JP2790844B2 - Liquid jet recording head - Google Patents
Liquid jet recording headInfo
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- JP2790844B2 JP2790844B2 JP1101137A JP10113789A JP2790844B2 JP 2790844 B2 JP2790844 B2 JP 2790844B2 JP 1101137 A JP1101137 A JP 1101137A JP 10113789 A JP10113789 A JP 10113789A JP 2790844 B2 JP2790844 B2 JP 2790844B2
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- Particle Formation And Scattering Control In Inkjet Printers (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 技術分野 本発明は、液体噴射記録ヘッド、より詳細には、バブ
ルジェット型インクジェットヘッドの発熱部の保護或い
は電極部の保護に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a liquid jet recording head, and more particularly, to protection of a heating portion or an electrode portion of a bubble jet type ink jet head.
従来技術 ノンインパクト記録法は、記録時における騒音の発生
が無視し得る程度に極めて小さいという点において、最
近関心を集めている。その中で、高速記録が可能であ
り、而も所謂普通紙に特別の定着処理を必要とせずに記
録の行える所謂インクジェット記録法は極めて有力な記
録法であって、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ある。2. Description of the Related Art Non-impact recording methods have recently attracted attention in that the generation of noise during recording is extremely small to a negligible level. Among them, the so-called ink jet recording method, which can perform high-speed recording and can perform recording on so-called plain paper without requiring a special fixing process, is an extremely powerful recording method. Some have been proposed, and some have been commercialized with improvements, while others are still being put to practical use.
この様なインクジェット記録法は、所謂インクと称さ
れる記録液体の小滴(droplet)を飛翔させ、記録部材
に付着させて記録を行うものであって、この記録液体の
小滴の発生法及び発生された記録液小滴の飛翔方向を制
御する為の制御方法によって幾つかの方式に大別され
る。In such an ink jet recording method, recording is performed by flying droplets of a recording liquid called so-called ink and attaching the droplets to a recording member. The control method for controlling the flying direction of the generated recording liquid droplet is roughly classified into several types.
先ず第1の方式は例えば米国特許第3060429号明細書
に開示されているもの(Tele type方式)であって、記
録液体の小滴の発生を静電吸引的に行い、発生した記録
液体小滴を記録信号に応じて電界制御し、記録部材上に
記録液体小滴を選択的に付着させて記録を行うものであ
る。First, the first system is, for example, a system disclosed in US Pat. No. 3,060,429 (Tele type system) in which droplets of a recording liquid are electrostatically attracted, and the generated droplets of the recording liquid are generated. Is controlled by an electric field according to a recording signal, and recording is performed by selectively adhering a recording liquid droplet onto a recording member.
これに就いて、更に詳述すれば、ノズルと加速電極間
に電界を掛けて、一様に帯電した記録液体の小滴をノズ
ルより吐出させ、該吐出した記録液体の小滴を記録信号
に応じて電気制御可能な様に構成されたxy偏向電極間を
飛翔させ、電界の強度変化によって選択的に小滴を記録
部材に付着させて記録を行うものである。More specifically, in more detail, an electric field is applied between the nozzle and the accelerating electrode to discharge a uniformly charged droplet of the recording liquid from the nozzle, and the discharged droplet of the recording liquid is converted into a recording signal. In accordance with this, the recording is performed by causing the droplets to fly between the xy deflection electrodes configured so as to be electrically controllable and selectively adhering small droplets to the recording member by a change in the intensity of the electric field.
第2の方式は、例えば米国特許第3596275号明細書、
米国特許第P3298030号明細書等に開示されている方式
(Sweet方式)であって、連続振動発生法によって帯電
量の制御された記録液体の小滴を発生させ、この発生さ
れた帯電量の制御された小滴を、一様の電界が掛けられ
ている偏向電極間を飛翔させることで、記録部材上に記
録を行うものである。The second method is described, for example, in US Pat. No. 3,596,275,
A method (Sweet method) disclosed in U.S. Pat. No. P3298030 and the like, in which a droplet of a recording liquid whose charge amount is controlled by a continuous vibration generation method is generated, and the generated charge amount is controlled. The droplet is made to fly between the deflection electrodes to which a uniform electric field is applied, thereby performing recording on the recording member.
具体的には、ピエゾ振動素子の付設されている記録ヘ
ッドを構成する一部であるノズルのオリフィス(吐出
口)の前に記録信号が印加されている様に構成した帯電
電極を所定距離だけ離して配置し、前記ピエゾ振動素子
に一定周波数の電気信号を印加することでピエゾ振動素
子を機械的に振動させ、前記吐出口より記録液体の小滴
を吐出させる。この時前記帯電電極によって吐出する記
録液体小滴には電荷が静電誘導され、小滴は記録信号に
応じた電荷量で帯電される。帯電量の制御された記録液
体の小滴は、一定の電界が一様に掛けられている偏向電
極間を飛翔する時、付加された帯電量に応じて偏向を受
け、記録信号を担う小滴のみが記録部材上に付着し得る
様にされている。More specifically, a charging electrode configured so that a recording signal is applied in front of an orifice (ejection port) of a nozzle, which is a part of a recording head provided with a piezoelectric vibrating element, is separated by a predetermined distance. The piezoelectric vibrating element is mechanically vibrated by applying an electric signal of a constant frequency to the piezoelectric vibrating element, and a droplet of the recording liquid is discharged from the discharge port. At this time, a charge is electrostatically induced in the recording liquid droplet discharged by the charging electrode, and the droplet is charged with a charge amount according to the recording signal. When the droplet of the recording liquid whose charge amount is controlled flies between the deflection electrodes to which a constant electric field is uniformly applied, the droplet is deflected according to the added charge amount and carries a recording signal. Only the recording material can be deposited on the recording member.
第3の方式は例えば米国特許第3416153号明細書に開
示されている方式(Hertz方式)であって、ノズルとリ
ング状の帯電電極間に電界を掛け、連続振動発生法によ
って、記録液体の小滴を発生霧化させて記録する方式で
ある。即ちこの方式ではノズルと帯電電極間に掛ける電
界強度を記録信号に応じて変調することによって小滴の
霧化状態を制御し、記録画像の階調性を出して記録す
る。The third method is, for example, a method (Hertz method) disclosed in US Pat. No. 3,416,153, in which an electric field is applied between a nozzle and a ring-shaped charging electrode, and a small amount of recording liquid is applied by a continuous vibration generation method. In this method, droplets are generated and atomized and recorded. That is, in this method, the atomization state of the small droplet is controlled by modulating the electric field intensity applied between the nozzle and the charging electrode in accordance with the recording signal, and the image is recorded with the gradation of the recorded image.
第4の方式は、例えば米国特許第3747120号明細書に
開示されている方式(Stemme方式)で、この方式は前記
3つの方式とは根本的に原理が異なるものである。The fourth system is, for example, a system (Stemme system) disclosed in US Pat. No. 3,747,120, and this system is fundamentally different from the above three systems in principle.
即ち、前記3つの方式は、何れもノズルより吐出され
た記録液体の小滴を、飛翔している途中で電気的に制御
し、記録信号を担った小滴を選択的に記録部材上に付着
させて記録を行うのに対して、このStemme方式は、記録
信号に応じて吐出口より記録液体の小滴を吐出飛翔させ
て記録するものである。That is, in each of the three methods, the droplet of the recording liquid discharged from the nozzle is electrically controlled during the flight, and the droplet carrying the recording signal is selectively attached to the recording member. On the other hand, according to the Stemme method, recording is performed by ejecting a small droplet of recording liquid from an ejection port in accordance with a recording signal.
つまり、Stemme方式は、記録液体を吐出する吐出口を
有する記録ヘッドに付設されているピエゾ振動素子に、
電気的な記録信号を印加し、この電気的記録信号をピエ
ゾ振動素子の機械的振動に変え、該機械的振動に従って
前記吐出口より記録液体の小滴を吐出飛翔させて記録部
材に付着させることで記録を行うものである。That is, in the Stemme method, the piezoelectric vibrating element attached to the recording head having the ejection port for ejecting the recording liquid includes:
Applying an electrical recording signal, converting the electrical recording signal into mechanical vibration of a piezo-vibrating element, and ejecting a droplet of the recording liquid from the ejection port in accordance with the mechanical vibration to cause the droplet to fly and adhere to the recording member. Is to record.
これ等、従来の4つの方式は各々に特長を有するもの
であるが、又、他方において解決され得る可き点が存在
する。Each of these four conventional methods has its own features, but on the other hand, there are points that can be solved.
即ち、前記第1から第3の方式は記録液体の小滴の発
生の直接的エネルギーが電気的エネルギーであり、又、
小滴の偏向制御も電界制御である。その為、第1の方式
は、構成上はシンプルであるが、小滴の発生に高電圧を
要し、又、記録ヘッドのマルチノズル化が困難であるの
で高速記録には不向きである。That is, in the first to third methods, the direct energy of the generation of the droplet of the recording liquid is electric energy,
Droplet deflection control is also electric field control. Therefore, the first method is simple in structure, but requires a high voltage to generate small droplets, and is not suitable for high-speed printing because it is difficult to use a multi-nozzle recording head.
第2の方式は、記録ヘッドのマルチノズル化が可能で
高速記録に向くが、構成上複雑であり、又記録液体小滴
の電気的制御が高度で困難であること、記録部材上にサ
テライトドットが生じ易いこと等の問題点がある。The second method enables multi-nozzle recording heads and is suitable for high-speed recording. However, the method is complicated in structure, and the electrical control of small droplets of recording liquid is difficult and difficult. Are liable to occur.
第3の方式は、記録液体小滴を霧化することによって
階調性に優れた画像が記録され得る特長を有するが、他
方霧化状態の制御が困難であること、記録画像にカブリ
が生ずること及び記録ヘッドのマルチノズル化が困難
で、高速記録には不向きであること等の諸問題点が存す
る。The third method has a feature that an image having excellent gradation can be recorded by atomizing a recording liquid droplet, but on the other hand, it is difficult to control the atomization state, and fogging occurs in the recorded image. In addition, there are problems such as the fact that it is difficult to use a multi-nozzle recording head, and it is not suitable for high-speed recording.
第4の方式は、第1乃至第3の方式に比べ利点を比較
的多く有する。即ち、構成シンプルであること、オンデ
マンド(on−demand)で記録液体をノズルの吐出口より
吐出して記録を行う為に、第1乃至第3の方式の様に吐
出飛翔する小滴する中、画像の記録に要さなかった小滴
を回収することが不要であること及び第1乃至第2の方
式の様に、導電性の記録液体を使用する必要性がなく記
録液体の物質上の自由度が大であること等の大きな利点
を有する。而乍ら、一方において、記録ヘッドの加工上
に問題があること、所望の共振数を有するピエゾ振動素
子の小型化が極めて困難であること等の理由から記録ヘ
ッドのマルチノズル化が難しく、又、ピエゾ振動素子の
機械的振動という機械的エネルギーによって記録液体小
滴の吐出飛翔を行うので高速記録には向かないこと、等
の欠点を有する。The fourth scheme has relatively many advantages over the first to third schemes. That is, in order to perform recording by discharging the recording liquid from the discharge port of the nozzle on demand (on-demand), the configuration is simple. It is unnecessary to collect small droplets that are not required for recording an image, and there is no need to use a conductive recording liquid as in the first and second methods, and the recording liquid material There are great advantages such as a large degree of freedom. However, on the other hand, it is difficult to form a multi-nozzle recording head because there are problems in processing the recording head and it is extremely difficult to reduce the size of the piezoelectric vibrating element having a desired resonance number. However, since the recording liquid droplets are ejected and fly by the mechanical energy of mechanical vibration of the piezo-vibration element, it is not suitable for high-speed recording.
このように従来法には、構成上、高速記録化上、記録
ヘッドのマルチノズル化上、サテライトドットの発生お
よび記録画像のカブリ発生等の点において一長一短があ
って、その長所を利する用途にしか適用し得ないという
制約が存在していた。As described above, the conventional method has advantages and disadvantages in terms of configuration, high-speed recording, multi-nozzle recording head, generation of satellite dots and occurrence of fogging of a recorded image, etc. There was a restriction that only the application was possible.
また、特開昭55−128468号公報には、比抵抗が5×10
5Ω・cm以上の薄膜により発熱体を保護することが開示
されている。Japanese Patent Application Laid-Open No. 55-128468 discloses that the specific resistance is 5 × 10
It is disclosed that a heating element is protected by a thin film of 5 Ω · cm or more.
第7図は、上記特開昭55−128468号公報に開示された
液体噴射記録ヘッドの一例を説明するための図で、発熱
体設置基板1の表面に発熱部2が設けられている。又、
基板3の材料としては、ガラス、セラミックス或いは耐
熱性プラスチック等が用いられている。基板3には、吐
出前のインクを収容する室4′及び吐出オリフィス5を
構成する長尺溝4が予め形成してあり、基板3と発熱体
設置基板1とは、発熱部2と溝4の位置合せをした後、
接着剤によって接合して一体化される。FIG. 7 is a view for explaining an example of the liquid jet recording head disclosed in the above-mentioned Japanese Patent Application Laid-Open No. 55-128468. A heating element 2 is provided on the surface of a heating element installation substrate 1. or,
As a material of the substrate 3, glass, ceramics, heat-resistant plastic, or the like is used. On the substrate 3, a chamber 4 'for accommodating ink before ejection and a long groove 4 constituting an ejection orifice 5 are formed beforehand. After aligning
Joined and integrated with an adhesive.
第8図は、溝4の軸線に沿った断面図で、記録用イン
クは、図中、矢印で示される様に室4′内へ供給されて
いる。今、室4′内の1部に付設された発熱部2に対し
て外部から信号が印加されると、発熱部2は発熱し、そ
の近傍のインクに熱エネルギーを与える。熱エネルギー
を受けたインクは体積膨張或いは気泡の発生の状態変化
を起こして圧力変化を生じ、この圧力変化が吐出オリフ
ィス5の方向に伝わり、インクが小滴となって吐出され
る。そして、この小滴が不図示の紙等、任意の被記録材
に付着することによって記録が為される。FIG. 8 is a sectional view taken along the axis of the groove 4, and the recording ink is supplied into the chamber 4 'as shown by the arrow in the figure. Now, when a signal is externally applied to the heat generating portion 2 attached to one part in the chamber 4 ', the heat generating portion 2 generates heat and gives heat energy to ink in the vicinity thereof. The ink that has received the thermal energy causes a state change such as volume expansion or bubble generation to generate a pressure change. This pressure change is transmitted in the direction of the discharge orifice 5, and the ink is discharged as small droplets. Then, recording is performed by the small droplets adhering to an arbitrary recording material such as paper (not shown).
第8図には、発熱体設置基板1の詳細構造が示されて
おり、この発熱部2は、アルミナ等の基板6上に、蓄熱
層7、発熱抵抗体10、電極8を順次、薄膜形成技術によ
って積層し、発熱抵抗体10及び電極8を所定の形状にパ
ターンニングした後、更に、保護層9を積層して構成さ
れる。そして、この発熱部2は溝4内に吐出する構成と
なっている。発熱体設置基板1において、インクが直接
するのは保護層9であるが、この保護層9は発熱抵抗体
10および電極8がインクと接触して酸化されたり、反対
にそれ等を絶縁してインクが電気分解されるのを防いで
おり、具体的には保護層9として比抵抗が5×105Ω・c
m以上となる厚さ0.1μm〜5μm程度の薄膜を形成して
いる。FIG. 8 shows a detailed structure of the heating element installation board 1. The heating section 2 has a heat storage layer 7, a heating resistor 10, and an electrode 8 formed on a substrate 6 made of alumina or the like in the order of thin films. After laminating by a technique and patterning the heating resistor 10 and the electrode 8 into a predetermined shape, the protective layer 9 is further laminated. Then, the heat generating portion 2 is configured to discharge into the groove 4. In the heating element installation substrate 1, it is the protection layer 9 that the ink is directly applied to.
The electrode 10 and the electrode 8 are in contact with the ink and are oxidized, and on the contrary, they are insulated to prevent the ink from being electrolyzed. Specifically, the protective layer 9 has a specific resistance of 5 × 10 5 Ω.・ C
A thin film having a thickness of about 0.1 μm to 5 μm which is not less than m is formed.
しかしながら、上記のごとき液体噴射記録ヘッドにお
いては、発熱体部の保護を考える場合、薄膜の比抵抗は
重要な因子の1つではあるが、より厳密には、発熱抵抗
体層との関係で論じなければならない。However, in the above-described liquid jet recording head, when the protection of the heating element portion is considered, the specific resistance of the thin film is one of the important factors, but more specifically, it is discussed in relation to the heating resistor layer. There must be.
更に、特開昭59−143650号公報には、電極表面を変質
させ、無機絶縁材料化された保護層とすることが開示さ
れている。Further, JP-A-59-143650 discloses that the surface of an electrode is altered to form a protective layer made of an inorganic insulating material.
第9図及び第10図は、上記特開昭59−143650号公報に
開示された液体噴射記録ヘッドの一例を説明するための
図で、第9図は、オリフィス側から見た正面部分図、第
10図は、第9図に一点鎖線AA′で示した部分で切断した
場合の切断面部分図が示されており、図に示される液体
噴射記録ヘッドは、所望数の電気熱変換体11が設けられ
た熱を液吐出に利用する液体噴射記録(サーマルインク
ジェット:T/Jと略記する)用の基板12と、前記電気熱変
換体11に対応して設けられた溝を所望数有する溝付板13
とでその主要部が構成されている。9 and 10 are views for explaining an example of the liquid jet recording head disclosed in the above-mentioned JP-A-59-143650. FIG. 9 is a partial front view seen from the orifice side. No.
FIG. 10 is a partial cross-sectional view taken along the line indicated by the dashed line AA ′ in FIG. 9, and the liquid jet recording head shown in FIG. A substrate 12 for liquid jet recording (thermal ink jet: abbreviated as T / J) that uses the provided heat for liquid ejection, and a groove having a desired number of grooves provided corresponding to the electrothermal transducer 11 Board 13
And the main part is constituted.
T/J基板12と溝付板13とは、所定個所で接着剤等で接
合されることでT/J基板12の電気熱変換体11の設けられ
ている部分と、溝付板13の溝の部分とによって液流路14
を形成しており、該液流路14は、その構成の一部に熱作
用部15を有する。The T / J substrate 12 and the grooved plate 13 are joined to each other with an adhesive or the like at a predetermined location, so that the portion of the T / J substrate 12 where the electrothermal converter 11 is provided, and the groove of the grooved plate 13 Part and the liquid flow path 14
The liquid flow path 14 has a heat acting part 15 in a part of its configuration.
T/J基板12は、シリコン、ガラス、セラミックス等で
構成されている支持体16、該支持体16上にSiO2等が構成
される下部層17、発熱抵抗層18等を有し、発熱抵抗層18
の表面の両側には、液流路14に沿って電極19,20及び発
熱抵抗層18の電極で被覆されてない部分と、電極19,20
の部分とを覆う様に無機質材料で構成された保護層(上
部層)21とを具備している。The T / J substrate 12 has a support 16 made of silicon, glass, ceramics, or the like, a lower layer 17 made of SiO 2 or the like on the support 16, a heating resistance layer 18, and the like. Tier 18
On both sides of the surface of the electrode 19, there are portions along the liquid flow path 14 that are not covered with the electrodes 19, 20 and the electrodes of the heating resistance layer 18, and the electrodes 19, 20.
And a protective layer (upper layer) 21 made of an inorganic material so as to cover the above portion.
電気熱変換体11は、その主要部として熱発生部22を有
し、該熱発生部22は支持体16上に支持体16側より順次下
部層17、発熱抵抗層18、上層部21とが積層されて構成さ
れており、上部層21の表面(熱作用面)23は、液流路14
中を満たす液体と直に接触している。図に示す液体噴射
記録ヘッドの場合には、上部層21は、該層21の機械的な
強度を一層高める為に、層26,27を設けた二重層構造と
されていて、層26は、例えばSiO2等の無機酸化物やSi3N
4等の無機窒化物等の比較的電気絶縁性、熱伝導性、及
び耐熱性に優れた無機質材料で構成され、層27は粘りが
あって、比較的機械的強度に優れ、層26に対して密着性
のある、例えば、層26がSiO2で形成されている場合には
Ta等の金属材料で構成される。The electrothermal converter 11 has a heat generating part 22 as a main part thereof, and the heat generating part 22 includes a lower layer 17, a heating resistor layer 18, and an upper layer part 21 on a support 16 sequentially from the support 16 side. The surface (thermally acting surface) 23 of the upper layer 21 is
It is in direct contact with the filling liquid. In the case of the liquid jet recording head shown in the figure, the upper layer 21 has a double-layer structure in which layers 26 and 27 are provided in order to further increase the mechanical strength of the layer 21. For example, inorganic oxides such as SiO 2 and Si 3 N
The layer 27 is made of an inorganic material having relatively excellent electrical insulation, thermal conductivity, and heat resistance, such as inorganic nitrides such as 4 , and the layer 27 is sticky and has relatively excellent mechanical strength. For example, when the layer 26 is formed of SiO 2
It is composed of a metal material such as Ta.
この様に上部層21の表面層を金属等の比較的粘りがあ
って機械的強度のある無機質材料で構成することによっ
て、熱作用面23に於いて、液体吐出の際に生ずるキャビ
テーション作用からのショックを充分吸収することが出
来、電気熱変換体11の寿命を格段に延ばす効果がある。
上記液体噴射記録ヘッド、電極19および20の表面に無機
絶縁材料化された保護層24を、電極表面を変質させるこ
とによって設けることを特徴とするもので、該保護層24
は不図示ではあるか電極20の延長上の、液流路14の上流
に設けられる共通液室の底面部分にも少なくとも設けら
れる。Since the surface layer of the upper layer 21 is made of a relatively sticky and mechanically strong inorganic material such as a metal in this way, the cavitation effect generated at the time of liquid ejection on the heat acting surface 23 is reduced. Shock can be sufficiently absorbed, and there is an effect that the life of the electrothermal converter 11 is significantly extended.
The liquid jet recording head, characterized in that a protective layer 24 made of an inorganic insulating material is provided on the surface of the electrodes 19 and 20 by altering the surface of the electrode.
Although not shown, at least on the bottom surface of the common liquid chamber provided on the extension of the electrode 20 and upstream of the liquid flow path 14.
保護層24は電極部表面に設けられ、その主なる役目
は、液浸透防止と耐液作用にある。そしてさらには、共
通液室より後方の電極配線部をも被覆する様に設けるこ
とによって、電極配線部を製造工程中に起こる電極配線
部のキズの発生、断線の発生等から防止することが出来
る。The protective layer 24 is provided on the surface of the electrode portion, and its main functions are to prevent liquid penetration and to act as a liquid. Further, by providing the electrode wiring portion behind the common liquid chamber so as to cover the electrode wiring portion, it is possible to prevent the electrode wiring portion from being scratched during the manufacturing process and from being disconnected. .
而して、上述のごとは液体噴射記録ヘッドにおいて
は、電極を保護するためには、電極とその保護層の体積
抵抗率の関係が重要である。しかしながら上記特開昭59
−143650号公報には、“無機絶縁材料化”と記載されて
いるだけで具体的にどの位絶縁化すればよいのかの記載
がない。又、その絶縁化は、保護層単独の問題ではな
く、電極との関係で規定されねばならない。As described above, in the liquid jet recording head, in order to protect the electrodes, the relationship between the electrodes and the volume resistivity of the protective layer is important. However, Japanese Patent Application Laid-Open No.
JP-143650-A only describes "inorganic insulating material" but does not specifically describe how much insulation should be achieved. Further, the insulation is not a problem of the protective layer alone, but must be defined in relation to the electrodes.
更に、特開昭55−128468号公報では、ヒーターのサイ
ズが200μm×40μmであり、又、特開昭59−143650号
公報では150μm×30μmという具合にそれらの技術は
ヒーターサイズが比較的大きなものに適用されるようで
あり、たとえばヒーターのパターン巾が25μm以下で、
その製造上の歩留りあるいは長期にわたって使用する場
合の耐久性が問題となるような、非常に微細なヒーター
パターンを有するヘッドには単に特開昭55−128468号公
報、あるいは特開昭59−143650号公報に開示される技術
のみでは、必ずしも良好な結果が得られなかった。Furthermore, in JP-A-55-128468, the heater size is 200 μm × 40 μm, and in JP-A-59-143650, the heater size is relatively large, such as 150 μm × 30 μm. For example, if the heater pattern width is 25μm or less,
For a head having a very fine heater pattern, which has a problem in production yield or durability when used for a long period of time, JP-A-55-128468 or JP-A-59-143650 is merely used. Good results were not always obtained with only the technology disclosed in the gazette.
これは、特開昭55−128468号公報、あるいは特開昭59
−143650号公報のように、比較的大きいヒーターパター
ン(あるいは電極パターン)では問題とならなかったよ
うな問題(発熱体層、電極層、保護層等の材料の微小欠
陥あるいはパーティクル等に起因するパターン欠陥等)
も、パターン巾が微細であるが故に、製造プロセス上、
あるいは、設計上問題となってきたためである。又、そ
れに加えて、非常な高速で連続駆動(例えば5KHzより高
速)するようなヘッドにおいては、ヒートサイクルの回
数が非常に多いため、ヒーター部は非常に苛酷な条件
(ヒートサイクル、キャビテーション用、インクによる
腐食等)にさらされることになり、その保護手段におい
ても従来のように、くりかえしの応答周波数がそれほど
速くない場合のものより厳しく検討されねばならない。This is disclosed in JP-A-55-128468 or JP-A-59-128468.
As described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 143650, a problem that was not a problem with a relatively large heater pattern (or an electrode pattern) (a pattern caused by minute defects or particles of a material such as a heating element layer, an electrode layer, and a protective layer). Defects etc.)
Also, because the pattern width is fine, due to the manufacturing process,
Or, it has become a problem in design. In addition, in the case of a head that is driven continuously at a very high speed (eg, higher than 5 KHz), the number of heat cycles is very large. (Corrosion due to ink, etc.), and its protection means must be more strictly studied than in the case where the response frequency of the repetition is not so fast.
目的 本発明は、上述のごとき実情に鑑みてなされたもの
で、特に、微細ヒーターサイズ及び、微細電極パターン
を有し、非常に高密度(たとえば16本/mm以上)に配列
され、かつ、非常に高速で駆動(連続駆動応答周波数が
5KHzより高速)されるバブルジェット型の液体噴射記録
装置において、(1)発熱部を保護すること、(2)電
極部の耐久性を向上させることを目的としてなされたも
のである。Object The present invention has been made in view of the above circumstances, and particularly has a fine heater size and a fine electrode pattern, is arranged at a very high density (for example, 16 lines / mm or more), and High-speed drive (continuous drive response frequency
The purpose of the present invention is to provide a bubble jet type liquid jet recording apparatus operated at a speed higher than 5 KHz) for the purpose of (1) protecting the heat generating portion and (2) improving the durability of the electrode portion.
構成 本発明は、(1)導入される記録液体を収容するとと
もに該記録液体に熱によって気泡を発生させ、該気泡の
体積増加にともなう作用力を発生させる熱エネルギー作
用部を付設した流路と、該流路に連絡して前記記録液体
を前記作用力によって液滴として吐出させるためのオリ
フィスと、前記流路に連絡して前記流路に前記記録液体
を導入するための液室と、該液室に前記記録液体を導入
するる手段よりなる液体噴射記録ヘッドにおいて、該液
体噴射記録ヘッドは連続駆動応答周波数が5KHzより高速
で駆動され、前記熱エネルギー作用部は、発熱抵抗体層
と、該発熱抵抗体層に電気的に接続した少なくとも一対
の電極と、前記発熱抵抗体層上に設けられて前記発熱抵
抗体層を前記記録液体に接触せしめないための保護層と
を有し、前記発熱抵抗体のパターン巾及びそれと接続す
る電極のパターン巾が、その接続部において25μm以下
の微細パターンである場合に、前記保護層の厚さを前記
発熱抵抗層の厚さのほぼ3倍以上とし、前記発熱抵抗体
層の体積抵抗率をρh、前記保護層の体積抵抗率をρhi
とするとき、 となる材料によって前記熱エネルギー作用部を構成した
こと、更には、(2)導入させる記録液体を収容すると
ともに該記録液体に熱によって気泡を発生させ、該気泡
の体積増加にともなう作用力を発生させる熱エネルギー
作用部を付設した流路と、該流路に連絡して前記記録液
体を前記作用力によって液滴として吐出させるためのオ
リフィスと、前記流路に連絡して前記流路に前記記録液
体を導入するための液室と、該液室に前記記録液体を導
入する手段よりなる液体噴射記録へッドにおいて、該液
体噴射記録ヘッドは、連続駆動応答周波数が5KHZより高
速で駆動され、前記熱エネルギー作用部は、発熱抵抗体
層と、該発熱抵体抗層に電気的に接続した少なくとも一
対の電極と、該電極をおおうように設けられて該電極を
前記記録液体に接触せしめないための電極保護層とを有
し、前記発熱抵抗体のパターン巾及びそれと接続する電
極のパターン巾が、その接続部近傍において25μm以下
の微細パターンである場合に、前記電極保護層が無機物
の場合は、その厚さを前記電極の厚さと同等以上とし、
有機物の場合は、その厚さを前記電極の厚さのほぼ2倍
以上とし、前記電極の体積抵抗率ρe、前記電極保護層
の体積抵抗率をρeiとするとき、 となる材料によって、前記電極部を構成したこと、更に
は、(3)導入される記録液体を収容するとともに該記
録液体に熱によって気泡を発生させ、該気泡の体積増加
にともなう作用力を発生させる熱エネルギー作用部を付
設した流路と、該流路に連絡して前記記録液体を前記作
用力によって液滴として吐出させるためのオリフィス
と、前記流路に連絡して前記流路に前記記録液体を導入
するための液室と、該液室に前記記録液体を導入する手
段よりなる液体噴射記録ヘッドにおいて、該液体噴射記
録ヘッドは連続駆動応答周波数が5KHzより高速で駆動さ
れ、前記熱エネルギー作用部は、発熱抵抗体層と、該発
熱抵抗体層に電気的に接続した少なくとも一対の電極
と、前記発熱抵抗体層上に設けられて前記発熱抵抗体層
を前記記録液体に接触せしめないための保護層と、前記
電極をおおうように設けられて該電極を前記記録液体に
接触せしめないための電極保護層とを有し、前記発熱抵
抗体のパターン巾及びそれと接続する電極のパターン巾
が、その接続部近傍において、25μm以下の微細パター
ンである場合に、前記保護層の厚さを前記発熱抵抗体層
の厚さのほぼ3倍以上とし、前記発熱抵抗体層の体積抵
抗率をρh、前記保護層の体積抵抗率をρhiとすると
き、 となる材料によって前記熱エネルギー作用部を構成し、
前記電極保護層が無機物の場合は、その厚さを前記電極
の厚さと同等以上とし、有機物の場合は、その厚さを前
記電極の厚さのほぼ2倍以上とし、前記電極の体積抵抗
率をρe、前記電極保護層の体積抵抗率をρeiとすると
き、 となる材料によって、前記電極部を構成したことを特徴
としたものである。以下、本発明の実施例に基づいて説
明する。Configuration The present invention provides: (1) a flow path provided with a thermal energy action section for containing a recording liquid to be introduced, generating bubbles in the recording liquid by heat, and generating an action force accompanying an increase in the volume of the bubbles. An orifice for communicating with the flow path to discharge the recording liquid as droplets by the action force, and a liquid chamber for communicating with the flow path and introducing the recording liquid into the flow path; In a liquid jet recording head comprising means for introducing the recording liquid into a liquid chamber, the liquid jet recording head is driven at a continuous drive response frequency higher than 5 KHz, and the heat energy action section includes a heating resistor layer, At least one pair of electrodes electrically connected to the heating resistor layer, and a protective layer provided on the heating resistor layer for preventing the heating resistor layer from contacting the recording liquid, Departure When the pattern width of the resistor and the pattern width of the electrode connected to the resistor are a fine pattern of 25 μm or less at the connection portion, the thickness of the protective layer is set to be about three times or more the thickness of the heating resistance layer, The volume resistivity of the heating resistor layer is ρh, and the volume resistivity of the protective layer is ρhi.
When And (2) accommodating the recording liquid to be introduced and generating bubbles in the recording liquid by heat, thereby generating an action force accompanying an increase in the volume of the bubbles. A flow path provided with a thermal energy action section to be applied, an orifice for communicating with the flow path to discharge the recording liquid as droplets by the acting force, and a recording medium for communicating with the flow path in the flow path. In a liquid chamber for introducing a liquid, and a liquid jet recording head comprising means for introducing the recording liquid into the liquid chamber, the liquid jet recording head is driven at a continuous drive response frequency higher than 5 KHZ, The heat energy action section is provided so as to cover the heating resistor layer, at least a pair of electrodes electrically connected to the heating resistor layer, and the electrode, and to contact the electrode with the recording liquid. An electrode protection layer for preventing squeezing, and when the pattern width of the heating resistor and the pattern width of an electrode connected to the heating resistor are a fine pattern of 25 μm or less in the vicinity of the connection portion, the electrode protection layer is made of an inorganic material. In the case of, the thickness is equal to or greater than the thickness of the electrode,
In the case of an organic substance, when the thickness is set to approximately twice or more the thickness of the electrode, and the volume resistivity of the electrode is ρe, and the volume resistivity of the electrode protection layer is ρei, And (3) accommodating the recording liquid to be introduced and generating bubbles in the recording liquid by heat, thereby generating an action force associated with an increase in the volume of the bubbles. A flow path provided with a thermal energy action section to be applied, an orifice for communicating with the flow path to discharge the recording liquid as droplets by the acting force, and a recording medium for communicating with the flow path in the flow path. In a liquid jet recording head comprising a liquid chamber for introducing a liquid and a means for introducing the recording liquid into the liquid chamber, the liquid jet recording head is driven at a continuous drive response frequency higher than 5 KHz, and the thermal energy The action section includes a heating resistor layer, at least one pair of electrodes electrically connected to the heating resistor layer, and a contact portion provided on the heating resistor layer to contact the heating resistor layer with the recording liquid. A protective layer for preventing squeezing, and an electrode protective layer provided so as to cover the electrode and prevent the electrode from contacting the recording liquid, and the width of the pattern of the heating resistor and the electrode connected thereto. When the pattern width is a fine pattern of 25 μm or less in the vicinity of the connection portion, the thickness of the protective layer is set to be approximately three times or more the thickness of the heating resistor layer, and the volume resistance of the heating resistor layer is increased. When the resistivity is ρh and the volume resistivity of the protective layer is ρhi, Constituting the thermal energy acting portion by a material to be,
When the electrode protective layer is an inorganic material, its thickness is equal to or greater than the thickness of the electrode, and when it is an organic material, the thickness is approximately twice or more the thickness of the electrode, and the volume resistivity of the electrode is Is ρe, and the volume resistivity of the electrode protection layer is ρei, The electrode portion is made of a material to be described below. Hereinafter, a description will be given based on examples of the present invention.
第1図は、上記目的の(1)すなわち発熱体部の耐久
性を向上させるようにした液体噴射記録ヘッドの一例を
説明するための要部構成図、第2図は、上記目的の
(2)すなわち電極の耐久性を向上させるようにした液
体噴射記録ヘッドの要部構成図、第3図は、本発明が適
用されるインクジェットヘッドの一例としてのバブルジ
ェットヘッドの作動説明をするための図、第4図は、バ
ブルジェットヘッドの一例を示す斜視図、第5図は、第
4図に示したヘッドを構成する蓋基板(第5図(a))
と発熱体基板(第5図(b))に分解した時の斜視図、
第6図は、第5図(a)に示した蓋基板を裏側から見た
斜視図で、図中、31は蓋基板、32は発熱体基板、33は記
録液体流入口、34はオリフィス、35は流路、36は液室を
形成するための領域、37は個別(独立)電極、38は共通
電極、39は発熱体(ヒータ)、40はインク、41は気泡、
42は飛翔インク滴で、本発明は、斯様なバブルジェット
式の液体噴射記録ヘッドに適用するものである。FIG. 1 is a main part configuration diagram for explaining an example of the above-mentioned object (1), that is, an example of a liquid jet recording head for improving the durability of the heating element portion, and FIG. 3) That is, a main part configuration diagram of a liquid jet recording head for improving the durability of an electrode, and FIG. 3 is a diagram for explaining the operation of a bubble jet head as an example of an ink jet head to which the present invention is applied. FIG. 4 is a perspective view showing an example of a bubble jet head, and FIG. 5 is a lid substrate constituting the head shown in FIG. 4 (FIG. 5 (a)).
And a perspective view when disassembled into a heating element substrate (FIG. 5 (b)).
FIG. 6 is a perspective view of the lid substrate shown in FIG. 5 (a) as viewed from the back side, in which 31 is a lid substrate, 32 is a heating element substrate, 33 is a recording liquid inlet, 34 is an orifice, 35 is a flow path, 36 is a region for forming a liquid chamber, 37 is an individual (independent) electrode, 38 is a common electrode, 39 is a heating element (heater), 40 is ink, 41 is a bubble,
Reference numeral 42 denotes a flying ink droplet, and the present invention is applied to such a bubble jet type liquid jet recording head.
最初に、第3図を参照しながらバブルジェットによる
インク噴射について説明すると、 (a)は定常状態であり、オリフィス面でインク40の
表面張力と外圧とが平衡状態にある。First, the ink ejection by the bubble jet will be described with reference to FIG. 3. (a) is a steady state, in which the surface tension of the ink 40 and the external pressure are in an equilibrium state at the orifice surface.
(b)はヒータ39が加熱されて、ヒータ39の表面温度
が急上昇し隣接インク層に沸騰現像が起きるまで加熱さ
れ、微小気泡41が点在している状態にある。6B, the heater 39 is heated until the surface temperature of the heater 39 sharply rises and the adjacent ink layer is heated until boiling development occurs, and the micro bubbles 41 are scattered.
(c)はヒータ39の全面で急激に加熱された隣接イン
ク層が瞬時に気化し、沸騰膜を作り、この気泡41が生長
した状態である。この時、ノズル内の圧力は、気泡の生
長した分だけ上昇し、オリフィス面での外圧とのバラン
スがくずれ、オリフィスよりインク柱が生長し始める。FIG. 3C shows a state in which the adjacent ink layer heated rapidly on the entire surface of the heater 39 is instantaneously vaporized to form a boiling film, and the bubbles 41 grow. At this time, the pressure in the nozzle rises by an amount corresponding to the growth of the bubble, the balance with the external pressure on the orifice surface is lost, and the ink column starts to grow from the orifice.
(d)は気泡が最大に生長した状態であり、オリフィ
ス面より気泡の体積に相当する分のインク40が押し出さ
れる。この時、ヒータ39には電流が流れていない状態に
あり、ヒータ39の表面温度は降下しつつある。気泡41の
体積の最大値は電気パルス印加のタイミングからややお
くれる。(D) is a state in which the bubble has grown to the maximum, and the ink 40 corresponding to the volume of the bubble is pushed out from the orifice surface. At this time, no current is flowing through the heater 39, and the surface temperature of the heater 39 is decreasing. The maximum value of the volume of the bubble 41 is slightly delayed from the timing of applying the electric pulse.
(e)は気泡41がインクなどにより冷却されて収縮を
開始し始めた状態を示す。インク柱の先端部では押し出
された速度を保ちつつ前進し、後端部では気泡の収縮に
伴ってノズル内圧の減少によりオリフィス面からノズル
内へインクが逆流してインク柱にくびれが生じている。(E) shows a state in which the bubble 41 has been cooled by ink or the like and has begun to contract. At the front end of the ink column, the ink moves forward while maintaining the pushed speed, and at the rear end, the ink flows backward from the orifice surface into the nozzle due to a decrease in the nozzle internal pressure due to the contraction of the bubble, and the ink column is constricted. .
(f)はさらに気泡41が収縮し、ヒータ面にインクが
接しヒータ面がさらに急激に冷却される状態にある。オ
リフィス面では、外圧がノズル内圧より高い状態になる
ためメニスカスが大きくノズル内に入り込んで来てい
る。インク柱の先端部は液滴になり記録紙の方向へ5〜
10m/secの速度で飛翔している。4F, the bubble 41 is further contracted, the ink comes into contact with the heater surface, and the heater surface is cooled more rapidly. At the orifice surface, the external pressure is higher than the internal pressure of the nozzle, so that the meniscus largely enters the nozzle. The tip of the ink column becomes a droplet and moves in the direction of the recording paper.
Flying at a speed of 10m / sec.
(g)はオイフィスにインクが毛細管現像により再び
供給(リフィル)されて(a)の状態にもどる過程で、
気泡は完全に消滅している。(G) is a process in which the ink is again supplied (refilled) to the orifice by capillary development and returns to the state of (a).
The bubbles have completely disappeared.
而して、第1図に示した実施例において、43は蓄熱
層、44は発熱抵抗体保護層、45は電極保護層で、本実施
例は、発熱体部の絶縁破損に対する耐久性向上をはかる
ためになされたもので、同図は、熱エネルギー作用部の
断面図を示し、図示のように、発熱抵抗体層39は、保護
層44を介して、記録液体(インク)40を加熱する。この
部分では、気泡発生〜収縮〜消滅をくりかえし、たえず
ヒートサイクルがくりかえされている。又、このくりか
えしも最高1秒間に5000回よりも多くくりかえされ、そ
のヒートサイクルあるいは気泡消滅のキャビテーション
作用による衝撃が非常に微細な領域、つまりパターン巾
において、25μm以下の領域に集中して作用するので、
耐久性の面からみて、非常に厳しい条件におかれてい
る。しかも、周囲が腐食作用のある記録液体であるとい
う非常に厳しい条件であるため、この部分の絶縁破壊
は、バブルジェット技術にとって最も重要な課題の1つ
である。これを解決するためには、単に保護層44の比抵
抗をいくらと決めれば良いというものではなく、パルス
信号をうけ、発熱する発熱抵抗体層39との関係をおさえ
る必要がある。本発明者は、発熱抵抗体層39と保護層44
の各々の体積抵抗率を変えた(これは、材料そのものを
変えたり、あるいは、生成条件を変えて、各層の膜質を
変化させることができる)バブルジェット型液体噴射記
録ヘッドを試作し、噴射耐久試験を行い、以下の関係を
満足するような構成とした時に、記録ヘッドの発熱体部
(熱エネルギー作用部)の耐久性が向上し、その寿命を
109パルス以上にできることを見い出した。Thus, in the embodiment shown in FIG. 1, reference numeral 43 denotes a heat storage layer, reference numeral 44 denotes a heating resistor protection layer, reference numeral 45 denotes an electrode protection layer. The drawing is a cross-sectional view of a heat energy action section. As shown in the figure, a heating resistor layer 39 heats a recording liquid (ink) 40 via a protective layer 44. . In this part, the generation, shrinkage, and disappearance of bubbles are repeated, and the heat cycle is constantly repeated. In addition, this repetition is repeated more than 5,000 times per second at a maximum, and the impact due to the cavitation action of the heat cycle or the disappearance of bubbles is concentrated in a very fine region, that is, a region of 25 μm or less in the pattern width. So
In terms of durability, they are in very harsh conditions. In addition, because of the extremely severe conditions that the surroundings are a recording liquid having a corrosive action, dielectric breakdown in this portion is one of the most important issues for bubble jet technology. In order to solve this, it is not necessary to simply determine the specific resistance of the protective layer 44, but it is necessary to suppress the relationship with the heating resistor layer 39 that receives a pulse signal and generates heat. The present inventor has determined that the heating resistor layer 39 and the protective layer 44
Prototype of a bubble jet type liquid jet recording head with different volume resistivity (this can change the material itself, or change the film quality of each layer by changing the production conditions). When a test was conducted to achieve a configuration satisfying the following relationship, the durability of the heating element (thermal energy action section) of the recording head was improved, and its life was extended.
We found that we could do more than 10 9 pulses.
ただし、ρhi:保護層44の体積抵抗率 ρh :発熱抵抗体層39の体積抵抗率発熱抵抗
体層39を構成する材料として有用なものには、たとえ
ば、窒化タンタル、ニクロム、銀−パラジウム合金、シ
リコン半導体、あるいはハフニウム、ランタン、ジルコ
ニウム、チタン、タンタル、タングステン、モリブテ
ン、ニオブ、クロム、バナジウム等の金属の硼化物があ
げられる。これらの発熱抵抗体層を構成する材料の中、
殊に金属硼化物が優れたものとしてあげることができ、
その中でも最も特性の優れているのが、硼化ハフニウム
であり、次いで、硼化ジルコニウム、硼化タンタル、硼
化ランタン、硼化バナジウム、硼化ニオブの順となって
いる。 However, ρhi: the volume resistivity of the protective layer 44 ρh: the volume resistivity of the heating resistor layer 39 Examples of useful materials for forming the heating resistor layer 39 include tantalum nitride, nichrome, silver-palladium alloy, Silicon semiconductor or boride of metal such as hafnium, lanthanum, zirconium, titanium, tantalum, tungsten, molybdenum, niobium, chromium, vanadium and the like can be given. Among the materials constituting these heating resistor layers,
In particular, metal borides can be mentioned as excellent,
Among them, hafnium boride has the best characteristics, followed by zirconium boride, tantalum boride, lanthanum boride, vanadium boride, and niobium boride in that order.
発熱抵抗体層は、上記の材料を用いて電子ビーム蒸着
やスパッタリング等の手法を用いて形成することができ
る。発熱抵抗体層の膜厚は、単位時間当りの発熱量が所
望通りとなるように、その面積、材質及び熱作用部分の
形状及び大きさ、更には実際面での消費電力に従って決
定されるものであるが、通常の場合、0.001〜5μm、
好適には0.01〜1μmとされる。The heating resistor layer can be formed using the above-mentioned materials by a technique such as electron beam evaporation or sputtering. The thickness of the heating resistor layer is determined according to its area, material, shape and size of the heat acting portion, and furthermore, the actual power consumption so that the amount of heat generated per unit time is as desired. Is usually 0.001 to 5 μm,
Preferably it is 0.01 to 1 μm.
保護層を構成する材料として有用なものには、たとえ
ば酸化シリコン、窒化シリコン、酸化マグネシウム、酸
化アルミニウム、酸化タンタル、酸化ジルコニウム等が
あげられ、これらは、電子ビーム蒸着やスパッタリング
等の手法を用いて形成することができる。保護層の膜厚
は、通常は、0.01〜10μm、好適には0.1〜3μmとさ
れるのが望ましい。Useful materials for forming the protective layer include, for example, silicon oxide, silicon nitride, magnesium oxide, aluminum oxide, tantalum oxide, zirconium oxide, and the like, which are formed by using a technique such as electron beam evaporation or sputtering. Can be formed. The thickness of the protective layer is usually desirably 0.01 to 10 μm, preferably 0.1 to 3 μm.
電極を形成する材料としては、通常使用されている電
極材料の多くのものが有効に使用され、具体的には、た
とえば、Al,Ag,Au,Pt,Cu等があげられ、これらを使用し
て蒸着等の手法で所定位置に、所定の大きさ、形状、厚
さで設けられる。As a material for forming the electrode, many of the commonly used electrode materials are effectively used, and specifically, for example, Al, Ag, Au, Pt, Cu, etc., are used. It is provided at a predetermined position in a predetermined size, shape and thickness by a technique such as vapor deposition.
第2図に示した実施例は、記録液体(インク)に接触
する電極部37、38の絶縁破壊に対する耐久性向上をはか
るためになさたもので、同図は、発熱体基板を拡大した
ものであり、図の斜線部46は電極保護層である。なお、
この電極保護層のパターンは一例であり、図示のように
全面にカバーするのではなく、各電極ごとに独立して形
成されていてもよい。この電極保護層は、電極が記録液
体(インク)に接触するのを防止するために設けられ
る。電極保護層はそれ自体が記録液体に接触しているの
みならず、近傍で、発熱抵抗体層(熱エネルギー作用
部)がヒートサイクルを最高1秒間に5000回よりも多く
くりかえしているという、条件としては非常に厳しい状
況におかれている。しかも電極のパターン巾が25μm以
下という非常に微細な領域にヒートサイクル、インクに
よる腐食作用、あるいは、絶縁破壊という作用が加わる
ため、耐久性の面からみると、非常に厳しい条件にさら
されているといえる。そのような条件下で電極を絶縁破
壊から守ることが電極保護層の役割である。従って、電
極保護層を形成するのにあたっては、それ自体の材料の
みならず、電極材料との関係において決定される必要が
ある。本発明者は、電極と、電極保護層の各々の体積抵
抗率を変えた(これは材料そのものを変えたり、あるい
は生成条件を変えて各層の膜層を変化させることができ
る)バブルジェット型液体噴射記録ヘッドを試作し、噴
射耐久試験を行い、以下の関係を満足するような構成と
した時に、電極の絶縁破壊が生じにくいことを見い出し
た。The embodiment shown in FIG. 2 is intended to improve the durability of the electrode portions 37 and 38 in contact with the recording liquid (ink) against dielectric breakdown. FIG. 2 is an enlarged view of the heating element substrate. The hatched portion 46 in the figure is an electrode protection layer. In addition,
The pattern of the electrode protection layer is an example, and may be formed independently for each electrode instead of covering the entire surface as illustrated. The electrode protection layer is provided to prevent the electrodes from contacting the recording liquid (ink). The condition that not only the electrode protective layer itself is in contact with the recording liquid but also that the heating resistor layer (thermal energy action part) in the vicinity repeats the heat cycle more than 5,000 times per second. It is in a very difficult situation. In addition, since the heat cycle, the corrosive action by ink, and the action of dielectric breakdown are added to a very fine area with an electrode pattern width of 25 μm or less, it is exposed to extremely severe conditions in terms of durability. It can be said that. It is the role of the electrode protection layer to protect the electrode from dielectric breakdown under such conditions. Therefore, when forming the electrode protection layer, it is necessary to determine not only the material itself but also the relationship with the electrode material. The present inventor has changed the volume resistivity of each of the electrode and the electrode protective layer (this can change the material itself, or can change the film conditions of each layer by changing the production conditions). An ejection recording head was prototyped and subjected to an ejection durability test, and it was found that dielectric breakdown of the electrode was unlikely to occur when the structure was such that the following relationship was satisfied.
ただし、ρei:発熱保護層の体積抵抗率 ρe :電極の体積抵抗率 電極を構成する材料としては、通常使用されている電
極材料の多くのものが有効に使用され、具体的には、第
1図に示した実施例の場合と同様、Al,Ag,Au,Pt,Cu等が
あげられ、これらを使用して蒸着等の手法で所定位置
に、所定の大きさ、形状、厚さで設けられる。 However, ρei: the volume resistivity of the heat generation protection layer ρe: the volume resistivity of the electrode As the material constituting the electrode, many of the commonly used electrode materials are effectively used. As in the case of the embodiment shown in the figure, Al, Ag, Au, Pt, Cu, etc. are used, and they are provided at a predetermined position, in a predetermined size, shape, and thickness by a method such as vapor deposition using these. Can be
電極保護層を構成する材料としては、たとえば、有機
物のエポキシ樹脂、テフロン樹脂、ポリエチレン樹脂等
が使用される。無機質では、酸化シリコン、窒素シリコ
ン等がスパッタリング等の手法を用いて形成され得る。As a material constituting the electrode protection layer, for example, an organic epoxy resin, a Teflon resin, a polyethylene resin, or the like is used. In the case of an inorganic substance, silicon oxide, nitrogen silicon, or the like can be formed by a technique such as sputtering.
その他の部材を構成する材料としては、たとえば発熱
抵抗体層を構成する材料として有用なものには、窒素タ
ンタル、ニクロム、銀−パラジウム合金、シリコン半導
体、あるいはハフニウム、ランタン、ジルコニウム、チ
タン、タンタル、タングステン、モリブデン、ニオブ、
クロム、バナジウム等の金属の硼化物があげられる。こ
れらの発熱抵抗体層を構成する材料の中、殊に金属硼化
物が優れたものとしてあげることができ、その中でも最
も特性の優れているのが、硼化ハフニウムであり、次い
で、硼化ジルコニウム、硼化ランタン、硼化タンタル、
硼化バナジウム、硼化ニオブの順となっている。As a material constituting the other members, for example, useful as a material constituting the heating resistor layer include nitrogen tantalum, nichrome, silver-palladium alloy, silicon semiconductor, or hafnium, lanthanum, zirconium, titanium, tantalum, Tungsten, molybdenum, niobium,
Borides of metals such as chromium and vanadium can be mentioned. Among these materials constituting the heating resistor layer, metal borides can be mentioned as being particularly excellent. Among them, hafnium boride has the most excellent properties, and zirconium boride is second. , Lanthanum boride, tantalum boride,
The order is vanadium boride and niobium boride.
発熱抵抗体層は、上記の材料を用いて電子ビーム蒸着
やスパッタリング等の手法を用いて形成することができ
る。発熱抵抗体層の膜層は、単位時間当りの発熱量が所
望通りとなるように、その面積、材質及び熱作用部分の
形状及び大きさ、更には実際面での消費電力等に従って
決定されるものであるが、通常の場合、0.001〜5μ
m、好適には0.01〜1μmとされる。The heating resistor layer can be formed using the above-mentioned materials by a technique such as electron beam evaporation or sputtering. The film layer of the heating resistor layer is determined according to its area, material, shape and size of the heat acting portion, and furthermore, power consumption in the actual plane, so that the amount of heat generated per unit time is as desired. , But usually 0.001-5μ
m, preferably 0.01 to 1 μm.
保護層を構成する材料として有用なものには、たとえ
ば酸化シリコン、窒化シリコン、酸化マグネシウム、酸
化アルミニウム、酸化タンタル、酸化ジルコニウム等が
あげられ、これらは、電子ビーム蒸着やスパッタリング
等の手法を用いて形成することがきる。保護層の膜厚
は、通常は、0.01〜10μm、好適には0.1〜3μmとさ
れるのが望ましい。Useful materials for forming the protective layer include, for example, silicon oxide, silicon nitride, magnesium oxide, aluminum oxide, tantalum oxide, zirconium oxide, and the like, which are formed by using a technique such as electron beam evaporation or sputtering. Can be formed. The thickness of the protective layer is usually desirably 0.01 to 10 μm, preferably 0.1 to 3 μm.
結果は、実施例1,2とも5.4KHzで連続駆動し、109回以
上駆動しても断線することなく正常に機能した。 Results are continuously driven in Examples 1 and 2 both 5.4 kHz, and function normally without being broken even when driven over 109 times.
結果 以上の説明から明らかなように、本発明によると、バ
ブルジェット型液体噴射記録ヘッドにおいて、発熱体部
の耐久性を著しく向上させ、また、電極の絶縁破壊を生
じにくくさせたうえ、耐久性を著しく向上させることが
できる。Results As is apparent from the above description, according to the present invention, in the bubble jet type liquid jet recording head, the durability of the heating element portion is remarkably improved, the dielectric breakdown of the electrodes is hardly caused, and the durability is improved. Can be significantly improved.
第1図及び第2図は、それぞれ本発明の実施例を説明す
るための要部構成図、第3図乃至第6図は、本発明が適
用される液体噴射記録ヘッドの一例を説明するための
図、第7図乃至第10図は、従来の液体噴射記録ヘッドの
例を説明するための図である。 32……発熱体基板、37,38……電極、39……発熱体、44
……発熱体保護層、45……電極保護層。FIG. 1 and FIG. 2 are each a main part configuration diagram for explaining an embodiment of the present invention, and FIGS. 3 to 6 are diagrams for explaining an example of a liquid jet recording head to which the present invention is applied. 7 to 10 are views for explaining an example of a conventional liquid jet recording head. 32 Heating element substrate, 37, 38 Electrodes, 39 Heating element, 44
... Heating element protection layer, 45 ... Electrode protection layer.
Claims (3)
記録液体に熱によって気泡を発生させ、該気泡の体積増
加にともなう作用力を発生させる熱エネルギー作用部を
付設した流路と、該流路に連絡して前記記録液体を前記
作用によって液滴として吐出させるためのオリフィス
と、前記流路に連絡して前記流路に前記記録液体を導入
するための液室と、該液室に前記記録液体を導入する手
段よりなる液体噴射記録ヘッドにおいて、該液体噴射記
録ヘッドは連続駆動応答周波数が5KHzより高速で駆動さ
れ、前記熱エネルギー作用部は、発熱抵抗体層と、該発
熱抵抗体層に電気的に接続した少なくとも一対の電極
と、前記発熱抵抗体層上に設けられて前記発熱抵抗体層
を前記記録液体に接触せしめないための保護層とを有
し、前記発熱抵抗体のパターン巾及びそれと接続する電
極のパターン巾が、その接続部において25μm以下の微
細パターンである場合に、前記保護層の厚さを前記発熱
抵抗体層の厚さのほぼ3倍以上とし、前記発熱抵抗体層
の体積抵抗率をρh、前記保護層の体積抵抗率をρhiす
るとき、 となる材料によって前記熱エネルギー作用部を構成した
ことを特徴とする液体噴射記録ヘッド。A flow path provided with a thermal energy action portion for containing a recording liquid to be introduced, generating bubbles by heat in the recording liquid, and generating an action force accompanying an increase in the volume of the bubbles; An orifice for communicating with a path to discharge the recording liquid as droplets by the action, a liquid chamber for communicating with the flow path and introducing the recording liquid into the flow path, and In a liquid jet recording head comprising means for introducing a recording liquid, the liquid jet recording head is driven at a continuous drive frequency higher than 5 KHz, and the heat energy action section includes a heating resistor layer and the heating resistor layer. And a protection layer provided on the heating resistor layer for preventing the heating resistor layer from contacting the recording liquid. When the pattern width of the electrode and the pattern width of the electrode connected thereto is a fine pattern of 25 μm or less at the connection portion, the thickness of the protective layer is set to be about three times or more the thickness of the heating resistor layer, When the volume resistivity of the heating resistor layer is ρh and the volume resistivity of the protective layer is ρhi, A liquid jet recording head, wherein the thermal energy action section is made of a material to be used.
記録液体に熱によって気泡を発生させ、該気泡の体積増
加にともなう作用力を発生させる熱エネルギー作用部を
付設した流路と、該流路に連絡して前記記録液体を前記
作用力によって液滴として吐出させるためのオリフィス
と、前記流路に連絡して前記流路に前記記録液体を導入
するための液室と、該液室に前記記録液体を導入する手
段よりなる液体噴射記録ヘッドにおいて、該液体噴射記
録ヘッドは、連続駆動応答周波数が5KHzより高速で駆動
され、前記熱エネルギー作用部は、発熱抵抗体層と、該
発熱抵抗体層に電気的に接続した少なくとも一対の電極
と、該電極をおおうように設けられて該電極を前記記録
液体に接触せしめないための電極保護層とを有し、前記
発熱抵抗体のパターン巾及びそれと接続する電極のパタ
ーン巾が、その接続部近傍において25μm以下の微細パ
ターンである場合に、前記電極保護層が無機物の場合
は、その厚さを前記電極の厚さと同等以上とし、有機物
の場合は、その厚さを前記電極の厚さのほぼ2倍以上と
し、前記電極の体積抵抗率をρe、前記電極保護層の体
積抵抗率をρeiとするとき、 となる材料によって、前記電極部を構成したことを特徴
とする液体噴射記録ヘッド。2. A flow path provided with a thermal energy action portion for containing a recording liquid to be introduced, generating bubbles by heat in the recording liquid, and generating an action force accompanying an increase in the volume of the bubbles. An orifice for communicating with a path to discharge the recording liquid as droplets by the action force; a liquid chamber for communicating with the flow path and introducing the recording liquid into the flow path; In the liquid jet recording head comprising the means for introducing the recording liquid, the liquid jet recording head is driven at a continuous drive frequency higher than 5 KHz, and the heat energy action section includes a heating resistor layer and the heating resistor. A pattern of the heating resistor, comprising at least a pair of electrodes electrically connected to the body layer, and an electrode protection layer provided over the electrodes to prevent the electrodes from contacting the recording liquid; When the width of the electrode and the pattern width of the electrode connected to it are a fine pattern of 25 μm or less in the vicinity of the connection portion, when the electrode protective layer is an inorganic material, the thickness is equal to or greater than the thickness of the electrode, In the case of an organic substance, when the thickness is set to be approximately twice or more the thickness of the electrode, the volume resistivity of the electrode is ρe, and the volume resistivity of the electrode protection layer is ρei, A liquid jet recording head, wherein the electrode portion is made of a material to be used.
記録液体に熱によって気泡を発生させ、該気泡の体積増
加にともなう作用力を発生させる熱エネルギー作用部を
付設した流路と、該流路に連絡して前記記録液体を前記
作用力によって液滴として吐出させるためのオリフィス
と、前記流路に連絡して前記流路に前記記録液体を導入
するための液室と、該液室に前記記録液体を導入する手
段よりなる液体噴射記録ヘッドにおいて、該液体噴射記
録ヘッドは連続駆動応答周波数が5KHzより高速で駆動さ
れ、前記熱エネルギー作用部は、発熱抵抗体層と、該発
熱抵抗体層に電気的に接続した少なくとも一対の電極
と、前記発熱抵抗体層上に設けられて前記発熱抵抗体層
を前記記録液体に接触せしめないための保護層と、前記
電極をおおうように設けられて該電極を前記記録液体に
接触せしめないための電極保護層とを有し、前記発熱抵
抗体のパターン巾及びそれと接続する電極のパターン巾
が、その接続部近傍において、25μm以下の微細パター
ンである場合に、前記保護層の厚さを前記発熱抵抗体層
の厚さのほぼ3倍以上とし、前記発熱抵抗体層の体積抵
抗率をρh、前記保護層の体積抵抗率をρhiとすると
き、 となる材料によって前記熱エネルギー作用部を構成し、
前記電極保護層が無機物の場合は、その厚さを前記電極
の厚さと同等以上とし、有機物の場合は、その厚さを前
記電極の厚さのほぼ2倍以上とし、前記電極の体積抵抗
率をρe、前記電極保護層の体積抵抗率をρeiとすると
き、 となる材料によって、前記電極部を構成したことを特徴
とする液体噴射記録ヘッド。3. A flow path provided with a thermal energy action portion for containing a recording liquid to be introduced, generating bubbles by heat in the recording liquid, and generating an action force accompanying an increase in the volume of the bubbles. An orifice for communicating with a path to discharge the recording liquid as droplets by the action force; a liquid chamber for communicating with the flow path and introducing the recording liquid into the flow path; In the liquid jet recording head comprising the means for introducing the recording liquid, the liquid jet recording head is driven at a continuous drive frequency higher than 5 KHz, and the heat energy action section includes a heating resistor layer and the heating resistor. At least a pair of electrodes electrically connected to the layer, a protective layer provided on the heating resistor layer for preventing the heating resistor layer from contacting the recording liquid, and a protective layer covering the electrodes. An electrode protection layer for preventing the electrode from being brought into contact with the recording liquid, wherein the pattern width of the heating resistor and the pattern width of the electrode connected thereto are smaller than 25 μm in the vicinity of the connection portion. In the case of a pattern, the thickness of the protective layer is approximately three times or more the thickness of the heating resistor layer, the volume resistivity of the heating resistor layer is ρh, and the volume resistivity of the protection layer is ρhi. and when, Constituting the thermal energy acting portion by a material to be,
When the electrode protective layer is made of an inorganic material, its thickness is made equal to or more than the thickness of the electrode, and when made of an organic material, its thickness is made almost twice or more the thickness of the electrode, and the volume resistivity of the electrode is made. Is ρe, and the volume resistivity of the electrode protection layer is ρei, A liquid jet recording head, wherein the electrode portion is made of a material to be used.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP1101137A JP2790844B2 (en) | 1989-04-19 | 1989-04-19 | Liquid jet recording head |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP1101137A JP2790844B2 (en) | 1989-04-19 | 1989-04-19 | Liquid jet recording head |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH02277645A JPH02277645A (en) | 1990-11-14 |
JP2790844B2 true JP2790844B2 (en) | 1998-08-27 |
Family
ID=14292694
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP1101137A Expired - Lifetime JP2790844B2 (en) | 1989-04-19 | 1989-04-19 | Liquid jet recording head |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2790844B2 (en) |
Family Cites Families (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS55132253A (en) * | 1979-04-02 | 1980-10-14 | Canon Inc | Recorder |
JPS5849188B2 (en) * | 1979-06-01 | 1983-11-02 | キヤノン株式会社 | liquid jet recording method |
JPS5833472A (en) * | 1981-08-24 | 1983-02-26 | Canon Inc | Liquid jet recording head |
-
1989
- 1989-04-19 JP JP1101137A patent/JP2790844B2/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH02277645A (en) | 1990-11-14 |
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