク噴射記録ヘツドの
主要部のオリフイス側から見た正面部分図、第1
図bは、第1図aを一点鎖線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ツド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を、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4で覆う様に接合することによつて、オ
リフイス5と液吐出部6が形成された構造を有し
ている。図に示すインク噴射記録ヘツドの場合、
オリフイス5を複数有するものとして示されてい
るが、勿論本発明はこれに限定されるものではな
く、単一オリフイスのヘツドに適用した場合も本
発明の範疇に這入るものである。
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イス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
用して気泡を発生し、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。
熱発生部8は、基板3上に設けられた下部層1
0、該下部層10上に設けられた発熱抵抗層(発
熱抵抗体)11、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つ
て、液吐出部の流路に沿つて設けられてある。
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13,14間が短縮するの
を防止する発熱抵抗層11の保護的機能を有して
いる。
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になる熱が速かに基板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
記の様な機能が充分発揮できる様な下部層10を
設計することによつて、本発明のインク噴射記録
ヘツ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。
本発明のインク噴射記録ヘツドにおける発熱抵
抗層11は、前記した様に、Ta(タンタル)又は
Taを35mol%以上含有するTa−Al合金の薄層と
して設けられる。
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〜5μ、より好ましくは100
Å〜2μ、最適には300Å〜1μとされるのが望まし
い。
本発明において、Ta−Al合金から発熱抵抗層
11を形成する場合には、Taの相手金属、即層
11を形成する場合には、Taの相手金属、即ち
Alの所望面積の片をTaターゲツト上に置いて、
Co−Sputter(共スパツタ)することによつて形
成するのが望ましい。
次に、以降において説明される本発明の実施例
及び比較例において製造されたインク噴射記録ヘ
ツドの製造法及び形態の概要に就て説明する。
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1
0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
40μm、長さ200μmの発熱抵抗体11−1〜11
−3…を形成した。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。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。
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ツターを用い
て切削形成してなる溝付き板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ためのイン
ク導入管(不図示)も接続して記録ヘツドを一体
的に完成した。
更に、この記録ヘツ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。
上記の構成のインク噴射記録ヘツドに於て、上
部層12として、SiO21.0μ厚層、Ta0.5μ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
設けることで一層耐熱性が向上することが示され
る。
この際、上記の上部層12のない系は発泡閾値
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〜
5μのSiO2層を用いて同様の評価を行つたが、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、セラミツクス、耐熱性プラスチツ
ク等も用いることが出来る。
電極材料としては、Alの他に、Al−Cu、Al−
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
好ましい。
尚、本発明のインク噴射記録ヘツドは記録用の
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ことが出
来る。
実施例及び比較例
前記に説明した構成のインク噴射記録ヘツド
(サンプルNo.1−1〜3−5)(液流路数100、一
液流路当り−電気熱変換体)に就て、一電気熱変
換体当り5×108回のパルス駆動を行つた際の故
障発熱抵抗体数を計数して信頼性の測定を行つ
た。その結果を以下の表に示す。
尚、表において「故障発熱抵抗体数」の「イン
ク」の欄では主として電気化学的強度(耐イオン
性)が示されており、同「蒸留水」の欄では主と
して物理的強度(耐キヤビテーシヨン性)が示さ
れていると考えられる。また、「故障発熱抵抗体
数」の「インク」の欄の「μυ/cm」は、電導度
(比伝導度)の単位である。
[Industrial Application Field] The present invention relates to an ink jet recording head (liquid jet recording head) that performs recording using flying droplets formed by ejecting liquid from an ejection port, and in particular to an ink jet recording head that uses thermal energy. The present invention relates to an ink ejecting recording head that ejects liquid. [Prior Art] There are various types of ink jet recording devices (liquid jet recording devices), among which, for example, OLS No. 2843064, OLS No. 2944005,
The liquid jet recording apparatus of the type disclosed in USP 4,335,389 and the like can easily perform high-speed color recording. The ink ejecting recording head, which is the main part of the output section, has high resolution because it has a high density array of ejection ports (orifices) for ejecting recording liquid to form flying droplets. At the same time, the recording head can be made compact overall and suitable for mass production, and it takes advantage of the advantages of IC technology and micro-processing technology, where technological advances and reliability improvements have been remarkable in the semiconductor field. It has been attracting a lot of attention recently because it can be easily made into a longer length by using it in minutes. A typical recording head of the above-mentioned liquid jet recording apparatus is provided with an electrothermal transducer as means for generating thermal energy for ejecting liquid from an orifice to form flying droplets. The electrothermal converter is capable of efficiently applying the generated thermal energy to the liquid, and of reducing the thermal effect on the liquid.
In order to increase the ON-OFF response speed, it is considered desirable to have a structure in which the heat-acting part is connected to the orifice so as to be in direct contact with the liquid. However, since the electrothermal converter described above basically consists of a heating resistor that generates heat when energized and a pair of electrodes for energizing the heating resistor, If the heating resistor is in direct contact with the liquid, depending on the electrical resistance of the recording liquid, electricity may flow through the liquid, or the liquid itself may undergo electrolysis due to the flow of electricity through the liquid. Or, when the heating resistor is energized, the heating resistor and liquid react with each other, resulting in a change in resistance value due to corrosion of the heating resistor itself, and even damage or destruction of the heating resistor. Furthermore, the surface of the heating resistor may be damaged or heat may be generated due to mechanical shock due to a sudden change in the state of the liquid, preferably including the generation of bubbles, due to the action of heat generated from the heating resistor. A part of the resistor may crack or be destroyed. For this reason, in the past, alloys such as NiCr and
The heating resistor is made of an inorganic material that has relatively excellent properties as a heating resistor material, such as metal borides such as ZrB 2 and HfB 2 , and SiO 2 etc. By providing a protective layer (upper layer) made of a material with excellent oxidation resistance, the heating resistor is prevented from coming into direct contact with the liquid, solving the above problems and improving reliability. It has been proposed to try to improve the durability against repeated use. [Problems to be Solved by the Invention] However, an ink jet recording head equipped with an electrothermal converter having the above-mentioned configuration uses a liquid with relatively low electrical conductivity ( For example, when using distilled water or alcohol as a liquid medium, it has excellent oxidation resistance and is reasonably satisfactory in terms of repeated use durability, but the content of Na ions etc. Therefore, when recording liquids or electrolyte liquids with high electrical conductivity are used, they are not necessarily sufficient in terms of durability for repeated use and resistance to changes over time. Therefore, there are restrictions on the selection of the recording liquid to be used.
In particular, this has been an obstacle when recording in multiple colors or in natural colors. Furthermore, even in the case where a protective layer is provided on the heating resistor as described above, it is possible to substantially completely prevent liquid from penetrating toward the heating resistor due to defects in the protective layer itself that occur during layer formation, for example. This is extremely difficult in terms of reproducibility and mass production. In particular, in the case of so-called high-density multi-orifice construction in which a liquid flow path is provided with a large number of heat-acting parts as part of its structure, it is necessary to provide at least as many electrothermal converters at once as there are liquid flow paths. Due to necessity, the impact on manufacturing yield of electrothermal converters that are defective due to defects in the previous protective layer is a major problem, including in terms of manufacturing costs.
Therefore, there is a strong desire to develop an ink jet recording head equipped with an electrothermal converter that is comprehensively superior in liquid resistance, repeatability of use, mechanical shock resistance, electrochemical reaction resistance, etc. The present invention has been made in view of the above points, and its main object is to provide an excellent ink ejecting recording head that solves all of the conventional problems mentioned above. Another object of the present invention is to provide an ink jet recording head that is comprehensively superior in liquid resistance, mechanical impact resistance, repeated use, electrochemical reaction resistance, and the like. [Means for Solving the Problems] The ink jet recording head of the present invention includes a plurality of heat action chambers that apply thermal energy to the ink, and a heat action chamber that is provided in each of the plurality of heat action chambers and provides heat energy directly to the ink. an electrothermal transducer having a heating resistance layer forming a working surface and generating thermal energy for forming bubbles in the ink on the heat working surface when energized; In an ink ejection recording head that ejects ink to form flying droplets, the heating resistance layer of the electrothermal transducer is made of Ta or Ta.
Consisting of Ta-Al alloy containing 35 mol% or more of
The heat acting surface is formed on the heat generating resistance layer.
The present invention is characterized in that a protective layer including a Ta layer and a Si insulating layer between the Ta layer and the heating resistance layer is provided. [Function] The layer of Ta or Ta-Al alloy (containing Ta: 35 mol % or more) forming the heating resistance layer has relatively low reactivity to ions in the ink and is stable.
Moreover, this stability is maintained even in high temperature ink. Therefore, the heat generating resistance layer of the present invention is particularly excellent in electrochemical reactivity resistance. The Ta layer that forms the protective layer (upper protective layer) that forms the heat-active surface is
Since it has high toughness, it also has high mechanical strength, and therefore has excellent mechanical impact resistance (cavitation resistance) and usability for drying. The Si insulating layer forming the lower protective layer maintains insulation between the heating resistance layer and the upper protective layer. The ink jet recording head of the present invention is mainly made of Ta or Ta-Al alloy (Ta: 35 mol) in order to provide electrochemical strength.
Due to the synergistic effect of the heat generating resistive layer formed from Ta (containing more than %) and the upper protective layer formed mainly from Ta to provide physical strength, it is extremely excellent, especially when ejecting ink using thermal energy. Shows durability. [Embodiment Examples] The present invention will be described in more detail below with reference to the drawings. FIG. 1a is a front partial view of the main part of the ink jet recording head of the present invention as seen from the orifice side;
FIG. 1B is a partial cross-sectional view of FIG. 1A taken along the dashed line XY. The recording head 1 shown in the figure includes a substrate 3 having an electrothermal transducer 2 on its surface, and a grooved plate 4 having a predetermined number of grooves of a predetermined width and depth at a predetermined linear density. It has a structure in which an orifice 5 and a liquid discharge part 6 are formed by joining so as to cover each other. In the case of the ink jet recording head shown in the figure,
Although shown as having a plurality of orifices 5, the present invention is of course not limited to this, and the present invention also falls within the scope of the present invention when applied to a head with a single orifice. The liquid discharge part 6 has an orifice 5 at its terminal end for discharging liquid to form flying droplets, and thermal energy generated by the electrothermal converter 2 acting on the liquid to generate bubbles. It has a heat acting part 7 which causes a rapid state change due to expansion and contraction of volume. The heat acting part 7 is located above the heat generating part 8 of the electrothermal converter 2, and has a heat acting surface 9 that contacts the liquid of the heat generating part 8 as its bottom surface. The heat generating section 8 is a lower layer 1 provided on the substrate 3.
0, a heat generating resistor layer (heat generating resistor) 11 provided on the lower layer 10, and an upper layer 12 provided on the heat generating resistor layer 11 as necessary. The heating resistor 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 section of each liquid discharging section, and the electrode 14 is a selection electrode for selectively generating heat in the heat generating section of each liquid discharging section. It is located along the road. The upper layer 12 isolates the heating resistance layer 11 from the liquid in the liquid discharge part 6 in order to chemically and physically protect the heating resistance layer 11 from the liquid used, and also connects the electrodes 13 and 14 through the liquid. The heating resistance layer 11 has a protective function of preventing shortening of the heat generating resistance layer 11. The lower layer 10 mainly has a heat flow control function.
That is, when forming flying droplets, the heating resistance layer 11
Rather than the heat generated in is conducted toward the board 3 side,
The rate of conduction toward the heat acting part 7 side is increased as much as possible, and after the flying droplets are formed and the power to the clogging heat generating resistor layer 11 is turned off, the heat that becomes the heat acting part 7 and the heat generating part 8 is increased. This is provided so that the liquid in the heat acting section 7 and the generated air bubbles are rapidly cooled by being quickly discharged to the substrate 3 side. The ink jet recording head of the present invention can be made more excellent by designing the lower layer 10 such that it can fully exhibit the above-mentioned functions in relation to the heat generating resistor layer 11 and the substrate 3. That is, when forming flying droplets, the heat acting part 7
When the heat flow rate to the side is as large as possible, and the power to the heat generating resistor layer 11 is turned off, the substrate 3
By increasing the ratio of heat flow to the side as much as possible, we can improve the efficiency of droplet ejection energy, high thermal response, and continuous repeatable droplet ejection, improve the droplet formation frequency, and increase the amount of droplets. uniformity, stabilization of droplet flight direction, uniformity of droplet initial flight speed,
Furthermore, it is possible to more effectively improve the fidelity and reliability of responses to recorded signals. As mentioned above, the heat generating resistance layer 11 in the ink jet recording head of the present invention is made of Ta (tantalum) or
It is provided as a thin layer of Ta-Al alloy containing 35 mol% or more of Ta. In the present invention, the layer thickness of the heat generating resistor layer 11 is determined based on the characteristics, type and content of the constituent materials, the flying droplet formation characteristics required for the device itself, etc. so that appropriate thermal energy is effectively generated. It can be determined as appropriate, but preferably 50 Å to 5 μ, more preferably 100
It is desirable that the thickness be Å to 2μ, optimally 300Å to 1μ. In the present invention, when the heating resistance layer 11 is formed from a Ta-Al alloy, it is a mating metal of Ta, and when the layer 11 is formed, it is a mating metal of Ta, i.e.
Place a piece of Al with the desired area on the Ta target,
Preferably, it is formed by co-sputtering. Next, an overview of the manufacturing method and form of ink jet recording heads manufactured in Examples and Comparative Examples of the present invention to be described hereinafter will be explained. First, heating resistor installed substrates corresponding to the following Examples and Comparative Examples were prepared in the following manner. Lower layer 1 of alumina substrate 3 that also serves as lower layer 10
After forming the heating resistance layer 11 and the aluminum electrode layer on the
Heat generating resistor 11-1 to 11 with a length of 40 μm and a length of 200 μm
-3... was formed. Further, the selection electrode 14 and the common electrode 13 were formed by etching. Furthermore, a protective layer (upper layer) 12 was laminated on the surface of each electrode and each heating resistor, if necessary. In addition, apart from these, a grooved glass plate is formed by cutting a glass plate with multiple grooves (for example, width 40 μm, depth 40 μm) and a groove that becomes a common ink chamber (not shown) using a micro cutter. Plate 4 was also created. The heating resistor installed substrate and the grooved plate created in this way are bonded after aligning the heating resistor and the groove, and liquid ink is supplied from an ink supply unit (not shown) to the common ink chamber. An ink introduction tube (not shown) for introducing the ink was also connected to complete the recording head. Further, this recording head was attached with a lead substrate having lead electrodes (common lead electrode and selection lead electrode) connected to the aforementioned selection electrode and common electrode. In the ink jet recording head having the above structure, the upper layer 12 is a 1.0 μ thick layer of SiO 2 and a thin layer of Ta 0.5 μ thick, which are laminated on each heating resistor layer 11.
A driving voltage margin of 1.5 to 1.9 times the foaming threshold voltage was obtained. This shows that heat resistance is further improved by providing the upper layer 12 compared to a system in which the heating resistance layer 11 is exposed to the liquid. At this time, the system without the upper layer 12 has a driving voltage margin of about 1.3 times the foaming threshold voltage, which is shown to be superior to the conventional system. As the substrate 3, a silicon wafer is used in addition to the alumina substrate, and as the lower layer 10, layers 2 to 2 formed by thermally oxidizing the surface of the silicon wafer are used.
A similar evaluation was performed using a 5μ SiO 2 layer, and similar good results were obtained. Further, as the substrate 3, in addition to those used in the embodiments, glass, ceramics, heat-resistant plastic, etc. can also be used. In addition to Al, electrode materials include Al-Cu, Al-
Si, etc. can be used, but when using these materials, in order to isolate the electrode and the liquid, for example, a coating made of hardened photosensitive heat-resistant resin is used, excluding the heat-active surface. It is preferred to cover the electrode and the area around the electrode. Since the ink jet recording head of the present invention has a wide range of recording liquids to choose from, it can easily perform color recording in desired multi-colors and natural colors. Examples and Comparative Examples For the ink jet recording heads (sample Nos. 1-1 to 3-5) having the configuration described above (100 liquid channels, per one liquid channel - electrothermal converter), one Reliability was measured by counting the number of failed heating resistors when pulse driving was performed 5×10 8 times per electrothermal converter. The results are shown in the table below. In addition, in the table, the "Ink" column of "Number of failed heating resistors" mainly shows electrochemical strength (ion resistance), and the "Distilled water" column mainly shows physical strength (cavitation resistance). ) is considered to be indicated. Further, "μυ/cm" in the "Ink" column of "Number of failed heating resistors" is a unit of electrical conductivity (specific conductivity).
【表】【table】
【表】
実施例:サンプルナンバー2−1、3−1、
3−2、3−3
比較例:サンプルナンバー1−1、1−2、
2−2、3−4、3−5
[発明の効果]
発熱抵抗層を形成するTa又はTa−Al合金
(Ta:35mol%以上含有)の層は、インク中のイ
オンに対する反応性が比較的低く安定している。
しかもこの安定性は、高温のインク中であつても
維持される。従つて、本発明の発熱抵抗層は、耐
電気化学反応性に特に優れている。熱作用面を形
成する保護層(上側保護層)を形成するTa層は、
靭性も大きいことから機械的強度も大きく、それ
故耐機械的衝撃性(耐キヤビテーシヨン性)及び
繰返し使用性にも優れている。下側保護層を形成
するSi絶縁層は、発熱抵抗層と上側保護層との間
の絶縁性を保つている。この様な本発明のインク
噴射記録ヘツドは、主として電気化学的強度をも
たせるためにTa又はTa−Al合金(Ta:35mol
%以上含有)から形成した発熱抵抗層と、主とし
て物理的強度をもたせるためにTaから形成した
上側保護層と、の相乗効果から、特に熱エネルギ
ーを利用してインクを吐出する場合に極めて優れ
た耐久性を示す。
従つて本発明によれば、耐液性、耐機械的衝撃
性、繰返し使用性、耐電気化学反応性等に総合的
に優れたインク噴射記録ヘツドを提供することが
できる。このインク噴射記録ヘツドは、記録信号
に対する応答の忠実性と確実性にも優れ、高解像
度で高品質の画像を高速で記録することができる
ものである。[Table] Example: Sample number 2-1, 3-1,
3-2, 3-3
Comparative example: Sample number 1-1, 1-2,
2-2, 3-4, 3-5
[Effects of the Invention] The layer of Ta or Ta-Al alloy (containing Ta: 35 mol % or more) forming the heating resistance layer has relatively low reactivity with ions in the ink and is stable.
Moreover, this stability is maintained even in high temperature ink. Therefore, the heat generating resistance layer of the present invention is particularly excellent in electrochemical reactivity resistance. The Ta layer that forms the protective layer (upper protective layer) that forms the heat-active surface is
Since it has high toughness, it also has high mechanical strength, and therefore has excellent mechanical impact resistance (cavitation resistance) and repeated usability. The Si insulating layer forming the lower protective layer maintains insulation between the heating resistance layer and the upper protective layer. The ink jet recording head of the present invention is mainly made of Ta or Ta-Al alloy (Ta: 35 mol) in order to provide electrochemical strength.
Due to the synergistic effect of the heat generating resistive layer formed from Ta (containing more than %) and the upper protective layer formed mainly from Ta to provide physical strength, it is extremely excellent, especially when ejecting ink using thermal energy. Shows durability. Therefore, according to the present invention, it is possible to provide an ink jet recording head that is comprehensively superior in liquid resistance, mechanical impact resistance, repeated use property, electrochemical reaction resistance, and the like. This ink jet recording head has excellent response fidelity and reliability to recording signals, and is capable of recording high-resolution, high-quality images at high speed.
第1図aは、本発明の適用されるインク噴射記
録ヘツドの好適な実施態様の1つのオリフイス側
からの正面部分図である。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。
1……インク噴射記録ヘツド、2……電気熱変
換体、3……基板、4……溝付板、5……オリフ
イス、6……液吐出部、7……熱作用部、8……
熱発生部、9……熱作用面、10……下部層、1
1……発熱抵抗層、12……上部層、13……共
通電極、14……選択電極。
FIG. 1a is a partial front view from the orifice side of a preferred embodiment of an ink jet recording head to which the present invention is applied. Figure 1b is the same as Figure 1a.
FIG. 3 is a partial cross-sectional view taken along the dashed-dotted line XY. DESCRIPTION OF SYMBOLS 1... Ink jet recording head, 2... Electrothermal converter, 3... Substrate, 4... Grooved plate, 5... Orifice, 6... Liquid ejection part, 7... Heat acting part, 8...
Heat generating part, 9...Heat action surface, 10...Lower layer, 1
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1...Heating resistance layer, 12...Upper layer, 13...Common electrode, 14...Selection electrode.
Claims (1)
数と、該複数の熱作用室の夫々に具備されインク
に直接熱エネルギーを与える熱作用面を形成し通
電によつ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有
する電気熱変換体と、該複数の熱作用室に連通し
インクを供給するための共通のインク室と、を備
え、インクを吐出して飛翔的液滴を形成するイン
ク噴射記録ヘツドにおいて、 上記電気熱変換体の発熱抵抗層は、Ta又はTa
を35mol%以上含有するTa−Al合金からなり、
上記発熱抵抗層上には、上記熱作用面を形成する
Ta層と、該Ta層と上記発熱抵抗層との間のSi絶
縁層と、を備えた保護層が設けられていることを
特徴とするインク噴射記録ヘツド。[Scope of Claims] 1. A plurality of heat action chambers that apply thermal energy to the ink, and a heat action surface that is provided in each of the plurality of heat action chambers and that directly applies thermal energy to the ink, and that generates the heat by energization. an electrothermal converter having a heating resistance layer that generates thermal energy to form bubbles in the ink on the working surface; and a common ink chamber that communicates with the plurality of heat action chambers and supplies ink. In an ink jet recording head that ejects ink to form flying droplets, the heating resistance layer of the electrothermal transducer is made of Ta or Ta.
Consisting of Ta-Al alloy containing 35 mol% or more of
The heat acting surface is formed on the heat generating resistance layer.
An ink jet recording head comprising a protective layer comprising a Ta layer and a Si insulating layer between the Ta layer and the heating resistance layer.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP20720182A JPS5996971A (en) | 1982-11-26 | 1982-11-26 | Liquid injection recorder |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP20720182A JPS5996971A (en) | 1982-11-26 | 1982-11-26 | Liquid injection recorder |
Related Child Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP1326631A Division JPH0613220B2 (en) | 1989-12-16 | 1989-12-16 | Ink jet recording head |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS5996971A JPS5996971A (en) | 1984-06-04 |
JPH0471711B2 true JPH0471711B2 (en) | 1992-11-16 |
Family
ID=16535909
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP20720182A Granted JPS5996971A (en) | 1982-11-26 | 1982-11-26 | Liquid injection recorder |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS5996971A (en) |
Families Citing this family (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CA2028123C (en) * | 1989-02-28 | 1998-02-10 | Kenji Hasegawa | Ink jet head having heat generating resistor made of non-single crystalline substance containing ir, ta and al and ink jet apparatus having such ink jet head |
JPH05331394A (en) | 1992-05-29 | 1993-12-14 | Canon Inc | Ink-jet recording method |
Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS5836465A (en) * | 1981-08-14 | 1983-03-03 | Yokogawa Hewlett Packard Ltd | Ink jet printer |
-
1982
- 1982-11-26 JP JP20720182A patent/JPS5996971A/en active Granted
Patent Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS5836465A (en) * | 1981-08-14 | 1983-03-03 | Yokogawa Hewlett Packard Ltd | Ink jet printer |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPS5996971A (en) | 1984-06-04 |
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