JPH0118867B2 - - Google Patents
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Description
【発明の詳細な説明】
本発明は、液体を滴化して、形成された液滴を
以て記録を行う方式に適用する液滴噴射装置に関
する。 ノンインパクト記録方法は、記録時に於ける騒
音の発生が無視し得る程度に極めて小さいという
点に於いて、最近関心を集めている。その中で、
高速記録が可能であり、而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える所謂
インクジエツト記録法（液体噴射記録法）は、極
めて有力な記録法であつて、これ迄にも様々な方
式の提案とそれを具現化する装置が考案され、改
良が加えられて商品化されたものもあれば、現在
も尚実用化への努力が続けられているものもあ
る。 その中で、例えば特開昭54−59936号公報、ド
イツ公開（DOLS）第2843064号公報に記載され
ている液体噴射記録法は、液滴形成エネルギーで
ある熱エネルギーを液体に作用させて、液滴吐出
の為の原動力を得るという点に於いて、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てある記録法で
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
く作用力によつて、記録ヘツド部先端のオリフイ
スより液滴が吐出、飛翔して被記録部材に付着し
記録が行われる。 特に、DOLS2843064に開示されている液体噴
射記録法は、所謂drop−on demand記録法に極
めて有効に適用されるばかりではなく、記録ヘツ
ド部をfull lineタイプで高密度マルチオリフイス
化して容易に実現出来るので、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。 この様に、上記の液体噴射記録法は、種々の利
点を有するものであるが、高解像度、高品質の画
像を更に高速で長時間記録する場合、或いは装置
の使用寿命を飛躍的に向上させるには、記録ヘツ
ドの繰返し使用寿命（耐久寿命）を向上させる必
要がある。 上記の如き記録法に適用される記録ヘツドの使
用寿命を決定している主たる要因は、具備される
電気・熱交換体の寿命である。即ち、上記の記録
法に適用される第１図示の記録ヘツド１０１は、
例えば、電気・熱交換体１０２は、液滴形成エネ
ルギー作用部である熱作用部１０７に於いて、エ
ネルギー作用面としての熱作用面１０９を介して
矢印Ａより導入される液体と接触している構成と
するのが、発生される液滴形成エネルギーとして
の熱エネルギーを熱作用部１０７にある液体に有
効且つ効率良く作用させ得るという点で一般的で
ある。 その為に、使用される記録液にもよるが、通常
の水を液媒体とする様な記録液を使用する場合に
は、該記録液を通じての電極１１３，１１４間の
電気的リークを防止する事、及び発熱抵抗層１１
１を前記記録液から、或いは熱的酸化から保護す
る為に上部層１１２が少なくとも熱発生部１０８
に於ける部分には、発熱抵抗層１１１上に設けら
れる。 DOLS2843064に開示された記録法に於ける液
滴形成原理は次のとおり理解される。つまり、電
気・熱変換体１０２への通電がONされると液滴
形成エネルギーである熱エネルギーの作用を受け
た、熱作用部１０７にある記録液が急激な体積の
増大を伴う状態変化を起こし（即ち、熱作用部１
０７にある記録液がμsec程度以下という非常に瞬
時間の中に気化状態に達し、熱作用部１０７に於
いて、瞬時の中に気泡の発生とての成長が起こ
り）、次いで、前記通電がOFFされるとそれに付
随して、前記気泡は瞬時的にその体積を収縮し、
消滅する。この収縮消滅のスピードは、前記気泡
の発生と成長のスピードに略々等しいか或いは、
多少遅い程度の極めて速いものである。 この気泡の発生・成長・収縮・消滅の繰返しに
於いて、殊に、この過程の後半である気泡の収
縮・消滅が、電気・熱変換体１０２の使用寿命を
決める大きな要因である事を、本発明者等は多大
な実験の繰返しと注意深い検討の結果見出した。 即ち、上記の気泡の収縮・消滅の過程が著しく
高速度である為に、それによるシヨツク波が熱作
用面１０９を直撃する。従つて、液滴吐出を繰返
す毎にこのシヨツク波で熱作用面１０９が打撃を
受け、やがては、そのシヨツク波が原因で、浸蝕
或いは破壊される様になる。殊に、電気・熱変換
体１０２を駆動する印加パルス信号の印加周波数
（駆動周波数）が高くなれば、なる程、即ち、高
速記録を行う為に液滴形成頻度を高めれば高める
程、又、印加パルス信号のレベル値を高めれば高
める程、前記シヨツク波による熱作用面１０９の
打撃は大きくなり、電気・熱変換体１０２の使用
寿命を短かくする根本的要因となつている。 更に、電気・熱変換体１０２の通電のON・
OFF時の熱作用面１０９の温度差は著しく大き
く、且つ、単時間の中にその温度差が形成される
為に熱的要因による応力が熱発生部１０８に掛か
るので、上部層１１２に歪が生じて、クラツクが
生じ易くなり、これも又、電気・熱変換体１０２
の繰返し使用寿命を左右する要因の１つになつて
いる。 この様に、上記の記録ヘツドに於いては、生産
性、量産性及び歩留りも加味して使用寿命を更に
延ばす必要があるという要因を内在している点で
未だ解決される可き点が存在していた。 本発明は、上記に鑑み成されたものであつて、
前記した公報、殊にDOLS2843064に記載された
記録法に適用される記録ヘツドに於いて、使用寿
命が格段に長く、然も液滴安定吐出の信頼性が著
しく高く、故障率が従来に較べ遥かに低い液体噴
射装置を提供する事を目的とする。そして、斯か
る目的を達成する本発明は、液体に熱による状態
変化を生起させ該状態変化に基づいて液体を吐出
口より吐出させて飛翔的液滴を形成するために利
用される熱エネルギーを発生する熱発生部を有す
る液滴噴射装置に於て、 前記熱発生部は下記一般式［］で表わされる
化合物を被膜形成材料とするシリコン樹脂硬化
膜、または前記一般式［］の化合物及びび下記
一般式［］で表わされる化合物を被膜形成材料
とするシリコン樹脂硬化膜を保護層として具備す
ることを特徴とする。 一般式［］； 一般式［］； （但し、上式中、Ｒ，R′は低級アルキル基又
はフエニル基、R″は水素又は低級アルキル基、
n1，n2は２より大きい整数である。） この様な構成として設計される本発明の液体噴
射装置は、高速記録を行う為に液滴形成頻度を著
しく高めても、又電気熱変換体に入力されるパル
ス信号のレベル値が高くなつても長時間連続して
安定な液滴吐出を行う事が出来る。更に、本発明
の液体噴射装置は上記の様な優れた特性を有する
他に、生産性、量産性及び歩留りが良く製造する
ことが出来るのでコスト面に於いても充分優れて
いるものである。 以下、本発明を図面に従つて具体的に説明す
る。 第２図ａは、本発明の好適な例の１つとしての
液体噴射装置のオリフイス側から見た正面部分
図、第２図ｂは、第２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。 図に示されるヘツド２０１は、その表面に電気
熱変換体２０２が設けられている基板２０３の表
面に、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２０４で覆う様に接合す
ることによつて、オリフイス２０５と液吐出部２
０６が形成された構造を有している。図に示すヘ
ツド２０１の場合、オリフイス２０５を複数有す
るものとして示されてあるが、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イスの場
合のヘツドへの適用の場合も本発明の範囲に這入
るものである。 液吐出部２０６は、その終端に液滴を吐出させ
る為のオリフイス２０５と、電気熱変換体２０２
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２０７とを有
する。 熱作用部２０７は、電気熱変換体２０２の熱発
生部２０８の上部に位置し、熱発生部２０８の液
体と接触する部分である熱作用面２０９をその底
面としている。 熱発生部２０８は、基板２０３上に設けられた
下部層２１０、該下部層２１０上に設けられた発
熱抵抗層２１１、該発熱抵抗層２１１上に設けら
れた上部層２１２とで構成されている。発熱抵抗
層２１１には、熱を発生させる為に該層２１１に
通電する為の電極２１３，２１４がその表面に設
けられてある。電極２１３は、各液吐出部の熱発
生部に共通の電極であり、電極２１４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２１２は、発熱抵抗層２１１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２１１と液吐出部２０６にある液体とを隔絶
すると共に、液体を通じて電極２１３，２１４間
が短絡するのを防止する、発熱抵抗層２１１の保
護的機能を有している。 下部層２１０は、主に熱流量制御機能を有す
る。即ち、液滴吐出の際には、発熱抵抗層２１１
で発生する熱が基板２０３側の方に伝導するより
も、熱作用部２０７側の方に伝導する割合が出来
る限り多くなり、液滴吐出後、詰り発熱抵抗層２
１１への通電がOFFされた後には、熱作用部２
０７及び熱発生部２０８にある熱が速かに基板２
０３側に放出されて、熱作用部２０７にある液体
に不要な熱を付与しない為に設けられる。 本発明では、熱作用部２０７の液体と接触する
壁面の部分である熱作用面２０９が、下記一般式
［］で表わされる化合物を被膜形成材料とする
シリコン樹脂硬化膜、または前記一般式［］の
化合物及び下記一般式［］で表わされる化合物
を被膜形成材料とするシリコン樹脂硬化膜によつ
て被われている。 一般式［］； 一般式［］； （但し、上式中、Ｒ，R′は低級アルキル基又
はフエニル基、R″は水素又は低級アルキル基、
n1，n2は２より大きい整数である。） 第２図は於いては、上部層２１２を二層構成と
し、液吐出部２０６の構成要素である液体流路の
壁面を形成する表面層２１２−１を、上記の物質
で構成している。 図に於いては、電極２１３，２１４表面及び熱
発生部２０８に於いては発熱抵抗層２１１表面を
被覆する様に設けられた中間層２１２−２の表面
を被覆する様に上記表面層２１２−１が設けられ
ている。表面層２１２−１を構成する材料とし
て、本発明に於いて有効に使用されるのは、上記
のものが挙げられるが、その具体例としては、 と の３：２（重量比）混合物から成るプレポリマー （R1＝CH3又はC6H5でCH3／C6H5＝２／１）
と の３：２（重量比）混合物から成るプリポリマー
を挙げることができる。 以上、３種類の構造及び組成を有したはしご型
シリコン樹脂が本発明に於て特に好適に用いられ
る。 これ等３種のシリコン樹脂は一般の鎖状シリコ
ン樹脂とちがい耐熱性、基板との接着性に優れて
おり、且つ、緻密な可撓性のある皮膜を均一に薄
く形成することができるので、高い温度による熱
衝げきに対して、優れた皮膜強度を有している。 本発明に於いては、表面層２１２−１は、上記
した材料を使用して、デイツピング、スピンナー
等の塗布法によつて、塗布を焼付する方法で形成
される。 表面層２１２−１は、電気熱変換体２０２の繰
返し使用に際しての使用液体に対する、発熱抵抗
層２１１の物理的、化学的及び機械的保護機能を
有するものであるが、その他、電極２１３と電極
２１４に於いて、使用液体を通じて電流が流れな
い様に、発熱抵抗層２１１及び電極２１３、電極
２１４の表面を覆つて、電気的に絶縁する電気的
絶縁機能も付与される場合がある。 然し、この様な表面層２１２−１の電気的絶縁
機能は、第２図に示す如く中間層２１２−２を有
する構造の場合には、この中間層２１２−２に、
電機的絶縁機能を付与することによつて、除外す
ることも出来るので、本発明に於いては電気的絶
縁機能は表面層２１２−１の必須要件ではない。 本発明に於いては上記の様に液体流路の一部で
ある熱作用部２０７の液体と接触する壁面の一部
を構成する熱作用面２０９を少なくとも上記した
機能を有する表面層２１２−１で被覆することに
よつて、製造された液体噴射ヘツドの使用寿命を
飛躍的に延ばし得るものである。 この様に中間層２１２−２を設計製造するに
は、その電気抵抗値ρ1が発熱抵抗層２１１の電気
抵抗値ρ2に較べて通常は104倍以上、好適には106
倍以上とされるのが望ましいものである。 中間層２１２−２の電気抵抗値ρ1は、上記した
関係となる様に設定されるが、ρ1としては通常は
102Ωcm以上、好適には104Ωcm以上とされるのが
望ましいものである。 又、中間層２１２−２は、上記した様な電気抵
抗値ρ1を有するが、電極２１３、電極２０４及び
発熱抵抗層２１１及び表面層２１２−１との密着
性の良好さも要求される。その様な中間層２１２
−２を形成する材料としては、例えばSiO2・
Ta2O5・TrO2・ZrO2等の酸化物、Si3N4窒化ア
ルミニウム等の窒化物、Zr−Ｂ−Ｏ，Hf−Ｂ−
Ｏ等の硼・酸化物等が好適なものとして具体的に
挙げることが出来る。 中間層２１２−２の層厚としては、上機の機能
が充分果せるならば、可能な限り薄く設計製造さ
れる方が望ましいものであるが、通常の場合、
0.1〜5μm、好ましくは0.5〜2μmとされるのが望
ましいものである。 本発明に於ける表面層２１２−１は、前記した
如く発熱抵抗層２１１の物理的、化学的及び機械
的保護の役目を荷う目的の為に設けられるもので
あつて、その様な目的が達成されるのであれば、
その層厚は経済性、生産性等の点から可能な限り
薄くされるのが望ましいものである。 本発明に於ける表面層２１２−１の層厚として
は下限は通常は0.1μm、好適には0.5μm、上限は、
通常10μm、好適には2μmとされるのが望ましい
ものである。 第３図ａ乃至第３図ｃを以つて説明する。 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。第３図
ａには該基板の拡大斜視図が示されている。 アルミナ基板３０１上に蓄熱層（下部層）３０
２発熱抵抗層３０３及びアルミニウム電極層３０
４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３０３−１〜３
０３−４を形成した。又、エツチングにより選択
電極３０４ａ及び共通電極３０４ｂ−１〜３０４
ｂ−４を形成した。更に第３図ａに示す様に、電
極３０４ａ，３０４ｂ−１〜３０４ｂ−４及び発
熱抵抗体３０３−１〜３０３−４の表面に、保護
層である上部層を積層した。 又、これ等とは別に、ガラス板３０５に第３図
ｂに示すような複数本の溝３０６（例えば巾
40μm深さ40μm）と共通インク室３０７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
溝付きプレート３０８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
と溝付きプレートとを、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３０７にインクを導入するた
めのインク導入部３０９も接続して第３図Ｃに示
すような記録ヘツド３００を一体的に完成した。 更に、この記録ヘツド３００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。 実施例 １ シリコン基板上にSiO2をスパツタリングによ
り5μm形成した後、発熱抵抗体としてHfB2を
1500Åスパツタリングにより形成した。次に電極
としてAlを5000Å電子ビーム蒸着で積層した後、
選択エツチングにより第３図に示すようなパター
ンを形成した。発熱抵抗１４′は幅50μm長さ
200μmであり80オームの抵抗値であつた。続いて
TaをターゲツトとしてAr70％、O230％の混合雰
囲気中で活性スパツタをおこなうことにより酸化
タンタル層を1.0μm積層した。 次に、具体例〔Ａ〕に示したシリコン樹脂の
20wt％ ｎ−ブチルセロソルブアセテート溶液
を4000rpmの回転速度のスピンナーで上記基板上
に塗布し、更に450℃のN2ガス雰囲気中で１時間
キユアした。得られたシリコン樹脂皮膜の膜厚は
1μmであつた。 以上の基板に第３図ｂに示すような溝を刻んだ
ガラス板を接着し、第３図ｃに示すようなヘツド
を作成した。このヘツドにインク導入管３０９−
１，３０９−２からH2Oを主体とするインクを
導入しながら10μsecのパルス幅で25Vの電圧を印
加したところ入力信号に応じて液滴が吐出した。
周期は200μsec.で安定した吐出が得られ、連続滴
吐出100時間行つても正常に駆動された。 比較例 １ 実施例１と同じ試料で同じパターニングをした
後、SiO2をスパツタで1.5μm層厚に形成した保護
層としたものについて実施例１と同様の形態の第
３図ｃに示すようなヘツドを形成した。この記録
ヘツドに対して10μsec.のパルス幅で23Vの電圧
を200μsec.周期で印加したところ、入力信号に応
じて安定した吐出が得られたが50分程度で５個中
３個の電気熱変換体が壊れて吐出不能となつた。 比較例 ２ 実施例１に於いて酸化タンタル膜を形成した段
階で止めて形成した第３図ｃに示すようなヘツド
で10μsec.のパルス幅200μsec.周期で電圧を印加
したところ21Vで安定吐出が得られたが30分で５
個中３個の電気熱変換体が壊れて吐出不能となつ
た。 比較例 ３ 実施例１で用いたはしご型シリコン樹脂〔Ａ〕
の代りに鎖状のポリジメチルシロキサンの皮膜を
1μm形成して実施例１と同様な実験を行なつた
所、約50分で５個中２個の電気熱変換体が壊れて
吐出不能となつた。吐出不能となつた電気熱変換
体の表面を見るとシリコン樹脂膜が変質し、且つ
はがれていた。 実施例 ２ シリコン基板上にSiO2をスパツタリングによ
り5μm形成した後、発熱抵抗体としてHfB2を
1500Åスパツタリングにより形成した。次に電極
としてAlを5000Å電子ビーム蒸着で積層した後、
選択エツチングにより第３図に示すようなパター
ンを形成した。発熱抵抗体１４′は幅50μm長さ
200μmであり80オームの抵抗値であつた。 次に具体例〔Ａ〕に示したはしご型シリコン樹
脂の30wt％ ｎ−ブチルセロソルブアセテート
溶液を4000rpmの回転速度のスピンナーで上記基
板上に塗布し、更に、450℃のN2ガス雰囲気中で
１時間キユアした。得られたはしご型シリコン樹
脂皮膜の膜厚は2μmであつた。 以上の基板に第３図ｂに示すような溝を刻んだ
ガラス板を接着し、第３図ｃに示すようなヘツド
を作成した。このヘツドにインク導入管３０９−
１，３０９−２からH2Oを主体とするインクを
導入しながら10μsec.のパルス幅で22Vの電圧を
印加したところ入力信号に応じて液滴が吐出し
た。周期は200μsec.で安定した吐出が得られ、連
続液吐出100時間行つても正常に駆動された。 実施例 ３ シリコン基板上にSiO2をスパツタリングによ
り5μm形成した後、発熱抵抗体としてHfB2を
1500Åスパツタリングにより形成した。次に電極
としてAlを5000Å電子ビーム蒸着で積層した後、
選択エツチングにより第３図に示すようなパター
ンを形成した。発熱抵抗体１４′は幅50μm長さ
200μmであり80オームの抵抗値であつた。 この上にSiO2をスパツタリングにより1.0μmの
厚さに形成し、次いで具体例〔Ｂ〕に示したはし
ご型シリコン樹脂の32wt％ ｎ−ブチルセロソ
ルブアセテート溶液を4000rpmの回転速度のスピ
ンナーで塗布し、更に、450℃のN2ガス雰囲気中
で１時間キユアした。得られたはしご型シリコン
樹脂皮膜の膜厚は1μmであつた。 以上の基板に第３図ｂに示すような溝を刻んだ
ガラス板を接着し、第３図ｃに示すようなヘツド
を作成した。このヘツドにインク導入管３０９−
１，３０９−２からH2Oを主体とするインクを
導入しながら10μsec.のパルス幅で22Vの電圧を
印加したところ入力信号に応じて液滴が吐出し
た。周期は200μsec.で安定した吐出が得られ、連
続滴吐出100時間行つても正常に駆動された。 実施例 ４ 実施例１において用いたはしご型シリコン樹脂
皮膜の厚さを0.1〜4μmまで変化させて、その時
のヘツドの耐久性について検討し、その結果を表
−１に示した。 【表】
以て記録を行う方式に適用する液滴噴射装置に関
する。 ノンインパクト記録方法は、記録時に於ける騒
音の発生が無視し得る程度に極めて小さいという
点に於いて、最近関心を集めている。その中で、
高速記録が可能であり、而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える所謂
インクジエツト記録法（液体噴射記録法）は、極
めて有力な記録法であつて、これ迄にも様々な方
式の提案とそれを具現化する装置が考案され、改
良が加えられて商品化されたものもあれば、現在
も尚実用化への努力が続けられているものもあ
る。 その中で、例えば特開昭54−59936号公報、ド
イツ公開（DOLS）第2843064号公報に記載され
ている液体噴射記録法は、液滴形成エネルギーで
ある熱エネルギーを液体に作用させて、液滴吐出
の為の原動力を得るという点に於いて、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てある記録法で
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
く作用力によつて、記録ヘツド部先端のオリフイ
スより液滴が吐出、飛翔して被記録部材に付着し
記録が行われる。 特に、DOLS2843064に開示されている液体噴
射記録法は、所謂drop−on demand記録法に極
めて有効に適用されるばかりではなく、記録ヘツ
ド部をfull lineタイプで高密度マルチオリフイス
化して容易に実現出来るので、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。 この様に、上記の液体噴射記録法は、種々の利
点を有するものであるが、高解像度、高品質の画
像を更に高速で長時間記録する場合、或いは装置
の使用寿命を飛躍的に向上させるには、記録ヘツ
ドの繰返し使用寿命（耐久寿命）を向上させる必
要がある。 上記の如き記録法に適用される記録ヘツドの使
用寿命を決定している主たる要因は、具備される
電気・熱交換体の寿命である。即ち、上記の記録
法に適用される第１図示の記録ヘツド１０１は、
例えば、電気・熱交換体１０２は、液滴形成エネ
ルギー作用部である熱作用部１０７に於いて、エ
ネルギー作用面としての熱作用面１０９を介して
矢印Ａより導入される液体と接触している構成と
するのが、発生される液滴形成エネルギーとして
の熱エネルギーを熱作用部１０７にある液体に有
効且つ効率良く作用させ得るという点で一般的で
ある。 その為に、使用される記録液にもよるが、通常
の水を液媒体とする様な記録液を使用する場合に
は、該記録液を通じての電極１１３，１１４間の
電気的リークを防止する事、及び発熱抵抗層１１
１を前記記録液から、或いは熱的酸化から保護す
る為に上部層１１２が少なくとも熱発生部１０８
に於ける部分には、発熱抵抗層１１１上に設けら
れる。 DOLS2843064に開示された記録法に於ける液
滴形成原理は次のとおり理解される。つまり、電
気・熱変換体１０２への通電がONされると液滴
形成エネルギーである熱エネルギーの作用を受け
た、熱作用部１０７にある記録液が急激な体積の
増大を伴う状態変化を起こし（即ち、熱作用部１
０７にある記録液がμsec程度以下という非常に瞬
時間の中に気化状態に達し、熱作用部１０７に於
いて、瞬時の中に気泡の発生とての成長が起こ
り）、次いで、前記通電がOFFされるとそれに付
随して、前記気泡は瞬時的にその体積を収縮し、
消滅する。この収縮消滅のスピードは、前記気泡
の発生と成長のスピードに略々等しいか或いは、
多少遅い程度の極めて速いものである。 この気泡の発生・成長・収縮・消滅の繰返しに
於いて、殊に、この過程の後半である気泡の収
縮・消滅が、電気・熱変換体１０２の使用寿命を
決める大きな要因である事を、本発明者等は多大
な実験の繰返しと注意深い検討の結果見出した。 即ち、上記の気泡の収縮・消滅の過程が著しく
高速度である為に、それによるシヨツク波が熱作
用面１０９を直撃する。従つて、液滴吐出を繰返
す毎にこのシヨツク波で熱作用面１０９が打撃を
受け、やがては、そのシヨツク波が原因で、浸蝕
或いは破壊される様になる。殊に、電気・熱変換
体１０２を駆動する印加パルス信号の印加周波数
（駆動周波数）が高くなれば、なる程、即ち、高
速記録を行う為に液滴形成頻度を高めれば高める
程、又、印加パルス信号のレベル値を高めれば高
める程、前記シヨツク波による熱作用面１０９の
打撃は大きくなり、電気・熱変換体１０２の使用
寿命を短かくする根本的要因となつている。 更に、電気・熱変換体１０２の通電のON・
OFF時の熱作用面１０９の温度差は著しく大き
く、且つ、単時間の中にその温度差が形成される
為に熱的要因による応力が熱発生部１０８に掛か
るので、上部層１１２に歪が生じて、クラツクが
生じ易くなり、これも又、電気・熱変換体１０２
の繰返し使用寿命を左右する要因の１つになつて
いる。 この様に、上記の記録ヘツドに於いては、生産
性、量産性及び歩留りも加味して使用寿命を更に
延ばす必要があるという要因を内在している点で
未だ解決される可き点が存在していた。 本発明は、上記に鑑み成されたものであつて、
前記した公報、殊にDOLS2843064に記載された
記録法に適用される記録ヘツドに於いて、使用寿
命が格段に長く、然も液滴安定吐出の信頼性が著
しく高く、故障率が従来に較べ遥かに低い液体噴
射装置を提供する事を目的とする。そして、斯か
る目的を達成する本発明は、液体に熱による状態
変化を生起させ該状態変化に基づいて液体を吐出
口より吐出させて飛翔的液滴を形成するために利
用される熱エネルギーを発生する熱発生部を有す
る液滴噴射装置に於て、 前記熱発生部は下記一般式［］で表わされる
化合物を被膜形成材料とするシリコン樹脂硬化
膜、または前記一般式［］の化合物及びび下記
一般式［］で表わされる化合物を被膜形成材料
とするシリコン樹脂硬化膜を保護層として具備す
ることを特徴とする。 一般式［］； 一般式［］； （但し、上式中、Ｒ，R′は低級アルキル基又
はフエニル基、R″は水素又は低級アルキル基、
n1，n2は２より大きい整数である。） この様な構成として設計される本発明の液体噴
射装置は、高速記録を行う為に液滴形成頻度を著
しく高めても、又電気熱変換体に入力されるパル
ス信号のレベル値が高くなつても長時間連続して
安定な液滴吐出を行う事が出来る。更に、本発明
の液体噴射装置は上記の様な優れた特性を有する
他に、生産性、量産性及び歩留りが良く製造する
ことが出来るのでコスト面に於いても充分優れて
いるものである。 以下、本発明を図面に従つて具体的に説明す
る。 第２図ａは、本発明の好適な例の１つとしての
液体噴射装置のオリフイス側から見た正面部分
図、第２図ｂは、第２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。 図に示されるヘツド２０１は、その表面に電気
熱変換体２０２が設けられている基板２０３の表
面に、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２０４で覆う様に接合す
ることによつて、オリフイス２０５と液吐出部２
０６が形成された構造を有している。図に示すヘ
ツド２０１の場合、オリフイス２０５を複数有す
るものとして示されてあるが、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イスの場
合のヘツドへの適用の場合も本発明の範囲に這入
るものである。 液吐出部２０６は、その終端に液滴を吐出させ
る為のオリフイス２０５と、電気熱変換体２０２
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２０７とを有
する。 熱作用部２０７は、電気熱変換体２０２の熱発
生部２０８の上部に位置し、熱発生部２０８の液
体と接触する部分である熱作用面２０９をその底
面としている。 熱発生部２０８は、基板２０３上に設けられた
下部層２１０、該下部層２１０上に設けられた発
熱抵抗層２１１、該発熱抵抗層２１１上に設けら
れた上部層２１２とで構成されている。発熱抵抗
層２１１には、熱を発生させる為に該層２１１に
通電する為の電極２１３，２１４がその表面に設
けられてある。電極２１３は、各液吐出部の熱発
生部に共通の電極であり、電極２１４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２１２は、発熱抵抗層２１１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２１１と液吐出部２０６にある液体とを隔絶
すると共に、液体を通じて電極２１３，２１４間
が短絡するのを防止する、発熱抵抗層２１１の保
護的機能を有している。 下部層２１０は、主に熱流量制御機能を有す
る。即ち、液滴吐出の際には、発熱抵抗層２１１
で発生する熱が基板２０３側の方に伝導するより
も、熱作用部２０７側の方に伝導する割合が出来
る限り多くなり、液滴吐出後、詰り発熱抵抗層２
１１への通電がOFFされた後には、熱作用部２
０７及び熱発生部２０８にある熱が速かに基板２
０３側に放出されて、熱作用部２０７にある液体
に不要な熱を付与しない為に設けられる。 本発明では、熱作用部２０７の液体と接触する
壁面の部分である熱作用面２０９が、下記一般式
［］で表わされる化合物を被膜形成材料とする
シリコン樹脂硬化膜、または前記一般式［］の
化合物及び下記一般式［］で表わされる化合物
を被膜形成材料とするシリコン樹脂硬化膜によつ
て被われている。 一般式［］； 一般式［］； （但し、上式中、Ｒ，R′は低級アルキル基又
はフエニル基、R″は水素又は低級アルキル基、
n1，n2は２より大きい整数である。） 第２図は於いては、上部層２１２を二層構成と
し、液吐出部２０６の構成要素である液体流路の
壁面を形成する表面層２１２−１を、上記の物質
で構成している。 図に於いては、電極２１３，２１４表面及び熱
発生部２０８に於いては発熱抵抗層２１１表面を
被覆する様に設けられた中間層２１２−２の表面
を被覆する様に上記表面層２１２−１が設けられ
ている。表面層２１２−１を構成する材料とし
て、本発明に於いて有効に使用されるのは、上記
のものが挙げられるが、その具体例としては、 と の３：２（重量比）混合物から成るプレポリマー （R1＝CH3又はC6H5でCH3／C6H5＝２／１）
と の３：２（重量比）混合物から成るプリポリマー
を挙げることができる。 以上、３種類の構造及び組成を有したはしご型
シリコン樹脂が本発明に於て特に好適に用いられ
る。 これ等３種のシリコン樹脂は一般の鎖状シリコ
ン樹脂とちがい耐熱性、基板との接着性に優れて
おり、且つ、緻密な可撓性のある皮膜を均一に薄
く形成することができるので、高い温度による熱
衝げきに対して、優れた皮膜強度を有している。 本発明に於いては、表面層２１２−１は、上記
した材料を使用して、デイツピング、スピンナー
等の塗布法によつて、塗布を焼付する方法で形成
される。 表面層２１２−１は、電気熱変換体２０２の繰
返し使用に際しての使用液体に対する、発熱抵抗
層２１１の物理的、化学的及び機械的保護機能を
有するものであるが、その他、電極２１３と電極
２１４に於いて、使用液体を通じて電流が流れな
い様に、発熱抵抗層２１１及び電極２１３、電極
２１４の表面を覆つて、電気的に絶縁する電気的
絶縁機能も付与される場合がある。 然し、この様な表面層２１２−１の電気的絶縁
機能は、第２図に示す如く中間層２１２−２を有
する構造の場合には、この中間層２１２−２に、
電機的絶縁機能を付与することによつて、除外す
ることも出来るので、本発明に於いては電気的絶
縁機能は表面層２１２−１の必須要件ではない。 本発明に於いては上記の様に液体流路の一部で
ある熱作用部２０７の液体と接触する壁面の一部
を構成する熱作用面２０９を少なくとも上記した
機能を有する表面層２１２−１で被覆することに
よつて、製造された液体噴射ヘツドの使用寿命を
飛躍的に延ばし得るものである。 この様に中間層２１２−２を設計製造するに
は、その電気抵抗値ρ1が発熱抵抗層２１１の電気
抵抗値ρ2に較べて通常は104倍以上、好適には106
倍以上とされるのが望ましいものである。 中間層２１２−２の電気抵抗値ρ1は、上記した
関係となる様に設定されるが、ρ1としては通常は
102Ωcm以上、好適には104Ωcm以上とされるのが
望ましいものである。 又、中間層２１２−２は、上記した様な電気抵
抗値ρ1を有するが、電極２１３、電極２０４及び
発熱抵抗層２１１及び表面層２１２−１との密着
性の良好さも要求される。その様な中間層２１２
−２を形成する材料としては、例えばSiO2・
Ta2O5・TrO2・ZrO2等の酸化物、Si3N4窒化ア
ルミニウム等の窒化物、Zr−Ｂ−Ｏ，Hf−Ｂ−
Ｏ等の硼・酸化物等が好適なものとして具体的に
挙げることが出来る。 中間層２１２−２の層厚としては、上機の機能
が充分果せるならば、可能な限り薄く設計製造さ
れる方が望ましいものであるが、通常の場合、
0.1〜5μm、好ましくは0.5〜2μmとされるのが望
ましいものである。 本発明に於ける表面層２１２−１は、前記した
如く発熱抵抗層２１１の物理的、化学的及び機械
的保護の役目を荷う目的の為に設けられるもので
あつて、その様な目的が達成されるのであれば、
その層厚は経済性、生産性等の点から可能な限り
薄くされるのが望ましいものである。 本発明に於ける表面層２１２−１の層厚として
は下限は通常は0.1μm、好適には0.5μm、上限は、
通常10μm、好適には2μmとされるのが望ましい
ものである。 第３図ａ乃至第３図ｃを以つて説明する。 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。第３図
ａには該基板の拡大斜視図が示されている。 アルミナ基板３０１上に蓄熱層（下部層）３０
２発熱抵抗層３０３及びアルミニウム電極層３０
４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３０３−１〜３
０３−４を形成した。又、エツチングにより選択
電極３０４ａ及び共通電極３０４ｂ−１〜３０４
ｂ−４を形成した。更に第３図ａに示す様に、電
極３０４ａ，３０４ｂ−１〜３０４ｂ−４及び発
熱抵抗体３０３−１〜３０３−４の表面に、保護
層である上部層を積層した。 又、これ等とは別に、ガラス板３０５に第３図
ｂに示すような複数本の溝３０６（例えば巾
40μm深さ40μm）と共通インク室３０７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
溝付きプレート３０８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
と溝付きプレートとを、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３０７にインクを導入するた
めのインク導入部３０９も接続して第３図Ｃに示
すような記録ヘツド３００を一体的に完成した。 更に、この記録ヘツド３００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。 実施例 １ シリコン基板上にSiO2をスパツタリングによ
り5μm形成した後、発熱抵抗体としてHfB2を
1500Åスパツタリングにより形成した。次に電極
としてAlを5000Å電子ビーム蒸着で積層した後、
選択エツチングにより第３図に示すようなパター
ンを形成した。発熱抵抗１４′は幅50μm長さ
200μmであり80オームの抵抗値であつた。続いて
TaをターゲツトとしてAr70％、O230％の混合雰
囲気中で活性スパツタをおこなうことにより酸化
タンタル層を1.0μm積層した。 次に、具体例〔Ａ〕に示したシリコン樹脂の
20wt％ ｎ−ブチルセロソルブアセテート溶液
を4000rpmの回転速度のスピンナーで上記基板上
に塗布し、更に450℃のN2ガス雰囲気中で１時間
キユアした。得られたシリコン樹脂皮膜の膜厚は
1μmであつた。 以上の基板に第３図ｂに示すような溝を刻んだ
ガラス板を接着し、第３図ｃに示すようなヘツド
を作成した。このヘツドにインク導入管３０９−
１，３０９−２からH2Oを主体とするインクを
導入しながら10μsecのパルス幅で25Vの電圧を印
加したところ入力信号に応じて液滴が吐出した。
周期は200μsec.で安定した吐出が得られ、連続滴
吐出100時間行つても正常に駆動された。 比較例 １ 実施例１と同じ試料で同じパターニングをした
後、SiO2をスパツタで1.5μm層厚に形成した保護
層としたものについて実施例１と同様の形態の第
３図ｃに示すようなヘツドを形成した。この記録
ヘツドに対して10μsec.のパルス幅で23Vの電圧
を200μsec.周期で印加したところ、入力信号に応
じて安定した吐出が得られたが50分程度で５個中
３個の電気熱変換体が壊れて吐出不能となつた。 比較例 ２ 実施例１に於いて酸化タンタル膜を形成した段
階で止めて形成した第３図ｃに示すようなヘツド
で10μsec.のパルス幅200μsec.周期で電圧を印加
したところ21Vで安定吐出が得られたが30分で５
個中３個の電気熱変換体が壊れて吐出不能となつ
た。 比較例 ３ 実施例１で用いたはしご型シリコン樹脂〔Ａ〕
の代りに鎖状のポリジメチルシロキサンの皮膜を
1μm形成して実施例１と同様な実験を行なつた
所、約50分で５個中２個の電気熱変換体が壊れて
吐出不能となつた。吐出不能となつた電気熱変換
体の表面を見るとシリコン樹脂膜が変質し、且つ
はがれていた。 実施例 ２ シリコン基板上にSiO2をスパツタリングによ
り5μm形成した後、発熱抵抗体としてHfB2を
1500Åスパツタリングにより形成した。次に電極
としてAlを5000Å電子ビーム蒸着で積層した後、
選択エツチングにより第３図に示すようなパター
ンを形成した。発熱抵抗体１４′は幅50μm長さ
200μmであり80オームの抵抗値であつた。 次に具体例〔Ａ〕に示したはしご型シリコン樹
脂の30wt％ ｎ−ブチルセロソルブアセテート
溶液を4000rpmの回転速度のスピンナーで上記基
板上に塗布し、更に、450℃のN2ガス雰囲気中で
１時間キユアした。得られたはしご型シリコン樹
脂皮膜の膜厚は2μmであつた。 以上の基板に第３図ｂに示すような溝を刻んだ
ガラス板を接着し、第３図ｃに示すようなヘツド
を作成した。このヘツドにインク導入管３０９−
１，３０９−２からH2Oを主体とするインクを
導入しながら10μsec.のパルス幅で22Vの電圧を
印加したところ入力信号に応じて液滴が吐出し
た。周期は200μsec.で安定した吐出が得られ、連
続液吐出100時間行つても正常に駆動された。 実施例 ３ シリコン基板上にSiO2をスパツタリングによ
り5μm形成した後、発熱抵抗体としてHfB2を
1500Åスパツタリングにより形成した。次に電極
としてAlを5000Å電子ビーム蒸着で積層した後、
選択エツチングにより第３図に示すようなパター
ンを形成した。発熱抵抗体１４′は幅50μm長さ
200μmであり80オームの抵抗値であつた。 この上にSiO2をスパツタリングにより1.0μmの
厚さに形成し、次いで具体例〔Ｂ〕に示したはし
ご型シリコン樹脂の32wt％ ｎ−ブチルセロソ
ルブアセテート溶液を4000rpmの回転速度のスピ
ンナーで塗布し、更に、450℃のN2ガス雰囲気中
で１時間キユアした。得られたはしご型シリコン
樹脂皮膜の膜厚は1μmであつた。 以上の基板に第３図ｂに示すような溝を刻んだ
ガラス板を接着し、第３図ｃに示すようなヘツド
を作成した。このヘツドにインク導入管３０９−
１，３０９−２からH2Oを主体とするインクを
導入しながら10μsec.のパルス幅で22Vの電圧を
印加したところ入力信号に応じて液滴が吐出し
た。周期は200μsec.で安定した吐出が得られ、連
続滴吐出100時間行つても正常に駆動された。 実施例 ４ 実施例１において用いたはしご型シリコン樹脂
皮膜の厚さを0.1〜4μmまで変化させて、その時
のヘツドの耐久性について検討し、その結果を表
−１に示した。 【表】
第１図ａは従来の液体噴射装置のオリフイス側
からの正面部分図、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、第２図ａは、本発明の好適な液体噴射装置の
オリフイス側からの正面部分図、第２図ｂは第２
図ａの一点鎖線X′Y′で示す部分で切断した場合
の切断面部分図、第３図ａ乃至第３図ｃは、各々
本発明に於ける実施例及び比較例に相当する液滴
噴射ヘツドの模式的説明図である。 １０１，２０１……ヘツド、１０２，２０２…
…電気・熱変換体、２０３……基板、１０４，２
０４……溝付板、１０５，２０５……オリフイ
ス、１０６，２０６……液吐出部、１０７，２０
７……熱作用部、１０８，２０８……熱発生部、
１０９，２０９……熱作用面、１１０，２１０…
…下部層、１１１，２１１……発熱抵抗層、１１
２，２１２……上部層、１１３，２１３……電
極、１１４，２１４……電極。
からの正面部分図、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、第２図ａは、本発明の好適な液体噴射装置の
オリフイス側からの正面部分図、第２図ｂは第２
図ａの一点鎖線X′Y′で示す部分で切断した場合
の切断面部分図、第３図ａ乃至第３図ｃは、各々
本発明に於ける実施例及び比較例に相当する液滴
噴射ヘツドの模式的説明図である。 １０１，２０１……ヘツド、１０２，２０２…
…電気・熱変換体、２０３……基板、１０４，２
０４……溝付板、１０５，２０５……オリフイ
ス、１０６，２０６……液吐出部、１０７，２０
７……熱作用部、１０８，２０８……熱発生部、
１０９，２０９……熱作用面、１１０，２１０…
…下部層、１１１，２１１……発熱抵抗層、１１
２，２１２……上部層、１１３，２１３……電
極、１１４，２１４……電極。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 液体に熱による状態変化を生起させ該状態変
化に基づいて液体を吐出口より吐出させて飛翔的
液滴を形成するために利用される熱エネルギーを
発生する熱発生部を有する液滴噴射装置に於て、 前記熱発生部は下記一般式［］で表わされる
化合物を被膜形成材料とするシリコン樹脂硬化
膜、または前記一般式［］の化合物及び下記一
般式［］で表わされる化合物を被膜形成材料と
するシリコン樹脂硬化膜を保護層として具備する
ことを特徴とする液滴噴射装置。 一般式［］； 一般式［］； （但し、上式中、Ｒ，R′は低級アルキル基又
はフエニル基、R″は水素又は低級アルキル基、
n1，n2は２より大きい整数である。） ２ 前記シリコン樹脂硬化膜の厚みが0.1〜10μm
である、特許請求の範囲第１項に記載の液滴噴射
装置。 ３ 前記シリコン樹脂硬化膜の厚みが0.5〜2μm
である、特許請求の範囲第２項に記載の液滴噴射
装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5576781A JPS57169364A (en) | 1981-04-14 | 1981-04-14 | Liquid drop injecting device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5576781A JPS57169364A (en) | 1981-04-14 | 1981-04-14 | Liquid drop injecting device |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS57169364A JPS57169364A (en) | 1982-10-19 |
| JPH0118867B2 true JPH0118867B2 (ja) | 1989-04-07 |
Family
ID=13008010
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5576781A Granted JPS57169364A (en) | 1981-04-14 | 1981-04-14 | Liquid drop injecting device |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS57169364A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US9695691B2 (en) | 2012-08-22 | 2017-07-04 | Calsonic Kansei Corporation | Gas compressor |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS59187869A (ja) * | 1983-04-08 | 1984-10-25 | Canon Inc | 液体噴射記録装置 |
| JPH0613220B2 (ja) * | 1989-12-16 | 1994-02-23 | キヤノン株式会社 | インク噴射記録ヘッド |
-
1981
- 1981-04-14 JP JP5576781A patent/JPS57169364A/ja active Granted
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US9695691B2 (en) | 2012-08-22 | 2017-07-04 | Calsonic Kansei Corporation | Gas compressor |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS57169364A (en) | 1982-10-19 |
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