[go: up one dir, main page]

JPH08118650A - Heating element substrate of ink jet recording head - Google Patents

Heating element substrate of ink jet recording head

Info

Publication number
JPH08118650A
JPH08118650A JP28296294A JP28296294A JPH08118650A JP H08118650 A JPH08118650 A JP H08118650A JP 28296294 A JP28296294 A JP 28296294A JP 28296294 A JP28296294 A JP 28296294A JP H08118650 A JPH08118650 A JP H08118650A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
heating element
recording head
protective film
element substrate
ink jet
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP28296294A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Toshio Suzuki
敏夫 鈴木
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Canon Inc
Original Assignee
Canon Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Canon Inc filed Critical Canon Inc
Priority to JP28296294A priority Critical patent/JPH08118650A/en
Publication of JPH08118650A publication Critical patent/JPH08118650A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Particle Formation And Scattering Control In Inkjet Printers (AREA)

Abstract

PURPOSE: To obtain a heating element substrate excellent in durability by setting the concn. of Ar in a cavitation protective film to a predetermined concn. range. CONSTITUTION: An electrothermal conversion element 2 constituting a pair of electrodes 3a, 3b and a heating element 8 is provided on a substrate 1 and the protective film thereof is constituted of the protective layer 4-1 on the surface of the heating element, the cavitation protective layer 4-2 formed thereon and a separate protective layer 4-3 other than those protective layers 4-1, 4-2. By constituting the protective film on the surface of the heating element so as to set the concn. of Ar in the protective film to predetermined concn., the heating element substrate of an ink jet recording head excellent in durability can be obtained. Especially, by setting the concn. of Ar in the protective film to 2800-6000ppm in the cavitation protective film 4-2 formed of Ta, the cavitation resistance thereof is enhanced and the heating element substrate of the ink jet recording head excellent in durability can be obtained.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明はインクを吐出してインク
の液滴を形成し、紙などの被記録材に付着させて記録を
行うインクジェット記録装置における記録ヘッドの発熱
体基板に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a heating element substrate of a recording head in an ink jet recording apparatus for ejecting ink to form ink droplets and adhering them to a recording material such as paper for recording.

【0002】[0002]

【従来の技術】インクジェット記録手段はインクジェッ
ト記録ヘッドに設けたオリフィスからインク(記録液)
を吐出させこれを紙などの被記録材上に付着させて記録
を行う記録方手段であり、騒音の発生が極めて少なく且
つ高速記録が可能であり、しかも普通紙など特別な記録
用紙を用いないでも記録が行えるという多くの利点を有
し、種々のタイプの記録ヘッドが開発されている。なか
でも、例えば特開昭54−51837号公報およびドイ
ツ公開(DOLS)第2843064号公報に記載され
ているような熱エネルギーをインクに作用させてオリフ
ィスから吐出させるタイプの記録ヘッドは、記録信号に
対する応答性が良くオリフィスの高マルチ化が容易であ
るなどの利点を有する。
2. Description of the Related Art Ink jet recording means uses ink (recording liquid) from an orifice provided in an ink jet recording head.
It is a recording method that discharges and deposits it on a recording material such as paper to perform recording. It produces very little noise and enables high-speed recording, and does not use special recording paper such as plain paper. However, various types of recording heads have been developed, which have many advantages that recording can be performed. Among them, a recording head of a type in which thermal energy is applied to ink to be ejected from an orifice as described in JP-A-54-51837 and German publication (DOLS) 2843064, is used for recording signals. It has advantages such as good responsiveness and easy multi-orifice.

【0003】このようなインク吐出エネルギーとして熱
エネルギーを利用するタイプの記録ヘッドの一例を図2
(A)および(B)に示す。記録ヘッドは、発熱体基板
と流路6及び液室10等が形成された天板5とで構成さ
れている。この記録ヘッドの発熱体基板は、絶縁性の基
体1の表面上に、電気エネルギーをインク吐出のための
熱エネルギーに変換するための電気熱変換体2を配列
し、この電気熱変換体2上の一対の電極3と、この電極
に挟まれた発熱抵抗部8に保護層4を形成して構成され
ている。上記記録ヘッドにおけるインクの吐出エネルギ
ーは、前記した一対の電極3とこれら電極間に位置する
前記発熱抵抗部8とによって付与される。すなわち、電
極3に電流を流し、発熱抵抗部8を発熱させると、発熱
抵抗部8付近にある流路6中のインクが瞬間的に加熱さ
れて、そこに気泡が発生し、その気泡の発生による瞬間
的な体積膨張と収縮による体積変化によってオリフィス
からインクの液滴が吐出される。
An example of a recording head of the type that uses thermal energy as such ink ejection energy is shown in FIG.
Shown in (A) and (B). The recording head is composed of a heating element substrate, a top plate 5 in which a flow path 6 and a liquid chamber 10 are formed. The heating element substrate of this recording head has an electrothermal converter 2 arranged on the surface of an insulating substrate 1 for converting electrical energy into thermal energy for ejecting ink. The protective layer 4 is formed on the pair of electrodes 3 and the heat generating resistance portion 8 sandwiched between the electrodes. The ink ejection energy in the recording head is applied by the pair of electrodes 3 and the heat generating resistor portion 8 located between these electrodes. That is, when an electric current is passed through the electrode 3 to heat the heat generating resistance portion 8, the ink in the flow path 6 near the heat generating resistance portion 8 is instantaneously heated, and bubbles are generated there, and the bubbles are generated. Ink droplets are ejected from the orifice due to the instantaneous volume expansion and contraction caused by the change in volume.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】上述のような記録ヘッ
ドにおいて、基板の発熱抵抗部上の保護層(上部層)と
しては、一般的にはインクとの接触及びインクの浸透に
よる電気熱変換体乃至は電極における電蝕や、電気絶縁
破壊を防止するSiO2膜が形成されている。そして、
更にその上層に気泡消泡時のキャビテーション破壊から
これらを守るため、キャビテーション保護膜として例え
ばタンタル(Ta)膜が用いられるが、この耐キャビテ
ーション性は、このキャビテーション保護膜の成膜条件
によって大きく左右され、これがヘッド寿命のバラツキ
の原因となっていた。
In the recording head as described above, the protective layer (upper layer) on the heat-generating resistor portion of the substrate is generally an electrothermal converter by contact with ink and permeation of ink. In addition, a SiO 2 film is formed to prevent electrolytic corrosion and electric breakdown in the electrodes. And
Further, a tantalum (Ta) film, for example, is used as a cavitation protection film in order to protect the upper layer from cavitation destruction at the time of defoaming air bubbles. This caused variation in head life.

【0005】そこで、本発明は、耐キャビテーション性
を向上させ、耐久性の優れたインクジェット記録ヘッド
の発熱体基板の提供を目的とするものある。
Therefore, it is an object of the present invention to provide a heating element substrate for an ink jet recording head having improved cavitation resistance and excellent durability.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するため、インクジェット記録ヘッドの発熱体基板に
おいて、その基板上の発熱体表面に形成されている保護
膜が、その保護膜中に所定濃度のArを有するように構
成されていることを特徴とするものである。そして本発
明においては、とりわけ、タンタル(Ta)で形成され
たキャビテーション保護膜において、その保護膜中のア
ルゴン(Ar)濃度を2800〜6000ppmとした
ことを特徴としている。
In order to achieve the above object, the present invention provides a heating element substrate of an ink jet recording head, wherein a protective film formed on the surface of the heating element on the substrate is formed in the protective film. It is characterized in that it has a predetermined concentration of Ar. And, in the present invention, in particular, in the cavitation protective film formed of tantalum (Ta), the argon (Ar) concentration in the protective film is set to 2800 to 6000 ppm.

【0007】[0007]

【作用】基板の発熱抵抗体上の保護層(上部層)として
保護膜を形成する場合、その成膜方法としては、蒸着
法、スパッタ法等があり、それらのいずれによるかによ
って、発熱体基板の耐久性にもばらつきが生じる。本発
明は幾多の研究を経て、Arガスを用いた成膜方法にお
いて、とりわけ、キャビテーション保護膜を形成する場
合、キャビテーション保護膜中に混入するAr濃度が同
じであれば、その成膜方法乃至はその成膜条件が異なっ
ても耐久性はほぼ同じであるということから、キャビテ
ーション保護膜中のAr濃度がその耐久性と大きく係わ
っていることを見出し、それを所定の濃度範囲とするこ
とによって耐久性の優れた発熱体基板を形成するように
したものである。
When the protective film is formed as the protective layer (upper layer) on the heating resistor of the substrate, the film forming method includes a vapor deposition method, a sputtering method, and the like. Also varies in durability. The present invention has undergone many researches, and particularly in a film forming method using Ar gas, particularly when forming a cavitation protective film, if the Ar concentration mixed in the cavitation protective film is the same, the film forming method or Since the durability is almost the same even if the film forming conditions are different, it was found that the Ar concentration in the cavitation protection film is greatly related to the durability, and by setting it to a predetermined concentration range, durability can be improved. The heating element substrate having excellent properties is formed.

【0008】[0008]

【実施例】次に、本発明を実施例に基づいて具体的に説
明する。 [実施例1]図3は、本発明のインクジェット記録ヘッ
ド用基板の構成図であり、図3(A)はその主要部の平
面図、図3(B)は図3(A)のX−Y線断面部分図で
ある。この基板は基体1上に一対の電極3a,3bと発
熱抵抗部8を構成する電気熱変換体2が設けられ、その
保護層は発熱体表面の保護層4−1と、その上に形成さ
れたキャビテーション保護層4−2及びこれらとは別の
保護層4−3とで構成されている。
EXAMPLES Next, the present invention will be specifically described based on Examples. [Embodiment 1] FIG. 3 is a constitutional view of a substrate for an ink jet recording head of the present invention. FIG. 3 (A) is a plan view of a main portion thereof, and FIG. 3 (B) is an X- line of FIG. 3 (A). It is a Y line sectional partial view. This substrate is provided with a pair of electrodes 3a and 3b and an electrothermal converter 2 constituting a heating resistor portion 8 on a base body 1, and a protective layer thereof is formed on a protective layer 4-1 on the surface of the heating element and on the protective layer 4-1. And a cavitation protective layer 4-2 and a protective layer 4-3 other than these.

【0009】保護層4−1の構成材料としては、例えば
SiO2、WO3、Ta23他金属酸化物、Si34、A
lNなどの高抵抗酸化物または高抵抗窒化物などの材料
を挙げることができる。また保護層4−2としてはT
a、保護層4−3としてはポリイミドなどの有機物が良
い。
Examples of the constituent material of the protective layer 4-1 include SiO 2 , WO 3 , Ta 2 O 3 and other metal oxides, Si 3 N 4 , and A.
Mention may be made of materials such as high resistance oxides such as 1N or high resistance nitrides. Further, as the protective layer 4-2, T
Organic materials such as polyimide are preferable for the a and the protective layer 4-3.

【0010】発熱体基板の形成は、まず、Si基板1上
に厚さ1000オングストロームのHfB2と、厚さ6
000オングストロームのAlをスパッタした後、フォ
トリソ工程でHfB2発熱抵抗部8とAl電極3a、3
bを形成する。この後保護層4−1として厚さ1.9μ
mのSiO2をスパッタする。ここ迄を同一工程で作成
した基板を3枚用意する。
To form the heating element substrate, first, HfB 2 having a thickness of 1000 Å and a thickness of 6 are formed on the Si substrate 1.
After sputtering 000 Å of Al, the HfB 2 heating resistor 8 and the Al electrodes 3a, 3
b is formed. After this, the protective layer 4-1 has a thickness of 1.9 μm.
m of SiO 2 is sputtered. Three substrates prepared in the same process up to here are prepared.

【0011】図4は、Arガスによるスパッタガス圧と
スパッタ工程においてTa膜中に混入したAr濃度の関
係を示した図である。図中101はMRC製603型ス
パッタ装置(ノンバイアス)、102は日電アネルバ製
1015型スパッタ装置、によるものである。スパッタ
ガス圧とスパッタ工程においてTa膜中に混入したAr
濃度は、成膜装置の構造、カソード電流、バイアスの有
無等で異なる。MRC製603型スパッタ装置で圧力を
図4A〜Cの3点にし、表1の条件でTa膜のスパッタ
リングを行った結果、Ta膜中のAr濃度が、Aでは2
000ppm、Bでは3000ppm、Cでは3400
ppmのAr濃度のものを得た。
FIG. 4 is a diagram showing the relationship between the sputtering gas pressure by Ar gas and the Ar concentration mixed in the Ta film in the sputtering process. In the figure, 101 is an MRC 603 type sputtering device (non-bias), and 102 is a Nichiden Anelva 1015 type sputtering device. Sputtering gas pressure and Ar mixed in the Ta film in the sputtering process
The concentration varies depending on the structure of the film forming apparatus, the cathode current, the presence / absence of bias, and the like. The pressure was set to 3 points in FIGS. 4A to 4C by an MRC 603 type sputtering apparatus, and the Ta film was sputtered under the conditions shown in Table 1. As a result, the Ar concentration in the Ta film was 2 in the case of A.
000 ppm, B 3000 ppm, C 3400
An Ar concentration of ppm was obtained.

【0012】[0012]

【表1】 この後、フォトリソ工程でTa、SiO2をパターニン
グし耐久試験を実施する。耐久試験の方法を図5に示
す。ヒーターボード11はパターニングされた基板であ
り数百個のエレメントを有する。このエレメントを1ビ
ットおきにその90ビットを電源12に並列に接続す
る。インク13を入れた容器14にヒーターボード11
のヒーター部分のみを浸し、パルスを印加する。駆動電
圧は発泡電圧の1.25倍、パルス幅は7μsec、駆
動周波数は4.5kHzとし、1×108パルス迄印加
し、耐久試験結果における残存率を比較した。結果を図
1に示す。Ar濃度が2000ppmのAに比べ280
0ppm以上のB,Cの残存率が高いことが分かる。
[Table 1] After that, Ta and SiO 2 are patterned in a photolithography process and a durability test is performed. The durability test method is shown in FIG. The heater board 11 is a patterned substrate and has hundreds of elements. Every other bit of this element, 90 bits are connected to the power supply 12 in parallel. Heater board 11 in container 14 containing ink 13
Immerse only the heater part of and apply a pulse. The driving voltage was 1.25 times the foaming voltage, the pulse width was 7 μsec, the driving frequency was 4.5 kHz, application was performed up to 1 × 10 8 pulses, and the residual ratios in the durability test results were compared. The results are shown in Fig. 1. 280 compared to A with an Ar concentration of 2000 ppm
It can be seen that the residual rate of B and C above 0 ppm is high.

【0013】[実施例2]SiO2を実施例1と同じ工
程で作ったものに日電アネルバ製1015型スパッタ装
置で表2の条件でTaを成膜し、耐久試験を実施した。
[0013] [Example 2] forming a Ta under the conditions of Table 2 in NICHIDEN manufactured by ANELVA 1015 type sputtering apparatus that the SiO 2 was prepared by the same process as in Example 1 was conducted a durability test.

【0014】[0014]

【表2】 結果を図1に併記したが、スパッタ形式や圧力乃至は装
置等が異なっても同じAr濃度であれば、同程度の耐久
性を示している。また、Ar濃度が2800ppm以上
で耐久性の高いことが分かる。尚Ar濃度が7000p
pmのG点および9000ppmのH点の試料は内部応
力が大きく成膜直後に膜剥離を生じた。
[Table 2] The results are also shown in FIG. 1. Even if the sputtering type, the pressure, the apparatus, and the like are different, the same Ar concentration shows the same durability. Further, it can be seen that the durability is high when the Ar concentration is 2800 ppm or more. Ar concentration is 7000p
Samples with a G point of pm and an H point of 9000 ppm had large internal stress and film peeling occurred immediately after film formation.

【0015】[0015]

【発明の効果】本発明は、以上に説明したように、発熱
体表面の保護膜をその保護膜中のアルゴン(Ar)濃度
を所定の濃度となるように構成することによって、耐久
性の優れたインクジェット記録ヘッドの発熱体基板を得
ることができる。発明においては、とりわけ、Taで形
成されたキャビテーション保護膜において、その保護膜
中のAr濃度が2800〜6000ppmである保護膜
を構成することによって、その耐キャビテーション性を
向上させ、耐久性の優れたインクジェット記録ヘッドの
発熱体基板を得ることができる。
As described above, according to the present invention, the protective film on the surface of the heating element is constituted so that the argon (Ar) concentration in the protective film becomes a predetermined concentration, whereby the durability is excellent. It is possible to obtain a heating element substrate for an inkjet recording head. In the invention, in particular, in a cavitation protective film formed of Ta, by forming a protective film having an Ar concentration of 2800 to 6000 ppm in the protective film, the cavitation resistance is improved and the durability is excellent. It is possible to obtain the heating element substrate of the inkjet recording head.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】Ta膜中のAr濃度と耐久性の違いを示した図
である。
FIG. 1 is a diagram showing a difference in Ar concentration and durability in a Ta film.

【図2】記録ヘッドの一例を示す構造図であり、図2
(B)はその全体図、図2(A)は発熱体基板の一部拡
大断面図である。
2 is a structural diagram showing an example of a recording head, and FIG.
FIG. 2B is an overall view thereof, and FIG. 2A is a partially enlarged sectional view of the heating element substrate.

【図3】本発明のインクジェット記録ヘッド用基板の構
成図であり、図3(A)はその主要部の平面図、図3
(B)は図3(A)のX−Y線断面部分図である。
FIG. 3 is a configuration diagram of an ink jet recording head substrate of the present invention, FIG. 3 (A) is a plan view of a main portion thereof, and FIG.
3B is a partial sectional view taken along line XY of FIG.

【図4】ガス圧とTa膜中のAr濃度を示した図であ
る。
FIG. 4 is a diagram showing a gas pressure and an Ar concentration in a Ta film.

【図5】耐久試験の構成図である。FIG. 5 is a configuration diagram of a durability test.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 基体 2 電気熱変換体 3 電極 4 上部層 5 天板 6 流路 7 ノズル 8 発熱抵抗部 9 インク注入口 10 液室 11 ヒーターボード 12 電源 13 インク 14 容器 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Base 2 Electrothermal converter 3 Electrode 4 Upper layer 5 Top plate 6 Flow path 7 Nozzle 8 Heat generation resistance part 9 Ink inlet 10 Liquid chamber 11 Heater board 12 Power supply 13 Ink 14 Container

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】インクジェット記録ヘッドの発熱体基板に
おいて、その基板上の発熱体表面に形成されている保護
膜が、その保護膜中に所定濃度のアルゴン(Ar)を有
するように構成されていることを特徴とするインクジェ
ット記録ヘッドの発熱体基板。
1. A heating element substrate of an ink jet recording head, wherein a protective film formed on the surface of the heating element on the substrate has a predetermined concentration of argon (Ar) in the protective film. A heating element substrate of an ink jet recording head characterized by the above.
【請求項2】前記保護膜中のAr濃度が、2800〜6
000ppmであることを特徴とする請求項1に記載の
インクジェット記録ヘッドの発熱体基板。
2. The Ar concentration in the protective film is 2800-6.
The heating element substrate of the ink jet recording head according to claim 1, wherein the heating element substrate is 000 ppm.
【請求項3】前記保護膜が、キャビテーション保護膜で
あることを特徴とする請求項1に記載のインクジェット
記録ヘッドの発熱体基板。
3. The heating element substrate for an ink jet recording head according to claim 1, wherein the protective film is a cavitation protective film.
【請求項4】前記保護膜が、タンタル(Ta)で形成さ
れていることを特徴とする請求項3に記載のインクジェ
ット記録ヘッドの発熱体基板。
4. The heating element substrate for an ink jet recording head according to claim 3, wherein the protective film is made of tantalum (Ta).
JP28296294A 1994-10-21 1994-10-21 Heating element substrate of ink jet recording head Pending JPH08118650A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP28296294A JPH08118650A (en) 1994-10-21 1994-10-21 Heating element substrate of ink jet recording head

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP28296294A JPH08118650A (en) 1994-10-21 1994-10-21 Heating element substrate of ink jet recording head

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPH08118650A true JPH08118650A (en) 1996-05-14

Family

ID=17659392

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP28296294A Pending JPH08118650A (en) 1994-10-21 1994-10-21 Heating element substrate of ink jet recording head

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPH08118650A (en)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US4335389A (en) Liquid droplet ejecting recording head
JPS59201868A (en) Liquid jet recording head
JP2971473B2 (en) Ink-jet head and method for manufacturing head substrate
JP2612580B2 (en) Liquid jet recording head and substrate for the head
JPS62202741A (en) Preparation of liquid jet recording head
GB2153304A (en) Liquid jet recording head
JPH01145158A (en) Liquid jet recording head and substrate therefor
JPH08118650A (en) Heating element substrate of ink jet recording head
JPH0872242A (en) Ink jet head
JPH064326B2 (en) Liquid jet recording head
JPS5943315B2 (en) Droplet jet recording head
JPH08207281A (en) Ink jet recording head
JPH058391A (en) Ink jet recording head and production thereof
JPH0584910A (en) Liquid jet recording head
JPH05330048A (en) Ink-jet head, manufacture thereof and ink-jet recording device using the same head
JPS62156971A (en) Forming of coated film
JP2865947B2 (en) INK JET HEAD, METHOD OF MANUFACTURING THE SAME, AND INK JET RECORDING APPARATUS USING THE SAME
JPH05330056A (en) Ink-jet head, manufacture thereof and ink-jet recording device using the same head
JPS6342577B2 (en)
JP2865946B2 (en) INK JET HEAD, METHOD OF MANUFACTURING THE SAME, AND INK JET RECORDING APPARATUS USING THE SAME
JP2865944B2 (en) INK JET HEAD, METHOD OF MANUFACTURING THE SAME, AND INK JET RECORDING APPARATUS USING THE SAME
JP3903749B2 (en) Thermal ink jet print head and method of manufacturing heating resistor
JP2866253B2 (en) INK JET HEAD, METHOD OF MANUFACTURING THE SAME, AND INK JET RECORDING APPARATUS USING THE SAME
JPH0531903A (en) Substrate for ink jet head, ink jet head using same and ink jet device equipped with the ink jet head
JP2866254B2 (en) INK JET HEAD, METHOD OF MANUFACTURING THE SAME, AND INK JET RECORDING APPARATUS USING THE SAME