JPH0624859B2

JPH0624859B2 - 液体噴射記録ヘッドを搭載した液体噴射記録装置

Info

Publication number: JPH0624859B2
Application number: JP60126288A
Authority: JP
Inventors: 正夫菅田; 辰雄正木; 伸一平澤; 博和小室; 泰弘矢野
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1985-06-12
Filing date: 1985-06-12
Publication date: 1994-04-06
Anticipated expiration: 2009-04-06
Also published as: JPS61284452A

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を搭載した液体噴射記録装
置に関する。

［従来の技術］現在知られている各種の記録法のなかでも、記録時に騒
音の発生がほとんどないノンインパクト記録方式であっ
て且つ高速記録が可能であり、しかも普通紙に特別の定
着処理を必要とせずに記録の行なえるいわゆるインクジ
ェット記録法は、極めて有用な記録方式であると認めら
れている。このインクジェット記録法については、これ
までにも様々な方式が提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なお実用化への努力が続けら
れているものもある。

インクジェット記録法は、インクと称される記録液の液
滴（ｄｒｏｐｌｅｔ）を種々の作用原理で飛翔させ、そ
れを紙等の被記録部材に付着させて記録を行なうもので
ある。

そして、本件出願人もかかるインクジェット記録法に係
わる新規方式について既に提案を行なっている。この新
規方式は特開昭５２−１１８７９８号公報において提案
されており、その基本原理は次に概説する通りである。
つまり、このインクジェット記録方式は、記録液を収容
することのできる作用室中に導入された記録液に対して
情報信号として熱的パルスを与え、これにより記録液が
蒸気泡を発生し自己収縮する過程で生ずる作用力に従っ
て前記作用室に連通せる吐出口より前記記録液を吐出し
て小液滴として飛翔せしめ、これを被記録部材に付着さ
せて記録を行なう方式である。

ところで、この方式は高密度マルチアレー構成にして高
速記録、カラー記録に適合させやすく、実施装置の構成
が従来のそれに比べて簡単であるため、記録ヘッドとし
て全体的にはコンパクト化が図れ且つ量産に向くこと、
半導体分野において技術の進歩と信頼性の向上が著しい
ＩＣ技術やマイクロ加工技術の長所を十二分に利用する
ことで長尺化が容易であること等の利点があり、適用範
囲の広い方式である。

上記液体噴射記録装置の特徴的な記録ヘッドには、吐出
口より液体を吐出して飛翔的液滴を形成する手段として
の電気熱変換体が設けられている。

該電気熱変換体は、発生する熱エネルギーを効率良く液
体に作用させること、液体への熱作用のＯＮ−ＯＦＦ応
答速度を高めること等のために、液体に直接接触する様
に吐出口が連通している熱作用部に設けられる構造とす
るのが望ましいとされている。

しかしながら、前記の電気熱変換体は通電されることに
よって発熱する発熱抵抗体と該発熱抵抗体に通電するた
めの一対の電極とで基本的には構成されているために、
発熱抵抗体が直に液体に接触する状態であると、記録用
の液体の電気抵抗値如何によっては該液体を通じて電気
が流れたり、液体を通じての電気の流れによって液体自
体が電気分解したり、あるいは発熱抵抗体への通電の際
に該発熱抵抗体と液体とが反応して、発熱抵抗体自体の
腐食による抵抗値の変化や発熱抵抗体の破損あるいは破
壊が起こったり、更には発熱抵抗体から発生される熱の
作用による熱の作用による液体の蒸気泡の発生から自己
消滅に至る状態変化に伴う機械的衝撃によって発熱抵抗
体の表面が破損したり、あるいは発熱抵抗体の一部に亀
裂が生ずる等して破壊されたりする場合があった。

そのために、従来においては、ＮｉＣｒ等の合金やＺｒ
Ｂ_２、ＨｆＢ_２等の金属ホウ化物等の比較的発熱抵抗体
材料としての特性に優れた無機材料で発熱抵抗体を構成
すると共に、該材料で構成された発熱抵抗体上にＳｉＯ
_２等の耐酸化性に優れた材料で構成された保護層（上部
層）を設けることで発熱抵抗体が液体に直に接触するの
を防止して、前記の諸問題を解決し信頼性と繰返し使用
耐久性の向上を図ろうとすることが提案されていた。

しかしながら、上記の様な構成の電気熱変換体が設けら
れた記録ヘッドを有する液体噴射記録装置は、記録用の
着色された液体として電気伝導度の比較的低い液体（例
えば液媒体として水やアルコールを用いたもの）を作用
する場合には、耐酸化性に優れ繰返し使用耐久性の点で
満足のいくものであるが、Ｎａイオン等の含有率が高く
電気伝導度の大きな記録用の液体や電界質の液体を使用
する場合には、繰返し使用耐久性、耐経時的変化性の点
で不十分であった。従って、使用する記録用液体の選択
に制約があって、ことに多色あるいは天然色のカラー記
録を行なう場合には障害となっていた。

また、上記の様に発熱抵抗体上に保護層を設ける場合に
おいても、例えば層形成時に生ずる保護層自体の欠陥に
基づく発熱抵抗体側方向への液体の侵入を実質上完全に
防止することは再現性、量産性の点で非常に困難であ
る。ましてや、高密度に多数の熱作用部をその構成の一
部とする液流路（ノズル）を設ける、いわゆる高密度マ
ルチオリフィス化の場合には、少なくとも液流路数だけ
電気熱変換体を一度に設ける必要性から、先の保護層の
欠陥による不良化の電気熱変換体の製造歩留りへの影響
は製造コストの面も含めて大きな問題である。また、前
記保護層の存在により熱応答性が犠牲になるという問題
もある。更に、保護層の存在により所定の電気信号に対
する発熱応答性が犠牲になっている。従って、保護層が
なく、記録用の液体に発熱抵抗体が直に接触する状態で
あっても、耐熱性、耐酸化性、耐機械的衝撃性、耐電気
化学反応性、熱応答性に優れた電気熱変換体を具備する
液体噴射記録装置の開発が広く望まれている。

［発明の目的］本発明は、上記の諸点に鑑みてなされたものであって、
前記の従来における諸問題を解決した優れた液体噴射記
録ヘッドを搭載した液体噴射記録装置を提供することを
主たる目的とする。

本発明の別の目的は、特に化学的安定性が高く、耐電気
化学反応性、耐酸化性に優れ、且つ耐機械的衝撃性、耐
熱性にも優れ、更に保護層をなくすことにより熱応答性
を向上させ得る発熱抵抗体を具備した液体噴射記録ヘッ
ドを搭載した液体噴射記録装置を提供することである。

［発明の概要」本発明によれば、上記の目的は、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吐出口と、前記液体を
収容し前記飛翔的液滴を形成するために利用される熱エ
ネルギーを前記液体に作用せしめる熱作用部と、前記熱
作用部に設けられ前記熱エネルギーを発生する電気熱変
換体と、を具備する液体噴射記録ヘッドと、前記飛翔的
液滴が付着する被記録媒体を搬送する搬送手段と、を搭
載する液体噴射記録装置において、前記電気熱変換体を
構成する発熱抵抗層が炭素原子を母体としシリコン原子
とハロゲン原子と水素原子とを含有してなる非晶質材料
からなることを特徴とする液体噴射記録装置によって達
成される。

以下、図面を参照しながら本発明を具体的に説明する。

第１図は本発明の液体噴射記録ヘッドの一実施態様例の
構成を示す部分平面図であり、第２図はそのII−II断面
図である。

図において、１２は電気熱変換体が設けられる支持体で
あり、１４は電気熱変換体を構成する発熱抵抗層であ
り、１６，１７は電気熱変換体を構成する対をなす電極
である。第１図に示される様に、発熱抵抗層１４と該発
熱抵抗層１４に接続された１対の電極１６，１７との組
が複数個併設されており、これによって有効発熱部１
８，１８′，１８″，・・・・が所定の間隔をおいて配
列されている。尚、本実施態様例においては、一方の電
極１６は複数の電極がまとめられて共通の電極とされて
いる。各発熱部１８，１８′，１８″，・・・・を構成
する発熱抵抗層１４に対してはそれぞれ電極１６，１７
を通じて電気信号が印加され、これに基づき各発熱部が
発熱する。

第２図に示される様に、支持体１２と発熱抵抗層１４と
電極１６，１７とを有する基板には支持体１２の発熱部
側に溝が形成された天板２０が接合されている。第２図
のIII−III断面図を第３図に示す。第２図及び第３図に
示される様に、天板２０には各発熱部１８，１８′，１
８″，・・・・に対応する位置にそれぞれ第１図のII−
II方向に沿う溝２２，２２′，２２″・・・・が形成さ
れている。これらの溝はそれぞれ支持体１２との間に記
録液を収容する空間を形成する。これらの空間は記録液
に対し熱エネルギーを作用せしめる熱作用部２４を有す
る。

第２図における左方において前記空間は外部に対し開口
しており、該開口が液体の吐出口２６となる。空間は第
２図における右方において記録液供給源と接続されてい
る。そして、空間において記録信号に基づき発熱部から
熱エネルギーが発生され空間内の記録液に作用すると該
記録液中において蒸気泡が発生し、その際の圧力で吐出
口２６付近の記録液が矢印Ｘの向きに吐出する。

尚、以上の説明から分る様に、第１図においては天板２
０の図示が省略されている。

本発明において、支持体１２の材料としては特に制限は
ないが、実際上はその表面上に形成される発熱抵抗層１
４を形成する際の熱及び使用時において該発熱抵抗層１
４により発生される熱に対する耐久性の良好なものが好
適に使用される。また、支持体１２としてはその表面上
に形成される発熱抵抗層１４よりも大きな電気抵抗を有
するのが好ましいが、支持体１２と発熱抵抗層１４との
間に絶縁層を介在せしめてある場合には支持体１２が発
熱抵抗層１４よりも小さな電気抵抗を有する材料からな
るものであってもよい。更に、本発明においては、液体
噴射記録ヘッドの使用状況等に応じて、熱伝導性の小さ
な或いは大きな支持体１２を用いることができる。

本発明において使用される支持体１２としてはガラス、
セラミックス、シリコン、金属等の無機物からなるもの
やポリアミド樹脂、ポリイミド樹脂等の有機物からなる
ものが例示できる。

本発明においては、発熱抵抗層１４は炭素原子を母体と
しシリコン原子とハロゲン原子と水素原子とを含有して
なる非晶質材料からなる。ハロゲン原子としてはＦ、Ｃ
ｌ、Ｂｒ、Ｉ等が利用でき、これらは単独でもよいし複
数の組合せでもよい。ハロゲン原子としてはＦ、Ｃｌが
好ましいものと挙げられ、その中でも取扱いが容易なこ
とからＦが好ましい。

発熱抵抗層１４中におけるシリコン原子の含有率は、使
用目的に応じ所望の特性が得られる様に適宜選択される
が、好ましくは０．０００１〜４０原子％であり、更に
好ましくは０．０００５〜２０原子％であり、好適には
０．００１〜１０原子％である。

発熱抵抗層１４中におけるハロゲン原子の含有率は、使
用目的に応じ所望の特性が得られる様に適宜選択される
が、好ましくは０．０００１〜３０原子％であり、更に
好ましくは０．０００５〜２０原子％であり、好適には
０．００１〜１０原子％である。

発熱抵抗層１４中における水素原子の含有率は、使用目
的の応じ所望の特性が得られる様に適宜選択されるが、
好ましくは０．００１〜３０原子％であり、更に好まし
くは０．０００５〜２０原子％であり、好適には０．０
０１〜１０原子％である。

発熱抵抗層１４中におけるシリコン原子の含有率とハロ
ゲン原子の含有率と水素原子の含有率との和は、使用目
的に応じ所望の特性が得られる様に適宜選択されるが、
好ましくは０．０００１〜４０原子％であり、更に好ま
しくは０．０００５〜３０原子％であり、好適には０．
００１〜２０原子％である。

また、発熱抵抗層１４の厚さには特に制限がない。

本発明記録ヘッドにおける炭素を母体としシリコン原子
とハロゲン原子と水素原子とを含有してなる非晶質材料
（以下、「ａ−Ｃ：Ｓｉ：（Ｘ，Ｈ）」と略記すること
がある。ここではＸはハロゲン原子を表わす。）からな
る発熱抵抗層１４は、たとえばグロー放電法の様なプラ
ズマＣＶＤ法あるいはスパッタリング法等の真空堆積法
によって形成される。

たとえば、グロー放電法によってａ−Ｃ：Ｓｉ：（Ｘ，
Ｈ）からなる抵抗層１４を形成するには、基本的には支
持体１２を減圧下の堆積室内に配置し、該堆積室内に炭
素原子（Ｃ）を供給し得るＣ供給用の原料ガスとシリコ
ン原子（Ｓｉ）を供給し得るＳｉ供給用の原料ガスとハ
ロゲン原子（Ｘ）を供給し得るＸ供給用の原料ガスと水
素原子（Ｈ）を供給し得るＨ供給用の原料ガスとを導入
して、該堆積室内にて高周波またはマイクロ波を用いて
グロー放電を生起させ支持体１２の表面上にａ−Ｃ：Ｓ
ｉ：（Ｘ，Ｈ）からなる層を形成させればよい。

また、スパッタリング法によってａ−Ｃ：Ｓｉ：（Ｘ，
Ｈ）からなる抵抗層１４を形成するには、基本的には支
持体１２を減圧下の堆積室内に配置し、該堆積室内にて
たとえばＡｒ、Ｈｅ等の不活性ガスまたはこれらのガス
をベースとした混合ガスの雰囲気中でＣで構成されたタ
ーゲットをスパッタリングする際、堆積室内にＳｉ供給
用の原料ガス、Ｘ供給用の原料ガス及びＨ供給用の原料
ガスを導入すればよい。

上記方法において、Ｃ供給用の原料ガス、Ｓｉ供給用の
原料ガス、Ｘ供給用の原料ガス及びＨ供給用の原料ガス
としては常温常圧においてガス状態のもののほかに減圧
下においてガス化し得る物質を使用することができる。

Ｃ供給用の原料としては、たとえば炭素数１〜５の飽和
炭化水素、炭素数２〜５のエチレン系炭化水素、炭素数
２〜４のアセチレン系炭化水素、芳香族炭化水素等、具
体的には、飽和炭化水素としてはメタン（ＣＨ_４）、エ
タン（Ｃ_２Ｈ_６）、プロパン（Ｃ_３Ｈ_８）、ｎ−ブタン
（ｎ−Ｃ_４Ｈ₁₀）、ペンタン（Ｃ_５Ｈ₁₂）、エチレン系
炭化水素としてはエチレン（Ｃ_２Ｈ_４）、プロピレン
（Ｃ_３Ｈ_６）、ブテン−１（Ｃ_４Ｈ_８）、ブテン−２
（Ｃ_４Ｈ_８）、イソブチレン（Ｃ_４Ｈ_８）、ペンテン
（Ｃ_５Ｈ₁₀）、アセチレン系炭化水素としてはアセチレ
ン（Ｃ_２Ｈ_２）、メチルアセチレン（Ｃ_３Ｈ_４）、ブチ
ン（Ｃ_４Ｈ_６）、芳香族炭化水素としてはベンゼン（Ｃ
_６Ｈ_６）等があげられる。

Ｓｉ供給用の原料としては、たとえばＳｉＨ_４、Ｓｉ_２
Ｈ_６、Ｓｉ_３Ｈ_８、Ｓｉ_４Ｈ₁₀等の水素化ケイ素（シラ
ン類）や、ＳｉＦ_４、（ＳｉＦ_２）_５、（Ｓｉ
Ｆ_２）_６、（ＳｉＦ_２）_４、Ｓｉ_２Ｆ_６、Ｓｉ_３Ｆ_８、ＳｉＨＦ_３、ＳｉＨ_２Ｆ_２、
ＳｉＣｌ_４（ＳｉＣｌ_２）_５、ＳｉＢｒ_４、（ＳｉＢｒ_２）_５、Ｓｉ_２Ｃｌ_６、Ｓｉ_２Ｃｌ_３Ｆ_３等のハロゲン化ケイ素（ハロゲン原子
で置換されたシラン誘導体）があげられる。

Ｘ供給用の原料としては、たとえばハロゲン、ハロゲン
化物、ハロゲン間化合物、ハロゲン置換炭化水素誘導体
等、具体的にはハロゲンとしてはＦ_２、Ｃｌ_２、Ｂ
ｒ_２、Ｉ_２、ハロゲン化物としてはＨＦ、ＨＣｌ、ＨＢ
ｒ、ＨＩ、ハロゲン間化合物としてはＢｒＦ、ＣｌＦ、
ＣｌＦ_３、ＢｒＦ_５、ＢｒＦ_３、ＩＦ_３、ＩＦ_７、ＩＣ
ｌ、ＩＢｒ、ハロゲン置換炭化水素誘導体としてはＣＦ
_４、ＣＨＦ_３、ＣＨ_２Ｆ_２、ＣＨ_３Ｆ、ＣＣｌ_４、ＣＨ
Ｃｌ_３、ＣＨ_２Ｃｌ_２、ＣＨ_３Ｃｌ、ＣＢｒ_４、ＣＨＢ
ｒ_３、ＣＨ_２Ｂｒ_２、ＣＨ_３Ｂｒ、ＣＩ_４、ＣＨＩ_３、
ＣＨ_２Ｉ_２、ＣＨ_３Ｉ等があげられる。

Ｈ供給用の原料としては、たとえば水素ガス、及び上記
Ｃ供給用原料でもある飽和炭化水素、エチレン系炭化水
素、アセチレン系炭化水素、芳香族炭化水素等の炭化水
素があげられる。

これらの原料は単独で用いてもよいし、複数組合せて用
いてもよい。

以上の様な発熱抵抗層形成法において、形成される抵抗
層１４中に含まれるシリコン原子の量、ハロゲン原子の
量及び水素原子の量や抵抗層１４の特性を制御するに
は、支持体温度、原料ガスの供給量、放電電力、堆積室
内の圧力等を適宜設定する。

支持体温度は好ましくは２０〜１５００℃、更に好まし
くは３０〜１２００℃、最適には５０〜１１００℃のう
ちから選ばれる。

原料ガスの供給量は目的とする発熱抵抗層性能や目標と
する成膜速度に応じ適宜決められる。

放電電力は好ましくは０．００１〜２０Ｗ／ｃm²、より
好ましくは０．０１〜１５Ｗ／ｃm²、最適には０．０５
〜１０Ｗ／ｃm²のうちから選ばれる。

堆積室内の圧力は、好ましくは１０^−４〜１０Ｔｏｒ
ｒ、より好ましくはには１０^−２〜５Ｔｏｒｒとされ
る。

以上の様な発熱抵抗層形成法を用いて得られる本発明記
録ヘッドの抵抗層はダイヤモンドに近い特性を有する。
即ち、たとえばビッカース硬度１８００〜５０００のも
のが得られる。また、シリコン原子、ハロゲン原子及び
水素原子を含有するので特に機械的強度が極めて良好で
ある。

本発明における発熱抵抗層は、機械的衝撃に対し高い耐
久性を有し且つ化学的安定性に優れているので、特別に
保護層を必要としない。したがって、本発明における発
熱抵抗層を用いた液体噴射記録ヘッドは信号に入力にと
もなって発生される熱エネルギーが極めて効率よく液体
に付与されるので熱応答性が良好となる。このことは、
液体噴射記録ヘッドに入力される信号に対応して形成さ
れる飛翔液滴の吐出応答性の向上にもつながる。

但し、所望の応答性が発揮されるのであれば、上記した
様な発熱抵抗層上に保護層を形成しても一向にかまわな
い。

また、記録液が導電性の場合には電極間のショートを防
止する上で保護層が必要である。

上記実施態様例において支持体上に発熱抵抗層及び電極
をこの順に設けた例が示されているが、本発明記録ヘッ
ドにおいては支持体上に電極及び発熱抵抗層をこの順に
設けてもよい。第４図はこの様な記録ヘッドの電気熱変
換体を有する基板の部分断面図である。

尚、以上の実施態様例において、支持体１２は単一のも
のであるとされているが、本発明における支持体１２は
複合体であってもよい。その様な一実施態様例の構成を
第５図に示す。即ち、支持体１２は基部１２ａと表面層
１２ｂとの複合体からなり、基部１２ａとしてはたとえ
ば上記第１〜３図に関し説明した支持体材料を使用する
ことができまた表面層１２ｂとしてはその上に形成され
る抵抗層１４との密着性のより良好な材料を使用するこ
とができる。表面層１２ｂはたとえば炭素原子を母体と
する非晶質材料や従来より知られている酸化物等から構
成される。この様な表面層１２ｂは基部１２ａ上に上記
発熱抵抗層形成法と類似の方法により適宜の原料を用い
て堆積させることにより得られる。また、表面層１２ｂ
は通常のガラス質のグレーズ層であってもよく、あるい
は基部１２ａが金属であればその表面を酸化させ形成さ
せた酸化物層であってもよい。

本発明記録ヘッドにおける電極１６、１７は所定の導電
性を有しているものであればよく、たとえばＡｕ、Ｃ
ｕ、Ａｌ、Ａｇ、Ｎｉ等の金属からなる。

次に、本発明の記録ヘッドの製造方法の概略について説
明する。

第６図は支持体表面上に発熱抵抗層を形成する際に用い
られる堆積装置の一例を示す模式的説明図である。１１
０１は堆積室であり、１１０２〜１１０６はガスボンベ
であり、１１０７〜１１１１はマスフローコントローラ
であり、１１１２〜１１１６は流入バルブであり、１１
１７〜１１２１は流出バルブであり、１１２２〜１１２
６はガスボンベのバルブであり、１１２７〜１１３１は
出口圧ゲージであり、１１３２は補助バルブであり、１
１３３はレバーであり、１１３４はメインバルブであ
り、１１３５はリークバルブであり、１１３６は真空計
であり、１１３７は製造すべき電気熱変換体を有する基
板を形成するための支持体材料であり、１１３８はヒー
タであり、１１３９は支持体支持手段であり、１１４０
は高電圧電源であり、１１４１は電極であり、１１４２
はシャッタである。尚、１１４２−１はスパッタリング
法を行なう際に電極１１４１に取付けられるターゲット
である。

たとえば、１１０２にはＡｒガスで希釈されたＣＦ_４ガ
ス（純度９９．９％以上）が密封されており、１１０３
にはＡｒガスで希釈されたＣ_２Ｆ_６ガス（純度９９．９
％以上）が密封されており、１１０４にはＡｒガスで希
釈されたＳｉＨ_４ガス（純度９９．９％以上）が密封さ
れており、１１０５にはＡｒガスで希釈されたＳｉ_２Ｈ
_６ガス（純度９９．９％以上）が密封されている。これ
らボンベ中のガスを堆積室１１０１に流入させるに先立
ち、各ガスボンベ１１０２〜１１０６のバルブ１１２２
〜１１２６及びリークバルブ１１３５が閉じられている
ことを確認し、また流入バルブ１１１２〜１１１６、流
出バルブ１１１７〜１１２１及び補助バルブ１１３２が
開かれていることを確認して、先ずメインバルブ１１３
４を開いて堆積室１１０１及びガス配管内を排気する。
次に真空計１１３６の読みが約１．５×１０^−６Ｔｏｒ
ｒになった時点で、補助バルブ１１３２、流入バルブ１
１１２〜１１１６及び流出バルブ１１１７〜１１２１を
閉じる。その後、堆積室１１０１内に導入すべきガスの
ボンベに接続されているガス配管のバルブを開いて所望
のガスを堆積室１１０１内に導入する。

次に、以上の装置を用いてグロー放電法によって本発明
記録ヘッドの抵抗層を形成する場合の手順の一例につい
て説明する。バルブ１１２２を開いてガスボンベ１１０
２からＣＦ_４／Ａｒガスを流出させ、バルブ１１２４を
開いてガスボンベ１１０４からＳｉＨ_４／Ａｒガスを流
出させ、出口圧ゲージ１１２７、１１２９の圧力を１ｋ
ｇ／ｃm²に調整し、次に流入バルブ１１１２、１１１４
を徐々に開いてマスフローコントローラ１１０７、１１
０９内に流入させておく。続いて、流出バルブ１１１
７、１１１９、補助バルブ１１３２を徐々に開いてＣＦ
_４／ＡｒガスとＳｉＨ_４／Ａｒガスとを堆積室１１０１
内に導入する。この時、ＣＦ_４／Ａｒガスの流量とＳｉ
Ｈ_４／Ａｒガスの流量との比が所望の値になる様にマス
フローコントローラ１１０７、１１０９を調整し、また
堆積室１１０１内の圧力が所望の値になる様に真空計１
１３６の読みを見ながらメインバルブ１１３４の開度を
調整する。そして、堆積室１１０１内の支持手段１１３
９により支持されている支持体１１３７の温度が所望の
温度になる様にヒータ１１３８により加熱した上で、シ
ャッタ１１４２を開き堆積室１１０１内にてグロー放電
を生起させる。

次に、以上の装置を用いてスパッタリング法によって本
発明記録ヘッドの抵抗層を形成する場合の手順の一例に
ついて説明する。高圧電源１１４０により高電圧が印加
される電極１１４１上には予め高純度グラファイト１１
４２−１をターゲットとして設置しておく。グロー放電
法の場合と同様にして、ガスボンベ１１０２からＣＦ_４
／Ａｒガスをガスボンベ１１０４からＳｉＨ_４／Ａｒガ
スをそれぞれ所望の流量にて堆積室１１０１内に導入さ
せる。シャッタ１１４２を開いて、高圧電源１１４０を
投入することによりターゲット１１４２−１をスパッタ
リングする。尚、この際ヒータ１１３８により支持体１
１３７を所望の温度に加熱し、メインバルブ１１３４の
開度を調整することにより堆積室１１０１内を所望の圧
力とすることはグロー放電法の場合と同様である。

第１〜３図に示される様な液体噴射記録ヘッドの電気熱
変換体を有する基板の場合には、上記の様にして支持体
上に発熱抵抗層を形成した後に、該発熱抵抗層上に電極
形成のための導電層（たとえばＡｕ層，Ａｌ層）を形成
し、その後フォトリソグラフィー技術を利用して導電層
及び発熱抵抗層のパターニングを行なう。そして、更に
必要ならば絶縁性材料等からなる保護層を積層してもよ
い。

また、第４図に示される様な液体噴射記録ヘッドの電気
熱変換体を有する基板の場合には、予め支持体上に導電
層を形成し、フォトリソグラフィー技術を用いて該導電
層のパターニングを行なった後に、以上の様なグロー放
電法またはスパッタリング法による発熱抵抗層の形成が
行なわれる。

溝付の天板としては、たとえば上記支持体と同様な材質
からなり、適宜の手段たとえばマイクロカッターによる
機械的切削や化学的エッチング等により、また天板が感
光性ガラス等の場合には所望のパターンの露光、現像に
より溝を形成したものを利用することができる。

電気熱変換体を有する基板と天板との接合は位置合せを
十分に行なった上でたとえば接着剤による接着や天板の
材質によっては熱融着によって行なうことができる。

以上の実施態様例においては、第７図に部分斜視図を示
す様なタイプの液体噴射記録ヘッド即ち記録液吐出口２
６が天板２０に形成された溝２２の方向に開口している
ヘッドについて説明したが、本発明においては第８図に
示される様に液体吐出口２６が天板２０に直接設けられ
ていてもよい。第８図のタイプのヘッドにおいては天板
２０に形成された溝２２の端部の開口は記録液導入口と
して利用され、記録液は吐出口２６から矢印Ｙの方向に
吐出する。もちろん、溝２２の端部は一方が閉じられた
形状となっていてもよく、記録液の導入も少なくとも一
方の開口から行なわればよい。

次に、本発明液体噴射記録ヘッドの変形例を示す。

第９図は上記第８図におけるIX−IX断面図である。この
場合には天板２０の溝２２の部分以外は電気熱変換体を
有する基板と密着している。従って、天板２０の各溝２
２に対応して形成される各熱作用部２４は支持体１２と
の密着部分よりなるバリヤ部３０により互いに遮断され
ている。尚、第９図において各発熱部１８は各吐出口２
６に対応して設けられている。

第１０〜１２図はその他の例を示す第９図に対応する断
面図である。

第１０図の場合にはバリヤ部３０が支持体１２とは完全
には密着しておらず、各発熱部１８に対応する熱作用部
２４は互いに連通している。

第１１図の場合にはバリヤ部３０が天板２０ではなく基
板に形成されており、上記第１０図の場合と同様各発熱
部１８に対応する熱作用部２４は互いに連通している。

第１２図の場合には第９〜１１図の場合の様なバリヤ部
は形成されていない。

以上の第９〜１２図は第８図に示されるタイプの液体噴
射記録ヘッドについてのものであるが、第７図に示され
るタイプのものについても同様である。

バリヤ部（壁）３０は上記した様に必ず設けなければな
らないというものではない。隣接する吐出口から吐出さ
れる液体の吐出方向や吐出速度、または吐出量等に影響
を与えても飛翔液滴の被記録部材への着弾点に許容範囲
を越える誤差がでなければバリヤ部は必ずしも設ける必
要はない。しかし、吐出口間相互の影響を一層少なくす
るためやエネルギー効率（液体の吐出効率）を向上させ
るためにはバリヤ部を設けることは好ましい。また、バ
リヤ部は天板に一体的に形成されてもよいしバリヤ部の
みが別部材とされていてもよいのはもちろんである。平
板な天板としては前記溝付き天板と同様の材質を用いる
ことができる。また、バリヤ部及び天板としては感光性
樹脂を用いることもできる。

以下に、本発明液体噴射記録ヘッドの具体的実施例を示
す。

［実施例］先ず、以下の実施例及び比較例において使用される電気
熱変換体を有する基板を次の要領で作成した。

支持体としては、コーニング社製の＃７０５９ガラス、
表面層として熱酸化ＳｉＯ_２蓄積層（厚さ５μｍ）を設
けたＳｉ板を用いた。

支持体上に発熱抵抗層及び電極、ならびに場合により更
に保護層を形成する。これら発熱抵抗層、電極及び保護
層の層構成は以下のＡ，Ｂ，Ｃの３種類のタイプとし
た。

タイプＡ支持体上に第６図に示される堆積装置を用いて発熱抵抗
層を形成した。堆積の際の条件は第１表及び第２表にそ
れぞれ示される通りである。尚、第１表記載の実施例は
グロー放電法で行なわれ、また第２表記載の実施例及び
比較例はスパッタリング法により行なわれた。スパッタ
リングの際のターゲットとしては比較例を除いてグラフ
ァイト（９９．９９％）が用いられ、比較例はＨｆＢ_２
が用いられた。

堆積中において各ガスの流量及びその他の条件は第１表
及び第２表にそれぞれ示されるとおりに保たれ、第３表
に示される厚さの発熱抵抗層が形成された。次に、その
発熱抵抗層上に電子ビーム法によりＡｌ層を形成しフォ
トリソグラフィー技術によりレジストパターンを形成
し、Ａｌ層を所望の形状にエッチングして複数対の電極
を形成した。続いて、フォトリソグラフィー技術により
レジストパターンを形成してＨＦ系エッチング液を用い
て所定の部分の発熱抵抗層を除去した。その一例とし
て、４０μｍ×２００μｍの発熱抵抗層の部分からなる
発熱部に上記電極が付されている発熱抵抗素子を形成し
た。この発熱部は８個／ｍｍピッチで配列した。

次に、感光性ポリイミド（商品名フォトニース）をスピ
ンコートする。そして、８０℃で１時間プリベークし、
アライナーで露光後、現像し、発熱部を窓あけ構造とし
た構成にする。そして、１４０℃で３０分更に４００℃
で１時間ポストベークをして電気熱変換体を有する基板
が完成する。

尚、かくして得られた電気熱変換体の各発熱部の抵抗は
第３表に示される通りであった。

尚、感光性ポリイミドはＡｌ電極のインク中における電
解を防ぐためのものである。

完成した電気熱変換体を有する基板の模式的斜視図を第
１３図に、模式的断面図を第１４図に示す。図におい
て、２８はポリイミド層である。

タイプＢタイプＡの場合と同様にして支持体上に発熱抵抗層を形
成した。堆積の条件は第１表及び第２表にそれぞれ示さ
れる通りである。なお、堆積中において各ガスの流量及
びその他の条件は第１表及び第２表にそれぞれ示される
とおりに保たれ、第３表に示される厚さの発熱抵抗層を
が形成された。次に、その発熱抵抗層上に電子ビーム法
によりＡｕ層を形成しフォトリソグラフィー技術により
レジストパターンを形成しＡｕ層を所望の形状にエッチ
ングして複数対の電極を形成した。続いて、フォトリソ
グラフィー技術によりレジストパターンを形成してＨＦ
系エッチング液を用いて所定の部分の発熱抵抗層を除去
した。その一例として４０μｍ×２００μｍの発熱抵抗
層の部分からなる発熱部に上記電極が付されている発熱
抵抗素子を形成した。この発熱部は８個／ｍｍピッチで
配列した。かくして、電気熱変換体を有する基板が完成
する。

完成した電気熱変換体を有する基板の模式的斜視図を第
１５図に、模式的断面図を第１６図に示す。

タイプＣ支持体上に電子ビーム法によりＡｌ層を形成しフォトリ
ソグラフィー技術によりレジストパターンを形成しＡｌ
層を所望の形状にエッチングして複数対の電極を形成し
た。次に、パターンが形成されたＡｌ層の上に発熱抵抗
層を形成した。

発熱抵抗層はタイプＡの場合と同様にして形成された。
堆積の条件は第１表及び第２表にそれぞれ示される通り
に保たれ、第３表に示される厚さの発熱抵抗層が形成さ
れた。続いて、フォトリソグラフィー技術によりレジス
トパターンを形成してＨＦ系エッチング液を用いて所定
の部分の発熱抵抗層を除去した。その一例として４０μ
ｍ×２００μｍの発熱抵抗層の部分からなる発熱部に上
記電極が付されている発熱抵抗素子を形成した。この発
熱部は８個／ｍｍピッチで配列した。尚、Ａｌ電極はこ
の発熱抵抗層によって保護されているので保護膜を形成
する必要はない。かくして、電気熱変換体を有する基板
が完成する。

完成した電気熱変換体を有する基板の模式的斜視図を第
１７図に、模式的断面図を第１８図に示す。

以上の様にして完成した電気熱変換体を有する基板を用
いて液体噴射記録ヘッドを作成する。作成されるヘッド
には上記第７図に示されるタイプ（以下、タイプ１とい
う）及び上記第８図に示されるタイプ（以下、タイプ２
という）がある。

タイプ１については２種類の作成方法により、またタイ
プ２については１種類の作成方法により作成が行なわれ
た。以下、それらの作成方法について述べる。

タイプ１−１先ず、第１９図の模式的斜視図に示す様に、ガラス板４
０に複数本の溝２２（幅４０μｍ，深さ４０μｍ）と共
通インク室となる溝４２とをマイクロカッターを用いて
切削形成してなる溝付きの天板２０を作成する。

次に、上記で完成した基板と天板２０とを発熱部と溝２
２との位置合せをした上で接合し、更に第２０図の模式
的斜視図に示す様に不図示のインク供給部から共通イン
ク室にインクを導入するためのインク導入管４４を接続
して記録ヘッド４６を一体的に完成した。

タイプ１−２上記で完成した基板上に感光性フィルム５０（商品名オ
ーディール、東京応化）をラミネートする。そして、ア
ライナーで露光し、現像し、所望のパターン形状に作成
する。次に、感光性樹脂フィルム５２（商品名オーデイ
ール、東京応化）をラミネートしたガラス板５４を上記
のパターン形成したフィルム上にはりあわせ接合する。
そして、この接合体をたとえばダイシング切断等の機械
加工により整形して吐出口２６を形成し、更に不図示の
インク供給部から共通インク室にインク導入管４４を接
続して、第２１図の模式的斜視図に示す様な記録ヘッド
５６が一体的に完成した。

タイプ２先ず、吐出口２６が形成された天板２０を作成する。天
板２０はエッチングなどで溝をつけたステンレス板上に
感光性フィルム（商品名ＰＨＴ−１４５ＦＴ−５０、日
立化成）のパターンを形成し、そしてその上にＮｉメッ
キで電鋳をして作成する。吐出口２６として穴があく部
分は感光性フィルムのパターンがあるところである。こ
の様にして作成した天板２０と上記で完成した基板と発
熱部とこれに対応した吐出口２６とで位置合せをして接
着剤で接合する。尚、基板は天板２０内にインクが供給
できる様に、機械加工で穴をあけてある。次に、接合し
た基板の背面に不図示のインク供給部から共通インク室
にインクを導入するための導入管６０を接合して第２２
図の模式的斜視図に示す様な記録ヘッド６２を一体的に
完成した。尚、６４は天板２０の凹部でありバリヤ部を
構成する。

電気熱変換体を有する基板の層構成のタイプＡ、タイプ
Ｂ、タイプＣとヘッド作成方法のタイプ１−１，タイプ
１−２，タイプ２との組合せがあるが、以下の耐久性実
験においてはタイプＡとタイプ１−１との組合せが用い
られた。

以下、作成された記録ヘッドの耐久性についての実験に
ついて述べる。

以上において作成された記録ヘッドには各発熱部に関す
る個別の電極１７と各発熱部に共通の電極１６とにそれ
ぞれ接続されている電極リード（個別電極リード及び共
通電極リード：不図示）を有するリード基板が付設さ
れ、記録ヘッドユニットが完成した。

これら記録ヘッドユニットを用いて、第２３図に概略斜
視図の示される様な液体噴射記録装置を構成した。

第２３図において、７０は記録ヘッドユニットであり、
７２は該記録ヘッドユニット７０の載置されているキャ
リッジであり、７４は該キャリッジ７２の往復移動のた
めのガイド部材である。また、７６はプラテンであり、
７８は該プラテン７６上に保持されている被記録部材た
とえば紙である。

記録ヘッドユニット７０の記録液吐出口は矢印Ｚの方向
を向いており、記録液は該矢印方向に液滴となって吐出
せしめられ、プラテン７６上の被記録部材７８上にドッ
ト状に付着する。適宜の駆動手段により記録ヘッドユニ
ット７０をガイド部材７４に沿って移動させることによ
り主走査が行なわれ、一方適宜の駆動手段によりプラテ
ン７６を回転軸７７のまわりに回転させることにより副
走査が行なわれ、これにより被記録部材７８上に記録が
行なわれる。

実験条件は次の通りであった。

発熱部に１０μｓｅｃのパルス幅、２００μｓｅｃのパ
ルス入力周期で最低発泡電圧（インク中で発泡しはじめ
る電圧）の１．２倍の電圧（たとえば最低発泡電圧が２
０Ｖであれば２４Ｖ）の矩形パルスを印加した。用いた
インクの組成は以下の通りであった。

水６８重量部ＤＥＧ３０重量部黒色染料２重量部上記実験条件及びインクを用いてインク滴吐出実験を行
なったところ、第３表に示す様な耐久性評価が得られ
た。

なお、これらの実施例及び比較例における耐久性の評価
は次の通り電気的パルスの繰返し印加可能回数により行
なった。即ち、第３表中の耐久性の欄に示されている。
「〇」、「×」は、以下の通り電気的パルスの繰返し印
加回数が何回であったかを示している。

〇１０¹⁰回以上 × １０^６回以下ここで電気的パルスの繰り返し印加数が、１０^９回以上
のときは従来の記録ヘッドに比べ格段に優れた耐久性を
持つものであり、記録ヘッドに求められる寿命を充分に
満足するものである。そして、１０^６回以下のときはユ
ーザーが使用する際に必要な印字耐久性としては不充分
なものである。

また、層厚、抵抗値に関しては耐久性をほぼ同じ条件で
評価できるように、発熱抵抗層の夫々の数値を適宜調整
した。

以上の結果から、本発明の実施例においては比較例に比
べて著しく優れた耐久性を有する記録ヘッドが得られた
ことが分る。また、本発明実施例においては記録性も優
れていいるものであった。

上記耐久性実験においては上記タイプＡとタイプ１−１
との組合せが用いられたが、他の組合せにおいても同様
の結果が得られた。

次に、本発明液体噴射記録装置の一実施態様例の一部切
欠斜視図を第２４図に示す。

本実施態様例においては、２個の記録ヘッドユニット７
０がそれぞれ押え部材７１により並列にキャリッジ７２
に固定されて載置されている。記録ヘッドユニット７０
はいわゆる使い捨てタイプのものであり、記録液を内蔵
している。キャリッジ７２のガイド部材７４に沿っての
移動は、プーリ８０，８１間に巻回されたワイヤ８２の
一部を上記キャリッジ７２に固定しておき、モータ８４
によりプーリ８１を駆動回転させることにより行なわれ
る。

一方、プラテン７６の回転軸７７はモータ８６及びギヤ
機構８８により駆動回転せしめられ、これにより被記録
部材７８が送られる。

９０はキャリッジ７２を介して記録ヘッドユニット７０
に対しＺ方向への記録液の吐出の電気信号を供給するた
め、キャリッジ７２に接続されているフレキシブル配線
板である。

［発明の効果］以上の様な本発明によれば、発熱抵抗層として炭素原子
を母体としシリコン原子とハロゲン原子と水素原子とを
含有してなる非晶質材料を用いていることにより、化学
的安定性が高く、耐電気化学反応性、耐酸化性に優れ、
且つ耐機械的衝撃性、耐熱性に優れた電気熱変換体を有
し、従って熱応答性及び繰返し使用耐久性が極めて良好
な液体噴射記録ヘッド及び液体噴射記録装置が提供され
る。本発明によれば特に機械的強度の優れた電気熱変換
体が得られる。

よって、本発明により高周波数応答でしかも信頼性の高
い液体噴射記録を実現することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明記録ヘッドの部分平面図であり、第２図
はそのII−II断面図であり、第３図は第２図のIII−III
断面図である。第４図及び第５図は本発明記録ヘッドの電気熱変換体を
有する基板の部分断面図である。第６図は堆積装置の模式的説明図である。第７図及び第８図は本発明記録ヘッドの部分斜視図であ
る。第９図〜第１２図は本発明記録ヘッドの部分断面図であ
る。第１３図、第１５図及び第１７図は本発明記録ヘッドの
電気熱変換体を有する基板の斜視図であり、第１４図、
第１６図及び第１８図はそれぞれそれらの断面図であ
る。第１９図は本発明記録ヘッドの天板の斜視図である。第２０図、第２１図及び第２２図は本発明記録ヘッドの
斜視図である。第２３図は本発明記録装置の斜視図である。第２４図は本発明記録装置の一部切欠斜視図である。１２：支持体、２４：発熱抵抗層、１６，１７：電極、１８：発熱部２０：天板、２４：熱作用部２６：吐出口。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者小室博和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 (72)発明者矢野泰弘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 (56)参考文献特開昭58−42472（ＪＰ，Ａ) 特開昭61−286146（ＪＰ，Ａ)

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】液体を吐出して飛翔的液滴を形成するため
に設けられた吐出口と、前記液体を収容し前記飛翔的液
滴を形成するために利用される熱エネルギーを前記液体
に作用せしめる熱作用部と、前記熱作用部に設けられ前
記熱エネルギーを発生する電気熱変換体と、を具備する
液体噴射記録ヘッドと、前記飛翔的液滴が付着する被記
録媒体を搬送する搬送手段と、を搭載する液体噴射記録
装置において、前記電気熱変換体を構成する発熱抵抗層
が炭素原子を母体としシリコン原子とハロゲン原子と水
素原子とを含有してなる非晶質材料からなることを特徴
とする液体噴射記録装置。