JPH0531903A

JPH0531903A - インクジエツトヘツド用基体、これを用いたインクジエツトヘツドおよび該インクジエツトヘツドを具備するインクジエツト装置

Info

Publication number: JPH0531903A
Application number: JP3194033A
Authority: JP
Inventors: Kenji Hasegawa; 研二長谷川; Atsushi Shiozaki; 篤志塩崎; Koichi Toma; 弘一當麻; Isao Kimura; 勲木村
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1991-08-02
Filing date: 1991-08-02
Publication date: 1993-02-09

Abstract

(57)【要約】【目的】キャビテーションの衝撃に対する耐性、キャ
ビテーションによるエロージョンに対する耐性、機械的
耐久性、化学的安定性、電気化学的安定性、抵抗安定
性、耐熱性、耐酸化性、耐溶解性および耐熱衝撃性のそ
れぞれについて優れ、かつ優れた熱伝導性を有する改善
されたインクジェットヘッドを提供すること。【構成】熱作用面上のインクに直接熱エネルギーを与
えてインクを吐出するために利用される前記熱エネルギ
ーを通電によって発生する発熱抵抗体を備えた電気熱変
換体をインクの通路に沿って有するインクジェットヘッ
ドにおいて、前記発熱抵抗体が、少なくともＩｒ，Ａｌ
を下記の組成割合で含有する材料で構成されていること
を特徴とするインクジェットヘッド。５４原子％≦Ｉｒ≦９５原子％５原子％≦Ａｌ≦４６原子％

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、キャビテーションの衝
撃に対する耐性、キャビテーションによるエロージョン
に対する耐性、化学的安定性、電気化学的安定性、耐酸
化性、耐溶解性、耐熱性、耐熱衝撃性、機械的耐久性等
に優れた電気熱変換体を具備するインクジェットヘッド
およびインクジェット装置に関する。このインクジェッ
トヘッドおよびインクジェット装置としては、熱作用面
上のインクに直接熱エネルギーを与えてインクを吐出す
るために利用される熱エネルギーを通電によって発生す
る発熱抵抗体を有する電気熱変換体を具備するものを代
表的な例として挙げることができる。そして、この電気
熱変換体は、消費電力が少なく、入力信号に対する応答
性に優れたものである。

【０００２】

【従来の技術】特公昭６１−０５９９１１号公報や特公
昭６１−０５９９１４号公報等に記載されているインク
ジェット方式は、高速高密度で高精細高画質の記録が可
能で、且つカラー化、コンパクト化に適しており、近年
とみに注目を集めている。この方式を用いる装置の代表
例においては、記録用液体であるインクを熱エネルギー
を利用して吐出させるため、インクに熱を作用させる熱
作用部が存在する。即ち、インク路に対応して熱作用部
を有する発熱抵抗体を設け、この発熱抵抗体から発生し
た熱エネルギーを利用してインクを急激に加熱して発泡
させ、この発泡によってインクを吐出するものである。

【０００３】この熱作用部は、対象物に熱を作用させる
という観点からすると、従来のいわゆるサーマルインク
ジェットヘッドの構成と一見類似している部分もある
が、熱作用部がインクに直接接する点や、熱作用部がイ
ンクの発泡と消泡との繰り返しによるキャビテーション
によって機械的衝撃や、場合によってはエロージョンに
さらされるという点、また熱作用が１０^-1〜１０^-6秒と
いうオーダーの極めて短い時間に１０００℃近い温度の
上昇および下降にさらされるといった点などで、サーマ
ルインクジェットヘッドとはその根本技術が大きく異な
る。したがって、サーマルインクジェットヘッド技術を
バブルジェット技術にそのまま適用することができない
ことは言うまでもない。即ち、サーマルインクジェット
ヘッド技術とインクジェット技術とを同列に論じること
はできない。

【０００４】ところで、インクジェットヘッドの熱作用
部については、それが前述したような厳しい環境にさら
されるため、発熱抵抗体上に保護膜として例えばＳｉＯ
₂、ＳｉＣ、Ｓｉ₃Ｎ₄等からなる電気絶縁性層と、さら
にその上のＴａ等からなる耐キャビテーション層とを設
ける構造とし、使用環境から熱作用部を保護するのが一
般的である。このようなインクジェットヘッドに用いら
れる保護膜の構成材料としては、例えば特公昭５９−４
３３１５号公報に記載されているキャビテーションによ
る衝撃やエロージョンに対して強い材料を挙げることが
できる。なお、サーマルインクジェットヘッドに一般的
に用いられるＴａ₂０₅等からなる耐摩耗層が、耐キャビ
テーション性に優れているとは必ずしも限らない。

【０００５】これとは別に、インクジェットヘッドの熱
作用部に対しては、消費電力を低くし、入力信号に対す
る応答性を高めるために、発熱抵抗体で発生させる熱が
できるだけ効率よくかつ速やかにインクに作用すること
が望まれる。そのため、特開昭５５−１２６４６２号公
報に記載されたものにおいては、前述した保護膜が設け
られた形態とは別に、発熱抵抗体が直にインクに接する
形態が提案されている。

【０００６】この形態のインクジェットヘッドは、熱効
率の点では保護膜が設けられた形態に勝っているもの
の、発熱抵抗体がキャビテーションによる衝撃やエロー
ジョン、さらには温度の上昇および下降にさらされるだ
けでなく、発熱抵抗体に接する記録用液体が導電性を有
するために記録用液体中にも電流が流れ、その結果生じ
る電気化学反応にも発熱抵抗体がさらされることにな
る。このため、従来発熱抵抗体の材料として知られてい
るＴａ₂Ｎ、ＲｕＯ₂を始めとする様々な金属、合金、金
属化合物、あるいはサーメットも、この形態のインクジ
ェットヘッドの発熱抵抗体に用いるには耐久性、安定性
において必ずしも充分でない。

【０００７】前述のような保護膜が設けられた形態のイ
ンクジェットヘッドでは、耐久性や抵抗変化の点で実用
上採用できるものが提案されているが、いずれの場合に
あっても保護膜の形成時に生ずる欠陥の発生を完全に防
止することは非常に難しく、この点が量産時に歩留まり
を下げる大きな要因となる。そして、記録の高速化、高
密度化が一層求められ、それに対応してインクジェット
ヘッドの吐出口の数が増加する傾向にあることから、こ
のことは大きな問題となってきている。

【０００８】また、上述の保護膜は発熱抵抗体から記録
用液体への熱伝達効率を下げるが、この熱伝達効率が悪
いと、必要となる全体の消費電力が増し、駆動時におけ
るインクジェットヘッドの温度変化が大きくなってしま
う。この温度変化は吐出口から吐出される滴の体積変化
につながり、画像での濃度変化の原因となる。また、記
録の高速化に対応するために、時間当たりの吐出回数を
増やすとそれに応じてインクジェットヘッドでの消費電
力が上昇すると、温度変化は大きくなり、この温度変化
が得られる画像にそれに応じた濃度変化をもたらすこと
になる。また、電気熱変換体の高密度化を伴う吐出口の
マルチ化を行なった場合でもインクジェットヘッドでの
消費電力は上昇し、それによる温度変化はやはり得られ
る画像を該温度変化に応じた濃度変化を伴うものにして
しまう。こうした得られる画像を濃度変化のあるものに
してしまう問題は、記録画像の高画質化に対する要求に
反するものであり、早期解決を要する問題である。

【０００９】このような問題を解決するため、発熱抵抗
体とインクが直に接する、熱効率のよいインクジェット
ヘッドの提供が切望されている。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、既に述
べたように、インクが直に発熱抵抗体に接する従来の形
態においては、発熱抵抗体がキャビテーションによる衝
撃やエロージョンさらには温度の上昇および下降にさら
されるだけでなく、電気化学反応にもさらされるので、
従来のＴａ₂Ｎ、ＲｕＯ₂、ＨｆＢ₂等の発熱抵抗体の材
料では、機械的に破壊されたり、腐食、溶解されてしま
う等、耐久性に問題がある。

【００１１】特公昭５９−４３３１５号公報に記載され
ているキャビテーションによる衝撃やエロージョンに対
して強い材料は、上記のような保護膜（耐キャビテーシ
ョン層）として用いる場合に初めてその効果が発揮され
るものである。ところが、この材料をインクに直に接す
る発熱抵抗体として用いる場合には、電気化学反応によ
って溶解あるいは腐食されてしまうことがあり、充分な
耐久性を得ることはできない。

【００１２】また、高精細、高画質の記録にとって、吐
出の安定性は不可欠であり、そのためには、発熱抵抗体
の抵抗変化が小さいことが必要であり、実用的には５％
以下であることが望ましい。特開昭５９−９６９７１号
公報に記載のあるＴａやＴａ−Ａｌ合金は、インクジェ
ットヘッドのインクに直に接する発熱抵抗体として用い
る場合に、抵抗体が破断しないという点での耐久性、即
ち耐キャビテーション性においては比較的優れている。
しかしながら、発泡を繰り返す間の抵抗変化という点に
おいては、例えばＴａやＴａ−Ａｌ合金ではさほど小さ
くなく満足のゆくものではない。さらに、ＴａやＴａ−
Ａｌ合金では、抵抗体が破断する印加パルス電圧（Ｖbr
eak）と発泡しきい値電圧（Ｖth）との比Ｍがさほど大
きくなくて耐熱性がさほど高くなく、駆動電圧（Ｖop）
の僅かな増加により抵抗体の寿命が大きく低下してしま
うことがあるという問題があった。即ち、ＴａやＴａ−
Ａｌ合金は電気化学反応に対する耐性が必ずしも充分で
はなく、そのためにインクジェットヘッドのインクと直
に接する発熱抵抗体の材料として用いた場合には、多数
の印加パルスにより発泡が繰り返されると、発熱抵抗体
の電気抵抗が大きく変化し、それにより発泡の状態もま
た変化してしまうという問題や、耐熱性がさほど大きく
ないため、Ｖopのわずかな変化が抵抗体の寿命を大きく
左右することがあるといった問題がある。

【００１３】このように、従来既知の材料で記録用液体
（即ち、インク）に直に接する発熱抵抗体を形成して
も、キャビテーションの衝撃に対する耐性、キャビテー
ションによるエロージョンに対する耐性、機械的耐久
性、化学的安定性、電気化学的安定性、抵抗安定性、耐
熱性、耐酸化性、耐溶解性および耐熱衝撃性の全てを満
足できるインクジェットヘッドまたはインクジェット装
置を得ることはなかなかできない。

【００１４】特に、発熱抵抗体がインクと直に接するよ
うに設けられた構造を有し、熱伝導効率が高く、信号応
答性にすぐれ、且つ充分な耐久性と吐出安定性とを有す
るインクジェットヘッドおよびインクジェット装置を得
ることはなかなかできない。本発明の主たる目的は、イ
ンクが直に発熱抵抗体に接触する形態の従来のインクジ
ェットヘッドにおける上述の問題を解決し、改善された
インクジェットヘッドおよび該インクジェットヘッドを
有するインクジェット装置を提供することにある。

【００１５】本発明の他の目的は、キャビテーションの
衝撃に対する耐性、キャビテーションによるエロージョ
ンに対する耐性、機械的耐久性、化学的安定性、電気化
学的安定性、抵抗安定性、耐熱性、耐酸化性、耐溶解性
および耐熱衝撃性のそれぞれについて優れ、かつ優れた
熱伝導性を有する改善されたインクジェットヘッドを提
供することにある。

【００１６】本発明の更なる目的は、発熱抵抗体が記録
用液体（即ち、インク）と直に接触するようにした構造
を有し、長時間の繰り返し使用にあっても常時安定して
オンデマンド（ｏｎｄｅｍａｎｄ）での信号に即応答
して熱エネルギーを効率よく前記記録用液体に伝達して
インク吐出を行い、優れた記録画像をもたらす改善され
たインクジェットヘッドを提供することである。

【００１７】本発明のさらに他の目的は、発熱抵抗体が
記録用液体と直に接触するようにした構造を有し、該発
熱抵抗体による消費電力を低く押さえ、インクジェット
ヘッドの温度変化を極めて小さくし、長時間の繰り返し
使用にあっても常時安定してインク吐出を行い、得られ
る画像をインクジェットヘッドの温度変化による濃度変
化のないものにする改善されたインクジェットヘッドを
提供することにある。本発明の別の目的は、上述のイン
クジェットヘッドを有するインクジェット装置を提供す
ることにある。

【００１８】

【課題を解決するための手段】本発明のインクジェット
ヘッド用基体は、熱作用面上のインクに直接熱エネルギ
ーを与えてインクを吐出するために利用される前記熱エ
ネルギーを通電によって発生する発熱抵抗体を備えた電
気熱変換体を有するインクジェットヘッド用基体におい
て、前記発熱抵抗体が、少なくともＩｒ，Ａｌを下記
の組成割合で含有する材料で構成されている。

【００１９】５４原子％≦Ｉｒ≦９５原子％５原子％≦Ａｌ≦４６原子％また、本発明のインクジェットヘッドおよびインクジェ
ット装置は、上記のインクジェットヘッド用基体を用い
て構成されている。

【００２０】

【作用】本発明者らは、インクが直に発熱抵抗体に接触
する形態の従来のインクジェットヘッドにおける上述の
問題点を解決して上記目的を達成すべく鋭意研究した結
果、該インクジェットヘッドの発熱抵抗体をイリジュウ
ム（Ｉｒ）およびアルミニウム（Ａｌ）の２元素を特定
の組成割合で含有する非単結晶質物質により構成するこ
とにより、上記目的を達成するインクジェットヘッドが
得られる知見を得、該知見に基づいて本発明を完成する
に至った。

【００２１】前記非単結晶質物質は、イリジュウム（Ｉ
ｒ）とアルミニウム（Ａｌ）との２元素をそれぞれ５４
乃至９５原子％および５乃至４６原子％の組成割合で含
有する多結晶質（ポリクリスタル）物質である。

【００２２】本発明者らは、耐熱性および耐酸化性に富
み、かつ化学的に安定である物質の観点でイリジュウム
（Ｉｒ）を選択し、機械的強度を有し、耐溶剤溶解性に
富む酸化物をもたらす物質の観点でアルミニウム（Ａ
ｌ）を選択し、これらの２元素を所定の組成で含有する
非単結晶質物質サンプルをスパッタリング法により複数
個作成した。

【００２３】それぞれのサンプルは、図６に示すスパッ
タリング装置（商品名：スパッタリング装置ＣＦＳ−８
ＥＰ、株式会社徳田製作所製）を使用し、単結晶Ｓｉ基
板および表面に２．５μｍの熱酸化ＳｉＯ₂膜を形成し
たＳｉ単結晶基板上に成膜することにより作製した。

【００２４】成膜室６０１内には、成膜処理が施される
基板６０３を保持するための基板ホルダが設けられてい
る。基板ホルダ６０２には基板６０３を加熱するための
ヒータ（図示せず）が内蔵されている。基板ホルダ６０
２は系外に設置された駆動モータ（図示せず）から延び
る回転シャフト６０８により支持されるもので、上下移
動でき、かつ回転できるように設計されている。成膜室
６０１内の基板６０３に対向する位置には、成膜用ター
ゲットを保持するためのターゲットホルダ６０５が設置
されている。ターゲットホルダ６０５の表面に置かれる
Ａｌターゲット６０６は９９．９重量％以上の純度のＡ
ｌ板からなるものであり、Ａｌターゲット６０６上に配
置される２個のＩｒターゲット６０７は９９．９重量％
以上の純度のＩｒシートからなるものである。Ｉｒター
ゲット６０７は、２個図示されているように、それぞれ
所定の面積のものがＡｌターゲット６０６の表面積に応
じて所定の間隔で１個以上配置される。Ｉｒターゲット
６０７の個々の面積および配置は、希望するＩｒおよび
Ａｌを所定の組成割合で含有する膜が２種類のターゲッ
トの面積比の関係を如何にしたら得られるかを予め見極
め、検量線を作製し、該検量線に基づいて行うようにす
る。

【００２５】なお、組成割合を一定ちし、より安定な成
膜を行う場合にはＡｌターゲット６０６に、Ｉｒターゲ
ット６０７の形状の凹部を切削加工にて形成し、該凹部
にＩｒターゲット６０７電気溶接等で固定してもよい。
このようにすればＩｒターゲット６０７の位置がずれる
こともなく、複数回のスパッタでも再現性よく膜作製す
ることが可能となる。このときのＡｌターゲット６０６
の切削加工も容易である。

【００２６】ターゲットホルダ６０５の側面を覆う防護
壁６１８は、Ａｌターゲット６０６とＩｒターゲット６
０７が側面からプラズマによりスパッタされないように
それらの周囲を覆うように設けられている。

【００２７】ＲＦ電源６１５は、マッチングボックス６
１４および導線６１６を介して成膜室６０１の周囲壁に
電気的に接続され、また、マッチングボックス６１４お
よび導線６１７を介してターゲットホルダ６０５に電気
的に接続されている。

【００２８】ターゲットホルダ６０５には、成膜中にＡ
ｌターゲット６０６およびＩｒターゲット６０７が所定
の温度に保持されるように冷却水を内部循環させる機構
（図示せず）が設けられている。成膜室６０１には、該
成膜室６０１の内部を排気するための排気管６１０が設
けられており、該排気管６１０は排気バルブ６１１を介
して真空ポンプ（図示せず）に連通している。ガス供給
管６１２は、成膜室６０１内にアルゴンガス（Ａｒガ
ス）、ネオンガス（Ｎｅガス）等のスパッタリング用ガ
スを導入するためのもので、これらのスパッタリング用
ガスの流量は、ガス供給管６１２に設けられた流量調節
バルブ６１３で調節される。絶縁碍子６０９は、ターゲ
ットホルダ６０５を成膜室６０１から電気的に絶縁する
ためにターゲットホルダ６０５と成膜室６０１の底壁と
の間に設けられている。真空計６１９は、成膜室６０１
の内圧を検知するために設けられたもので、スパッタ条
件の設定は該真空計６１９の検出圧力を用いて行われ
る。

【００２９】シャッター板６０４は、ターゲットホルダ
６０５の上部の位置で基板６０３とＡｌターゲット６０
６およびＩｒターゲット６０７の間の空間を遮断するよ
うに水平に移動するように設けられている。該シャッタ
ー板６０４は、次のように使用される。成膜開始前に、
Ａｌターゲット６０６とＩｒターゲット６０７を保持す
るターゲットホルダ６０５の上部に移動させ、ガス供給
管６１２を介してアルゴン（Ａｒ）ガス等の不活性ガス
を成膜室６０１内に導入し、ＲＦ電源６１５よりＲＦ電
力を印加して該不活性ガスをプラズマ化し、生成したプ
ラズマによりＡｌターゲット６０６とＩｒターゲット６
０７をスパッタして各ターゲットの表面の不純物をそれ
ぞれ除去する。その後、シャッター板６０４を、成膜を
害しない位置（図示せず）に移動させる。

【００３０】図６に図示の装置は、上述したようにター
ゲットホルダが１つ設けられた形態のものであるが、複
数のターゲットを設けることもできる。その場合、それ
らのターゲットホルダを成膜室６０１内の基板６０３と
対向する位置に同心円上に等間隔で配列する。そして、
それぞれのターゲットホルダには、個々に独立したＲＦ
電源をマッチングボックスを介して電気的に接続させ
る。このような場合、２種のターゲット、即ち、Ｉｒタ
ーゲットおよびＡｌターゲットを使用することから、２
個のターゲットホルダを上述したように成膜室６０１内
に配列し、それぞれのターゲットホルダ上にそれぞれの
ターゲットを個々に設置する。この場合、個々のターゲ
ットについて所定のＲＦ電力を独立に印加できるので、
成膜する膜構成元素の組成割合を変化させてＩｒおよび
Ａｌの元素の１つまたはそれ以上が膜厚方向に変化した
膜を形成することができる。

【００３１】上述の図６に示した装置を使用した各サン
プルの作製は、その都度Ａｌターゲット６０６上へのＩ
ｒターゲット６０７の配置を得ようとする所定のＩｒお
よびＡｌの組成割合の非単結晶質物質（膜）についての
予め用意した検量線に基づいて行った以外は下記の成膜
条件で行った。

【００３２】基板ホルダ６０２上に配置した基板：４in
chφサイズのＳｉ単結晶基板（ワッカー社製）（１枚）
および２．５μｍ厚のＳｉＯ₂膜を表面に形成した４inc
hφサイズのＳｉ単結晶基板（ワッカー社製）基板設定温度：５０℃ ベースプレッシャー：２．６×１０^-4Ｐａ以下高周波（ＰＦ）電力：１０００Ｗスパッタリング用ガスおよびガス圧：アルゴンガス、
０．４Ｐａ成膜時間：１２分以上のようにして得られた各サンプルのうち、ＳｉＯ₂
膜基板に成膜したものの一部の試料について株式会社島
津製作所製のＥＰＭ−８１０を使用してエレクトロン
プローブマイクロアナリシスを行って組成分析し、次
いでＳｉ単結晶基板に成膜したサンプルにつきマック
サイエンス社製のＸ線回折計（商品名：ＭＸＰ３）によ
り結晶性を観察した。得られた結果を第１表にまとめて
示した。第１表中、サンプルが多結晶質物質である場合
をＣで示し、サンプルが多結晶質物質と非晶質（アモル
ファス）物質である場合をＭで示し、サンプルがアモル
ファス物質である場合をＡで示した。

【００３３】ついで、各サンプルについてＳｉＯ₂膜基
板に成膜した別の一部を使用して、電気化学的反応に対
する耐性および機械的衝撃に対する耐性を観察するため
の所謂池テストを行い、さらにＳｉＯ₂膜基板に成膜し
た残りを使用して空気中での耐熱性および耐衝撃性を観
察するためのステップストレステスト（ＳＳＴ）を行っ
た。前記池テストは、浸漬用液体として、水７０重量部
とジエチレングリコール３０重量部とからなる溶液に酢
酸ナトリウム０．１５wt％を溶解せしめた液体を使用し
た以外は後述する「低導伝率インク中での発泡耐久テス
ト」と同様の手法により行った。前記池テストの結果と
前記ＳＳＴの結果とを総合して検討したところ、好まし
いサンプルは、多結晶質物質であり、ＩｒおよびＡｌの
組成割合は、Ｉｒが５４乃至９５原子％、Ａｌが５乃至
４６原子％であることが判った。以上の結果から、本発
明者らは、下記の組成割合でＩｒおよびＡｌを必須成分
として含有する非単結晶Ｉｒ−Ａｌ物質がインクジェッ
トヘッドの発熱抵抗体への使用適正を有することを見極
めた。

【００３４】５４原子％≦Ｉｒ≦９５原子％５原子％≦Ａｌ≦４６原子％さらに、本発明者らはこの非単結晶Ｉｒ−Ａｌ物質を用
いて発熱抵抗体を構成し、インクジェットヘッドを作製
したところ、下述する事実が判明した。

【００３５】即ち、上記非単結晶Ｉｒ−Ａｌ物質を用い
れば、キャビテーションの衝撃に対する耐性、キャビテ
ーションによるエロージョンに対する耐性、電気化学的
および化学的な安定性や耐熱性においても優れた発熱抵
抗体を有するインクジェットヘッドを得ることができ
る。特に、発熱抵抗体の熱発生部がインク路中のインク
と直に接する構成のインクジェットヘッドを得ることが
できる。この構成のインクジェットヘッドでは、発熱抵
抗体の熱発生部から発生した熱エネルギーをインクに直
接作用させることができるのでインクへの熱伝導効率が
良い。故に、発熱抵抗体による消費電力を低く押さえる
ことができ、インクジェットヘッドの昇温（インクジェ
ットヘッドの温度変化）を格段に小さくすることができ
るので、インクジェットヘッドの温度変化による画像濃
度変化の発生を避けることができる。また、発熱抵抗体
に印加される吐出信号に対して一層良好な応答性を得る
ことができる。

【００３６】さらに、本発明に係る発熱抵抗体では、所
望の比抵抗値を制御性よく、一つのインクジェットヘッ
ドの中での抵抗値のばらつきが極めて少ないように得る
ことができる。したがって、従来に比して格段に安定し
たインク吐出を行うことができ、また耐久性にも優れた
インクジェットを得ることができる。

【００３７】以上のような良好な諸特性を有するインク
ジェットヘッドは、吐出口のマルチ化に伴う記録の高速
化や高画質化に非常に適したものとなる。

【００３８】よって、本発明の一つの態様は、熱作用面
上のインクに直接熱エネルギーを与えてインクを吐出す
るために利用される前記熱エネルギーを通電によって発
生する発熱抵抗体を有する電気熱変換体を具備するイン
クジェットヘッドにおいて、前記発熱抵抗体を、実質的
にＩｒおよびＡｌで構成し、前記ＩｒおよびＡｌを下記
の組成割合で含有する非単結晶質物質で構成したことを
特徴とするインクジェットヘッドを提供する。

【００３９】２４原子％≦Ｉｒ≦６８原子％３２原子％≦Ａｌ≦７６原子％本発明において、上記の特定の非単結晶Ｉｒ−Ａｌ物質
でインクジェットヘッドの発熱抵抗体を構成する場合、
上述した各種の顕著な効果が得られる理由はいまだ明ら
かではないが、理由の一つとして、耐熱性、耐酸化性、
化学的安定性に優れるＩｒが反応を防止し、Ａｌが機械
的強度を付与すると共に安定な酸化物を生成して耐溶解
性をもたらしていることが想像される。

【００４０】この様に、ＩｒおよびＡｌを前述した特定
の組成割合で含有する非単結晶質物質は、これら二つの
元素が有機的に作用し合うことで、いかなる種類のイン
クに対しても、長期間にわたり直接接触することが可能
な発熱抵抗体として使用することができるものである。

【００４１】本発明者らは、上述した特定の非単結晶Ｉ
ｒ−Ａｌ物質以外の非単結晶Ｉｒ−Ａｌ物質を使用して
インクジェットヘッドの発熱抵抗体を構成する場合、下
述するような問題があることを実験を介して確認した。

【００４２】即ち、キャビテーションの衝撃に対する耐
性、キャビテーションによるエロージョンに対する耐
性、電気化学的安定性、化学的安定性、耐熱性、密着
性、内部応力等が適正でなくなり、インクジェットヘッ
ドの発熱抵抗体、特にインクに直に接するタイプの発熱
抵抗体として用いた場合に充分な耐久性が得られない。
例えば、Ｉｒが多過ぎるときには膜の剥離が発生するこ
とがあり、反対にＡｌが多過ぎるときには抵抗変化が激
しくなることがある。

【００４３】本発明における発熱抵抗体の層の厚さは、
適切な熱エネルギーが効果的に発生されるよう適宜決め
られるが、耐久性や生産特性等の点から、好ましくは３
００Å〜１μｍ、より好ましくは１０００Å〜５０００
Åである。

【００４４】また、本発明に係る発熱抵抗体は、その表
層部分、特にはインクに接する表層部分が前述した組成
になっていればよく、必ずしも発熱抵抗体の全体にわた
って組成が一様である必要はない。例えば、発熱抵抗体
が複数の層からなっていても、また組成に層厚方向の分
布があっても、前述した条件が満たされている限り、本
発明の効果を得ることができる上、特に支持体との密着
性において一層優れたものを得ることができる。

【００４５】さらに、一般的に層の表面や内部は大気に
触れたり、あるいは作製の工程の中で酸化されたりガス
を取り込んだりすることがあるが、本発明に係る材料に
おいては、このような表面や内部のわずかな酸化やＡｒ
の取込みによってその効果が低下するものではない。こ
のような不純物としては、例えばＡｒ、Ｏを始めとして
Ｃ、Ｎ、Ｓｉ、Ｂ、Ｎａ、ＣｌおよびＦｅから選択され
る少なくとも一つの元素を挙げることができる。

【００４６】加えて、本発明に係る発熱抵抗体は、例え
ば夫々の材料を同時または交互に堆積するＤＣスパッタ
法、ＲＦスパッタ法、イオンビームスパッタ法、真空蒸
着法、あるいはＣＶＤ法等によって形成することができ
る。

【００４７】

【実施例】次に、前述した組成を有する合金材料を発熱
抵抗体として用いた、熱効率、信号応答性等に優れた本
発明に係るインクジェットヘッドの実施例について図面
を用いて説明する。

【００４８】図１（ａ）はインクジェットヘッドの第１
の実施例の吐出口側から見た模式的正面図、図１（ｂ）
は図１（ａ）中のＸ−Ｙ断面図である。

【００４９】この例のインクジェットヘッドは、基板１
０１の表面上に下部層１０２を設けてなる支持体上に、
所定の形状を有する発熱抵抗体層１０３と電極１０４，
１０５とを有する電気熱変換体を形成し、さらに該電気
熱変換体の少なくとも電極１０４，１０５を覆う保護層
１０６を積層し、さらにその上に吐出口１０８に連通す
る液路１１１を設けるための凹部が形成された溝付板１
０７を接合した基本的構成を有する。

【００５０】この例における電気熱変換体は、発熱抵抗
体層１０３と該熱抵抗体層１０３に接続された電極１０
４，１０５と必要に応じて設けられる保護層１０６とを
有するものである。また、インクジェットヘッド用基体
は、基板１０１と下部層１０２とを有する支持体と電気
熱変換体と保護層１０６とを有するものである。この例
のインクジェットヘッドの場合、インクに直接熱を伝え
る熱作用面１０９は、発熱抵抗体層１０３の、電極１０
４，１０５にはさまれた部分（熱発生部）がインクと接
する面とほぼ同等であり、前記熱発生部の保護膜１０６
で覆われてない部分に相当する。

【００５１】下部層１０２は、必要に応じて設けられ、
基板１０１側へ逃げる熱の量を調節し熱発生部で発生す
る熱を効率よくインクへ伝える機能を有する。

【００５２】電極１０４，１０５は熱発生部から発熱さ
せるために、発熱抵抗体層１０３に通電するための電極
であり、この例では電極１０４が各熱発生部に対する共
通電極、電極１０５は各熱発生部に個別に通電するため
の選択電極である。

【００５３】保護層１０６は、電極１０４，１０５がイ
ンクに接して化学的に侵されたり、電極間がインクを通
して短絡することを防止するために必要に応じて設けら
れるものである。

【００５４】図２（ａ）は、発熱抵抗体層１０３および
電極１０４，１０５が設けられた段階でのインクジェッ
トヘッド用基体の模式的平面図である。また、図２
（ｂ）は、それらの層の上に保護層１０６が設けられた
段階のインクジェットヘッド用基体の模式的平面図であ
る。

【００５５】このインクジェットヘッドにおいては、発
熱抵抗体層１０３に上記組成の合金材料が用いられてい
るので、インクと熱作用面１０９とが直接接触する構成
を有しているにもかかわらず、良好な耐久性を有する。
このように、熱エネルギー源である発熱抵抗体の熱発生
部がインクと直に接する構成とすれば、熱発生部で発生
した熱を直接インクに伝えることができ、保護層等を介
して熱をインクに伝える構成のものに較べて、極めて効
率良い熱伝達を行うことができる。

【００５６】その結果、発熱抵抗体での消費電力を低く
押さえることができ、インクジェットヘッドの昇温の程
度も小さくすることができる。また、電気熱変換体への
入力信号（吐出指令信号）に対しての応答性が向上し、
吐出に必要な発泡状態を安定して得ることができる。

【００５７】本発明に係る合金材料を用いて形成される
発熱抵抗体を有する電気熱変換体の構成としては、図１
および図２に示した第１の実施例に限定されるものでは
なく、種々の態様を取り得る。

【００５８】図３はインクジェットヘッドの第２の実施
例の要部構成を示す模式的断面図である。

【００５９】本実施例は、基板３０１の表面上に下部層
３０２を設けてなる支持体上に、所定の形状を有する発
熱抵抗体層１０３と電極１０４，１０５とを有する電気
熱変換体を形成したものである。本実施例のインクジェ
ットヘッド用基体では、電極３０４，３０５のそれぞれ
を、前記組成の合金材料の発熱抵抗体層３０３によって
覆うことにより、電極の保護層を省いたものである。

【００６０】また、図１（ａ）および図１（ｂ）に示し
た第１の実施例においては、熱作用面１０９上へインク
が供給される方向と、熱発生部から発生した熱エネルギ
ーを利用して吐出口１０８からインクが吐出する方向と
がほぼ同一なものとしたが、インクジェットヘッドの吐
出口および液路の構成はこれに限定されるものではな
く、これらの方向が異なるものであってもよい。

【００６１】図４はインクジェットヘッドの第３の実施
例の要部構成を示す模式的断面図である。

【００６２】本実施例は、図４（ａ）の平面図および図
４（ａ）のＡ−Ｂ線断面図である図４（ｂ）に示すよう
に、インクジェットヘッドの吐出口および液路の二つの
方向がほぼ直角を形成する構成等も可能である。図４に
おいて、吐出口プレート４１０は、吐出口が設けられた
適当な厚さの板であり、支持部材４１２はこの吐出口プ
レート４１０を支持するものである。この他の構成は図
１および図２に示した第１の実施例と同様であるため、
図１および図２と同じ番号を付して説明は省略する。

【００６３】本発明のインクジェットヘッドは、吐出
口、液路および熱発生部を有するインク吐出構造単位が
図１、図３に示されるように複数配置されていてよいも
のであるが、特に前述した理由から、このインク吐出単
位を例えば８本／mm以上、さらには１２本／mm以上とい
ったように高密度に配置する場合に、本発明は特に有効
である。このインク吐出構造単位を複数有するものの一
例として、例えば被記録部材の印字領域の全幅にわたっ
てインク吐出構造単位が配列されている構成を有するい
わゆるフルラインタイプのインクジェットヘッドを挙げ
ることができる。このような、吐出口が被記録部材の記
録領域の幅に対応して複数設けられた形態のいわゆるフ
ルラインインクジェットヘッドの場合、言い換えれば吐
出口が１０００以上あるいは２０００以上配設されたイ
ンクジェットヘッドの場合、一つのインクジェットヘッ
ドの中での発熱部毎の抵抗値のばらつきが、吐出口から
吐出される滴の体積の均一性に影響をおよぼし、それが
画像の濃度不均一の原因となることがある。しかし、本
発明に係る発熱抵抗体では、所望の比抵抗値を制御性よ
く、一つのインクジェットヘッドの中での抵抗値のばら
つきが極めて少ないように得ることができるので、前述
した問題を格段に良好な状態をもって解消することがで
きる。

【００６４】このように、本発明に係る発熱抵抗体は、
記録の高速化（例えば３０cm/sec以上、さらには６０cm
/sec以上の印字速度）、高密度化が一層求められ、それ
に対応してインクジェットヘッドの吐出口の数が増加す
る傾向の中、ますます大きな意味をもつものである。

【００６５】さらに、米国特許第４，４２９，３２１号
明細書に開示されているような、機能素子がインクジェ
ットヘッド基体の表面内部に構造的に設けられている形
態のインクジェットヘッドにおいては、インクジェット
ヘッド全体の電気回路を設計通りに正確に形成して、機
能素子の機能が正常な状態に保たれやすくすることが重
要な点の一つであるが、本発明に係る発熱抵抗体はこの
意味でも極めて有効である。なぜならば、前述したよう
に、本発明に係る発熱抵抗体では、所望の比抵抗を制御
性よく、一つのインクジェットヘッドの中での抵抗値の
ばらつきが極めて少ないように得ることができるので、
インクジェットヘッド全体の電気回路を設計通り正確に
形成することができるからである。

【００６６】加えて、熱作用面に供給されるインクを貯
留するインクタンクを一体的に具備するディスポーザブ
ルカートリッジタイプのインクジェットヘッドに対して
も、本発明に係る発熱抵抗体は極めて有効である。なぜ
ならば、この形態のインクジェットヘッドには該インク
ジェットヘッドが装着されるインクジェット装置全体の
ランニングコストが低いことが要求されるが、前述した
ように、本発明に係る発熱抵抗体は、インクに直接接す
る構成とすることができるので、インクへの熱伝達効率
を良好なものとすることができ、故に装置全体での消費
電力を小さくできて前記の要求に沿うことが容易にでき
るからである。

【００６７】ところで、本発明のインクジェットヘッド
は、発熱抵抗体上に保護層が設けられた形態とすること
も可能である。その場合には、インクへの熱伝導効率は
多少犠牲になるものの、電気熱変換体の耐久性や電気化
学反応による発熱抵抗体の抵抗変化といった点では一層
優れたインクジェットヘッドを得ることができる。この
ような観点から、保護層を設ける場合には、その全体の
層厚を１０００Å〜５μｍの範囲に収めるのが好まし
い。保護層として具体的には、発熱抵抗体の上に設けら
れたＳｉＯ₂、ＳｉＮ等からなるＳｉ含有絶縁層と、そ
の層の上に熱作用面を形成するように設けられたＡｌ層
とを有するものが好ましい例として挙げられる。

【００６８】また、インクを吐出するために利用される
熱エネルギーの発生のためのみに限らず、必要に応じて
設けられるインクジェットヘッド内の所望の部分の加熱
用のヒーターとして利用してもよく、そのようなヒータ
ーがインクと直接接する場合に特に好適に用いられる。

【００６９】以上述べた構成のインクジェットヘッドを
装置本体に装着して装置本体からインクジェットヘッド
に信号を付与することにより、高速記録、高画質記録を
行うことができるインクジェット記録装置を得ることが
できる。

【００７０】図５は本発明が適用されるインクジェット
記録装置ＩＪＲＡの一例を示す概観斜視図で、駆動モー
タ５０１３の正逆回転に連動して駆動力伝達ギア５０１
１，５００９を介して回転するリードスクリュー５００
５の螺旋溝５００４に対して係合するキャリッジＨＣは
ピン（不図示）を有し、矢印ａ，ｂ方向に往復移動され
る。５００２は紙押え板であり、キャリッジ移動方向に
わたって紙をプラテン５０００に対して押圧する。５０
０７，５００８はフォトカプラでキャリッジのレバー５
００６のこの域での存在を確認してモータ５０１３の回
転方向切換等を行うためのホームポジション検知手段で
ある。５０１６はインクタンクが一体的に設けられたカ
ートリッジタイプの記録インクジェットヘッドＩＪＣの
全面をキャップするキャップ部材５０２２を支持する部
材で、５０１５はこのキャップ内を吸引する吸引手段で
キャップ内開口５０２３を介して記録インクジェットヘ
ッドの吸引回復を行う。５０１７はクリーニングブレー
ドで、５０１９はこのブレードを前後方向に移動可能に
する部材であり、本体支持板５０１８にこれらは支持さ
れている。ブレードは、この形態でなく周知のクリーニ
ングブレードが本例に適用できることはいうまでもな
い。また、５０１２は、吸引回復の吸引を開始するため
のレバーで、キャリッジと係合するカム５０２０の移動
に伴って移動し、駆動モータからの駆動力がクラッチ切
換え等の公知の伝達手段で移動制御される。インクジェ
ットヘッドＩＪＣに設けられた電気熱変換体に信号を付
与したり、前述した各機構の駆動制御を司ったりするＣ
ＰＵは、装置本体側に設けられている（不図示）。

【００７１】なお、本発明のインクジェットヘッドおよ
びインクジェット装置において、前述の発熱抵抗体以外
の部分は、公知の材料および方法を用いて形成すること
ができる。

【００７２】以下、具体的実施例により本発明をさらに
詳細に説明する。

【００７３】（実施例１）一枚のＳｉ単結晶基板（ワッ
カー社製）と２．５μｍ厚のＳｉＯ₂膜を表面に形成し
た一枚のＳｉ単結晶基板（ワッカー社製）を、スパッタ
リングの際のスパッタリング用基板６０３として、図６
に示した上述の高周波スパッタリング装置の成膜室６０
１内の基板ホルダ６０２上にセットし、９９．９重量％
以上の高純度な原材料であるＡｌターゲット６０６上
に、同程度の純度のＩｒシートである２個のＩｒターゲ
ット６０７を置いた複合ターゲットを用いて、以下の条
件での共スパッタリングを行い約２０００Åの厚さの合
金層を形成した。

【００７４】共スパッタリング条件ターゲット面積比Ａｌ：Ｉｒ＝３７：６３ターゲット面積５ｉｎｃｈ（１２７ｍｍ）φ 高周波電力１０００Ｗ基板設定温度５０℃ 成膜時間１２分ベースプレッシャー２．６×１０^-4Ｐａ以下スパッタガス圧０．４Ｐａ（アルゴン）さらに、ＳｉＯ₂膜付基板上に成膜したものについて
は、続けてＡｌだけのターゲットに切り替え、上記合金
層の上に電極１０４，１０５（図１参照）となるＡｌ層
を常法にしたがってスパッタリングにより６０００Åの
層厚に形成し、スパッタリングを終了した。

【００７５】この後、フォトリソグラフィ技術によりフ
ォトレジストを所定のパターンに２度形成し、１度はＡ
ｌ層のウェットエッチング、２度目は発熱抵抗層をイオ
ンミリングにてドライエッチングし、図１（ｂ）および
図２（ａ）で図示された形状の発熱抵抗体１０３と電極
１０４，１０５を形成した。熱発生部の寸法は３０μｍ
×１７０μｍ、熱発生部のピッチは１２５μｍ、２４個
の熱発生部を一列に並べたものを一つの群とし、この群
を前記ＳｉＯ₂膜基板上に複数形成した。

【００７６】次に、スパッタリングによりＳｉＯ₂膜を
この上に形成し、その後、このＳｉＯ₂膜をフォトリソ
グラフィ技術とリアクティブイオンエッチングを用い
て、熱発生部の両側１０μｍずつと電極を被うようにパ
ターニングし、保護層１０６を作製した。熱発生部１０
９の寸法は３０μｍ×１５０μｍである。

【００７７】このような状態の作製物に対して前記群毎
に切り出し加工を施してインクジェットヘッド用基体を
多数作製し、その一部に後述の評価試験を行った。

【００７８】また別の一部に、図１（ａ）および図１
（ｂ）に示す吐出口１０８および液路１１１を形成する
ため、ガラス製の溝付板１０７を接合し、インクジェッ
トヘッドを得た。

【００７９】得られたこれらのインクジェットヘッドを
公知の構成の記録装置に装着して、記録操作を行ったと
ころ、吐出安定性がよく、信号応答性の良い記録が行
え、高品位な画像を得ることができた。また、この装置
における使用耐久性も良好であった。

【００８０】（１）膜組成の測定保護膜の無い熱作用部に、前述した測定装置を用いて以
下の条件でＥＰＭＡ（エレクトロンプローブマイクロア
ナリシス）を行い、材料の組成を明らかにした。

【００８１】加速電圧１５ｋＶプローブ径１０μｍプローブ電流１０ｎＡただし、定量分析は原材料としてのターゲット構成主要
元素のみに対して行い、スパッタリングで膜中に一般的
に取りこまれているアルゴンや表面に付着していると思
われる炭素や酸素については行っていない。また、その
他の不純物元素はいずれのサンプルも、定量分析と定性
分析の併用で、分析装置の検出誤差（約０．２重量％）
以下であることを確認した。

【００８２】（２）膜厚の測定触針式表面形状測定器（ＴＥＮＣＯＲＩＮＳＴＲＵＭ
ＥＮＴＳ製のａｌｐｈａ−ｓｔｅｐ２００）による段差
測定によって行った。

【００８３】（３）結晶性の測定Ｓｉ単結晶基板上に成膜したサンプルについて、前述し
た測定装置を用いてＸ線回析パターンを測定し、結晶に
よる鋭いピークの現れているものを結晶質（Ｃ）、鋭い
ピークが見られずアモルファス状態と思われるもの
（Ａ）、両方が混在していると思われるもの（Ｍ）の３
種類に分類した。

【００８４】（４）比抵抗の測定４探針抵抗計（有限会社共和理研製のＫ−７０５Ｒ
Ｌ）にて測定したシート抵抗値と膜厚から計算した。

【００８５】（５）密度の測定成膜前後の基板の重量変化をＩＮＡＢＡＳＥＩＳＡＫ
ＵＳＨＯＬＴＤ製のウルトラマイクロ天秤にて測定
し、その値と膜の面積、膜厚から計算した。

【００８６】（６）内部応力の測定２枚の細長いガラス基板について、成膜前後に反りを測
定し、その変化量と、ガラス基板の長さ、厚さ、ヤング
率、ポアソン比、および膜厚から計算によって求めた。

【００８７】（７）低導電率インク中での発泡テスト先に得た吐出口および液路を形成していない段階のデバ
イス（インクジェットヘッド用基体）の保護層１０６を
設けた部分を、下記の低導電率インク（クリアインク）
中に浸漬し、外部電源から電極１０４，１０５に幅７μ
sec、周波数５ｋＨｚの矩形電圧を除々に電圧を高めな
がら印加し、発泡閾値電圧（Ｖth）を求めた。

【００８８】インク組成水７０重量部ジエチレングリコール３０重量部インク導電率２５μＳ／cm 次に、このインク中で、電圧がＶthの１．１倍のパルス
電圧を印加して発泡を繰り返し２４個の熱作用部１０９
の夫々が破断に至るまでの印加パルス数を測定し、それ
らの平均値を算出した（以下、このようなインク中での
発泡耐久テストを、通称である「池テスト」とも称す
る）。後述する比較例２において本実施例と同様にして
算出した平均値の５倍の値によって、本実施例において
算出した平均値を割ることで得られた比率を第１表に示
す。

【００８９】なお、上記組成のインクは、導電率が小さ
いため電気化学反応の影響が小さく、破断の主要因はキ
ャビテーションによるエロージョンや熱衝撃によるもの
であり、これらに対する耐久性を知ることができる。

【００９０】（８）高導電率インク中での発泡耐久テス
ト次に下記の高導電率インク（ここでは黒インク）中で
（７）と同様に発泡耐久テストを行った。比較例２にお
ける低導電率インクでの発泡耐久テストによって算出し
た平均値の５倍の値により、（７）と同様にして本実施
例において算出した平均値を割ることで得られた比率を
第１表に示す。このとき、単に印加パルス数だけでなく
パルス信号印加前後での発熱抵抗体の抵抗値変化も測定
した。

【００９１】インク組成水６８重量部ジエチレングリコール３０重量部黒色染料（Ｃ．Ｉ．フードブラック２）２重量部ＰＨ調整剤（酢酸ナトリウム）微量（ＰＨ６〜７に調整）インク導電率２．６ｍＳ／cm この測定においては、インク導電率が高く、電圧印加時
にはインク中にも電流が流れるため、キャビテーション
によるエロージョンに加えて電気化学反応が発熱抵抗体
に損傷を与える大きな要因となる。

【００９２】（９）ステップストレステスト（ＳＳＴ）パルス幅、周波数は（７），（８）と同様にし、一定ス
テップ（６×１０⁵パルス、２分間）毎にパルス電圧を
高くして行くステップストレステストを空気中で行い、
破断電圧（Ｖbreak）と（７）で求めたＶthとの比
（Ｍ）を求め、Ｖbreakで熱作用面が達している温度を
見積もった。これにより、空気中での耐熱性、耐熱衝撃
性を知ることができる。

【００９３】（１０）実際のインクジェットヘッドでの
評価プリンター駆動条件例吐出口数２４駆動周波数２ｋＨｚ駆動パルス幅１０μsec 駆動電圧吐出閾値電圧（Ｖth）の１．２倍インク池テストに用いた黒インクと同じ物（ｉ）印字品位インクジェットヘッドを用いてキャラクターなどの印字
を行い目視にて判断。インクジェットヘッドを用いて極
めて良好な印字が得られれば○、良好な印字が得られれ
ば△、不吐出やかすれ等の不具合が生じる場合には×と
した。

【００９４】（ii)耐久性各発熱体について３つのインクジェットヘッドを用い
て、各々Ａ４判２０００枚相当の印字を実施した後に、
３つのインクジェットヘッドとも極めて良好で正常な印
字が得られるものは○、３つのインクジェットヘッドと
も良好で正常な印字が得られるものは△、３つのインク
ジェットヘッドの発熱抵抗体の内、いずれか一つにでも
故障などの異常が生じるものを×とした。

【００９５】（１１）総合評価の基準を次に示す。

【００９６】○：低導電率インク中での池テストによる
耐久性試験の結果：≧６×１０⁷、高導電率インク中で
の池テストによる耐久性試験の結果：≧３×１０⁷、抵
抗変化：≦５％、ＳＳＴＭ：≧１．７、かつ印字品位
および耐久性の評価結果が共に○である場合。

【００９７】△：上記○の場合の評価項目のＳＳＴＭ
の値が≧１．５０である場合。

【００９８】×：高導電率インク中での池テストの結
果、抵抗変化、ＳＳＴＭのいずれかが総合評価で△よ
り下の評価であるか、あるいは、印字品位、耐久性の内
一方でも×の場合。

【００９９】（実施例２〜４）発熱抵抗体の形成時に、
スパッタリングターゲットにおける各原材料の面積比を
第１表のように種々に変更する以外は実施例１と同様に
してデバイス（インクジェットヘッド用基体）およびイ
ンクジェットヘッドを作製した。得られた各デバイスに
ついて、実施例１と同様に行った評価結果を第１表に示
す。また、これらデバイスを用いて作製したインクジェ
ットヘッドは、いずれも良好な記録特性および耐久性を
有していた。

【０１００】（実施例５）実施例２〜４とは別にＡｌタ
ーゲットを切削加工し、Ｉｒターゲットを埋め込み、Ｉ
ｒとＡｌとを電気溶接したスパッタリングターゲットを
用いた。ＩｒとＡｌの面積比は実施例１〜４や後述する
比較例１〜４の結果から第１表のようにした。このター
ゲットを用いる以外は実施例１と同様にしてデバイス
（インクジェットヘッド用基体）およびインクジェット
ヘッドを作製した。得られた各デバイスについて、実施
例１と同様に行った評価結果を第１表に示す。また、こ
れらデバイスを用いて作製したインクジェットヘッド
は、いずれも良好な記録特性および耐久性を有してい
た。

【０１０１】（実施例６）実施例１〜５に用いたスパッ
タリング装置を改造し、成膜室内に複数のターゲットホ
ルダを有し、それぞれのターゲットホルダに独立してＲ
Ｆ電力を印加することのできる成膜装置を作製した。さ
らにこの装置の２つのターゲットホルダにそれぞれ純度
が９９．９Wt％以上であるＡｌ，Ｉｒのターゲットを装
着し、この２種の金属を独立かつ同時にスパッタリング
できるようにした。この装置により、実施例１〜５と同
様の基板を用いて、下記条件にて多元同時スパッタリン
グによる成膜を行った。

【０１０２】ターゲット面積：各５ｉｎｃｈ（１２７ｍｍ）φ 基板設定温度：５０℃ 成膜時間：９分ベースプレッシャー：２．６×１０^-4Ｐａ以下スパッタガス圧：０．４Ｐａ（アルゴン）各々のターゲットに対する印加電力は、成膜時間に対し
て一次関数的に連続して変化させた。

【０１０３】得られた膜に対して実施例１〜５と同様の
分析、評価を行った。組成に関しては、初期印加電力の
まま一定および終了時印加電力のまま一定のそれぞれの
条件にて別途成膜を行い、実施例１〜５と同様にしてＥ
ＰＭＡによる定量分析を行ったところ下記のようであっ
た。

【０１０４】初期印加電力のまま一定の場合Ａｌ：Ｉｒ＝５６：４４（１）終了時印加電力のまま一定の場合Ａｌ：Ｉｒ＝７：９３（２）このことから、先に得られた膜の下部および上部はそれ
ぞれ上記（１）および（２）のような組成になってお
り、下部から上部にかけて組成が（１）から（２）へと
連続して変化しているものと推定される。このように厚
さ方向に組成を変化させることにより、密着性をさらに
向上し、内部応力を制御することが可能である。

【０１０５】（実施例７）実施例６と同じ装置を用い
て、印加電力を下記のように変えた以外は実施例６と同
様の条件で成膜を行い、得られたサンプルについて実施
例１〜５と同様の分析、評価を行った。

【０１０６】この場合は上下２層からなる積層膜が得られ、上下
層、下部層の組成はそれぞれ（２）、（１）のようにな
っているものと考えられる。

【０１０７】（実施例８〜１２）実施例１〜５でで夫々
作製されたインクジェットヘッド用基体と同じように作
製されたインクジェットヘッド用基体の発熱抵抗体の層
の上に、前述した図６のスパッタリング装置を用いて、
ＳｉＯ₂をスパッタリングすることにより１．０μｍ厚
のＳｉＯ₂保護層を設け、さらにそのＳｉＯ₂保護層の上
にＴａをスパッタリングすることにより０．５μｍ厚の
Ｔａ保護層を設けること以外は、夫々の実施例と同様に
してインクジェットヘッド用基体およびインクジェット
ヘッドを作製した。

【０１０８】得られたインクジェットヘッド用基体およ
びインクジェットヘッドに対して実施例１と同様に評価
試験を行ったところ、保護層を設けない実施例に較べ
て、インクへの浸漬テスト（池テスト）による耐久性試
験の結果は低導電率インクの場合、高導電率インクの場
合とも少しずつ向上した。また、抵抗変化は保護層を設
けない実施例に較べて小さくなった。だが、ＳＳＴのＭ
は、全体的に小さくなった。

【０１０９】以上から、保護層を設けることによって、
耐久性や主に電気化学反応による抵抗変化といった点で
は一層良くなったことが分かる。

【０１１０】なお、ＳＳＴのＭが小さくなったのは、保
護層を設けることにより、インクへの熱伝導効率が下が
ったので、Ｍの分母となる発泡閾値電圧（Ｖth）が大き
くなったためと想像される。（比較例１〜４）発熱抵抗体の形成時に、スパッタリン
グターゲットにおける各原材料の面積比を第１表のよう
に種々に変更する以外は実施例１と同様にしてデバイス
（インクジェットヘッド用基体）およびインクジェット
ヘッドを作製した。

【０１１１】得られた各デバイスについて、実施例１と
同様に行った評価結果を第１表に示す。

【０１１２】

【表１】本発明に係るインクジェット方式の記録インクジェット
ヘッド、記録装置の代表的な構成や原理については、例
えば米国特許第４，７２３，１２９号明細書、同第４，
７４０，７９６号明細書に開示されている基本的な原理
を用いて行うのが好ましい。この方式はいわゆるオンデ
ィマンド型、コンティニアス型のいずれにも適用可能で
あるが、特にオンディマンド型の場合には、液体（イン
ク）が保持されているシートや液路に対応して配置され
た電気熱変換体に、記録情報に対応して核沸騰を越える
急速な温度上昇を与える少なくとも一つの駆動信号を印
加することによって、電気熱変換体に熱エネルギーを発
生させて、結果的にこの駆動信号に一体一対応して液体
（インク）内の気泡を形成できるので有効である。この
気泡の成長、収縮により吐出用開口を介して液体（イン
ク）を吐出させて、少なくとも一つの滴を形成する。こ
の駆動信号をパルス形状とすると、即時適切に気泡の成
長収縮が行われるので、特に応答性に優れた液体（イン
ク）の吐出が達成でき、より好ましい。このパルス形状
の駆動信号としては、米国特許第４，４６３，３５９号
明細書、同第４，３４５，２６２号明細書に記載されて
いるようなものが適している。なお、上記熱作用面の温
度上昇率に関する発明の米国特許第４，３１３，１２４
号明細書に記載されている条件を採用すると、さらに優
れた記録を行うことができる。

【０１１３】記録ヘッドの構成としては、上述の各明細
書に開示されているような吐出口、液路、電気熱変換体
の組み合せ構成（直線状液流路または直角液流路）の他
に熱作用部が屈曲する領域に配置されている構成を開示
する米国特許第４，５５８，３３３号明細書、米国特許
第４，４５９，６００号明細書を用いた構成も本発明に
含まれるものである。加えて、複数の電気熱変換体に対
して、共通するスリットを電気熱変換体の吐出部とする
構成を開示する特開昭５９年第１２３６７０号公報や熱
エネルギーの圧力波を吸収する開口を吐出部に対応せる
構成を開示する特開昭５９年第１３８４６１号公報に基
づいた構成としても本発明は有効である。

【０１１４】さらに、記録装置が記録できる最大記録媒
体の幅に対応した長さを有するフルラインタイプの記録
ヘッドとしては、上述した明細書に開示されているよう
な複数記録ヘッドの組み合せによって、その長さを満た
す構成や一体的に形成された一個の記録ヘッドとしての
構成のいずれでもよいが、本発明は、上述した効果を一
層有効に発揮することができる。加えて、装置本体に装
着されることで、装置本体との電気的な接続や装置本体
からのインクの供給が可能になる交換自在のチップタイ
プの記録ヘッド、あるいは記録ヘッド自体にインクタン
クが一体的に設けられたカートリッジタイプの記録ヘッ
ドを用いた場合にも本発明は有効である。

【０１１５】また、本発明の記録装置の構成として設け
られる、記録ヘッドに対しての回復手段、予備的な補助
手段等を付加することは本発明の効果を一層安定できる
ので好ましいものである。これらを具体的に挙げれば、
記録ヘッドに対しての、キャッピング手段、クリーニン
グ手段、加圧あるいは吸引手段、電気熱変換体あるいは
これらとは別の加熱素子あるいはこれらの組み合せによ
る予備加熱手段、記録とは別の吐出を行う予備吐出モー
ドを行うことも安定した記録を行うために有効である。

【０１１６】さらに、記録装置の記録モードとしては黒
色等の主流色のみの記録モードだけではなく、記録ヘッ
ドを一体的に構成するか複数個の組み合せによってでも
よいが、異なる色の複色カラーまたは、混色によるフル
カラーの少なくとも一つを備えた装置にも本発明は極め
て有効である。

【０１１７】本発明に係る合金材料を用いれば、キャビ
テーションの衝撃に対する耐性、キャビテーションによ
るエロージョンに対する耐性、電気化学的安定性、化学
的安定性、耐酸化性、耐溶解性、耐熱性、耐熱衝撃性、
機械的耐久性等において優れた発熱抵抗体を有する電気
熱変換体を具備するインクジェットヘッドおよびインク
ジェットヘッド装置を得ることができる。特に、発熱抵
抗体の熱発生部がインク路中のインクと直に接する構成
のインクジェットヘッドおよびインクジェット装置を得
ることもできる。この構成のインクジェットヘッドおよ
びインクジェット装置では発熱抵抗体の熱発生部から発
生した熱エネルギーをインクに直接作用させることがで
きるのでインクへの熱伝導効率が良い。故に、発熱抵抗
体による消費電力を低く押えることができ、インクジェ
ットヘッドの昇温（インクジェットヘッドの温度変化）
を格段に小さくすることができるので、インクジェット
ヘッドの温度変化による画像濃度変化の発生を避けるこ
とができる。また、発熱抵抗体に印加される吐出信号に
対して一層良好な応答性を得ることができる。

【０１１８】さらに、本発明に係る発熱抵抗体では、所
望の比抵抗を制御性よく、一つのインクジェットヘッド
の中での抵抗値のばらつきが極めて少ないように得るこ
とができる。

【０１１９】したがって、本発明によれば、従来に比し
て格段に安定したインク吐出を行うことができ、また耐
久性にも優れたインクジェットヘッドおよびインクジェ
ット装置を得ることができる。

【０１２０】以上のような良好な緒特性を有するインク
ジェットヘッドおよびインクジェット装置は、吐出口の
マルチ化に伴う記録の高速化や高画質化に非常に適した
ものとなる。

【０１２１】以上説明した本発明実施例においては、イ
ンクを液体として説明しているが、室温やそれ以下で固
化するインクであって、室温で軟化もしくは液体或い
は、上述のインクジェットではインク自体を３０℃以上
７０℃以下の範囲内で温度調整を行なってインクの粘性
を安定吐出範囲にあるように温度制御するものが一般的
であるから、使用記録信号付与時にインクが液状をなす
ものであれば良い。加えて、積極的に熱エネルギーによ
る昇温をインクの固形状態から液体状態への態変化のエ
ネルギーとして使用せしめることで防止するか又は、イ
ンクの蒸発防止を目的として放置状態で固化するインク
を用いるかして、いずれにしても熱エネルギーの記録信
号に応じた付与によってインクが液化してインク液状と
して吐出するものや記録媒体に到達する時点ではすでに
固化し始めるもの等のような、熱エネルギーによって初
めて液化する性質のインク使用も本発明には適用可能で
ある。このような場合インクは、特開昭５４−５６８４
７号公報あるいは特開昭６０−７１２６０号公報に記載
されるような、多孔質シート凹部又は貫通孔に液状又は
固形物として保持された状態で、電気熱変換体に対して
対向するような形態としても良い。本発明においては、
上述した各インクに対して最も有効なものは、上述した
膜沸騰方式を実行するものである。

【０１２２】

【発明の効果】本発明は以上説明したように、発熱抵抗
体をＩｒとＡｌの２元素を特定の組成割合で含有する非
単結晶物質にて構成することにより、耐久性や安定性を
向上することができ、さらに、キャビテーションの衝撃
に対する耐性、キャビテーションによるエロージョンに
対する耐性、機械的耐久性、化学的安定性、電気化学的
安定性、抵抗安定性、耐熱性、耐酸化性、耐溶解性およ
び耐熱衝撃性のそれぞれについて優れ、かつ優れた熱伝
導性を有する改善されたインクジェットヘッドとするこ
とができる効果がある。

【０１２３】また、発熱抵抗体が記録用液体と直に接触
するようにした構造を有し、長時間の繰り返し使用にあ
っても常時安定してオンデマンド（ｏｎｄｅｍａｎ
ｄ）での信号に即応答して熱エネルギーを効率よく前記
記録用液体に伝達してインク吐出を行い、優れた記録画
像をもたらす改善されたインクジェットヘッドとするこ
とができる効果がある。

【０１２４】また、発熱抵抗体が記録用液体と直に接触
するようにした構造を有し、該発熱抵抗体による消費電
力を低く押さえ、インクジェットヘドの温度変化を極め
て小さくし、長時間の繰り返し使用にあっても常時安定
してインク吐出を行い、得られる画像をインクジェット
ヘッドの温度変化による濃度変化のないものとすること
ができる効果がある。

【０１２５】さらに、上記の各効果を備えたインクジェ
ット装置を提供するとすることができる効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）は、本発明のインクジェットヘッドの第
１の実施例の吐出口側から見た模式的正面図、（ｂ）
は、（ａ）中のＸ−Ｙ断面図である。

【図２】（ａ）は、第１の実施例の発熱抵抗体層および
電極が設けられた段階でのインクジェットヘッド用基体
の模式的平面図、（ｂ）は、それらの層の上に保護層が
設けられた段階のインクジェットヘッド用基体の模式的
平面図である。

【図３】本発明のインクジェットヘッドの第２の実施例
の要部構成を示す断面図である。

【図４】（ａ）および（ｂ）のそれぞれは、本発明のイ
ンクジェットヘッドの第３の実施例の模式的上面図およ
び断面図である。

【図５】本発明に係るインクジェット装置の一例を示す
外観斜視図である。

【図６】本発明に係る発熱抵抗体等の膜を作製するため
に用いられる高周波スパッタリング装置の一例を示す模
式的断面図である。

【符号の説明】

１０１，３０１，６０３基板１０２，３０２下部層１０３，３０３発熱抵抗体層１０４，１０５，３０４，３０５電極１０６保護層１０７溝付板１０８吐出口１０９，３０９熱作用面４１０吐出口プレート４１２支持部材６０１成膜室６０２基板ホルダ６０３基板６０４シャッター板６０５ターゲットホルダ６０６Ａｌターゲット６０７Ｉｒターゲット６０８回転シャフト６０９絶縁碍子６１０排気管６１１排気ポンプ６１２ガス供給管６１３流量調節バルブ６１４マッチングボックス６１５ＲＦ電源６１６，６１７導線６１８防護壁６１９真空計５０００プラテン５００２紙押え板５００４螺線溝５００５リードスクリュウ５００６レバー５００７，５００８フォトカプラ５００９，５０１１駆動力伝達ギア５０１３駆動モータ５０１５吸引手段５０１６ホームポジション検知手段５０１７クリーニングブレード５０１８本体支持板５０１９部材５０２０カム５０２２キャップ部材５０２３キャップ内開口

フロントページの続き (72)発明者木村勲東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤノン株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】熱作用面上のインクに直接熱エネルギー
を与えてインクを吐出するために利用される前記熱エネ
ルギーを通電によって発生する発熱抵抗体を備えた電気
熱変換体を有するインクジェットヘッド用基体におい
て、前記発熱抵抗体が、少なくともＩｒ，Ａｌを下記の組成
割合で含有する材料で構成されていることを特徴とする
インクジェットヘッド用基体。５４原子％≦Ｉｒ≦９５原子％５原子％≦Ａｌ≦４６原子％
【請求項２】請求項１に記載のインクジェットヘッド
用基体において、発熱抵抗体の構成材料が非単結晶質物質であることを特
徴とするインクジェットヘッド用基体。
【請求項３】請求項２に記載のインクジェットヘッド
用基体において、非単結晶質物質が多結晶物質であることを特徴とするイ
ンクジェットヘッド用基体。
【請求項４】請求項１に記載のインクジェットヘッド
用基体において、発熱抵抗体を構成する材料が、不純物としてＡｒ，Ｏ，
Ｃ，Ｎ，Ｓｉ，Ｂ，Ｎａ，ＣｌおよびＦｅからなる群か
ら選択される少なくとも一種を含有することを特徴とす
るインクジェットヘッド用基体。
【請求項５】請求項１に記載のインクジェットヘッド
用基体において、発熱抵抗体を構成する材料が、該発熱抵抗体の厚み方向
に含有する元素の分布状態が変化しているものであるこ
とを特徴とするインクジェットヘッド用基体。
【請求項６】請求項１に記載のインクジェットヘッド
用基体において、発熱抵抗体を構成する材料が、複数の層が積層した構造
を有するものであることを特徴とするインクジェットヘ
ッド用基体。
【請求項７】請求項１に記載のインクジェットヘッド
用基体において、電気熱変換体が、発熱抵抗体の上に該発熱抵抗体と接触
して通電を行うための一対の電極を有することを特徴と
するインクジェットヘッド用基体。
【請求項８】請求項１に記載のインクジェットヘッド
用基体において、電気熱変換体が、発熱抵抗体の下に該発熱抵抗体と接触
して前記通電を行うための一対の電極を有することを特
徴とするインクジェットヘッド用基体。
【請求項９】請求項１に記載のインクジェットヘッド
用基体において、熱作用面が、発熱抵抗体によって形成されることを特徴
とするインクジェットヘッド用基体。
【請求項１０】請求項１に記載のインクジェットヘッ
ド用基体において、熱作用面が、発熱抵抗体上の保護層によって形成されて
いることを特徴とするインクジェットヘッド用基体。
【請求項１１】請求項１に記載のインクジェットヘッ
ド用基体において、保護層が、熱作用面を形成するＴａ層と、該Ｔａ層と発
熱抵抗体との間に介在するＳｉ含有絶縁層とを有するこ
とを特徴とするインクジェットヘッド用基体。
【請求項１２】請求項１に記載のインクジェットヘッ
ド用基体において、発熱抵抗体の層の厚みが３００Å〜１μｍであることを
特徴とするインクジェットヘッド用基体。
【請求項１３】請求項１に記載のインクジェットヘッ
ド用基体において、発熱抵抗体の層の厚みが１０００Å〜５０００Åである
ことを特徴とするインクジェットヘッド用基体。
【請求項１４】熱作用面上のインクに直接熱エネルギ
ーを与えてインクを吐出するために利用される前記熱エ
ネルギーを通電によって発生する発熱抵抗体を備えた電
気熱変換体をインクの通路に沿って有するインクジェッ
トヘッドにおいて、前記発熱抵抗体が、少なくともＩｒ，Ａｌを下記の組成
割合で含有する材料で構成されていることを特徴とする
インクジェットヘッド。５４原子％≦Ｉｒ≦９５原子％５原子％≦Ａｌ≦４６原子％
【請求項１５】請求項１４に記載のインクジェットヘ
ッドにおいて、発熱抵抗体の構成材料が非単結晶質物質であることを特
徴とするインクジェットヘッド。
【請求項１６】請求項１５に記載のインクジェットヘ
ッドにおいて、非単結晶質物質が多結晶物質であることを特徴とするイ
ンクジェットヘッド。
【請求項１７】請求項１４に記載のインクジェットヘ
ッドにおいて、発熱抵抗体を構成する材料が、不純物としてＡｒ，Ｏ，
Ｃ，Ｎ，Ｓｉ，Ｂ，Ｎａ，ＣｌおよびＦｅからなる群か
ら選択される少なくとも一種を含有することを特徴とす
るインクジェットヘッド。
【請求項１８】請求項１４に記載のインクジェットヘ
ッドにおいて、発熱抵抗体を構成する材料が、該発熱抵抗体の厚み方向
に含有する元素の分布状態が変化しているものであるこ
とを特徴とするインクジェットヘッド。
【請求項１９】請求項１４に記載のインクジェットヘ
ッドにおいて、発熱抵抗体を構成する材料が、複数の層が積層した構造
を有するものであることを特徴とするインクジェットヘ
ッド。
【請求項２０】請求項１４に記載のインクジェットヘ
ッドにおいて、電気熱変換体が、発熱抵抗体の上に該発熱抵抗体と接触
して通電を行うための一対の電極を有することを特徴と
するインクジェットヘッド。
【請求項２１】請求項１４に記載のインクジェットヘ
ッドにおいて、電気熱変換体が、発熱抵抗体の下に該発熱抵抗体と接触
して前記通電を行うための一対の電極を有することを特
徴とするインクジェットヘッド。
【請求項２２】請求項１４に記載のインクジェットヘ
ッドにおいて、熱作用面が、発熱抵抗体によって形成されることを特徴
とするインクジェットヘッド。
【請求項２３】請求項１４に記載のインクジェットヘ
ッドにおいて、熱作用面が、発熱抵抗体上の保護層によって形成されて
いることを特徴とするインクジェットヘッド。
【請求項２４】請求項１４に記載のインクジェットヘ
ッドにおいて、保護層が、熱作用面を形成するＴａ層と、該Ｔａ層と発
熱抵抗体との間に介在するＳｉ含有絶縁層とを有するこ
とを特徴とするインクジェットヘッド。
【請求項２５】請求項１４に記載のインクジェットヘ
ッドにおいて、発熱抵抗体の層の厚みが３００Å〜１μｍであることを
特徴とするインクジェットヘッド。
【請求項２６】請求項１４に記載のインクジェットヘ
ッドにおいて、発熱抵抗体の層の厚みが１０００Å〜５０００Åである
ことを特徴とするインクジェットヘッド。
【請求項２７】請求項１４に記載のインクジェットヘ
ッドにおいて、インクを吐出する方向と熱作用面へインクが供給される
方向とがほぼ同じであることを特徴とするインクジェッ
トヘッド。
【請求項２８】請求項１４に記載のインクジェットヘ
ッドにおいて、インクを吐出する方向と熱作用面へインクが供給される
方向とがほぼ直角を成す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ヘッド。
【請求項２９】請求項１４に記載のインクジェットヘ
ッドにおいて、インクを吐出する吐出口が、被記録部材の記録領域の幅
に対応して複数設けられていることを特徴とするインク
ジェットヘッド。
【請求項３０】請求項２９に記載のインクジェットヘ
ッドにおいて、吐出口が１０００またはそれ以上の複数個設けられてい
ることを特徴とするインクジェットヘッド。
【請求項３１】請求項３０に記載のインクジェットヘ
ッドにおいて、吐出口が２０００またはそれ以上の複数個設けられてい
ることを特徴とするインクジェットヘッド。
【請求項３２】請求項１４に記載のインクジェットヘ
ッドにおいて、インクの吐出に関わる機能素子がインクジェットヘッド
基体の表面内部に構造的に設けられているタイプである
ことを特徴とするインクジェットヘッド。
【請求項３３】請求項１４に記載のインクジェットヘ
ッドにおいて、熱作用面に供給されるインクを貯蔵するインクタンクを
一体的に具備するカートリッジタイプであることを特徴
とするインクジェットヘッド。
【請求項３４】熱作用面上のインクに直接熱エネルギ
ーを与えてインクを吐出するために利用される前記熱エ
ネルギーを通電によって発生する発熱抵抗体を備えた電
気熱変換体と、該電気熱変換体に信号を付与する手段と
を具備するインクジェット装置において、前記発熱抵抗体が、少なくともＩｒ，Ａｌを下記の組成
割合で含有する材料で構成されていることを特徴とする
インクジェットヘッド。５４原子％≦Ｉｒ≦９５原子％５原子％≦Ａｌ≦４６原子％
【請求項３５】請求項３４に記載のインクジェット装
置において、カラー記録を行うことを特徴とするインクジェット装
置。
【請求項３６】請求項３４に記載のインクジェット装
置において、電気熱変換体に信号を付与する手段が、インクジェット
装置の制御回路であることを特徴とするインクジェット
装置。