JPH0225337A - 液体噴射記録ヘッド - Google Patents
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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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
［産業上の利用分野］
本発明は、液体噴射記録ヘッドおよび該記録ヘッドに用
いる基体に関し、特に記録用液体に熱エネルギを作用さ
せることにより液体を沸騰させ、これにより液滴を噴射
（吐出）して記録を行う形態の液体噴射記録ヘッド、お
よび通電に応じて上記熱エネルギを発生する電気熱変換
体を含む基体に関するものである。
いる基体に関し、特に記録用液体に熱エネルギを作用さ
せることにより液体を沸騰させ、これにより液滴を噴射
（吐出）して記録を行う形態の液体噴射記録ヘッド、お
よび通電に応じて上記熱エネルギを発生する電気熱変換
体を含む基体に関するものである。
［従来の技術］
この種液体噴射記録ヘッドないし電気熱変換体に要求さ
れる性能としては、高速駆動時の応答性が高いこと、液
体を沸騰させるのに充分な加熱が可能であることに加え
、耐久性が高いことがある。そのために従来より材料、
構成の面で種々の改良がなされてきた。
れる性能としては、高速駆動時の応答性が高いこと、液
体を沸騰させるのに充分な加熱が可能であることに加え
、耐久性が高いことがある。そのために従来より材料、
構成の面で種々の改良がなされてきた。
例えば、特公昭５９−３４５０６号では、応答性および
加熱性能を高めるべく、電気熱変換体を下部層、発熱抵
抗体層および上部層の三層構成とし、さらに各層の厚み
および材料定数の満たすへぎ条件について開示している
。
加熱性能を高めるべく、電気熱変換体を下部層、発熱抵
抗体層および上部層の三層構成とし、さらに各層の厚み
および材料定数の満たすへぎ条件について開示している
。
また、特開昭６０−２３６７５８号では、耐久性を高め
るために、保護層を熱発生部上において薄くする構成を
開示している。
るために、保護層を熱発生部上において薄くする構成を
開示している。
液吐出に係る気泡（主気泡もしくは一次気泡）の発生・
消滅の繰返しの際に、熱作用部上主気泡が消泡する位置
以外にも加熱限界温度より高温の部分があると、その位
置に液体の流れ方向に沿うすし状の二次的な泡（二次気
泡）が残ってしまう現象が起こる。この二次気泡のキャ
ビテーションは主気泡のそれに比して非常に大きいため
、その部分の上部保護層を破壊し、電気熱変換体を破壊
に至らしめて耐久性を劣化させることがある。
消滅の繰返しの際に、熱作用部上主気泡が消泡する位置
以外にも加熱限界温度より高温の部分があると、その位
置に液体の流れ方向に沿うすし状の二次的な泡（二次気
泡）が残ってしまう現象が起こる。この二次気泡のキャ
ビテーションは主気泡のそれに比して非常に大きいため
、その部分の上部保護層を破壊し、電気熱変換体を破壊
に至らしめて耐久性を劣化させることがある。
特開昭６２−１０３１４８号に開示された発明では、電
気熱変換体の上部層および下部層の厚さが均一である場
合、熱作用部の中央部分が高温となることに着目し、電
気熱変換体の下部層および上部層の少なくとも一方の熱
作用部の中央の領域を、その他の領域よりその膜厚を薄
く形成することにより、その部分の放熱性を高め、駆動
時（電気熱変換体の通電時）には熱作用部がその中央部
および周辺部にわたって均一に温度上昇し、駆動後の主
気泡の消泡時には熱作用部中央部の温度が加熱限界温度
以下となるようにしている。
気熱変換体の上部層および下部層の厚さが均一である場
合、熱作用部の中央部分が高温となることに着目し、電
気熱変換体の下部層および上部層の少なくとも一方の熱
作用部の中央の領域を、その他の領域よりその膜厚を薄
く形成することにより、その部分の放熱性を高め、駆動
時（電気熱変換体の通電時）には熱作用部がその中央部
および周辺部にわたって均一に温度上昇し、駆動後の主
気泡の消泡時には熱作用部中央部の温度が加熱限界温度
以下となるようにしている。
また、特開昭５９−９５１５５号では、上記キャビテー
ション損傷を防止するへく、電気熱変換体（抵抗器）の
中心部に導電領域を設け、その部分が発泡に係らないよ
うに、すなわちその部分を取巻く部分で環状気泡が形成
されるようになし、消泡時には熱作用部上に複数の小気
泡がランダムに分布するようにしている。
ション損傷を防止するへく、電気熱変換体（抵抗器）の
中心部に導電領域を設け、その部分が発泡に係らないよ
うに、すなわちその部分を取巻く部分で環状気泡が形成
されるようになし、消泡時には熱作用部上に複数の小気
泡がランダムに分布するようにしている。
［発明か解決しようとする課題］
しかしながら、吐出エネルギ発生手段に電気熱変換体を
有する記録ヘッドにあっては、上記条件に加え、沸騰の
再現性が高いことが要求される。
有する記録ヘッドにあっては、上記条件に加え、沸騰の
再現性が高いことが要求される。
本願の発明者によれば、液体を繰り返し沸騰させる場合
、電気熱変換体に前回に与えた駆動信号（加熱パルス）
によって発生した気泡が消滅する際に、その消泡位置に
おいて微視的残留基体か電気熱変換体の表面にランダム
に付着し、それか次のパルス加熱の初期気泡発生時にお
いて発泡核となるために沸騰の再現性か保証されないと
いうことが確認されている。この点については従来特に
考慮されていなかった。
、電気熱変換体に前回に与えた駆動信号（加熱パルス）
によって発生した気泡が消滅する際に、その消泡位置に
おいて微視的残留基体か電気熱変換体の表面にランダム
に付着し、それか次のパルス加熱の初期気泡発生時にお
いて発泡核となるために沸騰の再現性か保証されないと
いうことが確認されている。この点については従来特に
考慮されていなかった。
このように沸騰現象が安定しないと、発生ずる気泡の形
状や大きさが一定しなくなり、従って液滴径や吐出速度
にバラツキが生じ、ひいては画像品位が低下するという
問題点が生じつる。
状や大きさが一定しなくなり、従って液滴径や吐出速度
にバラツキが生じ、ひいては画像品位が低下するという
問題点が生じつる。
本発明の目的は、沸騰の再現性の高い記録ヘッドおよび
その基体を提供することにある。
その基体を提供することにある。
本発明の他の目的は、液滴径や吐出速度にバラツキが生
じず、画像品位の高い液体噴射記録ヘッドを提供するこ
とにある。
じず、画像品位の高い液体噴射記録ヘッドを提供するこ
とにある。
［課題を解決するための手段］
そのために、本発明に係る液体噴射記録ヘッド用基体で
は、支持体と、支持体上に配され、発熱抵抗体層および
発熱抵抗体層に電気的に接続された一対の電極を有し、
一対の電極間に熱発生部か形成されている電気熱変換体
と、を具備し、ΔＴ−丁Ｈ−ＴＯを２０℃以上１００℃
以下とした。
は、支持体と、支持体上に配され、発熱抵抗体層および
発熱抵抗体層に電気的に接続された一対の電極を有し、
一対の電極間に熱発生部か形成されている電気熱変換体
と、を具備し、ΔＴ−丁Ｈ−ＴＯを２０℃以上１００℃
以下とした。
また、本発明の他の形態に係る液体噴射記録ヘッドでは
、支持体と、支持体上に配され、発熱抵抗体層および発
熱抵抗体層に電気的に接続された一対の電極を有し、一
対の電極間に熱発生部か形成されている電気熱変換体と
を有し、△Ｔ−Ｔ、−ＴＯか２０℃以上１００℃以下で
ある基体と、記録用液体の液路を形成するために基体上
に設けた部材とを具備することを特徴とする。
、支持体と、支持体上に配され、発熱抵抗体層および発
熱抵抗体層に電気的に接続された一対の電極を有し、一
対の電極間に熱発生部か形成されている電気熱変換体と
を有し、△Ｔ−Ｔ、−ＴＯか２０℃以上１００℃以下で
ある基体と、記録用液体の液路を形成するために基体上
に設けた部材とを具備することを特徴とする。
これらにおいて、ＴＯは熱発生部に対応する基体の表面
の、表面上の記録用液体に生じる気泡か消滅する位置で
の、記録用液体が存在しないときの電気熱変換体の駆動
状態の温度のピーク値、Ｌ＋はその位置以外の位置での
、記録用液体が存在しないときの電気熱変換体の駆動状
態での温度のピーク値である。
の、表面上の記録用液体に生じる気泡か消滅する位置で
の、記録用液体が存在しないときの電気熱変換体の駆動
状態の温度のピーク値、Ｌ＋はその位置以外の位置での
、記録用液体が存在しないときの電気熱変換体の駆動状
態での温度のピーク値である。
［作 用］
本発明によれば、熱作用面の気泡消滅位置に対応した部
分は他の部分より駆動時の温度か低く、そのために液体
を導入したと封に伝達される熱流束がその部分において
小となる。このため気泡消滅後にその部分に微視的残留
気体がイ」着していても、続く駆動時にこれが発泡核と
なることはない。
分は他の部分より駆動時の温度か低く、そのために液体
を導入したと封に伝達される熱流束がその部分において
小となる。このため気泡消滅後にその部分に微視的残留
気体がイ」着していても、続く駆動時にこれが発泡核と
なることはない。
また、当該温度差を適切に選定して構成することにより
、高い吐出性能を維持し、これによる効果とあいまって
、沸騰の再現性が向上し、ひいては良好な記録品位が得
られる。
、高い吐出性能を維持し、これによる効果とあいまって
、沸騰の再現性が向上し、ひいては良好な記録品位が得
られる。
［実施例］
以下、図面を参照して本発明の詳細な説明する。
第１図（Ａ）および（Ｂ）は、本発明を適用可能な液体
噴射記録ヘッドの一例として、複数の液路、電気熱変換
体および吐出口（オリフィス）を含む吐出部を複数集積
して配置した形態の液体噴射記録ヘッドを示す斜視図お
よびそのＸ−Ｘ’線断面図である。
噴射記録ヘッドの一例として、複数の液路、電気熱変換
体および吐出口（オリフィス）を含む吐出部を複数集積
して配置した形態の液体噴射記録ヘッドを示す斜視図お
よびそのＸ−Ｘ’線断面図である。
これら図において、基板１０３上に発熱抵抗体１０７
（１０７−１〜１０７−６）、および通電のための電極
として共通電極１０６９選択電極１０５を有する電気熱
変換体が配されており、発熱抵抗体１０７がＴ置溝蓋板
１０２に形成された隔壁１０１ａ〜１０１４により限界
された溝１０１（１０１−１〜１０１−［ｉ）と一致す
るように接着層ＩＱ４ （＋０４−１〜１０４−７１に
よって接合する。これに液体（インク）を導入し、通電
により発熱抵抗体１０７を加熱すると、発熱抵抗体１０
７上の液体に急峻な状態変化によって気泡が生じ、その
体積増加に対応した液滴が溝蓋板１０２と基板１０３と
によって形成されたオリフィスより吐出される。
（１０７−１〜１０７−６）、および通電のための電極
として共通電極１０６９選択電極１０５を有する電気熱
変換体が配されており、発熱抵抗体１０７がＴ置溝蓋板
１０２に形成された隔壁１０１ａ〜１０１４により限界
された溝１０１（１０１−１〜１０１−［ｉ）と一致す
るように接着層ＩＱ４ （＋０４−１〜１０４−７１に
よって接合する。これに液体（インク）を導入し、通電
により発熱抵抗体１０７を加熱すると、発熱抵抗体１０
７上の液体に急峻な状態変化によって気泡が生じ、その
体積増加に対応した液滴が溝蓋板１０２と基板１０３と
によって形成されたオリフィスより吐出される。
本例に係る発熱抵抗体１０７は、後述のように、気泡消
滅位置に対応した領域では、通電時の表面温度が他の位
置より低くなり、かつ良好な吐出状態が維持できるよう
にするために、当該領域では下部層としての蓄熱層の厚
みを薄くする等して適切な温度が得られるようにすると
ともに、当該領域の大きさを適切に選定する。
滅位置に対応した領域では、通電時の表面温度が他の位
置より低くなり、かつ良好な吐出状態が維持できるよう
にするために、当該領域では下部層としての蓄熱層の厚
みを薄くする等して適切な温度が得られるようにすると
ともに、当該領域の大きさを適切に選定する。
ここで、まず気泡消滅位置（消泡位置）について考察す
る。
る。
消泡位置は、発熱抵抗体を配設した液路の形状、配設位
置、温度その他の環境条件などにより定まり、気泡周辺
の流域におりる液体力学的インピーダンスの慣性成分Ｚ
の影響を受け、そのＺの逆比で発熱抵抗体を比例配分し
た位置付近で消泡することを本願の発明者は確認した。
置、温度その他の環境条件などにより定まり、気泡周辺
の流域におりる液体力学的インピーダンスの慣性成分Ｚ
の影響を受け、そのＺの逆比で発熱抵抗体を比例配分し
た位置付近で消泡することを本願の発明者は確認した。
ここに、着目する流域について、流れの方向にとった位
置をＸ、流域の位置Ｘにおける断面積をＳ （ｘ） 、
流域の長さをρ、流体（記録用液体）の密度をｐとする
と、流域のインピーダンスの慣性成分Ｚは、 によって求められる。
置をＸ、流域の位置Ｘにおける断面積をＳ （ｘ） 、
流域の長さをρ、流体（記録用液体）の密度をｐとする
と、流域のインピーダンスの慣性成分Ｚは、 によって求められる。
例えは、第１図示のように、発熱抵抗体１０７に対して
、液体の供給方向と吐出方向とが一致する形態のものに
あっては、第２図に示すように、断面積Ｓ （ｘ）−５
−一定とすると、 ７、＋−ρＡ ＋／ｓ、 Ｚ２−ρｆ１２／Ｓ
（２）ＣＩ：Ｃ２４Ｌ：Ｌ−Ｊ２２：Ｊ
２１ （３）となる。すなわち、
この関係式により定まる位置付近て消泡することになる
。
、液体の供給方向と吐出方向とが一致する形態のものに
あっては、第２図に示すように、断面積Ｓ （ｘ）−５
−一定とすると、 ７、＋−ρＡ ＋／ｓ、 Ｚ２−ρｆ１２／Ｓ
（２）ＣＩ：Ｃ２４Ｌ：Ｌ−Ｊ２２：Ｊ
２１ （３）となる。すなわち、
この関係式により定まる位置付近て消泡することになる
。
そこで、その位置を含む部位で上部の液体に伝わる熱流
束が小となるように当該領域の諸条件を定めればよい。
束が小となるように当該領域の諸条件を定めればよい。
以上か一般的な関係であるか、簡易的に位置Ｘにおける
ノズル天井の高さをｈ（×）としたとぎ、として、ＣＩ
： Ｃ２＝Ｗ２ ： ｗｌなる位置において気泡が消
滅するとしても十分であった。
ノズル天井の高さをｈ（×）としたとぎ、として、ＣＩ
： Ｃ２＝Ｗ２ ： ｗｌなる位置において気泡が消
滅するとしても十分であった。
次に、当該消泡位置を含む領域がそれ以外の領域と何程
の温度差を有している場合に吐出性能を良好に維持でき
るかについて考察する。
の温度差を有している場合に吐出性能を良好に維持でき
るかについて考察する。
第３図は発熱抵抗体の表面温度のピーク値Ｔ□と、蓄熱
層を薄くした領域に対応した表面温度のピーク値Ｔ。と
の差ΔＴ（−ｒｌｌ−ｒｏ） について、液滴吐出速度
の平均値でおよび速度の標準偏差σＶをプロットしたも
のである。但し、ここに温度差ΔＴは、波路内にインク
を存在させない状態ての値である。
層を薄くした領域に対応した表面温度のピーク値Ｔ。と
の差ΔＴ（−ｒｌｌ−ｒｏ） について、液滴吐出速度
の平均値でおよび速度の標準偏差σＶをプロットしたも
のである。但し、ここに温度差ΔＴは、波路内にインク
を存在させない状態ての値である。
図より明らかなように、温度差ΔＴが２０℃以上であれ
ば、σＶがほぼ一定となり、吐出のばらつきが安定する
が、１００℃を超えると平均速度苺が低下することが確
認された。これより、この場合には温度差ΔＴは２０℃
以上１００℃以下か好ましいことがわかる。
ば、σＶがほぼ一定となり、吐出のばらつきが安定する
が、１００℃を超えると平均速度苺が低下することが確
認された。これより、この場合には温度差ΔＴは２０℃
以上１００℃以下か好ましいことがわかる。
より好ましくは、ン皮体の吐出速度の標準偏差について
はある程度無視し得る場合、すなわち液体の吐出速度を
主として考慮した場合には、ΔＴは２０℃以上６０℃以
下、液体の吐出速度をある程度無視し得る場合、すなわ
ち上記標準偏差を主として考慮した場合にはΔＴは２５
℃以上１００℃以下であった。さらに、最も好ましくは
、ΔＴは２５℃以上６０℃以下であった。
はある程度無視し得る場合、すなわち液体の吐出速度を
主として考慮した場合には、ΔＴは２０℃以上６０℃以
下、液体の吐出速度をある程度無視し得る場合、すなわ
ち上記標準偏差を主として考慮した場合にはΔＴは２５
℃以上１００℃以下であった。さらに、最も好ましくは
、ΔＴは２５℃以上６０℃以下であった。
さらに、本実施例においては、蓄熱層を薄くした消泡位
置を含む領域の寸法を適切に定める。
置を含む領域の寸法を適切に定める。
第４図は、当該領域の発熱部面積Ｓ。と発熱抵抗体の全
発熱部面積ＳＩ＋との比Ｓ。／ＳＨについて、ておよび
σ■をプロットしたものである。図より明らかなように
、Ｓｏ／Ｓ＋＋を１／ｌＯ以上１／２以下としたときに
Ｖおよびσν値が安定し、吐出性能が良好となることか
確認された。
発熱部面積ＳＩ＋との比Ｓ。／ＳＨについて、ておよび
σ■をプロットしたものである。図より明らかなように
、Ｓｏ／Ｓ＋＋を１／ｌＯ以上１／２以下としたときに
Ｖおよびσν値が安定し、吐出性能が良好となることか
確認された。
より好ましくは、液体の吐出速度の標準偏差については
ある程度無視し得る場合、すなわち液体の吐出速度を主
として考慮した場合にはＳ。／Ｓ１１は１／ｌＯ以上１
／４υ下、液体の吐出速度をある程度無視し得る場合、
すなわち上記標準偏差を主として考慮した場合にはＳｏ
／Ｓｏは１／８以上１／２以下であった。さらに、最も
好ましくは、ＳＯ／ＳＨは１／８以上１／４以下であっ
た。
ある程度無視し得る場合、すなわち液体の吐出速度を主
として考慮した場合にはＳ。／Ｓ１１は１／ｌＯ以上１
／４υ下、液体の吐出速度をある程度無視し得る場合、
すなわち上記標準偏差を主として考慮した場合にはＳｏ
／Ｓｏは１／８以上１／２以下であった。さらに、最も
好ましくは、ＳＯ／ＳＨは１／８以上１／４以下であっ
た。
（実施例１）
第５図（Ａ）および（Ｂ）は本発明に係る基板の第１の
実施例を示し、それぞれ、第１図（Ａ）において液路方
向に沿った平面図およびその八−へ′線断面図である。
実施例を示し、それぞれ、第１図（Ａ）において液路方
向に沿った平面図およびその八−へ′線断面図である。
ここで、１は例えば厚さ５２５μｍの基板であり、ガラ
スまたはＳｉ等で形成できる。２は厚さ２５μｍの表面
酸化５ｉ０２層であり、蓄熱層として用いる。３は例え
ばスパッタリング法で形成した厚さ０１μｍ２発熱部幅
３０μｍ１発熱部長さ １５０μｍの）ＩｆＢ２から成
る発熱抵抗体層であり、気泡か消滅する位置を含む部分
（式（２）においてｊ２１ｚρ２とすれば、電極４間の
電流の通り道の半は付近）の下に、蓄熱層２より熱伝導
率の高い層９を配置する。４は例えばＥＢ蒸看法て形成
した厚さ ０５μｍのへρ等の電極である。
スまたはＳｉ等で形成できる。２は厚さ２５μｍの表面
酸化５ｉ０２層であり、蓄熱層として用いる。３は例え
ばスパッタリング法で形成した厚さ０１μｍ２発熱部幅
３０μｍ１発熱部長さ １５０μｍの）ＩｆＢ２から成
る発熱抵抗体層であり、気泡か消滅する位置を含む部分
（式（２）においてｊ２１ｚρ２とすれば、電極４間の
電流の通り道の半は付近）の下に、蓄熱層２より熱伝導
率の高い層９を配置する。４は例えばＥＢ蒸看法て形成
した厚さ ０５μｍのへρ等の電極である。
５は、例えばスパッタリング法で形成した厚さ１．５μ
ｍの５ｉ０２．ＳｉＮ等の層、６は例えばスパッタリン
グ法で形成した厚さ０．１μｍのＴａ２０５等の層、７
はスパッタリング法で形成した厚さ ０５μｍのＴａ等
の層であり、これらは保護層として機能する。また、８
は沸騰させられる液体（インク）である。
ｍの５ｉ０２．ＳｉＮ等の層、６は例えばスパッタリン
グ法で形成した厚さ０．１μｍのＴａ２０５等の層、７
はスパッタリング法で形成した厚さ ０５μｍのＴａ等
の層であり、これらは保護層として機能する。また、８
は沸騰させられる液体（インク）である。
本例では、消泡位置に対応した部分、すなわち領域９に
おいては表面酸化処理を抑制し、これにより領域９に対
応した部分＋２Ａては他の部分より層膜が薄くなるよう
にした。
おいては表面酸化処理を抑制し、これにより領域９に対
応した部分＋２Ａては他の部分より層膜が薄くなるよう
にした。
本実施例において、５Ｉ０２酸化層２を薄くする部分１
２八部分の厚さｄと、空焚き時（インクを導入せずに通
電を行ったとき）の温度差ΔＴの間の関係は次の通りで
あった。但し、この場合他の部分の厚さは上述のように
２５μｍである。
２八部分の厚さｄと、空焚き時（インクを導入せずに通
電を行ったとき）の温度差ΔＴの間の関係は次の通りで
あった。但し、この場合他の部分の厚さは上述のように
２５μｍである。
ｄ （μｍ）
ΔＴ（ｔ、）
従って、発熱抵抗体の下部で５ｉ０２酸化層を薄くする
部分の厚さは１４μｍ以上２．２μｍ以下であるのが適
当であり、部分１２Ａの厚みをその範囲で選択した。
部分の厚さは１４μｍ以上２．２μｍ以下であるのが適
当であり、部分１２Ａの厚みをその範囲で選択した。
また、部分１２八は幅３０μｍ１長さ４０μｍとし、コ
コニＳ。−３０×４０（μｍ２）、ＳＨ＝ ３０Ｘ １
５０Ｃμｍ２）てあり、Ｓｏ／ ＳＨ＝ ４／１５であ
るので、第４図について説明した条件も満たしている。
コニＳ。−３０×４０（μｍ２）、ＳＨ＝ ３０Ｘ １
５０Ｃμｍ２）てあり、Ｓｏ／ ＳＨ＝ ４／１５であ
るので、第４図について説明した条件も満たしている。
なお、発熱抵抗体層３および電極４の平面パターンはエ
ツチングによって形成した。また、図より明らかなよう
に、電極４と発熱抵抗体層３との接続部において角に丸
みをっけ、電流集中に伴う耐久性の低下や局所的な発泡
が生じない構成としである。
ツチングによって形成した。また、図より明らかなよう
に、電極４と発熱抵抗体層３との接続部において角に丸
みをっけ、電流集中に伴う耐久性の低下や局所的な発泡
が生じない構成としである。
かかる構成において、電極４の間に電圧を印加すると、
発熱抵抗体層３に電流が流れ、発熱が起こる。
発熱抵抗体層３に電流が流れ、発熱が起こる。
発熱抵抗体層３で発生した熱は、下部および上部に伝わ
るが、領域９では蓄熱層が薄いために他の部分に比べて
下部へ伝わる熱が多く、結果′として層９の上部では上
部層である保護層５．６および７を介して液体８に伝え
られる熱が少なくなる。
るが、領域９では蓄熱層が薄いために他の部分に比べて
下部へ伝わる熱が多く、結果′として層９の上部では上
部層である保護層５．６および７を介して液体８に伝え
られる熱が少なくなる。
本実施例に係る基板を用いて実際に気泡を発生させてみ
たところ、第６図に示すように、領域９に対応した発熱
抵抗体層３の部分の上部３Ａにおいて気＠１０が消滅す
ることが観察さねだが、この部分録に伝わる熱は少なく
、残りの部分に比べて温度が低いために残留気体が付着
してもそこからランダムな核沸騰が起きて気泡発生を乱
すということはなく、残りの部分から極めて再現性の高
い膜沸騰が起きていた。この場合、気泡の形状・大きさ
は毎回一定であった。そして、この基板を第１図のよう
に記録ヘッドに用いて記録を行ったところ、部分２Ａの
厚さ並びに領域９０面積比の適切な選択による効果とあ
いまって液滴径・吐出速度も均一となり、良好な画像が
得られた。
たところ、第６図に示すように、領域９に対応した発熱
抵抗体層３の部分の上部３Ａにおいて気＠１０が消滅す
ることが観察さねだが、この部分録に伝わる熱は少なく
、残りの部分に比べて温度が低いために残留気体が付着
してもそこからランダムな核沸騰が起きて気泡発生を乱
すということはなく、残りの部分から極めて再現性の高
い膜沸騰が起きていた。この場合、気泡の形状・大きさ
は毎回一定であった。そして、この基板を第１図のよう
に記録ヘッドに用いて記録を行ったところ、部分２Ａの
厚さ並びに領域９０面積比の適切な選択による効果とあ
いまって液滴径・吐出速度も均一となり、良好な画像が
得られた。
領域９に対応した発熱抵抗体層３の上部３Ａ以外の部分
での沸騰の再現性が高いのは、残留気体が付着していな
い上に液体８が急激に加熱されるために、液体８が過熱
限界付近に到達し、液体内部の分子運動に基づく自発的
核生成現象によって気泡が形成されるからである。
での沸騰の再現性が高いのは、残留気体が付着していな
い上に液体８が急激に加熱されるために、液体８が過熱
限界付近に到達し、液体内部の分子運動に基づく自発的
核生成現象によって気泡が形成されるからである。
ル軟劣
第７図（従来例）は、発熱抵抗体Ｎ３の下部に均一な厚
さ（２，５μｍ）の蓄熱層を設けたこと以外は本実施例
と同一の構成からなる電気熱変換体を用いて気泡を発生
させた場合の図を示し、本実施例とは異なり気泡１０が
消滅する場所からランタムな核沸騰が起こり、気泡発生
の再現性が低下している。
さ（２，５μｍ）の蓄熱層を設けたこと以外は本実施例
と同一の構成からなる電気熱変換体を用いて気泡を発生
させた場合の図を示し、本実施例とは異なり気泡１０が
消滅する場所からランタムな核沸騰が起こり、気泡発生
の再現性が低下している。
すなわち図中（ａ）の場合には核沸騰の起こる場所が１
箇所であって比較的良好な気泡生成か実現しているが、
いつもそのような気泡生成が実現するわけではなく、図
中（ｂ）あるいは（Ｃ）のように複数の場所から核沸騰
が起こる場合もあり、その場合核沸騰熱伝達によって熱
エネルギか液体中に逃げ、気泡体積が小さくなってしま
う。このような例では、気泡の形状・大きさが一定でな
いために、記録ヘッドを構成して記録を行ったところ、
液滴径や吐出速度にバラツキが生し、画像の品位か低下
することが観察された。
箇所であって比較的良好な気泡生成か実現しているが、
いつもそのような気泡生成が実現するわけではなく、図
中（ｂ）あるいは（Ｃ）のように複数の場所から核沸騰
が起こる場合もあり、その場合核沸騰熱伝達によって熱
エネルギか液体中に逃げ、気泡体積が小さくなってしま
う。このような例では、気泡の形状・大きさが一定でな
いために、記録ヘッドを構成して記録を行ったところ、
液滴径や吐出速度にバラツキが生し、画像の品位か低下
することが観察された。
第８図は本実施例の変形例を示す。
本例では、５ｉｎ２の酸化層（蓄熱層）を薄くした領域
９を直径２８μｍの円形状としている。ここに、５０＝
２８２π／ ４ （μｍ２） 、５１１＝３０Ｘ１５０
（μｍ２）より、ｓｏ／ ＳＨ４１／７であるから、第
４図の条件も満たしている。
９を直径２８μｍの円形状としている。ここに、５０＝
２８２π／ ４ （μｍ２） 、５１１＝３０Ｘ１５０
（μｍ２）より、ｓｏ／ ＳＨ４１／７であるから、第
４図の条件も満たしている。
本例においても、第１図の実施例と同等の効果が得られ
る。
る。
なお円形領域のかわりに楕円、長方形等の領域としても
よい。いずれにせよ領域９の上部が、第９図に示すよう
に気泡１０の消滅する部位を内部に含むようにすると、
核沸騰抑制効果が犬ぎくなる（図示の例では領域９を楕
円形状としている）。
よい。いずれにせよ領域９の上部が、第９図に示すよう
に気泡１０の消滅する部位を内部に含むようにすると、
核沸騰抑制効果が犬ぎくなる（図示の例では領域９を楕
円形状としている）。
また、第１Ｏ図に示すように、蓄熱層の存在を薄くした
領域９の中心部９−１が、発熱抵抗体に内接する最大面
積の円または楕円１１の内部の下になるようにすると、
上部に対する熱伝導抑制の効果が大きくなる。
領域９の中心部９−１が、発熱抵抗体に内接する最大面
積の円または楕円１１の内部の下になるようにすると、
上部に対する熱伝導抑制の効果が大きくなる。
さらに、領域表面の面積比Ｓ。／ＳＯを適切に定めるこ
とにより、Ｏｖ、７値も一層安定する。
とにより、Ｏｖ、７値も一層安定する。
（実施例２）
第１１図は第２の実施例を示す。
本例では、表面酸化処理を抑制して層膜の部分を設ける
かわりに、均一の厚さ（例えば２．５μｍ）の５ｉｎ２
の酸化層２を形成した後、領域９に対応した部分１２Ｂ
で層２の膜厚が薄くなるように加工しく例えば１８μｍ
）、これ以外は第５図と同様の構成を採用した。
かわりに、均一の厚さ（例えば２．５μｍ）の５ｉｎ２
の酸化層２を形成した後、領域９に対応した部分１２Ｂ
で層２の膜厚が薄くなるように加工しく例えば１８μｍ
）、これ以外は第５図と同様の構成を採用した。
本例によっても第５図の実施例と同様の効果が得られ、
また同様の変形例を採用することができる。
また同様の変形例を採用することができる。
（実施例３）
第１２図は第３の実施例を示す。
本例では、領域９に対応した部分て層２を不存在とする
とともに、領域９上の上部層（保護層５）の厚みを大と
した。本例において、発熱抵抗体層３で発生した熱は、
下部および上部に伝わるが、領域９では蓄熱層が形成さ
れておらず、熱伝導率の高いＳｔの基板１が直接発熱抵
抗体層３に接しているので、その部分では他の部分に比
べて下部へ伝わる熱が多い。また、その部分の上部では
保護層５が厚いために他の部分に比へて熱抵抗が犬であ
る。従って、保護層５，６および７を介して表面からイ
ンクに伝達される熱は少なくなる。
とともに、領域９上の上部層（保護層５）の厚みを大と
した。本例において、発熱抵抗体層３で発生した熱は、
下部および上部に伝わるが、領域９では蓄熱層が形成さ
れておらず、熱伝導率の高いＳｔの基板１が直接発熱抵
抗体層３に接しているので、その部分では他の部分に比
べて下部へ伝わる熱が多い。また、その部分の上部では
保護層５が厚いために他の部分に比へて熱抵抗が犬であ
る。従って、保護層５，６および７を介して表面からイ
ンクに伝達される熱は少なくなる。
なお、この場合にもインク不存在の状態で上記温度差へ
Ｔが２０℃〜１００℃となるように上部層５の厚みを選
択する。また、この温度差が得られるのであれば、領域
９の下部で蓄熱層を薄くした構成、あるいは蓄熱層の厚
みを均一な構成とすることもできる。
Ｔが２０℃〜１００℃となるように上部層５の厚みを選
択する。また、この温度差が得られるのであれば、領域
９の下部で蓄熱層を薄くした構成、あるいは蓄熱層の厚
みを均一な構成とすることもできる。
以上３つの実施例およびその変形例においては、発熱抵
抗体層９の上部の構成は５ｊ０２． Ｔａ２０５および
Ｔａからなる層構成としたが、それ以外の構成であって
もよい。また、特に（実施例１）、（実施例２）では、
上部層なしの構成であってもよい。
抗体層９の上部の構成は５ｊ０２． Ｔａ２０５および
Ｔａからなる層構成としたが、それ以外の構成であって
もよい。また、特に（実施例１）、（実施例２）では、
上部層なしの構成であってもよい。
また、下部層（蓄熱層）を形成する物質としては５ｉ０
２以外の物質でもよく、例えばガラス、アルミナ等であ
ってもよい。そして、これら材料に応し適切に領域９に
関連した厚みを規定すればよい。
２以外の物質でもよく、例えばガラス、アルミナ等であ
ってもよい。そして、これら材料に応し適切に領域９に
関連した厚みを規定すればよい。
（実施例４）
以上の実施例では、波路が直線状である記録ヘッドに本
発明を適用した場合について述へたか、供給方向と吐出
方向とが異なる形態の記録ヘッド、例えば第１３図に示
すように、基板１′ に対して垂直方向に吐出がなされ
る形態のものであっても、図示の消泡位置１３′ を含
む領域において発熱抵抗体層１０７′ の下部層ないし
はこれと上部層とに関して上述のような構成を採ること
により、」＝述と同様の効果が得られる。
発明を適用した場合について述へたか、供給方向と吐出
方向とが異なる形態の記録ヘッド、例えば第１３図に示
すように、基板１′ に対して垂直方向に吐出がなされ
る形態のものであっても、図示の消泡位置１３′ を含
む領域において発熱抵抗体層１０７′ の下部層ないし
はこれと上部層とに関して上述のような構成を採ること
により、」＝述と同様の効果が得られる。
（さらに他の実施例）
また、近年開発されている階調表現が可能な形状の電気
熱変換体を有する記録ヘッド、例えは木願人の提案にな
る特公昭５９−３１９４３号に開示されるようなものに
対しても有効に適用可能である。すなわち、電気熱変換
体を、その発熱部において人力される信号のレベルに応
じて制御可能な温度分布を生じる構造（発熱量調整構造
）とし、信号レベルに応して気泡を多段階に調整するよ
うな構成の記録ヘッドに対しても適用できる。
熱変換体を有する記録ヘッド、例えは木願人の提案にな
る特公昭５９−３１９４３号に開示されるようなものに
対しても有効に適用可能である。すなわち、電気熱変換
体を、その発熱部において人力される信号のレベルに応
じて制御可能な温度分布を生じる構造（発熱量調整構造
）とし、信号レベルに応して気泡を多段階に調整するよ
うな構成の記録ヘッドに対しても適用できる。
例えは、第１４図（Δ）〜（Ｃ）に示すような電気熱変
換体において、消泡位置が符号１３″で示す位置にあれ
ば、そこを含む部分（破線て示ず部分）で電気熱変換体
１０７″ないし発熱抵抗体層３″の下で蓄熱層を薄くす
る等の構成とした領域９″を設ければよい。また、生じ
る気泡の大きさによって消泡位置が異なるのてあれば、
そのような領域９″を複数設けてもよい（第１４図（八
）の−点鎖線で示す部分を参ｌθ）。
換体において、消泡位置が符号１３″で示す位置にあれ
ば、そこを含む部分（破線て示ず部分）で電気熱変換体
１０７″ないし発熱抵抗体層３″の下で蓄熱層を薄くす
る等の構成とした領域９″を設ければよい。また、生じ
る気泡の大きさによって消泡位置が異なるのてあれば、
そのような領域９″を複数設けてもよい（第１４図（八
）の−点鎖線で示す部分を参ｌθ）。
また、気泡を多段階に調整するために発熱抵抗体層の層
厚を電流の向きに沿って変化させた構造（特開昭５９−
３１９４３号）や、発熱抵抗体層の厚さを中心線側に向
かって段階的に厚くしたような構造（特開昭６２−２０
１２５５号）に対しても適用できる。
厚を電流の向きに沿って変化させた構造（特開昭５９−
３１９４３号）や、発熱抵抗体層の厚さを中心線側に向
かって段階的に厚くしたような構造（特開昭６２−２０
１２５５号）に対しても適用できる。
加えて、本発明は、電気熱変換体を吐出エネルギ発生手
段とするものであれば、第１図に示したような集積型の
ものに限られることなく適用できるのは勿論であり、さ
らにシリアル走査される形態の記録ヘッドや、記録媒体
の全幅にわたって吐出口を選別させたフルマルチ形態の
記録ヘッドにも適用できるのは言うまでもない。
段とするものであれば、第１図に示したような集積型の
ものに限られることなく適用できるのは勿論であり、さ
らにシリアル走査される形態の記録ヘッドや、記録媒体
の全幅にわたって吐出口を選別させたフルマルチ形態の
記録ヘッドにも適用できるのは言うまでもない。
［発明の効果］
以上説明したように、本発明によれば、気泡が消滅する
位置に対応した部分の表面と、他の部分の表面とのイン
ク不導入時の温度差が適切な範囲となるような構成とし
たことによって、沸騰の再現性が向上し、得られる画像
の品位が向上するという効果が得られた。
位置に対応した部分の表面と、他の部分の表面とのイン
ク不導入時の温度差が適切な範囲となるような構成とし
たことによって、沸騰の再現性が向上し、得られる画像
の品位が向上するという効果が得られた。
第１図（八）および（Ｂ）は、それぞれ、本発明の実施
例に係る液体噴射記録ヘッドの分解斜視図および正面図
、 第２図はその消泡位置を説明するための説明図、 第３図は吐出に最適な温度範囲を説明するための説明図
、 第４図は同じく面積比を説明するための説明図、 第５図（Ａ）およびＣＢ）は、それぞれ、本発明に係る
基板の第１実施例を示す平面図およびそのＡ−Ａ’線断
面図、 第６図は本発明を用いた場合の気泡挙動を示す説明図、 第７図は従来例におりる気泡挙動を示す説明図、 第８図〜第１Ｏ図は本発明の第１実施例の変形例を示す
平面図、 第１１図および第１２図は、それぞれ、本発明の第２お
よび第３実施例に係る基板の断面図、第１３図は本発明
の第４実施例に係る記録ヘッドを示す説明図、 第１４図（Ａｌ−（Ｃ）は本発明のさらに他の実施例を
示す平面図である。 １．１′ ・・・基板、 ２・・・蓄熱層、 ３．３′、３″・・・発熱抵抗体層、 ４・・・電極、 ５・・・保護層（ＳｉＯ２）、 ６・・・保護層（Ｔａ２０ｓ）、 ７・・・保護層（Ｔａ）、 ８ ・・・７夜体、 ９．９″・・・蓄熱層の厚みを薄くする領域、１０・・
・気泡、 １２Ａ、１２Ｂ・・・厚みを薄くした蓄熱層の部分、１
３′、 １３″・・・気泡の消滅位置。 凸 凸 凸 ■ 凸 Ｃ＝さエイて：） どニド＝＝イ≦＝） ■ 仙把口 Ｃ４： Ｃ２’；Ｚ２ ： Ｚｌ （Ｚｌ＞２２）
例に係る液体噴射記録ヘッドの分解斜視図および正面図
、 第２図はその消泡位置を説明するための説明図、 第３図は吐出に最適な温度範囲を説明するための説明図
、 第４図は同じく面積比を説明するための説明図、 第５図（Ａ）およびＣＢ）は、それぞれ、本発明に係る
基板の第１実施例を示す平面図およびそのＡ−Ａ’線断
面図、 第６図は本発明を用いた場合の気泡挙動を示す説明図、 第７図は従来例におりる気泡挙動を示す説明図、 第８図〜第１Ｏ図は本発明の第１実施例の変形例を示す
平面図、 第１１図および第１２図は、それぞれ、本発明の第２お
よび第３実施例に係る基板の断面図、第１３図は本発明
の第４実施例に係る記録ヘッドを示す説明図、 第１４図（Ａｌ−（Ｃ）は本発明のさらに他の実施例を
示す平面図である。 １．１′ ・・・基板、 ２・・・蓄熱層、 ３．３′、３″・・・発熱抵抗体層、 ４・・・電極、 ５・・・保護層（ＳｉＯ２）、 ６・・・保護層（Ｔａ２０ｓ）、 ７・・・保護層（Ｔａ）、 ８ ・・・７夜体、 ９．９″・・・蓄熱層の厚みを薄くする領域、１０・・
・気泡、 １２Ａ、１２Ｂ・・・厚みを薄くした蓄熱層の部分、１
３′、 １３″・・・気泡の消滅位置。 凸 凸 凸 ■ 凸 Ｃ＝さエイて：） どニド＝＝イ≦＝） ■ 仙把口 Ｃ４： Ｃ２’；Ｚ２ ： Ｚｌ （Ｚｌ＞２２）
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １）支持体と、 該支持体上に配され、発熱抵抗体層および該発熱抵抗体
層に電気的に接続された一対の電極を有し、前記一対の
電極間に熱発生部が形成されている電気熱変換体と、 を具備し、ΔＴ＝Ｔ＿Ｈ−Ｔ＿Ｏが２０℃以上１００℃
以下であることを特徴とする液体噴射記録ヘッド用基体
。 Ｔ＿Ｏ：前記熱発生部に対応する前記基体の表面の、該
表面上の記録用液体に生じる気泡が消滅する位置での、
記録用液体が存在しないときの前記電気熱変換体の駆動
状態の温度のピーク値。 Ｔ＿Ｈ：前記位置以外の位置での、記録用液体が存在し
ないときの前記電気熱変換体の駆動状態での温度のピー
ク値。 ２）より好ましくは、前記ΔＴを、主として前記記録用
液体の吐出速度を考慮した場合には２０℃以上６０℃以
下、主として前記記録用液体の吐出速度の標準偏差を考
慮した場合には２５℃以上１００℃以下、最も好ましく
は前記ΔＴを２５℃以上６０℃以下としたことを特徴と
する請求項１記載の液体噴射記録ヘッド用基体。 ３）前記記録用液体の液略に沿った前記熱発生部の長さ
を前記液路に沿った前記熱発生部の両側にある流域の流
体力学的インピーダンスの慣性成分Ｚの逆比で比例配分
した位置を、前記気泡が消滅する位置としたことを特徴
とする請求項１記載の液体噴射記録ヘッド用基体。 ▲数式、化学式、表等があります▼ ［ｘ：着目する流域について流れ方向にとった位置、ｌ
：着目する流域の長さ、Ｓ（ｘ）：位置ｘにおける液路
の断面積、ρ：記録用液体の密度］ ４）流域について記録用液体の流れ方向にとった位置Ｘ
における液路の高さをｈ（ｘ）としたとき、前記両側の
▲数式、化学式、表等があります▼の逆比で前記熱発生 部の前記長さを比例配分した位置を、前記気泡が消滅す
る位置としたことを特徴とする請求項３記載の液体噴射
記録ヘッド用基体。 ５）前記支持体と前記電気熱変換体との間に蓄熱層を有
し、該蓄熱層を、前記気泡が消滅する位置を含む一部分
に対応した部位で薄くすることにより前記温度差が得ら
れるようにしたことを特徴とする請求項１に記載の液体
噴射記録ヘッド用基体。 ６）前記電気熱変換体は上部層として保護層を具え、該
保護層の厚みを、前記気泡が消滅する位置を含む一部分
に対応した部位で厚くすることにより前記温度差が得ら
れるようにしたことを特徴とする請求項１に記載の液体
噴射記録ヘッド用基体。 ７）前記一部分に対応した前記熱発生部上の面積Ｓ＿Ｏ
と、前記熱発生部上の全面積Ｓ＿Ｈとの比Ｓ＿Ｏ／Ｓ＿
Ｈを、好ましくは１／１０以上１／２以下、より好まし
くは、主として液体の吐出速度を考慮した場合には１／
１０以上１／４以下、主として液体の吐出速度の標準偏
差を考慮した場合には１／８以上１／２以下、最も好ま
しくは１／８以上１／４以下としたことを特徴とする請
求項５または６に記載の液体噴射記録ヘッド用基体。 ８）支持体と、 該支持体上に配され、発熱抵抗体層および該発熱抵抗体
層に電気的に接続された一対の電極を有し、前記一対の
電極間に熱発生部が形成されている電気熱変換体と、 を有し、ΔＴ＝Ｔ＿Ｈ−Ｔ＿Ｏが２０℃以上１００℃以
下である基体と、 前記記録用液体の液路を形成するために前記基体上に設
けた部材と を具備したことを特徴とする液体噴射記録ヘッド。 Ｔ＿Ｏ：前記熱発生部に対応する前記基体の表面の、該
表面上の記録用液体に生じる気泡が消滅する位置での、
記録用液体が存在しないときの前記電気熱変換体の駆動
状態の温度のピーク値。 Ｔ＿Ｈ：前記位置以外の位置での、記録用液体が存在し
ないときの前記電気熱変換体の駆動状態での温度のピー
ク値。 ９）より好ましくは、前記ΔＴを、主として前記記録用
液体の吐出速度を考慮した場合には２０℃以上６０℃以
下、主として前記記録用液体の吐出速度の標準偏差を考
慮した場合には２５℃以上１００℃以下、最も好ましく
は前記ΔＴを２５℃以上６０℃以下としたことを特徴と
する請求項８記載の液体噴射記録ヘッド。 １０）前記記録用液体の液略に沿った前記熱発生部の長
さを前記液路に沿った前記熱発生部の両側にある流域の
流体力学的インピーダンスの慣性成分Ｚの逆比で比例配
分した位置を、前記気泡が消滅する位置としたことを特
徴とする請求項８記載の液体噴射記録ヘッド。 ▲数式、化学式、表等があります▼ １１）流域について記録用液体の流れ方向にとった位置
Ｘにおける液路の高さをｈ（ｘ）としたとき、前記両側
の▲数式、化学式、表等があります▼の逆比で前記熱発
生 部の前記長さを比例配分した位置を、前記気泡が消滅す
る位置としたことを特徴とする請求項１０記載の液体噴
射記録ヘッド。 １２）前記支持体と前記電気熱変換体との間に蓄熱層を
有し、該蓄熱層を、前記気泡が消滅する位置を含む一部
分に対応した部位で薄くすることにより前記温度差が得
られるようにしたことを特徴とする請求項８記載の液体
噴射記録ヘッド。 １３）前記電気熱変換体は上部層として保護層を具え、
該保護層の厚みを、前記気泡が消滅する位置を含む一部
分に対応した部位で厚くすることにより前記温度差が得
られるようにしたことを特徴とする請求項８記載の液体
噴射記録ヘッド用基体。 １４）前記一部分に対応した前記熱発生部上の面積Ｓ＿
Ｏと、前記熱発生部上の全面積Ｓ＿Ｈとの比Ｓ＿Ｏ／Ｓ
＿Ｈを、好ましくは１／１０以上１／２以下、より好ま
しくは、主として液体の吐出速度を考慮した場合には１
／１０以上１／４以下、主として液体の吐出速度の標準
偏差を考慮した場合には１／８以上１／２以下、最も好
ましくは１／８以上１／４以下としたことを特徴とする
請求項１２または１３に記載の液体噴射記録ヘッド用基
体。
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|---|---|---|---|
| JP63175241A JP2664212B2 (ja) | 1988-07-15 | 1988-07-15 | 液体噴射記録ヘッド |
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