JPS59106974A - 液体噴射記録ヘツド - 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、液体を噴射し、飛翔液滴を形成して記録を行
なう液体噴射記録ヘッドに関する。

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所謂普通紙に定着と
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３’ｌ−３／ｇ３７号公報、ド
イツ公開（ＤＯＬＳ）第：１．ｇｌ１３０Ａグ号公報に
記載されてい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た記録法は、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
を起し、該状態変化に基づく作用力によって、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。

殊Ｋ、ＤＯＬ８　２ｇ’１３０乙ケ号公報に開示されて
イル液体噴射記録法は、所謂ｄｒｏｐ−ａｎ　ｄｅｍａ
ｎｄ　記録法に極めて有効に適用されるばかりではなく
、記録ヘッド部をｆｕｌｌ　１ｉｎｅタイプで高密度マ
ルチオリフィス化された記録〜ラドが容易に具現化でき
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
を吐出するために設けられたオリフィスと、該オリフィ
スに連通し、液滴を吐出するため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。

このような液体噴射記録〜ラドの構造を示す典型的な例
が、第７図（ａ）、及び第１図（ｂ）に示される。

第７図（ａ）は、液体噴射記録ヘッドのオリフィス側か
ら見た正面部分図であり、第１図（ｂｌは、第７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。

記録ヘッド１００は、その表面に電気熱変換体１０／が
設げられている基板１０２の表面を、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１０３
で覆うように接合することによって、オリフィスＩＯ’
ｌと液吐出部１０３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には、オリフィス１０Ｉ！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、このようなものに限定されるものではなく、単一
オリフィスの記録ヘッドも本発明の範噴にはいるもので
ある。

液吐出部１０３は、その終端に液体を吐出させるための
オリフィス７０りと、電気熱変換体１０／より発生され
る熱エイ・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き起す箇所
である熱作用部１０乙とを有する。

熱作用部１０乙は、電気熱変換体１０／の熱発生部１０
７の上部に位置し、熱発生部１０７の液体と接触する面
としての熱作用面１０ｇをその底面としている。

熱発生部１０７は、基板１０２上に設けられた下部層１
０７、該下部層１０９上に設けられた発熱抵抗層／１０
、該発熱抵抗層／１０上に設けられたＬ部層／／／とで
構成される。発熱抵抗層／１０には、熱を発生させるた
めに該層／１０に通電するための電極／／２．／／３が
その表面に設けられである。電極／／２は、各液吐出部
の熱発生部に共通の電極であり、電極／／３は、各液吐
出部の熱発生部を選択して発熱させるための選択電極で
あって、液吐出部の液流路に沿って設けられている。

上部層／／／は、熱発生部１０７に於いては発熱抵抗層
／１０を、使用する液体から化学的、物理的に保護する
ために発熱抵抗層／１０と液吐出部１０３の液流路を満
たしている液体とを隔絶すると共に、液体を通じて電極
７７２．７７３間が短絡するのを防止する、発熱抵抗層
／１０の保護的機能を有している。また、上部層／／／
は、隣接する電極間に於ける電気的リークを防止する役
目も荷っている。殊に、各選択電極間に於ける電気的リ
ークの防止、或い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
て起る電極の電蝕の防止は重要であって、このためにこ
のような保護層的機能を有する上部層／／／が少なくと
も液流路下に存在する電極上には設けられている。

更に、各液吐出部に設けられている液流路は、その上流
に於いて、該液流路に供給する液体を貯える共通液室（
不図示）に連通しているが、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
るように設けられるのが一般的である。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るのが一般的である。

ところで上記の上部層／／／は、設けられる場所によっ
て要求される特性が各々異なる。即ち、例えば熱発生部
１０７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、■絶縁性及び■耐破傷
性に優れていることが要求され、熱発生部１０７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■〜
■の特性の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１０７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１０
７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液
体噴射記録ヘッドの場合には、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
返しが行なわれ、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ツプウエツヂ部（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（５ｔｅｐ　ｃｏｖｅｒａｇｅ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、電蝕或いは電気
的絶縁破壊を起す誘因となる。また、形成される上部層
がその製造法上に於いて欠陥部の生ずる確率が少なくな
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。

これ等の理由から、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
或い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液体噴射記録ヘッ
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液体噴射記録ヘッドを提供するこ
とを主たる目的とする。

また、本発明の別の目的は、製造加工上に於ける信頼性
の高い液体噴射記録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
高い液体噴射記録ヘッドを提供することでもある。

本発明の液体噴射記録ヘッドは、液体を吐出して飛翔的
液滴を形成するために設けられたオリフィスと、該オリ
フィスに連通し、前記液滴を形成するための熱エネルギ
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、該流路に供給する前
記液体を貯える共通液室と、基板上に設けられた発熱抵
抗層に電気的に接続して、少なくとも一対の対置する電
極が設けられ、これ等電極の間に熱発生部が形成されて
いる電気熱変換体とを具備する液体噴射記録ヘッドに於
いて、前記電極の少なくとも前記共通液室の下にある部
分上に、無機絶縁材料で構成される第１の層、有機質材
料で構成される第λの層及び無機材料で構成される第３
の層が、前記電極側よりこの順で積層されて成る上部層
を有することを特徴とする。

以下、図面に従って本発明の液体噴射記録ヘッドを具体
的に説明する。

第一図（ａ）には、本発明の液体噴射記録ヘッドの好適
な実施態様例の構造の主要部を説明するためのオリフィ
ス側から見た正面部分図が、第Ω図（ｂ）には、第２図
（ａ）に一点鎖線Ａ　Ａ’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、先に
説明した第１図（ａ）に相当し、第λ図（ｂ）は第１図
（ｂ）に相当するものである。

図に示される液体噴射記録ヘッド２００は、所望数の電
気熱変換体λ０／が設けられた熱を液吐出に利用する液
体噴射記録（バブルジェット：ＢＪと略記する）用の基
板２０２と、前記電気熱変換体２０／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。

ＢＪ基板、２０．２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ＢＪ基板、２０２の電気熱変
換体２０／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液流路、２０ケを形成しており、該
液流路２０ダは、その構成の一部に熱作用部２０ｋを有
する。

ＢＪ基板、２０．２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２０乙と、該支持体２０４
　Ｊ：に８１０２　等で構成される下部層２０７と、発
熱抵抗層２０ｇと、発熱抵抗層、２０ｇの上面の両側に
は液流路、２０’ｌに沿って共通電極２０９及び選択電
極２１０と、発熱抵抗層２０ｇの電極で被覆されてない
部分及び電極２０９．２７０の部分を覆う様に上部層、
２／／とを具備している。

電気熱変換体２０／は、その主要部として熱発生部２７
．２を有し、熱発生部２／２は、支持体２０乙上に支持
体２０乙側から順次、下部層２０７１．２／りが積層さ
れて構成されており、第３の層の２７７の表面（熱作用
面）２／３は、液流路、ｌＯ’１中を満たしている液体
と直接接触している。

一方、選択電極２１０のほぼ大部分の表面は、第１の層
ス／乙、有機質材料で構成される第一０層（以下、第λ
の層と略）２／’ｌ及び第３の層が、電極側よりこの順
で積層されてなる上部層２／／により覆われ、該上部層
はこのままの形で液流路２０グの」二流に設けられる共
通液室２／９の底面部分にも設けられる。

第Ω図に示される液体噴射記録ヘッド、２００の場合に
は、共通電極、２０９の上層は第λの層、２／４’を有
さない上部層、２／／が設けられた構造を有するが、本
発明に於いては、これに限定されることはなく、選択電
極２１０の表面と同様な第λの層を有する上部層２／／
が設けられてもよい。しかしながら、第２図に示す構造
の液体噴射記録ヘッドの場合、第２図（Ｃ）にＢＪ基板
の平面部分図を示したように、各液吐出部に於ける液流
路（電極、２０９のオリフィス側先端部と熱作用面２／
３と選択電極２１０の上方に形成されている）の熱作用
面２／３よりオリフィス側に於いては、第λの層、２／
４が設けてない。したがって、熱作用面２／３の液流路
方向の前後に於いて、第２図（ｂ）の切断面図にも示さ
れるように、共通電極２ＯＬ？上の上部層２／／の表面
位置と熱作用面２／３との表面位置との段差が共通電極
２０９を設けることによって生じた段差だけですむため
、第スの層を有する上部層、２／／を共通型ｍ２０９上
にも設けた場合に較べて、液体吐出の安定性は優れてい
る。

即ち、第２図に示される液体噴射記録ヘッド、２００の
場合には、熱作用面２／３からオリフィス側に於いては
、液流路の底面にそれ程の凹凸がなく、比較的滑らかで
あるので液体の流れが円滑であって液滴の形成が安定的
に行なわれる。しかしながら、共通電極２０ｑ上の上部
層２／／の表面位置と、熱作用部２／３の表面位置とが
形成する段差△ｄは、液流路２０’ｌの」二面、２７Ｓ
と熱作用面２／３との距離ｄに較べて実質的に無視し得
る程に小さければ液滴形成の安定性にはそれ程影響がな
い。従って、この範囲内であれば、共通電極、２０９の
上にも第２の層を有する上部層を設けても何らさしつか
えない。

上部層２／／の最下層として設けられる第１の層２／乙
の主としての役割は、共通電極２０９と選択電極２７０
間の絶縁性を保つことにあり、比較的熱伝導性及び耐熱
性にも優れた、例えばｓｉｏ、。

等の無機酸化物や８１３Ｎ４等の無機窒化物等の無機質
絶縁材料で構成される。

第１の層、２／乙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、酸化イツトリウム、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でき、その層厚
としては、一般に０７〜５μｍ、好ましくは０２〜３μ
ｍ。

特に好ましくは０．３〜３μｍとされるのが望ましい。

第スの層２／’ｌは、液流路、：ｌＯ’ｌ及び共通液室
、２／９のような液体と接触する可能性のあるＢＪ基板
の主たる表面に第１の層に積層する形で設けられ（第２
図（ｂ）参照）その主なる役目は液浸透防止と耐液作用
にある。そして、更に共通液室、２／ｑより後方の電極
配線部、２．２／をも第１の層を介して被覆するように
設けることによって、電極配線部を製造工程中に起る電
極配線部めキズの発生、断線の発生等を防止することが
できる。

第スの層２／’ｌは、先述したような特性を有する層が
形成される有機質材料で構成され、更には、■成膜性が
良いこと、■緻密な構造でかつピンホールが少ないこと
、■使用インクに対し膨潤、溶解しないこと、■成膜し
たとき絶縁性が良いこと、■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。そのような有機質材料
としては以下の樹脂、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、熱硬化性フェノ
ール樹脂、Ｐ−ビニルフェノール樹脂、ザイロツク樹脂
、　　　− ゛トリアジン樹脂、ＢＴ樹脂（、ト リアジン樹脂とビスマレイミド付加重合樹脂）等が挙げ
られる。又、この他に、ポリキシリレン樹脂及びその誘
導体を蒸着して第スの層２／’ｌを形成することもでき
る。

更に、種々の有機化合物モノマー、例えばチオウレア、
チオアセトアミド、ビニルフェロセン、ｉ　３．５−　
トリクロロベンゼン、クロロベンゼン、スチレン、フェ
ロセン、ピロリン、ナフタレン、ペンタメチルベンゼン
、ニトロトルエン、アクリロニトリル、ジフェニルセレ
ナイｌ’、Ｐ−トにイジン、Ｐ−キシレン、Ｎ、Ｎ−ジ
メチル−Ｐ−トルイジン、トルエン、アニリン、ジフェ
ニルマーキｊ、　ＩＪ−、ヘキサ／チルベンゼン、マロ
ノニトリル、テトラシアノエチレン、チオフェン、ベン
ゼンセンノール、テトラフルオロエチレン、エチレン、
Ｎ−ニトロンジフェニルアミン、アセチレン、２２、’
ｌ−トリクロロベンゼン、プロパン、等を使用してプラ
ズマ重合法によって成膜させて、第２の層２／’Ｉを形
成することもできる。

しかしながら、高密度マルチオリフィスタイプの記録ヘ
ッドを作成するのであれば、上記した有機質材料とは別
に微細フォトリソグラフィー加工が極めて容易とされる
有機質材料を第λの層、２７ｑを形成する材料として使
用するのが望ましい。そのような有機質材料としては具
体的には、例えばの　ポリイミドイソインドロキナゾリ
ンジオン（商品名：ＰＩＱ、日立化成製） ■　ポリイミド樹脂（商品名：　ＰＹＲＡＬＩＮ、デュ
ポン製） ■　環化ポリブタジェン（商品名：　ＪＳＲ−ＣＢＲ１
日本合成ゴム製） （耐熱性フォトレジスト） ０　フォトニース（商品名：東し製） その他の感光性ポリイミド樹脂等が好ましいものとして
挙げられる（なお、上記の式は硬化層形成後の構造式と
一般に認められているものの例である）。

これ等の微細フォトリングラフィ加工が容易に行える有
機質材料を用いて第コの層２／’Ｉを形成する場合には
、該材料を用いて形成された第ユの層２／グと、該層２
／ダの下に設けられる、第７の層２／Ａとの密着性をよ
り強めるために、第ユの層２／’Ｉを形成する際に、該
層の形成される表面を、所謂アンカーコート剤を用いて
アンカーコート処理を行なうことが望ましい。このよう
なアンカーコート剤としては、殊にののアンカーコート
剤として市販されているアルミニウムアルコラード系の
アンカーコート剤や、所謂シランカップリング剤を挙げ
ることができる。

シランカップリング剤としては、種々のものが各社より
市販されているが、本発明に於いては例えば、信越化学
社製の ＫＡ１００３・・・ビニルトリクロロシラン：ＣＨ２＝
ＣＨ８１Ｃ１３ ＫＢＥ１００３・・・ビニルトリエトキシシラン：ＣＨ
２＝ＣＨ８１（ＱＣ，Ｈ，）ｓ ＫＢＣ１００３・・・ビニルトリス（β−メトキシエト
キシ）シラン：、− ０Ｈ２＝ＯＨ８ｉ（ＯＣＨ２０Ｈ，、０ＣＨ３）　３Ｋ
ＢＭ３０３・・・β−（、？、ｌＩエホキシシク口ヘキ
シル）ＫＢＭ４０３・・・γ−グリシドオキシプロピル
トリメトキシシラン： ＫＢＭ５０３・・・γ−メタアクリルオキシプロピルト
リメトキシシラン： ＫＢＭ乙０２・・・ｎ−（ジメトキシメチルシリルプロ
ピル） エチレンジアミン： Ｎ２　Ｎ　（ＣＨ２）２　ＮＨ（ＣＨ２）ｓ　Ｓ　ｌ（
ＯＣＨｓ　）２ＣＨ３ ＫＢＭ乙０３・・・ｎ−（トリメトキシシリルプロピル
）エチレンジアミンミ Ｈ２Ｎ　（ＣＨ２）２　ＮＨ（ＣＨ２）　ｓ　Ｓ　ｌ（
０ＣＨａ　）Ｂ等が好適なものとして挙げることができ
る。

このようにして作成される第コの層の膜厚としては、一
般に０７〜２０μｍ、好ましくは０７〜３μｍ１特に好
ましくはθ、ｔ−２μｍとされるのが望ましい。

上部層／／／の最上層として設けられる第３の層／／り
の役割は、主に耐液性と機械的強度の補強の付与にある
。この第３の層／／７は、液流路２０’／−及び共通液
室２／９のような液体と接触する可能性のあるＢＪ基板
のほぼ全面に最表層／／りとして設けられ、粘りがあっ
て、比較的機械的強度に優れ、かつ第７の層２／乙及び
第ユの層２／’１に対して密着性と接着性のある、例え
ば層２／乙が８１０．で形成されている場合には和等の
金属材料で構成される。このように上部層２／／の表面
とによって、特に熱作用面２／３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
吸収することができ、電気熱変換体′２０／の寿命を格
段に延ばす効果がある。

ｍａ族の元素、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ　　などの第ＴＶａ族
の元素、Ｖ、Ｎｂなとの第ｖａ族の元素、Ｃｒ、ＭＯ，
Ｗなどの第ｖｉａ族の元素、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ　　など
の第■族の元素；　Ｔｉ−Ｎｉ　、　Ｔａ−ｗ、　Ｔａ
−ＭＯ−Ｎｉ　、　Ｎ１−ｃｒ　、　ｒｅ−ｃｏ、　Ｔ
１−ｗ、　Ｆｅ−Ｔｉ　、　Ｆｅ−Ｎｉ　、　Ｆｅ−ｃ
ｒ、　Ｆｅ−Ｎ１−ｃｒなトノ上記金属ノ合金；　Ｔｉ
−Ｂ　、　Ｔａ−Ｂ　、　Ｈｆ−Ｂ　、Ｗ−Ｂなどの上
記金属の硼化物；　Ｔｉ−ｃ　、　ｚｒ−ｃ　、　ｖ−
ｃ　、　Ｔａ−ｃ　、　ＭＯ−Ｃ、Ｎ１−ｃなどの上記
金属の炭化物；ＭＯ−ｓｉ　、ｗ−ｓｉ　、　Ｔａ−５
，ｉ−などの上記金属のケイ化物；Ｔ　１−Ｎ　、　Ｎ
ｂ　−Ｎ　、　Ｔａ−Ｎなどの上記金属の窒化物が挙げ
られる。第３の層は、これらの材料を用いて蒸着法、ス
パッタリング法ＣＶＤ法等の手法により形成することが
でき、その膜厚としては、一般に００ノ〜Ｓμｍ、好ま
しくはθ／〜３μｍ、特に好ましくは０２〜３μｍとさ
れるのが望ましい。

また、材料、膜厚の選択にあたっては、その比抵抗が／
オーム・センチメートル以下の層とすることが好ましい
が、耐機械的衝撃性の強い５ｉ−ｃなどの絶縁材も好適
に使用できる。

第３の層は、上記の層単独であってもよいが、もちろん
これらの幾つかを組合わせることもできる。また、第３
の層を上記のもの単独ではなく、第１の層の材質と組み
合わせて使用することも可能である。すなわち、第１の
層として５１０２、第λの層としてＰＩＱを積層した後
、第３の層として５１０２　　とＴａを順次積層しても
良（Ｉ′ｆ−な結果が得られる。

本発明の液体噴射記録ヘッドにおいては、」二部啜が無
機絶縁材料で構成される第１の層、有機質材料で構成さ
れる第コの層及び無機材料で構成される第３の層が、電
極側よりこの順で積層されて構成されていることが重要
である。第１の層乃至第３の層をこの順序で積層せずに
、電極２０ｑ。

２１０上に直接、例えばＰＩＱなとの樹脂からなる第コ
の層を積層し、その上に５１０２　からなる第１の層、
Ｔａからなる第３の層を積層した場合には、発熱抵抗層
トの部分に炭化した樹脂が残存することによる絶縁不良
が生じたり、この部分の発熱抵抗層と８１０２　　との
密着性が低下したり、更には、電極と樹脂との密着が不
十分となる現象が生じ、長期間液体噴射用記録ヘッドと
して使用した場合には、これらの部分に剥離が生じ耐久
性上に問題が生ずる。本発明の液体噴射記録ヘッドにお
いては、発熱抵抗層及び電極層上に直接第１の層が設け
られ、しかる後第１の層の上面にＰＩＱなとの樹脂から
なる第Ωの層が設けられたことによって、上記問題の発
生が回避でき、インク等の液体の長・期間の浸漬に対し
ても耐久性のある上部層が形成された。

下部層２０７は、主に熱発生部２／コより発生する熱の
支持体２０乙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、２Ｏ３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、２／ユより発生する
熱が熱作用部２０３側により多く流れるようにし、電気
熱変換体２０／への通電がＯＦＦされた際には、熱発生
部２／２に残存している熱が、支持体２０乙側に速やか
に流れるよう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５１０２　　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λθｇ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。

そのような材料としては、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、
或いは、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及びその合金並びにそれらの硼
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２０ｇ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でき、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２０ｇは、上記した材料を使用して、電子ビ
ーム蒸着やスパッタリング等の手法を用いて形成するこ
とが予きる。

発熱抵抗体層の層厚は、単位時間当りの発熱量が所望通
りとなるように、その面積、材質及び熱作用部の形状及
び大きさ、更には実際面での消費電力等に従って決定さ
れるものであるが通常の場合、０θθ／〜５μｍ、好適
には００７〜７μｍとされる。

電極２０９及び２１０を構成する材料としては、通常使
用されている電極材料の多くのものが有効に使用され、
具体的には例えば、ＡＩ、Ａｇ、Ａｕ、Ｐｔ。

ＣＵ等の金属が挙げられ、これ等を使用して、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。

溝付板コθ３並びに熱作用部２０３の上流側に設けられ
る共通液室２／９の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、或い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いは殆んど受けないもの
であって微細精密加工が容易に適用され得ると共に、面
精度を所望通りに容易に出すことができ、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
るように加工し得るものであれば、大概のものが有効で
ある。

そのような材料として代表的なものを挙げれば、セラミ
ックス、ガラス、金属、プラスチック或いはシリコンウ
ェーへ−等が好適なものとして例示される。殊に、ガラ
ス、シリコンウェルバーは加工上容易であること、適度
の耐熱性、熱膨張係数、熱伝導性を有しているので好適
な材料の７つである。オリフィス２７ｇの周りの外表面
は液体で漏れて、液体がオリフィス、２７ｇの外側に回
り込まないように、液体が水系の場合には撥水処理を、
液体が非水系の場合には撥油処理を施した方が良い。

第２図（ｄ）は、第２図（ｂ）に示す一点鎖線Ｂ　Ｂ’
で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、１００は、第２図
（Ｃ）及び（ｄＪに示すように上部層２７／中の第コの
層２７グは、液流路２０グの熱作用面、２／３からオリ
フィス、２７ｇへ至る部分に於いては除去され、液流路
、２ｏｔｉ上以外のオリフィス側部分には設けられてい
るが、変形例として熱作用部２／３よりオリフィス側全
域（すなわち、第２図１ｃ）のＣａ２線より上方に相当
する部分）に亘って第コの層Ｊ／４’を設けなくともそ
れ程差し支えないものである。

しかしながら、より好ましい実施態様としては、第２図
（Ｃ１に示す様に熱作用面２／３よりオリフィス側でも
、液流路２０’ｌ上以外の電極部分は、第１の層を介し
て第コの層２／’Ｉで被覆する例が挙げられる。

第３図には、熱作用面以外の全領域部分を第１の層を介
して第２の層で被覆する場合の被覆領域の例を示す模式
的平面部分図が示される。■で示す枠内が実際の熱作用
面３０／であって本発明に於いては、枠■で示す様に熱
作用面３０／の領域のみを除いて第２の上部層を設けて
も良いし、また、枠ので示す様に熱作用面３０／より広
い領域３０３０部分を除いて第スの上部層を設けても良
く、或いは枠■で示す様に熱作用面３θ／より狭い領域
３０２の部分を除いて第２の上部層を設けても良い。

ても良い。

以下、本発明を実施例に従って説明する。

実施例 Ｓｌ　　ウェハを熱酸化により５μｍ厚の８１０２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ＨｆＢ、、を／！ｆ；ＯＯＡの厚みに形成し、続い
て電子ビーム蒸着により１１層３０Ａ、Ａ１層５ｏｏｏ
ｈを連続的に堆積した。

フォトリソ工程により第Ω図（Ｃ）のようなパターンを
形成し、熱作用面のサイズは３０μｍ幅、７５０８膜長
で１電極の抵抗を含めて７５０オームであった。

次に、基板の全面上ＶｃＳ１０２　をスパッタにより２
．２μｍの厚さで積層した（第１の層の形成）。

続いて２０μｍ厚のＰＩＱ層（第２の層）を第２図（Ｃ
）の斜線部分上に以下の工程に従って作成した。

すなわち第１の層の形成された支持体を洗浄、乾燥後、
第１の層上にＰＩＱ溶液をスピンナーでコーティングし
た（コーティング条件に於けるスピンナー回転条件は、
第１工程！；　００　ｒｐｍ、／　ＯｓｅＱ。

第ス工程’ｌ　０００　ｒｐｍ、　　’ｌ　Ｏｓｅｃ　
テある）。次に、ｇＯ°Ｃ中に７０分放置し、溶剤乾燥
後２２０℃で乙θ分仮ベーキングを行った。この上にホ
トレジストＯＭＲ−ｇ３（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−を用いて露光し、現像
処理を行い所望のＰＩＱ層パターンを得た。次にＰＩＱ
用エフェッチヤントい、室温でＰＩＱ層のエツチングを
行った。水洗、乾燥後ＯＭＲ用剥離剥離液トレジストを
剥離した後、３３０℃中で、りθ分間ベーキングを行い
、ＰＩＱ層パターンの形成工程を終えた。熱作用面周辺
部の除去部分の形状は第２図（Ｃ）に示す通りで・ナイ
スは５０８ｍ　ｘ２３０μｍの大きさである。

ＰＩＱ層の厚さは支持体上の発熱抵抗層、電極がない部
分では２０μｍ、発熱抵抗層、電極上面では７ｇμｍで
あった。これは５ｔｅｐ　ｃｏｖｅｒａｇｅ性が良好な
ことを示している。

第コの層を形成した後、この上部全面にＴａの０、５１
１ｍのスパッタによりＴａからなる第３の層を積層した
。次いでこのＢＪ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）に示しであるのと同様にＢ
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（溝サイズ巾Ｓθμｍ×深さＳθμｍ×長さ、
、２ｍ）が接着されている。

この様にして作成した記録ヘッドの電気熱変換体に７０
μｓの３０Ｖの矩形電圧を３　Ｋ　Ｈ２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。

このよう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ｌ？　電極の電蝕やＴａ保護層とＡＩ！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本願においては耐久回数と
定義する。

本実施例の構成によるヘッド・・・・・・（ａ）、本実
施例からＰＩＱ層を取り除いたヘッド・・・・・・（１
）ｌ、電極側からＰＩＱ層、８１０２　層、Ｔａ層の順
に積層して形成したヘッド・・・・・・（Ｃ）の３例に
ついて、７日当り５Ｘ１０７回、２０日間作動させて耐
久回数を比較した結果を第１表に示す。（各々サンプル
数７０００で評価した。） 第１表 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７０９回を安定して達成できる。従ってマルチヘ
ッドとしての使用に適している。（至））の構成のヘッ
ドではＳ１０□、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Ａｌ電極の電蝕及びＡＩ！　電
極とＴａ層との絶縁破壊による耐久性の劣化が顕著であ
った。（Ｃ）の構成のヘッドでは、２　Ｘ　／　０”回
を越えるｓ日目頃から８１０２層とＨｆＢ、層との剥離
が生じ、これによる熱発生部の機械的破壊あるいは絶縁
破壊が増大した。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）　、　（ｂ）は夫々、従来の液体噴射記録
ヘッドの構成を説明するためのもので、第１図（ａ）は
模式的正面部分図、第７図（ｂ）は第７図（ａ）のｘｘ
’一点鎖線での切断面部分図、第２図（ａ）　、　（ｂ
）　、　（Ｃ）　、　（ｄ）は夫々本発明の液体噴射記
録ヘッドの構成を説明するためのもので、第Ω図（ａ）
は模式的正面部分図、第２図（ｂ）は第２図（ａ）に示
すＡ　Ａ’一点鎖線での切断面部分図、第一図（０）は
ＢＪ基板の模式的平面部分図、第２図（ｄ）は第２図（
ｂ）に示すＢ　Ｂ’一点鎖線での切断面部分図、第３図
は本発明の他の例を示すための模式的主要部平面部分図
である。 １００．２００　：液体噴射記録ヘッド１０／　、２０
／　：電気熱変換体 １０２．２０２：基　板 ７０３．２０３’：溝付板 １０’１．２７ｇニオリフイス １０Ｓ　　　　：液吐出部 １０乙、２０！：熱作用部 １０７　　　　：熱発生部 １０ｇ　、２／３　：熱作用面 ７０９．２０７：下部層 ／１０．２０ｇ：発熱抵抗層 ／／／、２／／：上部層 ／／２．２０９：Ｃ共通）電極 ／／３、．２１０　：　（選択）電極 ２０’ｌ　　　　　：液流路 ２０乙　　　　　二支持体 ２／’ｌ　　　　　：第一の層 ２／Ｓ　　　　：液流路の上面 ２／乙　　　　：第１の層 ２／７　　　　：第３の層 、２／ヲ　　　　：共通液室 ２２０　　　　：液供給管 ２２／　　　　：電極配線部 特許出願人　キャノン株式会社

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 液体を吐出して飛翔的液滴を形成するために設けられた
   オリフィスと、該オリフィスに連通し、前記液滴を形成
   するため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
   、該流路に供給する前記液体を貯える共通液室と、基板
   上に設げられた発熱抵抗層に電気的に接続して、少なく
   とも一対の対置する電極が設けられ、これ等電極の間に
   熱発生部が形成されている電気熱変換体とを具備する液
   体噴射記録ヘッドに於いて、前記電極の少なくとも前記
   共通液室の下にある部分上に、無機絶縁材料で構成され
   る第１の層、有機質材料で構成される第スの層及び無機
   材料で構成される第３の層が、前記電極側よりこの順で
   積層されて成る上部層を有することを特徴とする液体噴
   射記録〜ツ　ド。