JPS6067163A - 液体噴射記録装置 - Google Patents

液体噴射記録装置

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JPS6067163A
JPS6067163A JP17728383A JP17728383A JPS6067163A JP S6067163 A JPS6067163 A JP S6067163A JP 17728383 A JP17728383 A JP 17728383A JP 17728383 A JP17728383 A JP 17728383A JP S6067163 A JPS6067163 A JP S6067163A
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JP
Japan
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resistor
liquid
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protective film
voltage
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JPH0457504B2 (ja
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Toshitami Hara
利民 原
Hisanori Tsuda
津田 尚徳
Shinichi Hirasawa
平澤 伸一
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Canon Inc
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B41PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
    • B41JTYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
    • B41J2/00Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed
    • B41J2/005Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed characterised by bringing liquid or particles selectively into contact with a printing material
    • B41J2/01Ink jet
    • B41J2/135Nozzles
    • B41J2/14Structure thereof only for on-demand ink jet heads
    • B41J2/14016Structure of bubble jet print heads

Landscapes

  • Particle Formation And Scattering Control In Inkjet Printers (AREA)

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】 [技術分野] 本発明は発熱によって飛翔液滴を形成し記録を行う液体
噴射記録装置に関する。
[従来技術] 第1図(a)は従来の液体噴射記録ヘッドの一例を示す
平面断面図であり、第1図(b)は第1図(a)におけ
るA−A断面図である。同図において、基板l上には発
熱手段、すなわち電気−熱変換部(以下9発熱部と記す
)2と導電部3とが形成され、その上に9図示されてい
ないが保護膜が形成されている0発熱部2の各々は溝付
板4により仕切られて熱作用室5と液供給室6とが形成
されている。熱作用室5の一端には吐出ロアがあり、液
体はここから噴射される。噴射される液体は、吐出ロア
とは反対側に設けられた液供給パイプ8を通して供給さ
れ、液供給室6および熱作用室5を満たしている。
吐出ロアからの液体の噴射は発熱部2の発熱によって引
き起こされる。所望の位置の発熱部2は、その発熱部2
が接続している導電部3に所定のパルス電圧が印加され
ることによって発熱する。この電圧が印加されると、熱
によって発熱部2の近傍にある液体は瞬時のうちに気化
し、その気泡は熱作用室5内で急激に成長する。この圧
力によって吐出ロア側にある液体は吐出ロアから急速に
押し出され、飛翔液滴となって記録部材に付着し記録が
行われることとなる0次いで、印加電圧がオフされると
気泡は急速に収縮し、消滅する。
このように動作する液体噴射ヘッドにおいては9発熱手
段(発熱部−2および導電部3)が液体と接触しないよ
うに保護膜が設けられている。第2図は、第1図(b)
に示された液体噴射記録ヘッドの発熱部2の近傍を拡大
して、より詳細に示した断面図である。同図において、
基板1上に−は抵抗体9と電極1oが形成されており、
抵抗体9だけの部分が第1図における発熱部2に、抵抗
体9と電極10の重なった部分が第1図における導電部
3にそれぞれ対応している。これら発熱手段としての抵
抗体9と電極10は保護膜11によって液体12から保
護されている。
抵抗体9および電極1oは液体12に接触すると、酸化
反応や電気分解等の化学反応によって変質が生じる結果
、抵抗値が変化したり断線したりする危険がある。その
ために保護膜11が設けられている。この保護膜11が
完全なものであれば問題はなく、抵抗体9および電極1
oは液体12と完全に分離され、抵抗体9の高寿命は保
証される。
しかしながら、このような理想的な保護膜を形成するの
は事実上極めて困難である。通常の製造工程においては
、不可避的に第2図に示されるような数ミクロン以下の
微小な欠陥点13が保護膜11に生じてしまう。また、
抵抗体9の発熱部2の発熱による熱ストレスやすでに述
べたように気泡の発生、消滅にともなう衝撃等によって
も保護膜11には欠陥点13が生じることがわかってい
る。 欠陥点13が存在すると、液体12と抵抗体9お
よび電極10とが接触し、電気化学的反応が生じるが、
その反応速度は、抵抗体9や電極lOの種類、抵抗体9
の発熱温度、そして液体中の導電イオンの種類等によっ
て大きく異なっている。しかし1通常1発熱部2に欠陥
点13が生しると、105〜106回程度のパルス電圧
が印加されただけで抵抗体9の発熱部2が破壊され断線
してしまい実用的な耐久力を有さない。実用に供するに
はすくなくとも108回程度パルス電圧が印加されても
抵抗体9(特に発熱部2)や電極lOに損傷が生じない
程度の耐久性が必要である。
このように保護膜llに欠陥点13が存在すると、抵抗
体9の発熱部2の寿命が短くなり、その結果、ヘッドの
寿命も短くなる。なぜならば、ひとつの抵抗体が破壊さ
れた時点がそのヘッドの寿命でもあるからである。しか
し、すでに述べたように欠陥点13を完全に除去するこ
とは極めて困難である。また、保護膜11の膜厚を大き
くすることは熱効率の低下、入力信号に対する熱応答性
の悪化等の理由から避けねばならない。したがって、従
来の記録ヘッドの製造では、短寿命のヘッドが数ある中
に混入することは避けられず、そのために商品信頼性も
著しく低下させるという問題点を有していた。
さらに、抵抗体の寿命は抵抗体の発熱部2に印加される
電圧にも依存することが知られている。
実際、液体噴射記録ヘッドには、たとえば100ノズル
以上の多数のノズルが設けられている。
各ノズルには上述したように抵抗体が組込まれているわ
けであるが、発熱によって気泡を発生させるためには所
定値(しきい値)以上の電圧を抵抗体に印加する必要が
ある。しかしノズル数が多くなると、各抵抗体の特性に
もバラツキが生じることは避は難いことである。そこで
、すべてのノズル内に確実に気泡を発生きせるためには
、しきい値電圧vhの1.3倍程度の電圧を印加するこ
とが望ましい。
ところが、印加電圧を1.3倍とするとしきい値程度の
印加電圧を加える場合に比べてはるかに抵抗体の故障率
が増加してしまうという問題があった。例えば、印加電
圧を1.3Vt hとした場合のは、印加電圧がl 、
lVt hとした場合に比べ故障率は1桁以上も高くな
ってしまう。この為に、従来のヘッドでは全てのノズル
内で確実に液体を噴射させるためのエネルギーを発生さ
せられるように印加電圧を1.3Vt hでノズルを駆
動させると十分な信頼性を確保する事が困難となるとい
う問題点を有していた。
[発明の目的] 本発明は上記従来の欠点に鑑みなされたものであり、そ
の目的とするところは発熱手段の保護膜に従来と同レベ
ルの欠陥点が存在していたどしても、またノズルから液
体の噴射を確実に行なわせるために十分高い電圧を抵抗
体に印加したとしても実用に供しうる高寿命をもつ液体
噴射記録装置を提供することにある。
[発明の要旨] 上記目的を達成するために本発明による液体噴射記録装
置は液体に電位を与えるための電極を設けるとともに、
前記抵抗体がタンタルTaを30原子%以上含有してい
ることを特徴とする。
[発明の実施例] 以下9本発明の実施例を図面を用いて詳細に説明する。
第3図は2本発明による液体噴射記録装置の一実施例の
概略的構成図、第4図は本実施例の配線図である。電極
10の一端は電源14によって電圧vhが印加され、抵
抗体9の発熱部2を介した電極lOの他端はスイッチン
グトランジスタ15に接続されている。スイッチング、
トランジスタ15は所定の信号によりオン状−あるいは
オフ状態となり、抵抗体9の発熱部2にパルス状の電圧
を供給する動作を行なう。ここまでの構成は従来と同様
であるが9本発明では、液体12に接触して電極16を
設け、電源17によって電圧Vinkを液体12に印加
している。
図示されるような電極16を有さない従来の液体噴射記
録ヘッドでは、保護膜11に欠陥点13が存在すると液
体12の電位は電#i14が供給する電圧vhとほぼ同
レベルとなる。そのために電圧vhが加わっている発熱
部2のA部分は液体12どの電位差がほとんどなく、そ
の結果液体12と抵抗体9あるいは電極10との電気化
学的反応はそれほど急速に進行することはなかった。し
かしB部分の電位は、スイッチングトランジスタ15が
オン状態となると、接地電圧Vgの近くまで下降するた
めに、液体12との間にほぼvh−vgはどの電位差が
生じてしまう。そのために、欠陥点13がB部分近傍に
存在する場合はその欠陥点13を通して電流が流れやす
くなり、その結果抵抗体9と液体12との間に電気化学
的反応が急速に進行し、最後には抵抗体9が破壊されて
断線という事態にいたる。
しかしながら欠陥点による電気化学的反応の進行につい
ては、まだ十分に解明されたわけではない。ただ確かな
ことは、上述したように液体12の電位が高く抵抗体9
(あるいは電極10)の電位が低い場合には液体12か
ら抵抗体9(あるいは電極10)へ電流が流れやすく、
逆の場合、すなわち抵抗体9(あるいは電極lO)の電
位の方が液体12の電位より高い場合は電流が流れにく
い、という点がある。
したがって、液体12の電位の方が高ければ抵抗体9(
あるいは電極io)との電気化学的反応は速やかに進行
し、逆に抵抗体9(あるいは電極lO)の電位が液体1
2の電位より高いか、あるいはあまり差がない場合は電
流が流れにくいために電気化学的反応はあまり進行しな
い。その結果、抵抗体9(特に発熱部2)や電極lOの
寿命が長くなる0本発明はこの現象を利用したものであ
る。
第3図および第4図における電極16は液体12に電位
を与えるために設けられている。このために電極16の
電位Vinkを電源17によって調整することで液体1
2の電位を調整し、液体12と抵抗体9(あるいは電極
lO)の電気化学的反応が抑制される状態をつくりだす
ことが可能となる。
次に、抵抗体9の材料について具体的実験例を用いて説
明する。
第3図において、SL基板上に5i02熱酸化膜を5ル
m形成し、そのうえに抵抗体9を200oA、電極lO
として金Auを5000人形成した。そしてフォトリソ
工程により30gmXIO07zmの抵抗体パターンを
形成した後、保護lll1lとしてTa205を500
0人スパッタした。
ただし9本実験例では欠陥点の多い保護膜を作成するた
めに、直径約3pm程度のゴミを保護膜作成前に意識的
に付着させた。このために、形成された抵抗体上には平
均2〜5個のゴミが観察された。液体に電位を与える電
極16は金Auを用い、抵抗体9に対して対向電極とし
た。
液体12にはNa(10,2モル水溶液を用いた。しき
い値電圧vthは抵抗体9の材料、形状等によって異な
るが本実施例で用いた抵抗体の場合vthは18V〜2
5Vであった。本実施例においては、しきい値電圧vt
hの1.3倍の電圧でパルス幅10pLsec、駆動周
波数3KHzで、電極16に印加される電圧V i n
 kを変化させて108回抵抗体にパルス電圧を印加し
た後の不良ノズル率(抵抗体の破壊率)を測定した。そ
の結果を第1表に示す。
第1表 第1表において、タンタルTa含有率が高い程、マタ電
圧V i n kが−10(V) 〜0 (V)の範囲
で抵抗体9の破壊率が低くなっている。特にタンタルT
a含有率が30原子%以上で、Vinkが−10(V)
〜O(V)の範囲である時は極めて良好な結果が得られ
た。
抵抗体のタンタル含有率が高くなる程、好結果が得られ
るのは、vinkを一1O(V)〜0(V)とした時に
保護膜11の欠陥点13を通して抵抗体9の表面が陽極
酸化され、不活性なタンタル酸化物で覆われるためであ
る。この現象を利用して欠陥点13が原因となる抵抗体
の破壊を大幅に減少させることが可能である。すなわち
、保護膜11の製造工程において生じた欠陥点およびそ
の後気泡の消滅時の衝撃等で新たに欠陥点が発生しても
、Vinkを−10(V) 〜0 (V) +7)範囲
で制御すれば、抵抗体9の表面は陽極酸化されるので抵
抗体9上は不活性な膜で覆われ、従来のように電気化学
的反応が進行しにくくなるわけである。
[発明の効果]− 以上、詳細に説明したように本発明のよる液体噴射記録
装置は液体に所望の電位を与えることで抵抗体表面に陽
極酸化による不活性膜を形成するために、保護膜に従来
と同レベルの欠陥点が存在しても抵抗体の破壊率を大幅
に低下させることができ信頼性を向上させることができ
るという大きな効果を有する。
【図面の簡単な説明】
第1図(a)は液体噴射記録ヘッドの従来例の一部破断
の平面図、第1図(b)は第1図(a)におけるA−A
断面図、第2図は第1図(b)における発熱部近傍を拡
大した部分断面図、第3図は本発明による液体噴射記録
装置の一実施例の基本構成図、第4図は本実施例の配線
図である。 2・ψ・発熱部、9Φ・・抵抗体、10・・・電極、l
l・・・保護膜、 12・・・液体。 13φ・拳欠陥点、16・・拳電極。 第1図((1) 第1図(b) 第2図 第3図 第4図

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. (1) 抵抗体を発熱させその熱作用によって液体を吐
    出させる液体噴射記録装置において、前記液体に電位を
    与えるための電極を設けるとともに、前記抵抗体がタン
    タルTaを30原子%以上含有していることを特徴とす
    る液体噴射記録装置。
JP17728383A 1983-09-26 1983-09-26 液体噴射記録装置 Granted JPS6067163A (ja)

Priority Applications (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP17728383A JPS6067163A (ja) 1983-09-26 1983-09-26 液体噴射記録装置
US06/652,888 US4626875A (en) 1983-09-26 1984-09-21 Apparatus for liquid-jet recording wherein a potential is applied to the liquid
DE19843435163 DE3435163A1 (de) 1983-09-26 1984-09-25 Vorrichtung zur fluessigkeitsstrahlaufzeichnung
GB08424301A GB2148195B (en) 1983-09-26 1984-09-26 Liquid-jet recording apparatus
HK684/91A HK68491A (en) 1983-09-26 1991-08-29 Apparatus for liquid-jet recording

Applications Claiming Priority (1)

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JP17728383A JPS6067163A (ja) 1983-09-26 1983-09-26 液体噴射記録装置

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JPS6067163A true JPS6067163A (ja) 1985-04-17
JPH0457504B2 JPH0457504B2 (ja) 1992-09-11

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ID=16028321

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1990009888A1 (en) * 1989-02-28 1990-09-07 Canon Kabushiki Kaisha Ink jet head having heat-generating resistor constituted of non-monocrystalline substance containing iridium, tantalum and aluminum, and ink jet device equipped with said head
WO1993002864A1 (fr) * 1991-08-02 1993-02-18 Canon Kabushiki Kaisha Base pour tete d'impression a jet d'encre, tete d'impression a jet d'encre utilisant ladite base, et dispositif d'impression a jet d'encre pourvu de ladite tete

Cited By (4)

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WO1990009888A1 (en) * 1989-02-28 1990-09-07 Canon Kabushiki Kaisha Ink jet head having heat-generating resistor constituted of non-monocrystalline substance containing iridium, tantalum and aluminum, and ink jet device equipped with said head
WO1990009887A1 (en) * 1989-02-28 1990-09-07 Canon Kabushiki Kaisha Ink jet head having heat-generating resistor constituted of non-monocrystalline substance containing iridium, tantalum and aluminum, and ink jet device equipped with said head
US5142308A (en) * 1989-02-28 1992-08-25 Canon Kabushiki Kaisha Ink jet head having heat generating resistor made of non-single crystalline substance containing ir and ta
WO1993002864A1 (fr) * 1991-08-02 1993-02-18 Canon Kabushiki Kaisha Base pour tete d'impression a jet d'encre, tete d'impression a jet d'encre utilisant ladite base, et dispositif d'impression a jet d'encre pourvu de ladite tete

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JPH0457504B2 (ja) 1992-09-11

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