JPS61286145A - 液体噴射記録ヘツド及び液体噴射記録装置 - Google Patents

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】 ［産業上の利用分野］ 本発明は液体噴射記録ヘッド及び該記録へラドを搭載し
た液体噴射記録装置に関する。

［従来の技術１ 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
て且つ高速記録が回走であり、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略であるため、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１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０Ｎ−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１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
Ｂ２　、ＨｆＢ２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５Ｌ
０２等の耐酸化性に優れた材料で構成された保Ｍ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）を使用
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、Ｈａ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
録を行なう場谷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１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
録ヘッド及び該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
ド及び該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
電気熱変換体とを具備する液体噴射記録ヘッドにおいて
、前記電気熱変換体を構成する発熱抵抗層が炭素原子を
母体とし水素原子と電気伝導性を支配する物質とを含有
してなる非晶質材料からなり、該発熱抵抗層において水
素原子及び／または電気伝導性を支配する物質が膜厚方
向に不均一に分布していることを特徴とする。液体噴射
記録ヘッド、及び該液体噴射記録ヘッドを搭載した液体
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■−■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ｔａ、
ｔａ”。

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″。

・φ・・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■−■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”、１８
″、・・・・に対応する位置にそれぞれ第１図の■−■
方向に沿う溝２２．２２”、２２″・拳・・が形成され
ている。これらの溝はそれぞれ支持体１２どの間に記録
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十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で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
し水素原子と電気伝導性を支配する物質とを含有してな
る非晶質材料からなる。電気伝導性を支配する物質とし
ては、いわゆる半導体分野においていうところの不純物
即ちｐ型伝導特性を与えるＰ型不純物及びｎ型伝導特性
を与えるｎ型不純物が利用できる。ｐ型不純物としては
元素周期律表第ｍ族に属する原子、たとえばＢ、ＡＩ。

Ｇａ、Ｉｎ、ＴＩ等があり、特にＢ、Ｇａが好ましい、
ｎ型不純物としては元素周期律表第Ｖ族に属する原子、
たとえばＰ、Ａｓ、Ｓｂ、Ｂｉ等があり、特にＰ、Ａｓ
が好ましい、これらは単独でもよいし複数の組合せでも
よい。

発熱抵抗層１４中における水素原子の含有率は、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ｏ、ｏｏｏｉ〜３゜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中における電気伝導性支配物質の含有率
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０．０１〜５００００原子ｐｐｍ
であり、更に好ましくは０．５〜１００００原子ｐｐｍ
であり、最適には１〜５０００原子ｐｐｍである。

本発明においては、発熱抵抗層１４中における水素原子
及び／または電気伝導性支配物質の分布が膜厚方向に不
均一となっている０発熱抵抗層１４中における膜厚方向
での水素原子及び／または電気伝導性支配物質の含有率
変化は支持体１２側から表面側へと次第に含有率が増加
する様なものでもよいし、逆に含有率が減少する様なも
のでもよい、更に、水素原子及び／または電気伝導性支
配物質の含有率変化は発熱抵抗層１４中において極大値
あるいは極小値をもつ様なものでもよい。

これら発熱抵抗層１４中における膜厚方向での水素原子
及び／または電気伝導性支配物質の含有率変化は所望の
特性が得られる様に適宜選択される。

第４図〜第９図に、本発明記録ヘッドの発熱抵抗層１４
中における膜厚方向に関する水素原子及び／または電気
伝導性支配物質の含有率の変化の具体例を示す、これら
の図において、縦軸は支持体１２との界面からの膜厚方
向の距離Ｔを表わし、ｔは発熱抵抗層１４の膜厚を表わ
す、また、横軸は水素原子及び／または電気伝導性支配
物質の含有率Ｃを表わす、尚、各図において、縦軸Ｔ及
び横軸Ｃのスケールは必ずしも均一ではなく、各図の特
徴が出る様に変化せしめられている。

従って、実際の適用に当っては各図につき具体的数値の
差異にもとづく種々の分布が用いられる。

また１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水素原子と電
気伝導性支配物質とを含有してなる非晶質材料（以下、
ｒａ−Ｃ：Ｈ（ｐ、ｎ）Ｊと略記することがある。ここ
で（ｐ、ｎ）は電気伝導性支配物質を表わす、）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：Ｈ（ｐ、ｎ）
からなる抵抗層１４を形成するには１、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水素原子
（Ｈ）を供給し得るＨ供給用の原料ガスと電気伝導性支
配物質供給用の原料ガスとを導入し、この際Ｈ供給用原
料ガス及び／または電気伝導性支配物質供給用原料ガス
の導入量を変化させながら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：Ｈ（ｐ、ｎ）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：Ｈ（ｐ、ｎ）
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Ｈ供給用の原
料ガスと電気伝導性支配物質供給用原料ガスとを導入し
、この際導入量を変化させればよい。

上記方法において、Ｃ供給用の原料ガス、Ｈ供給用の原
料ガス及び電気伝導性支配物質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（ＣＨ４）、エ
タン（Ｃ２Ｈａ　）　。

プロパン（Ｃ３Ｈａ）、ｎ−ブタン（ｎ−Ｃ４ＨＩＯ）
、ペンタン（Ｃ５Ｂ１２）　、　エチレン系炭化水素と
してはエチレン（Ｃ２Ｈ４）　、プロピレン（Ｃ３Ｈｅ
　）　、ブテン−１（Ｃ４Ｈ８）、ブテン−２（Ｃ４Ｈ
８）　、インブチレン（Ｃ４Ｈ８）、ペンテン（Ｃ５Ｈ
ｌｏ）　、アセチレン系炭化水素としてはアセチレン（
Ｃ２Ｂ２　）　、メチルアセチレン（Ｃ３Ｈ４）　、ブ
チン（Ｃ４Ｈａ　）　、芳香族炭化水素としてはベンゼ
ン（Ｃｓ　Ｈａ　）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。

電気伝導性支配物質供給用の原料としては次の様なもの
が例示される。

第■族原子供給用原料としては、たとえばホウ素原子供
給用にＢ２　Ｈａ　、Ｂ４　ＨＩＯ，Ｂ５　Ｂ９、Ｂ５
Ｈ１１、Ｂ６ＨＩＯ，Ｂ６　Ｂ１２．Ｂ６　Ｂ１４等の
水素化ホウ素やＢＦ３　、ＢＣ１３、ＢＢ　ｒ３等＋７
）／’ロゲン化ホウ素等が用いられ、更にその他の原子
供給用にＡｌＣｌ３　、ＧａＣｌ３　、Ｇａ（ＣＨ３）
３．ＩｎＣｌ３．ＴｌＣｌ３等が用いられる。

第Ｖ族原子供給用原料としては、たとえばリン原子供給
用にＰＨ３、Ｐ２　Ｈ４等の水素化リンやＰＨ４Ｉ、Ｐ
Ｆ３　、ＰＦｓ　、ＰＣ１３、ＰＣｌ５．ＰＢｒ３．Ｐ
Ｂｒ３．ＰＩ３等ノハロゲン化リン等が用いられ、更に
その他の原子供給用にＡｓＨ３、ＡｓＦ３　、ＡｓＣ１
３、ＡｓＢｒ３　、ＡｓＦ５　、ＳｂＨ３、ＳｂＦ３　
、ＳｂＦ５．５ｂＣ１３，５ｂＣ１５、ＢｉＩ３．Ｂｉ
Ｃｌ３．Ｂ１Ｂｒ３等が用いられる。

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中に含まれる水素原子の量及び電気伝導性支配物
質の量や抵抗層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。

特に、本発明の膜厚方向に水素原子及び／または電気伝
導性支配物質の分布が不均一な発熱抵抗層を１４を得る
ためには、堆積室内への水素原子及び／または電気伝導
性支配物質の導入量をたとえばバルブコントロール等に
より経時的に変化させるのが好ましい。

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状められる。

放電電力は好ましくはｏ、ｏｏｔ〜２０Ｗ／ｃｍ″、よ
り好ましくは０．０ｌ−１５Ｗ／ｃｍ″、最適には０．
０５〜ＩＯＷ／ｃｒｎ’のうちから選ばれる。

堆積室内の圧力は、好ましくは１０−４〜１０Ｔｏｒｒ
、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、水素原子と電気伝導性支配物質と
を含有するので特に抵抗値制御性が極めて良好である。

本発明における発熱抵抗層は１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１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は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ｒい、第１０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１．１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０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１
２ｂ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、Ｃｕ
、Ａｌ、Ａｇ、Ｎｉ等の金属からなる。

次に１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１２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。１
１０１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、１
１１７〜１１２１は流出バルブであり、１１２２〜１１
２Ｂ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、
１１３３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ＣＨ４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ＰＨ３ガス（純度９９．９％
以上）が密封されており、ｔ　１０４にはＡｒガスで希
釈されたＢ２　Ｈａ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
（１）バルブ１１２２〜１１２６及びリークバルブ１１
３５が閉じられていることを確認し、また流入バルブ１
１１２〜１ｌ１６、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１１３４を開いて堆積室１１０１及びガ
ス配管内を排気する０次に真空計１１３６の読みが１　
、５Ｘ１０−６　Ｔ。

ｒｒになった時点で、補助バルブ１１３２．流入バルブ
１１１２〜１１１６及ｑ流出パルプ１１１７〜１１２１
を閉じる。その後、堆積室１ｔｏｔ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１ｌＯ１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ＣＨ４／Ａｒガスを流出させ、バルブ１１２３を
開いてガスボンベ１１０３からＰＨ３／Ａｒガスを流出
させ、出口圧ゲージ１１２７．１１２８の圧力を１ｋｇ
／ｃｒｎ”に調整し、次に流入バルブ１１１２．１１１
３を徐々に開いてマスフローコントロー９１１０７．１
１０８内に流入させておく、続いて、流出バルブ１１１
７．１１１８、補助バルブ１１３２を徐々に開いテＣＨ
４／　Ａ　ｒガスとＰＨ３／Ａｒガスとを堆積室１１０
１内に導入する。この時、ＣＨ４／Ａｒガスの流量とＰ
　Ｂ３　／　Ａ　ｒ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１１０７．１１０８を調整
し、また堆積室１ｔｏｉ内の圧力が所望の値になる様に
真空計１１３６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１１３９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。そして、手動または外部駆動モ
ータ等により流出バルブ１１１７．１１１８の開度を変
化させる操作を行なってＣＨ４／Ａｒガスの流量及び／
またはＰＨ３／Ａｒガスの流量を予め設計された変化率
曲線に従って経時的に変化させ、これにより抵抗層１４
中におけるＨ原子及び／または電気伝導性支配物質の含
有率を膜厚方向に変化させる。

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１〜１４１上には予め高純度グラファイト１
１４２−１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ＣＨ
４／Ａｒガスをガスボンベ１１０３からＰＨ３／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植室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。そし
て、上記グロー放電法の場合と同様に流出バルブ１１１
７．１１１８の開度を変化させる操作を行なってＣＨ４
／Ａｒガスの流量及び／またはＰＨ３／Ａｒガスの流量
を予め設計された変化率曲線に従って経時的に変化させ
、これにより抵抗層１４中におけるＨ［子及び／または
電気伝導性支配物質の含有率を膜厚方向に変化させる。

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。Ａ１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１０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Ｋ、
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ツチング等により、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１３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
２６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１４
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１４図のタイプのヘッドにおいて
は天板２０に形成された＠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１本発明液体噴射記録ヘッドの変形例を示す。

第１５図は上記第１４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６溝２２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１５図において各発熱部１８は各吐出口２６に対
応して設けられている。

第１６〜１８図はその他の例を示す第１５図に対応する
断面図である。

第１６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は互いに連通しそいる。

第１７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１６図の場合と同様６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１８図の場合には第１５〜１７図の場合の様なバリヤ
部は形成されていない。

以上の第１５〜１８図は第１４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１３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５ｉ０２蓄熱層（厚さ５ＩＬｍ）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１２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アイ）（９９，９９％）が用
いられ、比較例はＨｆＢ２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ζ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０次に、その
発熱抵抗層上に電子ビーム法によりＡ１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
、Ａ１層を所望の形状にエツ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系エツチング液を用いて
所定の部分の発熱抵抗層を除去した。その−例として、
４０ルｍＸ２００ＩＬｍ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
ンコードする。そして、８０℃で１時間プリベークし、
アライナ−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時間ボ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ＡＩ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
１９図に、模式的断面図を第２０図に示す０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
か形成された０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ツチ
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
系エツ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−例として４０ＩＬｍＸ２００７ｔｍ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／　ｍ　ｍ
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。

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。

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
２１図に、模式的断面図を第２２図に示す。

タイプＣ 支持体上に電子ビーム法によりＡ１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Ａ１
層を所望の形状にエツチングして複数対の電極を形成し
た０次に、パターンが形成されたＡ１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系エツ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−例として４０７
ｉｍＸ２００Ｂｍ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／　ｍ　ｍピッチで配列した。尚、Ａ
ｔ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。

尚、かくして得られた電気熱変換体の６発、％ｆｕｌｌ
の抵抗は第３表に示される通りであった。

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
２３図に、模式的断面図を第２４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０作成されるヘッド
には上記第１３図に示されるタイプ（以下、タイプ１と
いう）及び上記第１４図に示されるタイプ（以下、タイ
プ２という）がある。

タイプｌ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２５図の模式的斜視図に示す様に、ガラス板４
０に複数本の＄４２２（輻４０　ｐｍ　、深さ４０ｐｍ
）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ｎ合せをした上で接合し、更に第２６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
して記録へラド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−で露光し、現像し、所望のパターン形状に作成
する０次に、感光性樹脂フィルム５２（商品名オーディ
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木管４４を接
続して、第２７図の模式的斜視図に示す様な記録へラド
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はエツ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を
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５機械加工で穴をあけである０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２
８図の模式的斜視図に示す様な記録へラド６２を一体的
に完成した。尚、６４は天板２０の凹部であリバリャ部
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
ｌ−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１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２９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２９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上にドツ
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７Ｇ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１０Ｂｓｅｃのパルス幅、２００ＪＬＳｅｃ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
２０Ｖ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 ＤＥＣ３０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、この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。ｉち、第３表中の耐久性の欄に示されている「
○Ｊ、ｒＸＪは、以下の通り電気的パルスの緑返し印加
回数が何回であったかを示している。

０　　　　　１０９回以上 Ｘ　　　　　　１０６回以下 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。

第　　　　　３　　　　　表 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３０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
を母体とし水素原子と電気伝導性支配物質とを含有して
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０本発
明によれば特に発熱抵抗層の抵抗値制御性が良好である
。

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ｔｒｔとなる。

更に１本発明によれば、発熱抵抗層中における水素原子
及び／または電気伝導性支配物質の含有率を膜厚方向に
不均一分布となしているので、蓄熱性や放熱性や支持体
と抵抗層との密着性や記録液との耐化学反応性等の種々
の特性を容易に実現することができる。

【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■−■断面図であり、第３図は第２図のｍ−ｍ断
面図である。 第４〜９図は発熱抵抗層中における水素原子及び／また
は電気伝導性支配物質の含有率の分布を示すグラフであ
る。 第１０図及び第１１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１２図は堆積装置の模式的説明図である。 第１３図及び第１４図は本発明記録へ一２ドの部分斜視
図である。 第１５図〜第１８図は本発明記録ヘッドの部分断面図で
ある。 第１９図、第２１図及び第２３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２０図、
第２２図及び第２４図はそれぞれそれらの断面図である
。 第２５図は本発明記録ヘッドの天板の斜視図である。 第２６図、第２７図及び第２８図は本発明記録ヘッドの
斜視図である。 第２９図は本発明記録装置の斜視図である。 第３０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 ２ｏ：天板　　　　　２４：熱作用部 ２６：吐出口 代理人　　弁理士　　山　下　積　平 ｌｒＩ。 第３図 第４図 第５図 第６図 リ　　　　　　　　　　　　　　　Ｃ 第７図 ＯＣ 第８図 第７図 ＯＣ 第１Ｏ図 第１Ｉ図 ト ！ 一Δ 」□ 第１３図 第１４図 第１５図 第１Ｇ　ｖＡ 第２１図 第２２図 第２７図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （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電気熱変換体とを具備する
   液体噴射記録ヘッドにおいて、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水素原子と電気伝
   導性を支配する物質とを含有してなる非晶質材料からな
   り、該発熱抵抗層において水素原子及び／または電気伝
   導性を支配する物質が膜厚方向に不均一に分布している
   ことを特徴とする、液体噴射記録ヘッド。
2. （２）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電気熱変換体とを具備する
   液体噴射記録ヘッドを搭載してな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
   原子を母体とし水素原子と電気伝導性を支配する物質と
   を含有してなる非晶質材料からなり、該発熱抵抗層にお
   いて水素原子及び／または電気伝導性を支配する物質が
   膜厚方向に不均一に分布していることを特徴とする、液
   体噴射記録装置。